信号细分与辩向电路PPT演示文稿
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电路与信号分析课件 (22)[20页]
![电路与信号分析课件 (22)[20页]](https://img.taocdn.com/s3/m/bc9750b87f1922791688e8eb.png)
0
estdt
0
e st
s
0
1 s
?
存在条件： 0
例题
求指数信号 f (t ) eat (t ) 的拉氏变换。
解： 由定义可知
F(s) eat (t)estdt e(sa)t dt
0
0
e(sa)t
sa
0
当
a
时，
F(s)
s
1
a
二、拉氏变换的收敛区
收敛区是拉氏变换积分存在的值范围。
2
两边同乘以e t
f t 1 F j e j t d
2π 改变积分变量
f (t ) 1 j F (s)estds
2 j j
双边拉氏变换对
F (s) f (t )estdt
f (t ) 1 j F (s)estds
2 j j
F(s)称为f(t)的拉氏变换、象函数； f(t)称为F(s) 的原函数！
0
L[ (t
t0 )]
e
Hale Waihona Puke st0t0 0 t0 0
三、常用函数的拉普拉斯变换
阶跃信号ε(t)
F(s) L[ (t)] 1
s
思考：与傅里叶变换的求解方式有什么不同？
问题： （1）直流信号A的单边拉氏变换是多少？ （2） (t 2) 的单边拉氏变换是多少？
三、常用函数的拉普拉斯变换
单边指数信号 表达式 f (t) eat (t)
§6.1 拉普拉斯变换
傅里叶变换
F() f (t)ej t d t F f (t)
存在条件
f
t dt
＝有限值
信号不满足绝对可积条件，往往是由于t 趋
于时 f(t)的幅度不衰减。
estdt
0
e st
s
0
1 s
?
存在条件： 0
例题
求指数信号 f (t ) eat (t ) 的拉氏变换。
解： 由定义可知
F(s) eat (t)estdt e(sa)t dt
0
0
e(sa)t
sa
0
当
a
时，
F(s)
s
1
a
二、拉氏变换的收敛区
收敛区是拉氏变换积分存在的值范围。
2
两边同乘以e t
f t 1 F j e j t d
2π 改变积分变量
f (t ) 1 j F (s)estds
2 j j
双边拉氏变换对
F (s) f (t )estdt
f (t ) 1 j F (s)estds
2 j j
F(s)称为f(t)的拉氏变换、象函数； f(t)称为F(s) 的原函数！
0
L[ (t
t0 )]
e
Hale Waihona Puke st0t0 0 t0 0
三、常用函数的拉普拉斯变换
阶跃信号ε(t)
F(s) L[ (t)] 1
s
思考：与傅里叶变换的求解方式有什么不同？
问题： （1）直流信号A的单边拉氏变换是多少？ （2） (t 2) 的单边拉氏变换是多少？
三、常用函数的拉普拉斯变换
单边指数信号 表达式 f (t) eat (t)
§6.1 拉普拉斯变换
傅里叶变换
F() f (t)ej t d t F f (t)
存在条件
f
t dt
＝有限值
信号不满足绝对可积条件，往往是由于t 趋
于时 f(t)的幅度不衰减。
信号细分与辨向电路.42页文档
信号细分与辨向电路.
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you
信号细讲义分与辩向电路
u1
R1
u1
ER 2 R1 R2
不同相的输出电压信号经电压比较器整形为方波，然后经
逻辑电路处理即可实现细分。
测控电路
改变输入信号可改变象限：
Ⅰ： u1=Esin t，u2=Ecos t Ⅱ： u1=Ecos t ，u2=－Esin t Ⅲ： u1=－Esin t，u2=－Ecos t Ⅳ： u1=－Ecos t ，u2=Esin t
细分原理：对两路方波的突变沿进行处理（一个周期有两个突变沿），
提取四个突变沿，实现四细分。
辨向原理：根据两路方波相位的相对超前和滞后的关系作为判别依据。
Y B
O
VA’
VB
VB’
VA
W
BW
VA
VA
VB
VB
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测控电路
1 A
DG1
1 B
DG6
DG3 & A
R1
C1
A
& A
R2
C2 DG4
1
A
DG2
DG8
& B
R3
C3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
B
& B
C4 DG9 R4
1
B
DG7
B & ≥1 A B & A A & B A & B DG5
A & ≥1 B B & A A & B
& A B
DG10
-
UO1 图 7 2 单 稳 四 细 分 辨 向 电
UO2 路
测控电路
原理：利用单稳提取两路方波信号的边沿实现四细分
下一页
测控的电路-信号细分和辩向第七章第一部分
细分电路的应用范围？
面向光栅, 感应同步器, 磁栅,容栅和激光干涉仪等 设备输出的周期信号
细分电路的分类？
•按工作原理分：直传式和平衡补偿式细分
•按处理信号分：调制信号和非调制信号细分
2
什么是辨向？为什么要辨向？
辨向：辨别机构的移动方向
A
B C D
E
位移传感器一般允许在正、反两个方向移动；
A'
B'
B'
Uo1 Uo2
Uo1 Uo2
正向运动（A超前B）
反向运动（ B超前A ） 8
HCTL-20XX系列四细分辨向电路
• 该系列芯片具有细分与辨向功能； • 具有抗干扰设计； • 将可逆计数器设计在芯片上，芯片的集 成度高； • 简化外围电路的设计。
9
CLK
HCTL-2020具有的功能 CK 细分脉冲 计数方向 U/D 级联脉冲 CNT CAS CNTDECR
54o
= 1
3
33kΩ
24kΩ
18kΩ
56kΩ
72o
13 12
= 1
-Esinω t 144o
11
126o
10
UR
12
3+ 13
11+ 11’
13
电阻链分相细分优缺点
优点: 具有良好的动态特性,应用广泛 缺点: 细分数越高所需的元器件数目也成比例地 增加，使电路变得复杂，因此电阻链细分 主要用于细分数不高的场合。
1 2 3 4 5 6 7 8
19
微机量化细分的优缺点
优点：利用判别卦限和查表实现细分，相对 来说减少了计算机运算时间，若直接算反函 u1 / u2 )或 arc cot(u1 / u2 ) 要化更多的时 数arctan( 间；通过修改程序和正切表，很容易实现高 的细分数。 缺点：需要进行软件查表，细分速度慢，主 要用于输入信号频率不高或静态测量中。
信号细分与变相电路(1)
-Esinωt
36o ∞ -+ +N
108o ∞ -+ +N
18o ∞ -+ +N
0o ∞ -+ +N
162o ∞ -+ +N
90o ∞ -+ +N
54o ∞ -+ +N
72o ∞ -+ +N
144o ∞ -+ +N
126o ∞ -+ +N
1 =1 3
2
5 =1 4 6
13 = 1 11 12 9 =1
周 期 计
发生 减 数
器
器
计 数 锁 存 器
细 分 锁 存 器
逻辑控制器
只读存储细分
Y5 X
B DG5
A & ?1
B B &
A
UO2
&
A
B A &
B DG10
直传式细分电路
• 四细分辨向电路
A
A
B
B
A'
A'
B'
B'
A'
A'
B'
B'
Uo1
Uo1
Uo2
Uo2
直传式细分电路
• 电阻链分相细分
1 原理
将正余弦信号施加在电阻链 两端，在电阻链的节点上可 得到幅值和相位各不同的电 信号。这些信号经整形，脉 冲形成后，就能在正余弦信 号的一个周期内获得若干计 数脉冲，实现细分。
10 8 6 = 1
4 5 1
= 1 3 2
13 = 1 11 12
测控电路 第7章 信号细分与辨向电路
7第 章
信号细分与辨向电路
7.1 直传式细分电路 7.2 平衡补偿式细分
信号细分与辨向电路
为什么要细分？ 提高分辨力
信号细分电路又称插补器，是采用电路手段对周期性的增量码信号进行插值 提高仪器分辨力的一种方法。细分的基本原理是：根据周期性测量信号的波 形、幅值或者相位的变化规律，在一个周期内进行插补，从而获得优于一个 信号周期的更高的分辨力。 高分辨力是高精度的必要条件。
第7章 信号细分与辨向电路
19
7.2.4频率跟踪细分——锁相倍频细分
锁相式数字频率合成技术:用来实现测量信号的n倍频，以实现n细分
鉴相器 fi
fo/n
环路滤波器 Uc 压控振荡器 fo
n分频器
优点:结构较简单，细分数高的，对信号失真度无严格要求。 缺点:为有差系统，对输入信号的角频率的稳定性要求高，不能辨向。 主要用于电气倍频和回转部件的角度与传动比等的测量，这时比较容易保持fi接近恒定。
i
也可为幅值,相位,频率等
x -x
比较器
iF
K
s
x
F
∫
+
-
N
xo
• xo为系统输出量,是数字代码,代码
F
多是脉冲数
• 计数器具有积分作用
• Ks为前馈环节的灵敏度 • F为反馈环节的灵敏度
细分数为
KF
xo xi
1 F
第7章 信号细分与辨向电路
16
7.2.1 相位跟踪细分
原理
umsin(t+j)
放大 整形
A A B
第7章 信号细分与辨向电路
DG2 &
1
A
AHale Waihona Puke RCDG1
信号细分与辨向电路
7.1 直传式细分电路 7.2 平衡补偿式细分
信号细分与辨向电路
为什么要细分？ 提高分辨力
信号细分电路又称插补器，是采用电路手段对周期性的增量码信号进行插值 提高仪器分辨力的一种方法。细分的基本原理是：根据周期性测量信号的波 形、幅值或者相位的变化规律，在一个周期内进行插补，从而获得优于一个 信号周期的更高的分辨力。 高分辨力是高精度的必要条件。
第7章 信号细分与辨向电路
19
7.2.4频率跟踪细分——锁相倍频细分
锁相式数字频率合成技术:用来实现测量信号的n倍频，以实现n细分
鉴相器 fi
fo/n
环路滤波器 Uc 压控振荡器 fo
n分频器
优点:结构较简单，细分数高的，对信号失真度无严格要求。 缺点:为有差系统，对输入信号的角频率的稳定性要求高，不能辨向。 主要用于电气倍频和回转部件的角度与传动比等的测量，这时比较容易保持fi接近恒定。
i
也可为幅值,相位,频率等
x -x
比较器
iF
K
s
x
F
∫
+
-
N
xo
• xo为系统输出量,是数字代码,代码
F
多是脉冲数
• 计数器具有积分作用
• Ks为前馈环节的灵敏度 • F为反馈环节的灵敏度
细分数为
KF
xo xi
1 F
第7章 信号细分与辨向电路
16
7.2.1 相位跟踪细分
原理
umsin(t+j)
放大 整形
A A B
第7章 信号细分与辨向电路
DG2 &
1
A
AHale Waihona Puke RCDG1
chap07信号细分与辨向电路教学提纲
SEL OE
禁止逻辑
12/16位 可逆计数器
计数脉冲
计数方向 Q0-Q11,15
HCTL-2020具有的功能
12/16位 锁存器
Q0-Q7 Q0-Q11,15 D0-D11,15
INH
细分脉冲 CNTDECR 计数方向
U/D
级联脉冲 CNTCAS
多路切换器
三态缓冲器 8 B0-B7
8 A0-A7＊
8 D0-
▪ 这类信号的共同特点是：信号具有周期性，信号每变化一 个周期就对应着空间上一个固定位移量
2020/8/13
-2-
电路细分原因
▪ 测量电路通常采用对信号周期进行计数的方法实 现对位移的测量，
▪ 若单纯对信号的周期进行计数, 则仪器的分辨能 力就是一个信号周期所对应的位移量。为了提高 仪器的分辨能力，就需要使用细分电路。
2020/8/13
-10-
单稳四细分辨向电路
2020/8/13
-11-
单稳四细分辨向电路波形图
A
A
B
B
A'
A'
B'
B'
(/A)’
(/A)’
(/B)’
(/B)’
Uo1
Uo1 H
Uo2
H
Uo2
• A,B的正,负边沿都能采集到
• 输出信号Uo1,Uo2可直接送入可逆计数集成电路 (例如 74LS193), 实现辨向计数.
D7
SEL
OE
*HCTL-2000中A4-A7接地
2020/8/13
-15-
7.1.2 电阻链分相细分
▪ 电阻链分相细分是应用很广的细分技术，主要实 现对正余弦模拟信号的细分
chap07_信号细分与辨向电路ppt课件
;
直传式细分电路-概述 ▪ 缺陷：直传系统抗干扰能力较差，其精度低于平
衡补偿系统。 ▪ 优点：直传系统没有反馈比较过程，电路结构简
单、响应速度快，有着广泛的应用。
;
7.1.1 四细分辨向电路
▪ 最为常用的细分辨向电路,输入信号：具有一定相位差(通 常为)的两路方波信号。
▪ 细分的原理：基于两路方波在一个周期内具有两个上升沿 和两个下降沿，通过对边沿的处理实现四细分
;
▪
第7章 本章结束!
;
▪ 缺陷：这种细分方法由于还需要进行软件查表，细分速度 慢，主要用于输入信号频率不高或静态测量中。
;
2,半周期量化细分
;
微机半周期细分原理图
;
7.1.3.4 只读存储器细分
▪ 解决微机细分中软件查表速度慢的问题,改软件查表为硬 件查表.只读存储器细分原理图
加减 加
周 期
计
信号
计
数
.
发生
数
锁
.
器减 器
▪ 这类信号的共同特点是：信号具有周期性，信号每变化一 个周期就对应着空间上一个固定位移量
;
电路细分原因 ▪ 测量电路通常采用对信号周期进行计数的方法实
现对位移的测量， ▪ 若单纯对信号的周期进行计数, 则仪器的分辨能
力就是一个信号周期所对应的位移量。为了提高 仪器的分辨能力，就需要使用细分电路。
计数脉冲
计数方向
Q0Q11,15
HCTL-2020具有的功能
细分脉冲 CNTDECR 计数方向 U/D
12/16位 锁存器
Q0-Q7
Q0Q11,15
D0D11,15
级联脉冲 CNTCA
多路切换器 S
直传式细分电路-概述 ▪ 缺陷：直传系统抗干扰能力较差，其精度低于平
衡补偿系统。 ▪ 优点：直传系统没有反馈比较过程，电路结构简
单、响应速度快，有着广泛的应用。
;
7.1.1 四细分辨向电路
▪ 最为常用的细分辨向电路,输入信号：具有一定相位差(通 常为)的两路方波信号。
▪ 细分的原理：基于两路方波在一个周期内具有两个上升沿 和两个下降沿，通过对边沿的处理实现四细分
;
▪
第7章 本章结束!
;
▪ 缺陷：这种细分方法由于还需要进行软件查表，细分速度 慢，主要用于输入信号频率不高或静态测量中。
;
2,半周期量化细分
;
微机半周期细分原理图
;
7.1.3.4 只读存储器细分
▪ 解决微机细分中软件查表速度慢的问题,改软件查表为硬 件查表.只读存储器细分原理图
加减 加
周 期
计
信号
计
数
.
发生
数
锁
.
器减 器
▪ 这类信号的共同特点是：信号具有周期性，信号每变化一 个周期就对应着空间上一个固定位移量
;
电路细分原因 ▪ 测量电路通常采用对信号周期进行计数的方法实
现对位移的测量， ▪ 若单纯对信号的周期进行计数, 则仪器的分辨能
力就是一个信号周期所对应的位移量。为了提高 仪器的分辨能力，就需要使用细分电路。
计数脉冲
计数方向
Q0Q11,15
HCTL-2020具有的功能
细分脉冲 CNTDECR 计数方向 U/D
12/16位 锁存器
Q0-Q7
Q0Q11,15
D0D11,15
级联脉冲 CNTCA
多路切换器 S
第7章 信号细分与分辨电路讲解
由四个单稳触发器和二个“与或非门”组成，利用单 稳提取两路方波信号的边沿实现四细分。
1 A
DG1
1 B
DG6
DG3 & A
R1
C1
& A
R2
C2 DG4
1
DG2
DG8
& B
R3
C3
& B
R4
C4 DG9
1
DG7
B & ≥1 A B &
A A &
Uo1
B A &
B DG5
A & ≥1 B
-
∞ +
+N
162o
-
∞ +
+N
90o ∞ -+ +N
54o ∞ -+ +N
72o ∞ -+ +N
144o ∞ -++
+N
UR=0
1 2
=1 3
5 6
=1 4
13 = 1 11 12 9 = 1 10 8 6 = 1 4 5
1 = 1 3 2
13 = 1 11 12
A/D 转换器，将模拟信号转换为二进制数字信号X 和Y，数 值在0~255之间变化，其中“128”对应模拟输入信号的“0” 电
平。X和Y与角度对应关系如下，由此可求出 。
Y 255
128
0
128
arctan
Y X
128 128
( X 128, Y 128)
2π π
7.2.1 相位跟踪细分
7.2.1.1 原理
1 A
DG1
1 B
DG6
DG3 & A
R1
C1
& A
R2
C2 DG4
1
DG2
DG8
& B
R3
C3
& B
R4
C4 DG9
1
DG7
B & ≥1 A B &
A A &
Uo1
B A &
B DG5
A & ≥1 B
-
∞ +
+N
162o
-
∞ +
+N
90o ∞ -+ +N
54o ∞ -+ +N
72o ∞ -+ +N
144o ∞ -++
+N
UR=0
1 2
=1 3
5 6
=1 4
13 = 1 11 12 9 = 1 10 8 6 = 1 4 5
1 = 1 3 2
13 = 1 11 12
A/D 转换器，将模拟信号转换为二进制数字信号X 和Y，数 值在0~255之间变化，其中“128”对应模拟输入信号的“0” 电
平。X和Y与角度对应关系如下，由此可求出 。
Y 255
128
0
128
arctan
Y X
128 128
( X 128, Y 128)
2π π
7.2.1 相位跟踪细分
7.2.1.1 原理
信号细分与变相电路(2)
Uc
&
&
Uj
DG2
Ud
DG5
FX
Uj Ud Uc DG1 DG2 Ux Fx
Uj Ud Uc DG1 DG2 Ux Fx
相位跟踪细分
鉴相电路中平衡点门槛
C
R
Uj′
Uj
Uj
Uj
&
&
Uj
Ud
Ud Uc
DG1
&
DG4
FX
Ud
Ud
UX DG3
Uc
Uc
Uc
&
Uj
Ud
DG2
&
DG1
DG5
FX
DG2
DG1 DG2
信号细分与变相电路
平衡补偿式细分
平衡补偿式细分
基本原理
xi- xF
比较器
Ks
xi
xF
F
∫
+ N-
xo
相位跟踪细分
相位跟踪细分
基本原理
umsin(t路
j-d
移位脉冲门
d
移 相
脉
相对相位基准 冲
分频器
显示电路
相位跟踪细分
1 鉴相电路
Uj
&
&
Ud
DG1
DG4
FX
Uc
&
UX
DG3
n 分频器
R2
R3 C2
CC4046
相位比较器
fi
压控振荡器
fo
n 分频器
R1 C1
R Ud′
Ux
Ux
C
Fx
Fx
b)
测控电路第七章信号细分与辨向电路-16页PPT文档资料
90° ~180° 移相 -Esinωt
Ecosωt R2 0° ~90° 移相
R1
Esinωt
180° ~270° 移相
270° ~360° 移相
-Ecosωt
360 30 12
每个象限内相位差30°
0°:
arctanR1 0
R2
R1R21K 2
R1=0 KΩ，R2=12 KΩ
中国计量学院
第七章 信号细分与辨向电路
计量测试工程学院 朱维斌
信号细分电路概念： 信号细分电路又称插补器，是采用电路的手段对周期性的测量信号进行插值提
高仪器分辨力。 信号的共同特点：
信号具有周期性，信号每变化一个周期就对应着空间上一个固定位移量。
电路细分原因： 测量电路通常采用对信号周期进行计数的方法实现对位移的测量，若单纯对信
A
阈值电平
DG1
稳态
典型的积分式单稳触发器 暂态
计量测试工程学院 朱维斌
正
向
运
A′
动
B′
单稳四细分辨向电路
第1个过程： A上升沿的时候，A′产生一个窄脉冲。 B=0，B=1，DG10、DG5为与或非门。Uo1有计数脉 冲输出，Uo2无输出。
A下降沿的时候，A′产生一个窄脉冲。 同样， Uo1有计数脉冲输出，Uo2无输出。
图7-5 电阻链分相细分
a) 原理图
b) 矢量图
u1Esi nt
u2Ecost
根据叠加原理：
uoRR 2E 1 sR i 2ntR1 R E 1c R o 2ts
uo的幅值：
uom
E
R12 R22 R1 R2
uo的相位：
arctanR1
第7章 信号细分与分辨电路
绝对零位
20Ω
sin、cos、-sin三路信号通过电阻链移相产生十路移相信号， 经十路比较器和逻辑电路在O1、O2获得两路正交信号。 绝对零信号经比较器整形后和两路方波信号( 126 、 ) 144 相与，获得标准零脉冲信号。
7.1.3 微型计算机细分
7.1.3.1 与硬件细分相结合的细分技术
缓冲计数器1
光栅 传感器
放大 整形
细分 辨向
缓冲计数器2
微 机 接 口
细分与辨向：由硬件电路完成； 计数、处理和显示：由微机完成； 缓冲计数器：提高系统的响应速度，最高速度为：
v m ax C / ( pN t )
7.1.3 微型计算机细分
7.1.3.2 时钟脉冲细分技术
将光栅一个栅距W内的信号转化为计时的方法实现细分。
7.1.4 只读存储器细分
128
0
128
255 X
7.2 平衡补偿式细分
■
用途：广泛应用于标尺节距大的感应同步器、容栅、 磁栅、光栅等传感器的后续仪器中。 特点：细分数高、分辨率高、精度高，但速度低(带负 反馈的闭环系统)。
前馈回路 xi 比较器 xF F 细分机构，分频数=细分数 x i- x F ∫ Ks + N xo
—— 相位调制信号，作为相位跟踪细分的输入信号。
7.2.1.1 相位跟踪细分原理
Umsin(t+j) 放大整形 鉴相电路
j- d
移 相 脉 冲
移相脉冲门
d
相对相位 基准分频器
显示电路
输入信号：相位差90的两路正余弦(正交)模拟信号。
工作原理：将正余弦信号施加在电阻链两端，由于两信 号的叠加作用，在电阻链的接点上得到幅值和相位各不相 同的电信号。这些信号经整形、脉冲形成后，就能在正余 弦信号的一个周期内获得若干计数脉冲，实现细分。
信号细分与辩向电路共36页文档
信号细分与辩向电路
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
40、人类法律，事物有规律，这是不源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
40、人类法律，事物有规律，这是不源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
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第七章 信号细分与辨向电路
第一节 四细分辨向电路 第二节 电阻链分相细分 第三节 微型计算机细分 第四节 只读存储器细分 第五节 平衡补偿式细分电路 思考题
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测控电路
电路细分原因：
测量电路通常采用对信号周期进行计数的方法实现 对位移的测量，若单纯对信号的周期进行计数, 则仪器的分辨力就是一个信号周期所对应的位移 量。为了提高仪器的分辨力，就需要使用细分电 路。
+N
54o
-
∞ +
+N
72o -
∞ +
+N
144o
-
∞ +
+N
126o
∞
-+
+N
UR
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1 2
=1 3
5 =1 4 6
13 = 1 11 12
9 = 1 10 8
6 = 1 4 5 1 = 1 3 2
13 = 1 11 12
9 = 1 10 8
图7-6
测控电路
Esint
1 2 3 13 11 13 12 11 3 5 6 4 8 10 9 8 10 4
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测控电路
细分的基本原理：
根据周期性测量信号的波形、振幅或者相位的变 化规律，在一个周期内进行插值，从而获得优于 一个信号周期的更高的分辨力。又称插补器。
信号的共同特点：
信号具有周期性，信号每变化一个周期就对应着空间 上一个固定位移量。
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测控电路
辨向：
由于位移传感器一般允许在正、反两个方向移动， 在进行计数和细分电路的设计时往往要综合考虑辨 向的问题。
arcR t1a/R n2)(
R2 uo
u2
ER 1 R1 R2
uo
输出电压的幅值与相位都与R1 和R2的比值有关。
u1
R1
u1
ER 2 R1 R2
不同相的输出电压信号经电压比较器整形为方波，然后经
逻辑电路处理即可实现细分。
测控电路
改变输入信号可改变象限：
Ⅰ： u1=Esin t，u2=Ecos t Ⅱ： u1=Ecos t ，u2=－Esin t Ⅲ： u1=－Esin t，u2=－Ecos t Ⅳ： u1=－Ecos t ，u2=Esin t
五 倍 频 细 分 电 路 的 波 形
测控电路
优点:
具有良好的动态特性,应用广泛
缺点:
细分数越高所需的元器件数目也成比例地增加，使电 路变得复杂，因此电阻链细分主要用于细分数不高的场 合。
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测控电路
第三节 微型计算机细分
输入信号：原始正余弦信号u1=Asin和u2=Acos
Asin Acos
原理：
设电阻链由电阻R1和R2串联而成，电阻链两端加有交流电
压u1、u2，其中，u1=Esint，u2=Ecost 。
u o E st i 2 / R n R 1 ( R 2 ) E ct o 1 / R R 1 ( s R 2 )
U om ER 1 2R 2 2/R (1R 2) u2
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测控电路
第二节 电阻链分相细分
输入信号：两路正余弦交流信号。
（频率相同但相位不同）
工作原理：将正余弦信号施加在电阻链两端，在电阻链的各接 点上得到幅值和相位各不相同的电信号， 经处理后（整形 、脉冲形成、逻辑组合电路），在一个周期内获得若干计 数脉冲，实现细分。
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测控电路
正向时
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A B A' B' A' B’ Uo1 Uo2
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B & ≥1 A B &
A A &
UO2
B A & B
DG10
反向时
测控电路
辨向原理：
正向：Uo1有4细分脉冲输出，Uo2始终为高电平 反向：Uo1始终为高电平，Uo2有4细分脉冲输出
Uo1
＋可 逆
计
Uo2
数
—器
实际位移情况
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UO2 路
测控电路
原理：利用单稳提取两路方波信号的边沿实现四细分
A
单稳
A’
A
单稳
A’
B
单稳
B’
异或
四细分输出
B
单稳
B’
A
01
1
1
DG1
DG3 0 1&
0-1 1-0
0
0 R1 C1
A
1-0
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测控电路
B & ≥1
A
B &
A A &
UO1
B
A & B
DG5
A
B
A'
B'
A'
B’
Uo1
Uo2
12kΩ
Ecosωt
18k 24k 56k 33k Ω Ω ΩΩ
2 4 k 3 3 k 5 6 k1 8 k Ω Ω ΩΩ
12kΩ
-Esinωt
33k 24k 18k 56k Ω ΩΩΩ
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36o
-
∞ +
+N
108o
-
∞ +
+N
18o
-
∞ +
+N
0o -
∞ +
+N
162o
-
∞ +
+N
90o
∞
-+
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测控电路
第一节 四细分辨向电路
输入信号：具有一定相位差(通常为90)的两路方波信号。
细分原理：对两路方波的突变沿进行处理（一个周期有两个突变沿），
提取四个突变沿，实现四细分。
辨向原理：根据两路方波相位的相对超前和滞后的关系作为判别依据。
Y B
OVBຫໍສະໝຸດ VAVA’ VB’
W
BW
VA
VA
VB
VB
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测控电路
1 A
DG1
1 B
DG6
DG3 & A
R1
C1
A
& A
R2
C2 DG4
1
A
DG2
DG8
& B
R3
C3
B
& B
C4 DG9 R4
1
B
DG7
B & ≥1 A B & A A & B A & B DG5
A & ≥1 B B & A A & B
& A B
DG10
-
UO1 图 7 2 单 稳 四 细 分 辨 向 电
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测控电路
单个卦限内的细分：
u1 tan
u2
arctanu1
u2
直接算反函数法：运算量大，占用CPU太多时间 查表法：
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测控电路
cot
=u2/u1
1 12 3 45 67 8
0 －1
90° 180° 270° 360° t
过零 比较器
辨向 电路
∩/# ∩/#
可逆 计数器
数字 计算机
u
u1
u2
12 3 45 67 8
t
显示电路
a） 电路原理图
b） 卦限图
图7-8 微型计算机8细分
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测控电路
卦限 u1的极性 u2的极性 |u1|、|u2|大小
1
+
+
2
+
+
3
+
4
+
5
6
7
+
8
+
|u1|〈|u2| |u1|〉|u2| |u1|〉|u2| |u1|〈|u2| |u1|〈|u2| |u1|〉|u2| |u1|〉|u2| |u1|〈|u2|
Ecos t
φ＝0 ° ～90 ° φ＝90 ° ～180 ° φ＝180 °～270° φ＝270 ° ～360 °
－Esin t
Esin t
返回
－Ecos t
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电阻细分桥（12细分） 测控电路
电阻链五倍频 细分电路
Esinωt 5 6 k 3 3 k 1 8 k 2 4 k Ω Ω ΩΩ
第一节 四细分辨向电路 第二节 电阻链分相细分 第三节 微型计算机细分 第四节 只读存储器细分 第五节 平衡补偿式细分电路 思考题
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测控电路
电路细分原因：
测量电路通常采用对信号周期进行计数的方法实现 对位移的测量，若单纯对信号的周期进行计数, 则仪器的分辨力就是一个信号周期所对应的位移 量。为了提高仪器的分辨力，就需要使用细分电 路。
+N
54o
-
∞ +
+N
72o -
∞ +
+N
144o
-
∞ +
+N
126o
∞
-+
+N
UR
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1 2
=1 3
5 =1 4 6
13 = 1 11 12
9 = 1 10 8
6 = 1 4 5 1 = 1 3 2
13 = 1 11 12
9 = 1 10 8
图7-6
测控电路
Esint
1 2 3 13 11 13 12 11 3 5 6 4 8 10 9 8 10 4
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测控电路
细分的基本原理：
根据周期性测量信号的波形、振幅或者相位的变 化规律，在一个周期内进行插值，从而获得优于 一个信号周期的更高的分辨力。又称插补器。
信号的共同特点：
信号具有周期性，信号每变化一个周期就对应着空间 上一个固定位移量。
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测控电路
辨向：
由于位移传感器一般允许在正、反两个方向移动， 在进行计数和细分电路的设计时往往要综合考虑辨 向的问题。
arcR t1a/R n2)(
R2 uo
u2
ER 1 R1 R2
uo
输出电压的幅值与相位都与R1 和R2的比值有关。
u1
R1
u1
ER 2 R1 R2
不同相的输出电压信号经电压比较器整形为方波，然后经
逻辑电路处理即可实现细分。
测控电路
改变输入信号可改变象限：
Ⅰ： u1=Esin t，u2=Ecos t Ⅱ： u1=Ecos t ，u2=－Esin t Ⅲ： u1=－Esin t，u2=－Ecos t Ⅳ： u1=－Ecos t ，u2=Esin t
五 倍 频 细 分 电 路 的 波 形
测控电路
优点:
具有良好的动态特性,应用广泛
缺点:
细分数越高所需的元器件数目也成比例地增加，使电 路变得复杂，因此电阻链细分主要用于细分数不高的场 合。
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测控电路
第三节 微型计算机细分
输入信号：原始正余弦信号u1=Asin和u2=Acos
Asin Acos
原理：
设电阻链由电阻R1和R2串联而成，电阻链两端加有交流电
压u1、u2，其中，u1=Esint，u2=Ecost 。
u o E st i 2 / R n R 1 ( R 2 ) E ct o 1 / R R 1 ( s R 2 )
U om ER 1 2R 2 2/R (1R 2) u2
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测控电路
第二节 电阻链分相细分
输入信号：两路正余弦交流信号。
（频率相同但相位不同）
工作原理：将正余弦信号施加在电阻链两端，在电阻链的各接 点上得到幅值和相位各不相同的电信号， 经处理后（整形 、脉冲形成、逻辑组合电路），在一个周期内获得若干计 数脉冲，实现细分。
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测控电路
正向时
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A B A' B' A' B’ Uo1 Uo2
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B & ≥1 A B &
A A &
UO2
B A & B
DG10
反向时
测控电路
辨向原理：
正向：Uo1有4细分脉冲输出，Uo2始终为高电平 反向：Uo1始终为高电平，Uo2有4细分脉冲输出
Uo1
＋可 逆
计
Uo2
数
—器
实际位移情况
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UO2 路
测控电路
原理：利用单稳提取两路方波信号的边沿实现四细分
A
单稳
A’
A
单稳
A’
B
单稳
B’
异或
四细分输出
B
单稳
B’
A
01
1
1
DG1
DG3 0 1&
0-1 1-0
0
0 R1 C1
A
1-0
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测控电路
B & ≥1
A
B &
A A &
UO1
B
A & B
DG5
A
B
A'
B'
A'
B’
Uo1
Uo2
12kΩ
Ecosωt
18k 24k 56k 33k Ω Ω ΩΩ
2 4 k 3 3 k 5 6 k1 8 k Ω Ω ΩΩ
12kΩ
-Esinωt
33k 24k 18k 56k Ω ΩΩΩ
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36o
-
∞ +
+N
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18o
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∞ +
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162o
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∞ +
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90o
∞
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测控电路
第一节 四细分辨向电路
输入信号：具有一定相位差(通常为90)的两路方波信号。
细分原理：对两路方波的突变沿进行处理（一个周期有两个突变沿），
提取四个突变沿，实现四细分。
辨向原理：根据两路方波相位的相对超前和滞后的关系作为判别依据。
Y B
OVBຫໍສະໝຸດ VAVA’ VB’
W
BW
VA
VA
VB
VB
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测控电路
1 A
DG1
1 B
DG6
DG3 & A
R1
C1
A
& A
R2
C2 DG4
1
A
DG2
DG8
& B
R3
C3
B
& B
C4 DG9 R4
1
B
DG7
B & ≥1 A B & A A & B A & B DG5
A & ≥1 B B & A A & B
& A B
DG10
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UO1 图 7 2 单 稳 四 细 分 辨 向 电
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单个卦限内的细分：
u1 tan
u2
arctanu1
u2
直接算反函数法：运算量大，占用CPU太多时间 查表法：
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测控电路
cot
=u2/u1
1 12 3 45 67 8
0 －1
90° 180° 270° 360° t
过零 比较器
辨向 电路
∩/# ∩/#
可逆 计数器
数字 计算机
u
u1
u2
12 3 45 67 8
t
显示电路
a） 电路原理图
b） 卦限图
图7-8 微型计算机8细分
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测控电路
卦限 u1的极性 u2的极性 |u1|、|u2|大小
1
+
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|u1|〈|u2| |u1|〉|u2| |u1|〉|u2| |u1|〈|u2| |u1|〈|u2| |u1|〉|u2| |u1|〉|u2| |u1|〈|u2|
Ecos t
φ＝0 ° ～90 ° φ＝90 ° ～180 ° φ＝180 °～270° φ＝270 ° ～360 °
－Esin t
Esin t
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－Ecos t
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电阻细分桥（12细分） 测控电路
电阻链五倍频 细分电路
Esinωt 5 6 k 3 3 k 1 8 k 2 4 k Ω Ω ΩΩ