测控电路 第07章 信号细分与辨向电路

单稳四细分辨向电路
原理：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
C4 DG9 R4 1
DG7
B & ≥1
A B
&
A A &
UO1
B
A &
B DG5
A & ≥1 B B &
A A &
UO2
B A & B
典型的细分电路 ☆ 四细分辨向电路 ☆ 电阻链分相细分 ☆ 微型计算机细分 ☆ 只读存储器细分
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
辨向：根据两路方波相位的相对导前和滞 后的关系作为判别依据
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。
概述
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。
Esint
1 2 3 13 11 13 12 11 3 5 6 4 8 10 9 8 10 4
电阻链分相细分
电阻链分相细分
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。
微型计算机细分
Asin Acos
DG10
单稳四细分 辨向电路
A B A' B'
Uo1 Uo2
a)
A B A' B'
Uo1 Uo2
b)
HCTL-20XX系列四细分辨向电路
CLK
CK
施密特 数字 触发器 滤波器
CH A
四细分 辨向电路
计数脉冲 计数方向
CH B
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
原始正交信号u1=Asin和u2=Acos作为输入
过零 比较器
辨向 电路
∩/# ∩/#
可逆 计数器
数字 计算机
u1
u2
123 4 567 8
显示电路
a)
b)
a） 电路原理图
微型计算机细分 b） 卦限图
卦限 u1的极性 u2的极性
1
+
+
2
+
+
3
+
4
+
5
6
7
+
8
+
|u1|、|u2|大小
|u1|〈|u2| |u1|〉|u2| |u1|〉|u2| |u1|〈|u2| |u1|〈|u2| |u1|〉|u2| |u1|〉|u2| |u1|〈|u2|
交流电压u1、u2，其中，u1=Esint，u2=Ecost
u2
u2
uo
R2
uo
ER1 R1 R2
R1
u1
u1
ER 2
R1 R2
电阻链分相细分
a) 原理图 b) 矢量图
2. 电阻链五倍 频细分电路
Esinωt 56k 33k 18k 24k Ω Ω ΩΩ
12kΩ
18k 24k 56k 33k Ω Ω ΩΩ
第七章 信号细分与辨向电路
概述 第一节 直传式细分电路 第二节 平衡补偿式细分电路
概述
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。
概述
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。
概述
Ecosωt 24k 33k 56k 18k Ω Ω ΩΩ
12kΩ
33k 24k 18k 56k Ω ΩΩΩ
-Esinωt
UR
36o -
∞ +
+N
108o -
∞ +
+N
18o -
∞ +
+N
0o -
∞ +
+N
162o -
∞ +
+N
90o -
∞ +
+N
54o -
∞ +
+N
72o -
∞ +
+N
144o -
Ks=K1K2K3…Km
m
xo K s xi K sj x j
j 1
Ksj ——xo对xj的灵敏度, Ksj=Kj+1…Km
由于Ks的变化和xj的存在会使达到相同 xo所需的xi值发生变化，即使细分点的位 置发生变化。
缺点：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。
微型计算机细分
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 接算反函数或，要化更多的时间；通过 修改程序和正切表，很容易实现高的细 分数。
缺点：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。
HCTL-2020具有的功能
12/16位 锁存器
Q0-Q7 Q0-Q11,15 D0-D1源自文库,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-
D7
SEL
OE
*HCTL-2000中A4-A7接地
HCTL-20XX系列集成电路细分原理图
电阻链分相细分
主要实现对正余弦模拟信号的细分 工作原理：将正余弦信号施加在电阻链
两端，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
电阻链分相细分
1. 原理
设电阻链由电阻R1和R2串联而成，电阻链两端加有
∞ +
+N
126o -
∞ +
+N
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
9 = 1 10 8
电压比较器一般接成施密特触发电路的形式，
使其上升沿和下降沿的触发点具有不同的触发 电平，这个电平差称为回差电压。让回差电压 大于信号中的噪声幅值，可避免比较器在触发 点附近因噪声来回反转，回差电压越大，抗干 扰能力越强。但回差电压的存在使比较器的触 发点不可避免地偏离理想触发位置，造成误差， 因此回差电压的选取应该兼顾抗干扰和精度两 方面的因素。
概述
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。
概述
分类： 按工作原理，可分为直传式细分
和平衡补偿式细分。
按所处理的信号可分为调制信号 细分电路和非调制信号细分电路。
第一节 直传式细分电路
xi K1
x1
x1 K2
x2
Km
xo