信號細(xì)分與辯向電路課件

第七章信號細(xì)分與辨向電路第一節(jié)四細(xì)分辨向電路第二節(jié)電阻鏈分相細(xì)分第三節(jié)微型計算機細(xì)分第四節(jié)只讀存儲器細(xì)分

第五節(jié)平衡補償式細(xì)分電路思考題返回下一頁電路細(xì)分原因：測量電路通常采用對信號周期進行計數(shù)的方法實現(xiàn)對位移的測量，若單純對信號的周期進行計數(shù),則儀器的分辨力就是一個信號周期所對應(yīng)的位移量。為了提高儀器的分辨力，就需要使用細(xì)分電路。返回上一頁下一頁細(xì)分的基本原理：

根據(jù)周期性測量信號的波形、振幅或者相位的變化規(guī)律，在一個周期內(nèi)進行插值，從而獲得優(yōu)于一個信號周期的更高的分辨力。又稱插補器。信號的共同特點：信號具有周期性，信號每變化一個周期就對應(yīng)著空間上一個固定位移量。返回上一頁下一頁第一節(jié)四細(xì)分辨向電路輸入信號：具有一定相位差(通常為90)的兩路方波信號。細(xì)分原理：對兩路方波的突變沿進行處理（一個周期有兩個突變沿），提取四個突變沿，實現(xiàn)四細(xì)分。辨向原理：根據(jù)兩路方波相位的相對超前和滯后的關(guān)系作為判別依據(jù)。

WBYOVBVAVAVBVAVB返回上一頁下一頁VA’VB’DG7&&&&&&&&UO1DG5UO2DG10R1&&1&&11A1DG1C1DG3R2DG2C2DG4DG8R3C3C4DG9R4DG6AABBBBBAAAA≥1BBBAAAABBB≥1圖7-2單穩(wěn)四細(xì)分辨向電路AABB原理：利用單穩(wěn)提取兩路方波信號的邊沿實現(xiàn)四細(xì)分00-1R1&A1DG1C1DG3A0101101-01-0返回上一頁下一頁A單穩(wěn)A’B單穩(wěn)B’A單穩(wěn)A’B單穩(wěn)B’異或四細(xì)分輸出辨向原理：正向：Uo1有4細(xì)分脈沖輸出，Uo2始終為高電平反向：Uo1始終為高電平，Uo2有4細(xì)分脈沖輸出可逆計數(shù)器Uo1Uo2＋—實際位移情況返回上一頁下一頁輸入信號：兩路正余弦交流信號。

（頻率相同但相位不同）工作原理：將正余弦信號施加在電阻鏈兩端，在電阻鏈的各接點上得到幅值和相位各不相同的電信號，經(jīng)處理后（整形、脈沖形成、邏輯組合電路），在一個周期內(nèi)獲得若干計數(shù)脈沖，實現(xiàn)細(xì)分。

第二節(jié)電阻鏈分相細(xì)分返回上一頁下一頁

設(shè)電阻鏈由電阻R1和R2串聯(lián)而成，電阻鏈兩端加有交流電壓u1、u2，其中，u1=Esint，u2=Ecost。

u1

u2uo

u2

R1R2uou1輸出電壓的幅值與相位都與R1和R2的比值有關(guān)。

不同相的輸出電壓信號經(jīng)電壓比較器整形為方波，然后經(jīng)邏輯電路處理即可實現(xiàn)細(xì)分。原理：

圖7-6

36o108o18o0o162o90o54o72o144o126o56kΩ33kΩ18kΩ24kΩ18kΩ24kΩ56kΩ33kΩ24kΩ33kΩ56kΩ18kΩ33kΩ24kΩ18kΩ56kΩ12kΩ12kΩ123564131211981065411312118910EsinωtEcosωt-Esinωt∞-++N∞-++N∞-++N∞-++N∞-++N∞-++N∞-++N∞-++N∞-++N∞-++N=1=1=1=1=123=1=1=1UR電阻鏈五倍頻細(xì)分電路返回上一頁下一頁1231311131211356481098104

Esint五倍頻細(xì)分電路的波形優(yōu)點:具有良好的動態(tài)特性,應(yīng)用廣泛缺點:細(xì)分?jǐn)?shù)越高所需的元器件數(shù)目也成比例地增加，使電路變得復(fù)雜，因此電阻鏈細(xì)分主要用于細(xì)分?jǐn)?shù)不高的場合。返回上一頁下一頁卦限u1的極性u2的極性|u1|、|u2|大小1++|u1|〈|u2|2++|u1|〉|u2|3+|u1|〉|u2|4+|u1|〈|u2|5|u1|〈|u2|6|u1|〉|u2|7+|u1|〉|u2|8+|u1|〈|u2|返回上一頁下一頁單個卦限內(nèi)的細(xì)分：直接算反函數(shù)法：運算量大，占用CPU太多時間查表法：返回上一頁下一頁tan=u1/u2cot=u2/u112345678t01－1(0°～360°)范圍內(nèi)的實際數(shù)值y：

第1卦限：y＝K第2卦限：y＝2n－K第3卦限：y＝2n+K第4卦限：y＝4n－K第5卦限：y＝4n+K第6卦限：y＝6n－K第7卦限：y＝6n+K第8卦限：y＝8n－K返回上一頁下一頁90°180°270°360°n——單卦限內(nèi)的細(xì)分?jǐn)?shù)K——第1卦限查表所對應(yīng)的存儲單元序列號優(yōu)點：利用判別卦限和查表實現(xiàn)細(xì)分，相對來說減少了計算機運算時間，若直接算反函數(shù)，要化更多的時間；通過修改程序和正切表，很容易實現(xiàn)高的細(xì)分?jǐn)?shù)。缺點：這種細(xì)分方法由于還需要進行軟件查表，細(xì)分速度慢，主要用于輸入信號頻率不高或靜態(tài)測量中。返回上一頁下一頁練習(xí)1、在光柵式位移測量系統(tǒng)中采用微機對其進行200細(xì)分。在某時刻測得兩路正余弦信號輸入信號為U1＝－1.35V，U2＝2.67V，計數(shù)鎖存器中的計數(shù)值為240。求：這一時刻對應(yīng)的實際位移量X。已知：光柵節(jié)距為W（1單元）tg1.80＝0.03，（2單元）tg3.60＝0.06，（3單元）tg5.40＝0.09，（4單元）tg7.20＝0.13，（5單元）tg90＝0.16，（6單元）tg10.80＝0.19，（7單元）tg12.60＝0.22，(8單元)tg14.40＝0.26，（9單元）tg16.20＝0.29，（10）tg180＝0.32，（11）tg19.80＝0.36，（12）tg21.60＝0.40，（13）tg23.40＝0.43，（14）tg25.20＝0.47，（15）tg270＝0.51，（16）tg28.80＝0.55，（17）tg30.60＝0.59，（18）tg32.40＝0.64，（19）tg34.20＝0.68，（20）tg360＝0.73，（21）tg37.80＝0.78，（22）tg39.60＝0.83，（23）tg41.40＝0.88，（24）tg43.20＝0.94，（25）tg450＝1.00返回上一頁下一頁練習(xí)2、用光柵式角度測量系統(tǒng)測量電機軸的轉(zhuǎn)角，傳感器主光柵有2000條刻線，被測軸的轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分鐘。求儀器的固有分辨率？傳感器輸出光電信號的頻率？若采用微機對其進行160細(xì)分。在某時刻測得光柵輸出的兩路正、余弦信號U1＝2.5V，U2＝1.5V，計數(shù)鎖存器中的計數(shù)值為100。求：這時候電機轉(zhuǎn)軸的實際轉(zhuǎn)角。注：【（1單元）tg0.0＝0，（2單元）tg2.250＝0.039，（3單元）tg4.50＝0.079，（4單元）tg6.750＝0.118，（5單元）tg9.0＝0.158，（6單元）tg11.250＝0.199，（7單元）tg13.50＝0.240，（8單元）tg15.750＝0.282，（9單元）tg18.0＝0.325，（10單元）tg20.250＝0.369，（11單元）tg22.50＝0.414，（12單元）tg24.750＝0.461，（13單元）tg27.0＝0.510，（14單元）tg29.250＝0.560，（15單元）tg31.50＝0.613，（16單元）tg33.750＝0.668，（17單元）tg36.0＝0.727，（18單元）tg38.250＝0.788，（19單元）tg40.50＝0.854，（20單元）tg42.750＝0.924】返回上一頁下一頁0128255XY255128

圖7-10模/數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果與對應(yīng)角度的關(guān)系

返回上一頁下一頁7.2平衡補償式細(xì)分電路平衡補償式細(xì)分電路廣泛應(yīng)用于標(biāo)尺節(jié)距大的感應(yīng)同步器，也用于磁柵、光柵式儀器中。這種細(xì)分方法可實現(xiàn)高的細(xì)分?jǐn)?shù)，例如2000，甚至10000。平衡補償式細(xì)分電路的相應(yīng)速度一般比直傳式細(xì)分電路的低，如果測量速度過快，就會發(fā)生跟蹤不上，甚至失步的問題。為保證精度，必須限制測量速度。比較器F

Ksxoxi-+N∫xFxi-xF門檻電壓不能太小2004－05－1626機電產(chǎn)品制造業(yè)環(huán)境管理體系關(guān)鍵技術(shù)研究鑒相電路移位脈沖門相對相位基準(zhǔn)分頻器顯示電路放大整形umsin(t+j)dj-d移相脈沖圖7－12相位跟蹤細(xì)分框圖7.2.1相位跟蹤細(xì)分2004－05－1629機電產(chǎn)品制造業(yè)環(huán)境管理體系關(guān)鍵技術(shù)研究鑒相電路7.2.1相位跟蹤細(xì)分鑒相電路要做三方面的工作：確定偏差信號j-d是否超過門檻；輸出與偏差信號相對應(yīng)的方波脈寬信號確定j與d的導(dǎo)前、滯后關(guān)系，以確定滑尺移動方向，也就是辨向

2004－05－1630機電產(chǎn)品制造業(yè)環(huán)境管理體系關(guān)鍵技術(shù)研究

UdUX&&&&&Uc

Uj

UdDG1Uj

DG2DG3DG4DG5FXFXa)UjUdUcDG1DG2UxFxUjUdUcDG1DG2UxFxb)c)此鑒相電路沒有門檻，會有在平衡點附近振擺跟蹤的問題。

Uc7.2.1相位跟蹤細(xì)分鑒相電路

2004－05－1631機電產(chǎn)品制造業(yè)環(huán)境管理體系關(guān)鍵技術(shù)研究

UdUX&&&&&Uc

Uj

UdDG1Uj

DG2DG3DG4DG5FXFXUj

′

Uc

Ud’RRCCa)UjUjUdUcDG1DG2UxFxb)UjUdUdUcDG1DG2UxFxc)有門檻的鑒相電路

Uj’的上升滯后與Uj的上升。若Uj與Ud的相位差很小，在Uj’到達(dá)開門電平前，Ud已經(jīng)上跳，就不會形成相位差信號。2004－05－1632機電產(chǎn)品制造業(yè)環(huán)境管理體系關(guān)鍵技術(shù)研究加減脈沖改變d原理圖

a)時鐘脈沖b)正常分頻c