第七章-细分电路ppt课件.ppt

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1、严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。第七章 信号细分与辨向电路7.1 直传式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7.2 平衡补偿式细分相位跟踪细分幅值跟踪细分脉冲调宽型幅值跟踪细分频率跟踪细分锁相倍频细分功能功能提高分辨力提高分辨力对周期性测量信对周期性测量信号进行插值号进行插值识别运动方向识别运动方向识别测量信号的识别测量信号的相位相位严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。信号细分电路概念：信号细分电路概念：信号细分

2、电路又称插补器，是采用电路的手段对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周期性的测量信号进行插值提高仪器分辨力。进行插值提高仪器分辨力。信号的共同特点：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。间上一个固定位移量。电路细分原因：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对位移的测量，若单纯对信号的周期进行计数,则仪器则仪器的分辨力就是一个信号周期所对应的位移量。为了提高的分辨力就是一个信号周期所

3、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。仪器的分辨力，就需要使用细分电路。概述严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。细分的基本原理细分的基本原理输入信号输入信号来自光栅、感应同步器、磁栅等传感器来自光栅、感应同步器、磁栅等传感器具有周期性具有周期性信号每变化一个周期对应着空间上的一个固定的位移量信号每变化一个周期对应着空间上的一个固定的位移量原理原理利用周期性测量信号的波形、幅度或相位变化规律，在一个周期利用周期性测量信号的波形、幅度或相位变化规律，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分辨

4、力内进行插值，从而获得优于一个信号周期的更高分辨力利用周期性测量信号的相位关系可以实现方向识别利用周期性测量信号的相位关系可以实现方向识别 (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。和细分电路的设计时往往要综合考虑辨向的问题。)分类：分类：按工作原理，可分为直传式细分和平衡补偿式细分。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。电路。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制

5、度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。第一节第一节 直接式细分电路直接式细分电路由若干环节串联而成输入来自（位移）传感器，多为一对SIN、COS信号或相移为90的方波信号输出频率更高的脉冲信号或模拟信号数字信号灵敏度（传递函数）越靠前的环节对输出的影响越大K1K2 xix1x1x2Kmxo直接式细分原理图开环系统结构简单、响应快抗干扰能力差、精度较低Ksj:xo对xj的灵敏度Ks=K1K2K3Km严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。缺点：直传系统抗干扰能力较差，其精度低于平缺点：直传系

6、统抗干扰能力较差，其精度低于平衡补偿系统。衡补偿系统。优点：直传系统没有反馈比较过程，电路结构简优点：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。单、响应速度快，有着广泛的应用。典型的细分电路典型的细分电路 四细分辨向电路四细分辨向电路 电阻链分相细分电阻链分相细分 微型计算机细分微型计算机细分 只读存储器细分只读存储器细分 严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。一、四细分辨向电路最常用的细分辩向电路原理输入信号输入信号具有一定相位差的两路方波信号具有一定相位差的两路方波信号在一个周期内有在一个周

7、期内有2 2个上升沿和个上升沿和2 2个下降沿个下降沿通过对输入信号的通过对输入信号的2 2个上升个上升沿和沿和2 2个下降沿个下降沿的处理实的处理实现细分现细分根据两路方波信号的相对导前和滞后关系辨别方向根据两路方波信号的相对导前和滞后关系辨别方向（一）单稳四细分辨向电路利用单稳电路提取两路方波信号的边沿实现四细分严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。四细分严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。&1&1&11&11&ABDG1DG6DG3R1C1

8、R2C2DG4DG2R3R4C4DG9DG8BBAABB BBBAAAABBUO1UO2单单稳稳四四细细分分辨辨向向电电路路DG7DG5DG104 4、B B负跳变负跳变3 3、B B正跳变正跳变2 2、A A负跳变负跳变1 1、A A正跳变正跳变当当A A发生正跳变时，由非门发生正跳变时，由非门DGDG1 1、电阻电阻R R1 1、电容、电容C C1 1和与门和与门DGDG3 3组成组成的单稳触发器输出窄脉冲信号的单稳触发器输出窄脉冲信号AA，此时，此时 为高电平，与为高电平，与或门或门DGDG5 5有计数脉冲输出，由于有计数脉冲输出，由于B B为低电平，与或门为低电平，与或门DGDG101

9、0无计数脉无计数脉冲输出冲输出严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。单稳四细分辩向电路波形单稳四细分辩向电路波形反向运动反向运动正向运动正向运动图图7 73 3四细分四细分四细分四细分严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。禁止逻辑计数脉冲计数方向计数脉冲计数方向D0D11（15）Q0Q7Q8Q11（15）D0D11（15）INHB0B7A0A7*SELOE数字滤波器施密特触发器四细分向电路辨12/16位可逆计数器12/16位锁存器多路切换器三态缓冲

10、器级联脉冲计数方向细分脉冲CNTDECRU/DCNTCASD0D7888CLKCK*HCTL2000中A4A7接地CHACHBSELOEHCTL2020具有的功能（二）HCTL20XX系列四细分辨向电路(原理图）严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。二、电阻链分相细分主要实现对正余弦模拟信号的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，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，

11、就能电信号。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，在正余弦信号的一个周期内获得若干计数脉冲，实现细分实现细分 严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。1 1、原理、原理输入信号输入信号SINSIN、COSCOS信号信号将将SINSIN、COSCOS信号施加在电阻链两端信号施加在电阻链两端在电阻链接点上得到不同相位与幅度的信号在电阻链接点上得到不同相位与幅度的信号整形整形在输入信号的一个周期中得到若干计数脉冲信号在输入信号的一个周期中得到若干计数脉冲信号u2u1R2R1uo严格执行突发事件

12、上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。u2u1R2R1uo a）原理图u2uou1 b）矢量图改变改变u u1 1、u u2 2可以得到第可以得到第2 2、3 3、4 4象限的输出信号象限的输出信号 设电阻链由电阻设电阻链由电阻R R1 1和和R R2 2串联而成，电阻链两端加有交流电压串联而成，电阻链两端加有交流电压u1、u2，其中，其中，u1=Esin t，u2=Ecos t 改变改变R R1 1、R R2 2可以改变可以改变和和U Uomom严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各

13、类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。2、电阻链五倍细分电路组成电阻移相网络给出10路移相信号比较器将正弦信号转换为方波信号一般采用施密特触发电路的形式逻辑电路得到2路相位差90的5倍频方波信号异或门组合电路串联式并联式严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。电压比较器一般接成施密特触发电路的形式，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，使其上升沿和下降沿的触发点具有不同的触发电平，

14、这个电平差称为回差电压。让回差电压大于信号中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。顾抗干扰和精度两方面的因素。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突

15、发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。优点优点:具有良好的动态特性具有良好的动态特性,应用广泛应用广泛缺点缺点:细分数越高所需的元器件数目也成比例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。分主要用于细分数不高的场合。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。三、微型计算机细分三、微型计算机细分1.1.原理原理输入信号输入信号SINSIN、COSCOS信号

16、信号模模/数转换数转换微机判断两路信号的大小和极性，实现细分微机判断两路信号的大小和极性，实现细分卦限卦限：4545相位区间相位区间辨向电路可逆计数器数字计算机显示电路/#AsinAcos/#过零比较器电路原理图根据各卦限内两路信号的关系（极性根据各卦限内两路信号的关系（极性和大小）可以实现和大小）可以实现8 8细分细分在每一卦限内，根据两路信号的绝对在每一卦限内，根据两路信号的绝对值的比值可以实现进一步细分值的比值可以实现进一步细分利用计算机代替硬件电路对模拟量进行数字计算达到细分的目的利用计算机代替硬件电路对模拟量进行数字计算达到细分的目的l大计数l小计数87654321u1u2严格执行突

17、发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。卦限图在1、4、5、8卦限内计算tan值在2、3、6、7卦限内计算cot值tan值与cot值均在01之间变化87654321u1u2严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。使用查表的方法实现细分使用查表的方法实现细分在存储器中固化一个表，存储一个卦限内（在存储器中固化一个表，存储一个卦限内（4545）N N个个tantan值值微机在表中查找与计算出的微机在表中查找与计算出的tantan或或cotcot最接近的存储单元，进最

18、接近的存储单元，进而求出细分数而求出细分数例：在一个卦限内实现例：在一个卦限内实现2525细分（细分（N=25N=25）设查找到第设查找到第k k个单元的值与计算出的个单元的值与计算出的tantan或或cotcot最接近，则细分最接近，则细分数数x x为：为：第1卦限x=k第2卦限x=50-k第3卦限x=50+k第4卦限x=100-k第5卦限x=100+k第6卦限x=150-k第7卦限x=150+k第8卦限x=200-k特点特点使用查表法，减少了计算时间使用查表法，减少了计算时间修改软件和正切表，能方便地实现高的细分数修改软件和正切表，能方便地实现高的细分数软件查表，速度较慢软件查表，速度较慢

19、应用应用输入信号频率不高的场合输入信号频率不高的场合严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。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。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。四、只读存储器细分四、只读存储器细分原理组成模/数转换器只读存储器细分锁存器周期计数电路逻

20、辑控制电路硬件查表将两路输入信号经模/数转换的结果（8位数字量）作为地址信号选通相应的存储单元，输出固化的一个周期内的细分数值整周期的计数通过对细分锁存器最高两位（D7D6）的处理实现特点特点速度快速度快A/DA/D转换的时间约转换的时间约1 1ss，其他其他操作仅需几十纳秒操作仅需几十纳秒电路简单电路简单细分数高细分数高应用应用广泛，特别是输入信号频率广泛，特别是输入信号频率较高的场合较高的场合几十千赫兹上百千赫兹几十千赫兹上百千赫兹严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。只读存储器细分原理图只读存储器细分原理图2562

21、56细分细分只只读读存存储储器器细细分分锁锁存存器器加减加减信号信号发生发生器器周周期期计计数数器器计计数数锁锁存存器器逻辑控制器逻辑控制器D9 D8D7D0AsinAcosXY/#/#D15 整周期的计数通过对细分锁存器最高两位（D7D6）的处理实现。当信号值从255增加时，二个最高位从11变化为00。反之，当信号值从0开始减少时，这二位从00变为11。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。模数转换结果与对应角模数转换结果与对应角度的关系度的关系固化值固化值=INT(256/(2)严格执行突发事件上报制度、校外活动报批

22、制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。题7-1图例例7 71 1 图图7-317-31为一单稳辨向电路，输入信号为一单稳辨向电路，输入信号A A、B B为相位差为相位差9090 的方波信号，分析其辨向原理，并分别就的方波信号，分析其辨向原理，并分别就A A导前导前B B 9090、B B导前导前A A 9090 的情况，画出的情况，画出A A、U Uo1o1、U Uo2o2的波形的波形。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。可见，当可见，当A A导前导前B B 9090 时，时，U U

23、o1o1有输出，有输出，U Uo2o2无输出，当无输出，当B B导前导前A A 9090 时，时，U Uo1o1无输出，无输出，U Uo2o2有输出，实现辨向。有输出，实现辨向。o2 ABABAUO1UO2ABABAUO1UO2严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。xi-xF xF比较器比较器F Ksxo-+Nxi第二节第二节 平衡补偿式细分平衡补偿式细分 平衡式细分原理图平衡式细分原理图 严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。闭环系统的灵敏度闭环

24、系统的灵敏度严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。一、相位跟踪细分一、相位跟踪细分 n1 1 原理原理 uj=umsin(t+j)um、载波信号的振幅和角频率；载波信号的振幅和角频率；j调调制制相相移移角角，j通通常常与与被被测测位位移移x成正比，成正比，j=2 x/W，W为标尺节距为标尺节距。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。鉴相电路鉴相电路移位脉冲门移位脉冲门 相对相位相对相位基准分频器基准分频器显示电路显示电路放大放大整形整形umsin(

25、t+j)dj-d移移相相脉脉冲冲相位跟踪细分框图相位跟踪细分框图 严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。2.2.鉴相电路鉴相电路鉴相电路要做三方面的工作：n 确定偏差信号j-d是否超过门槛；n 输出与偏差信号相对应的方波脉宽信号n确定j与d的导前、滞后关系，以确定滑尺移动方向，也就是辨向 严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。UdUX&Uc Uj UdDG1Uc Uj DG2DG3DG4DG5FXFXa)UjUdUcDG1DG2UxFxUjUdUc

26、DG1DG2UxFxb)c)此鉴相电路此鉴相电路没有门槛，没有门槛，会有在平衡会有在平衡点附近振摆点附近振摆跟踪的问题跟踪的问题 图图:鉴相电路鉴相电路a)a)电路图电路图 b)b)正向波形图正向波形图 c)c)反向波形图反向波形图 严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。UdUX&Uc Uj UdDG1Uc Uj DG2DG3DG4DG5FXFXUj Ud RRCCa)UjUjUdUcDG1DG2UxFxUjUdUdUcDG1DG2UxFxb)c)图图:有门槛的鉴相电路有门槛的鉴相电路a)a)电路图电路图 b)b)正向波

27、形图正向波形图 c)c)反向波形图反向波形图 严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。3.3.相对相位基准和移相脉冲门相对相位基准和移相脉冲门 图图:加减脉冲改变加减脉冲改变 d d 原理图原理图 a)时钟脉冲时钟脉冲b)正常分频正常分频c)减脉冲减脉冲d)使使 d延后延后e)加脉冲加脉冲f)使使 d前移前移减脉冲减脉冲加脉冲加脉冲严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。n/4分频器分频器二分频器二分频器 Uxn/2分频器分频器相对相位基准相对相位基准

28、移相脉冲门移相脉冲门 Uc Ms去数显电路去数显电路DFDG1DG3DG2UxUd&SRDC&f0 Fx 图图:相对相位基准与移相脉冲相对相位基准与移相脉冲 严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。4 4测量速度测量速度 动动态态测测量量时时（指指在在部部件件移移动动过过程程中中就就要要读读出出它它的的位位移移），为为使使测测量量速速度度引引起起的的误误差差不不超超过过一一个个细细分分脉脉冲冲当当量量，就就要要求求在在一一个个载载波波周周期期内相位角的变化不超过一个细分脉冲当量，即内相位角的变化不超过一个细分脉冲当量，即

29、或或式中，式中，V V为测量速度；为测量速度；f f为载波信号频率；为载波信号频率；n n为细分数；为细分数；W W为为标尺节距。标尺节距。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。四、频率跟踪细分四、频率跟踪细分锁相倍频细锁相倍频细鉴相器环路滤波器环路滤波器压控振荡器压控振荡器n分频器分频器 fifofo/nUc锁相倍频细分原理图锁相倍频细分原理图 此系统由四个主要部件此系统由四个主要部件鉴相器、环路滤波器、鉴相

30、器、环路滤波器、压控振荡器和压控振荡器和n n分频器组成分频器组成。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。n跟踪误差跟踪误差:锁锁相相倍倍频频器器对对输输入入信信号号的的角角频频率率的的稳稳定定性性要要求求相相当当高高，它它能能够够对对输输入入信信号号相相位位变变化化进进行行跟跟踪踪，但但它它是是一一个个有有差差系系统统，当当f fi i发发生生变变化化后后，为为使使f fo o/n/n能能跟跟踪踪f fi i的的变变化化，必必须须要要求求压压控控振振荡荡器器的的控控制制电电压压U Uc c发发生生变变化化，也也就就是是

31、说说f fi i与与f fo o/n/n之之间间存在不同的相位差，这就是跟踪误差存在不同的相位差，这就是跟踪误差。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。n优点优点:结构较简单，易于实现高的细分数，对信号结构较简单，易于实现高的细分数，对信号失真度无严格要求。失真度无严格要求。n 缺点缺点:对输入信号的角频率的稳定性要求高，而且对输入信号的角频率的稳定性要求高，而且输入信号只有一个，不能辨向，主要用于回转部输入信号只有一个，不能辨向，主要用于回转部件的角度与传动比等的测量，这时比较容易保持件的角度与传动比等的测量，这时比较容易保持f fi i接近恒定。接近恒定。