QS?Ist1?1.9t1 （3-2）

Rsui的一个周期Ti内，RL消耗的总电荷量

QR?iLTi?u0TiRL

根据电荷平衡原理，QS?QR，可求得输出端平均电压为

u0?1.9t1RL?2.09RLR1Ctfi(V) （3-3）

TiRsRs从上式可见，电路输出的直流电压uo与输入信号ui的频率fi成正比例，实现频率—电压转换功能。 四、实验步骤 1.压频转换电路原理图

电路原理在前面已经介绍，图3-2是实验板上的电路图。

图3-2 压频转化电路原理图

2. F/V转换电路测试分析

参照F/V转换电路，其工作原理在前面已有详细分析，F/V的关系式为 u0?1.9t1RLR?2.09LR1Ctfi(V) TiRsRs式中，Rs=12KΩ，Rt=6.8k,Ct=0.01uF,RL=100kΩ;则u0?1.184?10?3fi，实验测试结果实际值及理论值记入表3-1。据表3-1画出频率-电压关系曲线。 表3-1 F/V转换电路测试结果值 输入fi(KHz) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 输出uo实际值(V) 输出uo理论值(V 3.电流与电压转化电路实验

自行设计电流与电压转换的电路，并画出转换曲线。 表3-2 I/V转换电路测试结果值 输入I（mA） 输出V实际值(KHz) 输出V理论值(KHz) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 五、思考题

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1. 分析频率-电压测试输出结果的实际值与理论值误差的原因。 2. 总结实验过程，说明集成运放在自动测量和控制中的作用

实验四 四细分辨向实验

一、实验目的

1．深入了解直传式细分的工作原理。 2．学会四细分辨向电路的细分过程及方法。 3. 掌握细分电路的测试方法。 二．实验内容

1. 四细分辨向电路实验。 2. 方波相位差90°电路实验。 二、实验原理

细分电路在机械和电子等领域有着广泛的应用，信号的细分和辨向主要是针对测控系统中广泛应用的位移信号，例如来自于光栅、感应同步器、磁栅、容栅和激光干涉仪等信号的细分。这类信号的共同特点是：信号具有周期性，信号变化一个周期就对应一个固定的位移量。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。

信号细分电路又称插补器，是采用硬件电路的手段对周期性的测量信号进行插值来提高仪器分辨率的一种方法。细分的基本原理是：根据周期性测量信号的波形、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。随着电子技术的飞速发展，细分电路可达到的分辨力越来越高，同时成本缺不断降低，电路细分已经成为人们提高仪器分辨力的主要手段之一。 1.原理

四细分辨向电路为最常用的细分辨向电路，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 辨向是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 。 （1） 相位差90?的两路信号产生电路

Ui DCLKQQUoa DM74LS04DM74LS74Uob JCLKQQKDM74LS112图4-1 由D触发器和JK触发器组成的90度方波移相器 图4-2 90度方波移相器波形 14

本方案原理是利用这一系列触发器的边沿触发特性。74LS74是上升沿D触发器，而74LS112则是下降沿JK触发器。74LS112芯片中有两个JK触发器，每个触发器有信号输入端J、K时钟输入端CP，异步置0端RD和异步置1端SD。RD和SD的优先权高于J、K和CP，当RD 和SD为高电平（无效）时，电路才具有JK触发器的特性，而且是CP下降沿触发。其特征方程可写成Qn?1?(JQn?KQn)CP?。 要从JK触发器转化为D触发器则是一件很容易的事情，只要在JK触发器的K端接至反相器的输入端，反相器的输出端接至JK触发器的J端就构成了下降沿的D触发器。实践证明，要实现本方案较为简单。实验得到的波形关系见图4-2。 （2）单稳四细分辨向电路

图4-3为单稳四细分辨向电路。它是利用单稳提取两路方波信号的边沿实现四细分。A、B是两路相位差为90?的方波信号， 传感器正向移动时和传感器反向运动时波形图分别见图4-4传感器正向移动时，设A导前

DG3 R1 1 A DG1 R2 1 DG2 C1 & A? B? A& ≥& A? C2 DG4 B? & A A? & B UO1

A? & B DG5 A & ≥B? B? & A BA?& DG8 & B? R3 1 B DG6 R4 1 C3 & B? C4 DG9 UO2

A? & B DG10 DG7

图4-3 单稳四细分辨向电路

B(波形见图4-4a)，当A发生正跳变时，由非门DG1、电阻R1、电容C1和与门––DG3组成的单稳触发器

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输出窄脉冲信号A?，此时B为高电平，与或非门DG5有计数脉冲输出，由于B为低电平，与或非门DG10无计数脉冲输出。当B发生正跳变时，由非门DG6、电阻R3、电容C3和与门DG8组成的单稳触发器输出窄脉冲信号B?，此时A为高电平，DG5有计数脉冲输出，DG10仍无计数脉冲输出。当A发生负跳变时，由非门DG2、电阻R2、电容C2和与门DG4组成的单稳触发器输出窄脉冲信号A?，此时B为高电平，与或非门DG5有计数脉冲输出，DG10无计数脉冲输出。当B发生负跳变时，由非门DG7、电阻R4、电容C4和与门DG9组成的单稳触发器输出窄脉冲信号，此时为A高电平，DG5有计数脉冲输出，DG10无计数脉冲输出。这样，在正向运动时，DG5在一个信号周期内依次输出A?、B?、B'、A?四个计数脉冲，实现了四细分。在传感器

A B A' B' UO1 UO2

（a）

A B A' B' UO1 UO2

（b）

图4-4 单稳四细分辨向电路波形

（a） 正向运动

（b） 反向运动

反向运动时（波形见图4-4b），由于A、B的相位关系发生变化，B导前A，这时DG10在一个信号周期内输出A?、B'、A?、B?四个数脉冲，这四个计数脉冲分别出现在B'、A?、B、A为高电平的半周期内，同样实现了四细分。DG5、DG10随运动方向的改变交替输出脉冲，输出信号Ｕo1、Uo2可直接送入标准系列可逆计数集成电路（例如74LS193），实现辨向计数。 （3）实验电路原理图

前面介绍了细分电路的原理图，图4-5是实验板细分电路的原理图。

图4-5 90度方波移相器波形

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