数字化测控技术基础ppt培训课件

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1、第二章数字化测控技术基础2.1数字化测控技术的几个基本概念1.两种计量体制1）模拟量：是指数值上连续变化的量，它既包括数值与时间上均连续的连续时间函数，也包括时间上离散而数值上连续的瞬时连续函数。工程领域中常见的电压、电流、压力、温度、流量、位移、加速度、长度等都是连续的时间函数；而经过采样后的各种物理量的瞬时值都是瞬时模拟量。2）数字量：是以一定步长步进的离散量。例如：汽车的数量、飞机的架数、零件的件数等都是数字量，这些量只有用数字量来计量才有实际意义。2.量化和量化误差1）量化：是将模拟量变换成数字量表示的过

2、程。量化所得到的数字量具有抽象的数学意义，要真正表示对应的模拟量，还必须赋予数字量以码制和量化物理单位。例如：物体的质量是模拟量，为了确定其对应的数字量，可以采用天平通过比较法实现。将物体放在天平的一端，另一端放砝码，砝码的最小单位是“克”，共使用四种砝码即1g，10g，100g和1000g。天平达到平衡时共用了1g砝码d0个，10g砝码d1个，100g砝码d2个，1000g砝码d3个，这样物体的质量被转换成了4个抽象的数字d3，d2，d1，d0。这4个数字要能真正代表质量必须赋予它们码制和量化单位，这里物体的质量

3、应被表示成：显然量化单位是“克”，码制是十进制。因此数字量d3d2d1d0代表了物体的质量这一模拟量。2）量化误差：用数字量计量模拟量时，一般情况下不会是正好相等，存在误差。这种由量化而造成的计量或测量误差称为量化误差。量化误差可以表示为：显然，量化误差的最大值就是量化单位。量化误差是固有的，无法消除的，其大小取决于量化单位的大小和测量点的位置。量化单位越小，测量点越接近量化数字量的对应点，则量化误差越小。在上例中当量化单位为1g时，对质量为8.37g的物体其量化误差为-0.63g或+0.37g；而当量化单位为0.

4、1g时，对质量为8.37g的物体其量化误差为-0.03g或+0.07g。注意：量化误差与被测信号的数值大小有关，是随机的，而最大量化误差是个确定的量，两者是有区别的，一般在数字化测控系统中所说的量化误差是指最大量化误差。3.数制与编码与计算机技术中相类似，在数字测量中不采用十进制数制，而采用二进制、偏移二进制、BCD码和七段码等数制及编码方式。而且以后三种码制居多。2.2时钟基准1.阻容式时钟基准这是一种采用门电路和阻容元件构成的多谐振荡器，适用于对频率稳定度和准确度要求不高的场合。其特点是电路简单，成本低廉，容易

5、起振，其占空比为50%。电路如图2.2.1。图2.2.1两级反相式阻容时钟基准电路图中R１和C分别是振荡电阻和振荡电容。设在通电的初始时刻，C点为高电平，则B点为低电平，由于电容C两端的电压不能跃变，故在初始时刻A点的电位也为高电平。电容C通过R1放电，放电的途径为A→B→GNDA点的电位随放电进程呈指数规律下降，当A点电位下降至非门F1的阈值电平，非门输出反相，使B点电位变为“1”，C点电位变为“0”，A点电位也随之变为“0”。此后电容C被充电，充电的途径为B→A→GNDA点的电位随充电进程呈指数规律上升，当A点

6、电位上升至非门F1的阈值电平时，非门输出反相，使B点电位变为“0”，C点电位变为“1”，A点电位也随之变为“1”。如此周而复始形成振荡，工作波形见图2.2.2。图2.2.2两级反相式阻容时钟基准工作波形电路的输出振荡频率为式中R=R1//R2当用短路线代替R2使电路简化，电路的输出频率估算公式改为这种时钟基准源在单片集成A/D及单片机电路中应用较多。2.石英晶体时钟基准源将石英晶体配之以逻辑门电路或专用集成电路，即可构成石英晶体振荡电路，产生高稳定度、高准确度的时钟基准。典型电路见图2.2.3。图2.2.3典型晶体

7、振荡电路该电路由反相器F1，F2，偏置电阻Rf，振荡电容C1，C2组成。F1与Rf组成反相放大器，利用Rf可将F1偏置在线性放大区，Rf一般取5.1MΩ～30MΩ，典型值为10MΩ。电容C2为频率微调电容，用于微调振荡电路的输出频率。电路的典型应用是秒脉冲信号发生器，见图2.2.4。图2.2.4秒脉冲信号发生器4.基于频率合成技术的可编程时钟基准上述时钟基准源的频率调节需要通过改变元件参数（通常是电容或电阻参数）实现，无法实现时钟频率的数字调节，仅适用于要求时钟频率固定的测控系统中。在现代数字化测控系统中常常要求时

8、钟频率能够根据数据采集或控制要求由程序控制，为此基于频率合成技术的程控时钟基准源应运而生。目前，基于锁相环的时钟基准源和基于直接数字频率合成（DDS）的时钟基准源是可编程时钟的主流技术。1）基于锁相环的时钟基准源锁相环是能够完成两个电信号相位同步的自动控制闭环系统，简称PLL（PhaseLockLoop）。相位同步是指同频率的两个或多个信号的相位变化率一致，