【电赛参考资料】典型仪器类赛题分析(续)-赵茂泰(2018).ppt

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1、典型仪器仪表类赛题分析（续）(以电压测量为基础的仪器)2018.10.28赵茂泰1．仪器类赛题培训建议2.数字多用表赛题分析3.数字式工频有效值测量仪赛题分析4.几点意见电子仪器种类繁多，不可能一一研究。但从学习的角度，只要掌握以下４类仪器，各类仪器的设计便不会存在大的障碍。电压测量类仪器（电压；各类电参量；各类物理量）时间频率测量仪器（频率、周期、相位差、上升时间等）数字示波器（时域波形显示、频域谱线显示）信号发生器建议：赛前训练时，选做涵盖这4方面内容的3-5个以上的题目。其中，电压测量类仪器的赛题最为重要，半数以上仪器类赛题都

2、涵盖该方面的内容，应重点关注。1．仪器类赛题培训建议仪器类赛题是典型的指标题，做好仪器类赛题的关键是准确理解各项指标（尤其是测量误差）的涵义。Vx为被测电压的指示值(读数)；Vm为测量电压的满度值。“a”项误差也称读数误差，其大小与读数Vx成正比。主要由衰减器、放大器和A/D转换器等转换系数的不准及非线性等因素引起。“b”项误差也称固定误差，其大小不随读数变化。主要由量化、偏移等因素（例±1字误差，运放失调电压等因素）而引起。表达式1：△＝±（a％Vx＋b％Vm）表达式2：△=±（a%VX＋n个字）例：数字电压表测量误差的表达式例，

3、某3位半数字电压表的测量误差为△＝±（0.1％Vx＋0.1％Vm）由于0.1％×（1999＋1）＝2，也可表示为△＝±（0.1％Vx＋2个字）表达式１和表达式２是完全等价的例如：数字电压表设计的一般步骤：坚持在训练中按步骤设计，有利于设计能力的提高。1．仪器类赛题培训建议方案论证并确定系统的组成测量误差指标的分析及其分配核心器件的选择及硬件电路的设计软件系统设计整机电路调试题目不同，设计步骤会略有差异，但差别不会太大。1．任务设计制作一台具有直流电压、交流电压和电阻测量功能的数字多用表。其中，A/D转换器要求使用ADS112C04芯

4、片（16位，∑-Δ型A/D转换器）。2．要求2．数字多用表赛题分析̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶2018年全国竞赛模拟技术专题邀请赛（TI杯）⑴直流电压测量（只要求测量正极性电压）（23分）①量程：0.2V、2V；②最大显示数19999；精度：0.05%读数2个字；③测量速度≥2次/s；输入阻抗≥10MΩ。⑵交流真有效值电压测量（略）（32分）⑶电阻测量（23分）①电阻量程：2Ω、200kΩ；②测量速度≥2次/s；③最大读数1999；精度：0.5%读数2个字。⑷具有待机模式的低功耗性能（略）（12分）量程：0.2V、2V；最大显示数1

5、9999；精度：0.05%读数2个字；测量速度≥2次/s；①系统组成示意图⑴直流电压测量假定A/D转换器输入电压的范围为0~2V，则量程转换电路的任务就是把各量程输出的电压范围归一化为0~2V。数字电压表量程间一般为10倍乘。因而要求,2V量程：当输入在0.2V~2V时，仪器都能达到0.05%2个字的精度；0.2V量程：当输入电压在0.02V~0.2V区间时，仪器均能达到预设精度。A/D转换器：当输入在0.2V~2V时，仪器均能达到0.05%2个字的精度2．数字多用表赛题分析较高精度（0.05%，四位半）；A/D转换器有

6、效分辨率的概念最基础的测量模块①系统组成示意图与误差基本无关拟要求A/D转换器电路的测量误差不大于于0.03%。拟要求量程转换电路的测量误差不大于0.02%；②把总误差（0.05%）分配给各部分电路：量程：0.2V、2V；最大显示数19999；精度：0.05%读数2个字；测量速度≥2次/s；⑴直流电压测量2．数字多用表赛题分析③核心器件的选择及硬件电路的设计：A/D转换器的选择及电路设计量程转换电路设计及关键器件选择（拟要求A/D转换器电路的测量误差不大于0.03%）③核心器件的选择及硬件电路的设计：全国电赛赛题中使用最多的A/

7、D转换器是8位、12位SAR型。目前，SAR型A/D转换器在工艺上有18位的限制。当进行较精密测量时，经常会采用∑-Δ型A/D转换器。目前，这种新型A/D转换器可达到24位及以上。当采用的A/D转换器的分辨率达到16位以上时，需要考虑有效分辨率的存在。有效分辨率即实际分辨率，其值≤理想分辨率。影响有效分辨率主要因素是噪声。假定A/D转换器满程输入为2V，则对于12位A/D转换器，它对应的最小分辨力为2V/4098≈0.5mV；对于16位A/D转换器，它对应的最小分辨力则为2V/65536≈0.03mV。对A/D转换器输出的数据进行数

8、字平均，有利于有效分辨率的提高。A/D转换器的选择及电路设计（拟要求A/D转换器电路的测量误差不大于0.03%）A/D转换器分辨率不等于精度，工程设计时，可认为精度比分辨率低1~2位，即A/D转换器分辨率应高于精度2-4倍以上。（例如