ch05数字测量方法

数字测量方法第五章电子测量技术（第四版）十二五普通高等教育本科国家级规划教材高等学校电于信息类精品教材01电压测量的数字化方法电压测量的数字化方法11.数字显示测量结果以数字形式直接显示，读数清晰方便，从而消除了指针式仪表的视觉误差。2.准确度高准确度是测量结果中系统误差与随机误差的综合，它表示测量结果与真值的一致程度。3.测量范围DVM用量程显示位数以及超量程能力来反映它的测量范围。4.分辨力高DVM能够显示被测电压的最小变化值，称为分辨力。DVM的特点电压测量的数字化方法15.测量速度快对被测电压每秒钟进行测量的次数，称为测量速度。6.输入阻抗高一般的DVM输入阻抗为10MQ左右，最高可达IO10Q，对被测电路的影响极小。7.抗干扰能力强由于DVM的灵敏度较高，因而干扰信号对测量精确度的影响是一个重要的问题。DVM的特点电压测量的数字化方法2各类DVM的区别主要是A/D转换方式。A/D转换包括对模拟量采样，再将釆样值进行整量化处理，最后通过编码等实现转换过程。按其基本工作原理主要分为比较型和积分型两大类。比较型A/D转换器是釆用对输入模拟电压与标准电压进行比较的方法，是一种直接转换形式。其中又分为反馈比较式和无反馈比较式。具有闭环负反馈系统的逐次比较式是常用的类型。DVM的主要类型电压测量的数字化方法3满度误差与被测电压大小无关，而与所取量程有关，常用正负几个字来表示。为了避免满度误差对测量结果的影响，应选择合适的量程，使被测电压显示的位数尽量多。例如，用某型DVM测量0.5V电压时，若使用500V量程，显示000.52V，±2个字误差的影响是很大的；而改用0.5V量程时，能显示0.5002，则误差变小。与其他仪器一样，DVM除了上述固有误差之外，还有影响误差等。DVM的测量误差02直流数字电压表直流数字电压表1单片CMOS双积分式A/D转换器•7106型A/D转换器，釆用异或门输出，能驱动液晶显示器LCD，整机功耗小，成本低；缺点是显示亮度较低，适宜制作袖珍式数字电压表。•7107型A/D转换器为大电流反相器输出，能驱动LED数码管，显示亮度高，耗电大，大多用于台式数字电压表及数字面板表。•7116型和7117型A/D转换器增加了读数保持功能，适于组装具有读数保持功能的数字电压表。还有7126，7136，7127，7137等芯片。直流数字电压表1单片CMOS双积分式A/D转换器•MC14433型釆用动态扫描方式，能输出超量程与欠量程信号，并能与微处理器相连接，其外围电路较复杂。•7135型位A/D转换器精度高，能输出超量程和欠量程信号，易实现自动转换量程，具有动态扫描显示功能，可直接与微处理器系统相连接。直流数字电压表2由A/D转换器为主体构成的数字电压表这种转换器的转换精度高，抗干扰能力强，线路简单，成本低，适宜做低速A/D转换。逻辑控制器的作用有三个：第一，识别积分器的工作状态，适时地发出控制信号，使各模拟开关接通或断开，A/D转换能循环进行；第二，识别输入电压的极性，同时控制LCD显示器的负号显示；第三，当输入电压超量程时，使千位数显示“1”，其他位上的数码全部消隐。03多用型数字电压表多用型数字电压表交流电压直流电压(AC-DC)转换器模拟式电压表利用二极管构成的平均值和峰值检波电路，直接驱动直流微安表指针偏转。这种检波器是非线性的，受二极管非线性特性和阈值电压S的影响，使检波输出的线性很差。当输入电压代较低时，的的很大部分消耗在非线性二极管压降Uvd上，当％WS=0.6V时，uo=0，无输岀。这种畸变对于测量变换是不允许的。1多用型数字电压表精密全波检波电路上面的运放式半波检波电路又称为精密半波检波电路。以此为基础可以构成各种精密全波检波电路。它的特点是输出电压与输入电压的幅值成比例，而与输入电压的极性无关，即输出电压与输入电压的绝对值成比例。下面介绍一种基本的精密全波检波电路，它由半波检波电路和加法器电路两部分组成。如图5.3.6所示2多用型数字电压表电阻直流电压(K-U)转换器图5.3.8所示为一种比较简单的转换电路。被测电阻Rx接在反馈回路，标准电阻Rn接在输入回路，贝是基准电压。3多用型数字电压表直流电流-直流电压（I-U）转换器让被测电流流过标准电阻，再用直流DVM测量电阻上的电压，即实现这一转换。原理如图5.3.10所示。设输入放大器的放大倍数4=100，由于放大器的输入电阻很高，被测电流全部流经标准电阻Rn，放大器的输入电压，输出电压Uo=100U-=100即成正比。用开关切换不同的釆样电阻，即可得到不同的电流量程。4多用型数字电压表用数字面板表测直流电流数字面板表测量直流电流的方法。电流测量是通过测试取样电阻虬的压降来完成的。由于面板表的内阻很大，可达1000MQ，电流全部流过取样电阻R。根据不同挡次，选择不同阻值的Rs，以适合面板表的量程范围，如表5.3.1所示。504频率的测量频率的测量标准频率源随着现代科技的发展，时间及频率计量的意义已日益明显。例如，在卫星发射、导弹跟踪、飞机导航、潜艇定位、大地测量、天文观测、邮电通信、广播电视、交通运输、科学研究、生产及生活等各个方面，都需要对时间及频率的计量，也都离不开对时间及频率的计量。1.原子频标的基本原理

2.氢原子钟3.铷原子钟4.离子储存频标5.频段的划分1频率的测量频率计的基本概念(1)频率计：用于测量周期信号频率的仪器。(2)数字频率计：用数字形式显示被测信号频率的仪器。(3)通用计数器：具有测量频率和时间两种以上功能的电子计数器称为通用计数器。通用计数器一般应有以下几种功能：测频率、测周期、测时间间隔、测多倍周期、测频率比、累加计数、计时等。配上相应转换器可测量相位、电压、电流、功率和电阻等电量，配合传感器还可以测量长度、位移、重量、压力、温度、转速、速度与钟表走时精度、炮弹初速度等非电量。2频率的测量频率计的基本概念(4)电子计数器：釆用电子学的方法测量出在一定时间内的脉冲个数，并显示出结果的仪器，一般包括频率计数器、时间间隔计数器、通用计数器、微波频率计。(5)时间间隔计数器：主要用来测量信号时间间隔的电子计数器。一般测量两个脉冲的时间间隔，也能测量一个脉冲的宽度、占空比、脉冲信号沿的上升和下降时间等。(6)特种计数器：特种计数器是具有特种功能的计数器，包括可逆计数器、预置计数器、序列计数器和差值计数器等。2频率的测量数字频率计的划分(1)低速计数器：最高计数频率小于10MHzo(2)中速计数器：最高计数频率为10〜lOOMHzc(3)高速计数器：最高计数频率大于100MHz。(4)微波频率计数器：测量频率范围为l~80GHz或更高。3频率的测量通用计数器的基本工作原理1.基本工作原理计数是通用计数器最基本的功能，计数功能是由其内部的计数电路来实现的。计数电路本身的功能只能做累加计数，为了完成测频率，测周期，测时间等多种测量功能，在计数电路前增设一个门电路(称为主门，一般由与非门组成)构成具有计数功能的计数器。2.基本组成结构通用计数器的基本原理方框图，除主门电路，十进制计数电路、显示器外，还包括输入通道，标准时间脉冲发生器、逻辑控制电路。3.频率计数器的组成一个接近实用的频率计数器的组成方框图，它包括几个主要电路。405通用计数器的主要测试功能通用计数器的主要测试功能频率测量1被测信号（正弦波、三角波或矩形波）从A通道输入，通过输入通道的放大器放大后，进入整形器加以整形变为矩形波（若有A、B、C三个输入通道，则这三个输入通道均包括放大器和整形器），并送入主门的输入端。由晶体振荡器产生的基频，按十进制分频得出的分频脉冲。通用计数器的主要测试功能时间测量2时间的测量在科学技术各个领域都是非常重要的，这里重点阐述关于电子技术应用中经常遇到的周期、时间间隔及上升时间等的测量方法。1.周期的测量2.时间间隔的测量3.长时间的测量（外控时间间隔测量）4.用脉冲计数法测脉冲时间通用计数器的主要测试功能相关参数测量31.频率比A/B的测量频率比的测量是指测量两个被测信号的频率之比。在调试数字电路时需要测量输入信号和输出信号之间频率的相对关系。2.A/B-C的测量被测信号分别从通道输入，并分别经过各自的输入通道中的放大器放大后，再进入各自的整形器变为矩形波。3.脉冲计数脉冲计数是指在一段较长的时间内，用计数器累计信号变化的次数。06频率计电路结构的分类频率计电路结构的分类测量频率、周期等参数的方法有很多种，有繁有简，可以通过硬件电路进行测试，亦可由软件电路进行测试。从频率计结构划分，大致有三类。1.采用专用频率计模块测量频率。2.利用可编程计数器来实现频率的测量。3.利用单片机的软件程序进行测试。07频率计数器典型电路分析频率计数器典型电路分析1.频率、周期测量电路的原理测频率釆用的是，对硬件电路整形，再经单片机进行测试。2.软件流程测频率、测周期完全是在软件的帮助下完成的。3.测频率、测周期工作原理被测信号人加到电压跟随器的同相输入端作用是提高输入阻抗，减小对被测信号的不良影响，在输出端输出的是被放大的同频率信号。低漂移、高精度的运算放大器件。08频率/功率计频率/功率计频率和功率是电子技术领域里的两个基本参数，同时也是表征微波特性的两个基本参数，在微波的各个应用领域内的测量必不可少。单独的频率计和功率计国内外技术成熟，厂家和产品很多。近年来随着集成电路和微波器件水平的提高，出现了将频率和功率测量合为一体的产品。这些产品适用于连续波、脉冲信号、调幅信号的频率和功率测量，对跳频信号和线性调频信号的快变短脉冲群进行准确、自动的测量，可测出在整个频率范围内短脉冲群随频率变化的分布。09相位的测量相位的测量脉冲计数法测相位1目前广泛使用的是直读式数字相位计，其原理是基于时间间隔测量法，通过相位时间转换器，将相位差为P的两个信号(分别称参考信号和被测信号)转换成一定的时间间隔7的起始和停止脉冲。然后用电子计数器测量其时间间隔。如果让电子计数器的时钟脉冲