测控电路论文
学 院 物理电子工程学院
专 业 电子信息工程
年 级 14级电子信息工程班 姓 名 张幸博
课程名称 测控电路论文
论文题目 四细分辩向电路 指导教师 马建忠
成 绩
2016年12月17日
学号：
目录
1.信号细分与辩向的原因 (1)
2.直传式细分 (1)
3.逻辑门组成 (1)
3.1与门 (1)
3.2或门 (2)
3.3非门 (2)
4.单稳态触发器 (2)
4.1单稳态触发器的特点 (3)
4.2单稳态触发的过程 (3)
5.四细分辨向电路 (4)
5.1细分过程 (4)
5.2辩向过程 (5)
6.仿真部分 (5)
7心得体会 (7)
8参考文献 (7)
四细分辩向电路
摘要：四细分辩向电路主要包括完成细分和辩向的功能，细分是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来完成的。

主要包括单稳态触发器部分和逻辑门组合部分。

1.信号细分与辩向的原因
信号细分电路又称插补器，是采用电路手段对周期性的增量码信号进行插值提高仪器分辨力的一种方法。

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。

细分的基本原理是：根据周期性测量信号的波形、幅值或者相位的变化规律，在一个周期内进行插补，从而获得优于一个信号周期的更高的分辨力。

高分辨力是高精度的必要条件。

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。

2.直传式细分
直传式细分直接利用位移信号进行细分，称其为直传式是相对于跟踪式（平衡补偿式）而言的，也因为它可以由若干细分环节串联而成，其原理如图1所示。

图1 直传式细分原理图
系统总的灵敏度K s为各个环节灵敏度K j(j=1~m)之积，如果个别环节灵敏度K j发生变化，它势必引起系统总的灵敏度的变化。

3.逻辑门组成
3.1与门
与门又称“与电路”。

是执行“与”运算的基本逻辑门电路。

有多个输入端，一个输出端。

当所有输出同时为高电平时，输出才为高电平，否则输出为低电平。

图2为二输入与门符号及功能表：
图2二输入与门符号及功能表
3.2或门
或门又称或电路。

如果几个条件中，只要有一个条件满足要求，某事件就会发生，这种关系叫做“或”逻辑关系。

具有“或”逻辑关系的电路叫做或门。

或门有多个输入端，一个输出端，多输入或门可由多个二输入或门构成。

只要有一个输入端为高电平时，输出就为高电平；只有所有输入全为低电平时，输出才为低电平。

图3为二输入或门的符号及功能表：
图3二输入或门的符号及功能表
3.3非门
非门又称反相器，是逻辑电路的基本单元，非门有一个输入和一个输出端。

逻辑符号中输出端的圆圈代表反向的意思。

当其输入端为高电平时输出端为低电平，输入端为低电平时，输出高电平。

也就是说，输入端和输出端的电平状态总是反向的。

图4为非门的符号及功能表：
图4 非门的符号及功能表
通过基本逻辑门进行组合逻辑电路的设计，达到四细分辩向电路的要求。

4.单稳态触发器
单稳态触发器分为积分型单稳态触发器和微分型单稳态触发器，主要由电容
在电路中的位置决定电容充放电的时间和顺序来分析，此次我们使用积分型单稳态触发器。

4.1单稳态触发器的特点
电路有一个稳态、一个暂稳态。

在外来触发信号作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。

暂稳态不能长久保持，由于电路中RC延时环节的作用，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。

暂稳态的持续时间取决于RC电路的参数值。

图5为积分型单稳态触发器。

图5单稳态触发器
4.2单稳态触发的过程
没有触发信号，电路处于稳态
A为低电平，经过DG1非门，A为高电平,电容离地端为高电平，通过与门得到A'为低电平
外加触发信号，电路由稳态翻转到暂稳态
A由低电平跳变为高电平时，A为高电平，A为低电平，电容由于电压不会
导通，输出A'为高电平。

跳变，所以离地端仍为高电平，此时与门D
G3
电容放电，电路由暂稳态自动返回至稳态，
电容开始放电，直到电压小于与门的导通电压，A'输出为低电平。

电容越大，电容充电和放电的时间越大，产生的单次脉冲宽度越大。

后面给出仿真图。

图6单稳态触发器跳变波形图
5.四细分辨向电路
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：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
原理：利用单稳提取两路方波信号的边沿实现四细分，图7为单稳四细分总电路图。

图7 单稳四细分变相电路
5.1细分过程
A、B是两路相位差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8左部分和图8右部分。

传感器正向移动时，设A导前B(波形见图8左部分)，当A发生正跳变时，由非门D
G1
、电阻R1、电容C1和与门D G3组成的单稳触发器输出窄脉冲信号A'，此时B̅为高电平，与或非门D G5有计数脉冲输出，由于B为低电平，与或非门D G10无计数脉冲输出。

当B发生正跳变时，由非门D G6、电阻R3、电容C3和与门D G8组成的单稳触发器输出窄脉冲信号B'，此时A为高电平，D G５有计数脉冲输出，D G10仍无计数脉冲输出。

当A发生负跳变时，由非门D G2、电阻R2、电容C2和与门D G4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D G5有计数脉冲
输出，D
G10
无计数脉冲输出。

当B发生负跳变时，由非门D G7、电阻R4、电容C4和
与门D
G9
组成的单稳触发器输出窄脉冲信号B′̅，此时A为高电平，D G5有计数脉冲输
出，D
G10无计数脉冲输出。

这样，在正向运动时，D
G5
在一个信号周期内依次输出
A'、B'、A′̅、B′̅四个计数脉冲，实现了四细分。

在传感器反向运动时（波形见图8右部分），由于A、B的相位关系发生变化，B导前A，这时D
在一个信号周期内输出A′̅、B'、A'、B′̅四个计数脉冲，这四个G10
计数脉冲分别出现在B̅、A、B、A为高电平的半周期内，同样实现了四细分。

D G5、D
随运动方向的改变交替输出脉冲，输出信号Ｕo1、U o2可直接送入标准系列可逆G10
计数集成电路（例如74LS193），实现辨向计数。

图8单稳四细分辩向电路波形图
5.2辩向过程
辨向：如果A'出现在B为负的半周期，则A滞后于B,正向运动；如果A'出
现在B为正的半周期，则A超前于B,反向运动。

正向：A'出现在B为负的半周期，B'出现在A为正的半周期，A'出现在B为
正的半周期，B '出现在A为负的半周期。

反向：B '出现在A为负的半周期，A'出现在B为正的半周期，B '出现在A
为正的半周期，A'出现在B为负的半周期，如下图示。

图9 辩向波形图
6.仿真部分
由于脉冲发生器的0时刻输出为所设定0—5V的高电平，所以正向时A、B
的延迟时间分别为为50ms、75ms，A、B周期皆为100ms，所以此时A超前B，相
位差为90°：反向时A、B的延迟时间分别为50ms，25ms，此时B超前A，相位
差依旧为90°。

图10 单稳态触发器波形跳变电路正向时仿真波形
图11 正向时仿真波形反向时仿真波形
图12 反向仿真波形
总体仿真波形图如下
图13 四细分辩向电路仿真图
7心得体会
通过本次论文的制作过程，首先要了解单稳态触发器的工作原理，了解以后在电脑上进行仿真，单稳态触发器仿真过程中使用与门74LS09无法产生单次脉冲，后改用74LS08正常，经查询后得知74LS09为集电极开路门即OC门。

为了更深一步的了解OC门和OD门以及74LS、74S、74HC系列的区别，必须了解基本逻辑门，再往深入了解，又必须掌握模拟电子技术的知识，所以要从基本模拟电子技术开始逐层累积才能构建出牢固的电子知识体系。

以下为一些此次使用器件工作电压的参数区间。

TTL输出高电平>2.4V，输出低电平<0.4V。

在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V。

最小输入高电平和低电平：输入高电平>=2.0V，输入低电平<=0.8V。

TTL电路是电流控制器件，TTL电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大。

8参考文献
[1]阎石.数字电子技术基础[M].第5版.北京：清华大学出版社，2006.5：278—311.
[2]李醒飞.测控电路[M].第5版.北京：机械工业出版社，2016.1：197—199.
[3]康华光.电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，1998.。