优·第五章 测控仪器的电路系统设计.ppt

第五章 测控仪器的电路系统设计 第一节 电路系统的组成、要求和设计准则 一、电路系统的作用 1、作用： 信息流的传递与控制，是感知信息、处理信息、输出指令、操纵机构和元器件的工具和载体。 二、电路系统的组成 （1）测量电路： 输入通道（ 处理电路、电源） ：将传感器输出的测量信号进行放大、滤波、细分、选通、变换和阻抗匹配等。 （2）控制电路： 输出通道（控制电路、驱动电路、电源）根据中央处理系统的控制指令，并对控制信号进行放 大、转换、隔离、驱动，作用于控制电路上。 （3）中央处理系统（中央处理单元、主控单元）：信息处理单元，连接输入、输出通道，电路中心。 作用：对测量电路送来的信号进行运算、处理、显示、存储、打印等，对被控电路发出指令，被控参数实行控制。 （4）电源：为各单元提供能量、电平基准等 （5）软件系统：先进性、可扩充性、灵活性、规范性、系统性 设计过程：结构化分析、结构化设计、结构化编程 三 、对测控电路的一般要求 1、精度要求： （1）信噪比 抗干扰能力：抵抗各种噪声和其他无用信号的干扰的能力。 模拟式：抗干扰能力差导致控制准确性低； 数字式：抗干扰能力差导致产生误动作、破坏性后果。 （2）分辨力 传感器、测控电路与软件系统 （3）非线性误差： 线性度指标所带来的误差。对测控仪器产生的影响： （1）非线性标尺和度盘难于控制和读数； （2）系统换档时需要重新标定； （3）测试数据记录易失真； （4）A/D，D/A 不易保证精度； （5）进行反馈控制时，控制方法和算法不易实现。 产生原因：传感器、测量电路或控制电路的非线性引起。 （4）灵敏度：稳态下，输入变化量与输出变化量的比值。 （5）量化误差：模/数，数/模转化中，小于一个脉冲当量的输入量所引起的输出变化量。 （6）稳定性 1）电路系统稳定性包括：零点稳定性、放大倍数稳定性、线性度稳定性、输入输出阻抗稳定性 2）分类：短期稳定性、长期稳定性 3）采取的措施： 短期稳定性：信噪比、低噪声元器件、误差平均法 长期稳定性：低漂移元器件、老化处理、采用对温度变化不敏感的元器件系统提前预热 （7）频率特性 1）频率特性：动态测试情况下，输出信号幅度随输入信号的频率变化而变化的特性。 2）响应速度：增加巡回点数，提高采样频率，动态测量。 （8）输入输出阻抗 传感器与测量电路阻抗要匹配 2. 响应速度要求 测控电路中 计算机及其接口系统 软件 3. 可靠性要求 4. 经济性要求 四 、电路系统的设计准则 （一）总线化准则： 芯片之间、模板之间、系统之间、系统与对象之间的信息传递通道——易于扩充升级、简化系统设计。 1、内部总线（局部总线、本地总线）：用于系统内部联结芯片与芯片、芯片与处理器的元件级总线。 从功能上分类：数据总线、地址总线、控制总线 2、系统总线：用于联结模板与模板之间的极级总线。 ISA：工业标准总线，8、16位，并行数据，支 持24位地址通道； PCI：高性能，支持多个外围设备，总线频率33MHz， 3、外部总线（通信总线）： （1）用于联结系统与系统之间的交换信息与数据的通信总线，根据数据传输形式：并行、串行总线 （2）并行总线代表产品：美国HP，GB－IB通用接口总线，“可程控测量仪器的接口系统”。 （3）串行总线代表产品：RS－232C，ASCII码数据串行通信标准，结构简单，只需一对信号线、少量控制线即可实现串行通信。 （4）虚拟技术：VXI总线 （二）模块化准则： 将整个电路系统分割为几个功能相对独立，而又相互联系的模块。 优点： （1）任务分解，分别独立设计，独立调试，加快速度，缩短周期； （2）易于维修，扩充，可移植性强。 （三）可靠性准则： 1、工艺上提高电路系统元器件本身的可靠性 2、系统结构上提高系统的可靠性和合理性 出租车计价器电路原理图 集成化两线制涡轮流量计 第二节 电路系统的精度 影响电路系统精度的因素 1、信噪比：干扰无用噪声影响测量控制的稳定性和可靠性。 从选用传感器、电子元器件入手来提高信噪比。 2、量化误差：当被测量量的变化小于数字电路的一个最小 数字所对应的值时，数字系统将没有变化，产生误差。 提高性能、减小量化误差方法：提高放大倍数、提高数 字电路位数。 3、非线性误差： 线性度指标所带来的误差。对测控仪器产生的影响： （1）非线性标尺和度盘难于控制和读书； （2）系统换档时需要重新标定； （3）测试数据记录易失真； （4）A/D，D/A 不易保证精度； （5）进行反馈控制时，控制方法和算法不