电子测量技术基础 第4章第第5 5章章数字测量方法数字测量方法电子测量技术基础 第4章第第5 5章 数字测量方法章 数字测量方法 5.1 5.1 电压测量的数字化方法电压测量的数字化方法 5.2 5.2 多用型数字电压表多用型数字电压表 5.3 5.3 时间和频率的测量时间和频率的测量电子测量技术基础 第4章 第第5 5章 数字测量方法章 数字测量方法 U UDCDCF FU UDCDCT TU UDCDCt tw wT-NT-NT-NT-N计数计数 寄存寄存 译码译码 显示显示X-UX-UDCDCX-FX-FX-NX-Nx x-T -Tt t f f电子测量技术基础 第4章 第第5 5章 数字测量方法章 数字测量方法 重点：重点： 电压测量 DVM的类型 DVM的测量误差 频率测量 电子计数式频率计的原理及误差分析 难点：难点： DVM的类型 频率测量的误差分析电子测量技术基础 第4章5.1 5.1 电压测量的数字化方法电压测量的数字化方法 5.1.1 DVM5.1.1 DVM的特点的特点 5.1.2 DVM5.1.2 DVM的主要类型的主要类型 5.1.3 DVM5.1.3 DVM的测量误差的测量误差 5.1.4 DVM5.1.4 DVM的抗干扰分析的抗干扰分析电子测量技术基础 第4章5.1 5.1 电压测量的数字化方法电压测量的数字化方法( (续续) )直流直流DVMDVM的组成框图的组成框图核心电子测量技术基础 第4章 4.1.1 DVM4.1.1 DVM的特点的特点前提：前提：在在自动自动化和化和快速快速的前提下发展的前提下发展1 1、数字显示、数字显示2 2、准确度高、准确度高 3 3、测量范围宽、测量范围宽5 5、速度快、速度快4 4、分辨力高、分辨力高6 6、输入阻抗高、输入阻抗高7 7、抗干扰能力强、抗干扰能力强位数超量程位数超量程消除视觉误差消除视觉误差 位数越多，准确度越高位数越多，准确度越高电子测量技术基础 第4章 5.1.1 DVM5.1.1 DVM的特点的特点( (续续) )2 2、测量范围、测量范围位数超量程位数超量程位数位数A A、完整显示位、完整显示位能够显示能够显示0 0 9 9数字数字B B、非完整显示位、非完整显示位a.a.半位（半位（1/21/2）只能显示只能显示0 0、1 1数字数字b.3/4b.3/4位位只能显示只能显示0 0 5 5数字数字例：下面的最大显示数字分别是：例：下面的最大显示数字分别是：4 4位位位位位位9999999919999199995999959999电子测量技术基础 第4章 5.1.1 DVM5.1.1 DVM的特点的特点( (续续) )2 2、测量范围、测量范围位数超量程位数超量程超量程超量程A A、基本量程、基本量程未经放大或衰减的量程，由未经放大或衰减的量程，由A/DA/D决定的决定的B B、扩展量程、扩展量程经过放大或衰减经过放大或衰减（1010倍）倍）的量程的量程例：例：基本量程为基本量程为5V5V的的DVMDVM，扩展量程有，扩展量程有0.5V0.5V、50V50V、500V500V若：若：该该DVMDVM是是 位，则位，则5V5V量程可测到量程可测到5.999V5.999V超量程能力电子测量技术基础 第4章电子测量技术基础 第4章 5.1.1 DVM5.1.1 DVM的特点的特点前提：前提：在在自动自动化和化和快速快速的前提下发展的前提下发展1 1、数字显示、数字显示2 2、准确度高、准确度高 3 3、测量范围宽、测量范围宽5 5、速度快、速度快4 4、分辨力高、分辨力高6 6、输入阻抗高、输入阻抗高7 7、抗干扰能力强、抗干扰能力强位数超量程位数超量程消除视觉误差消除视觉误差 位数越多，准确度越高位数越多，准确度越高可测弱信号，如话筒输出电压可测弱信号，如话筒输出电压电子测量技术基础 第4章 5.1.1 DVM5.1.1 DVM的特点的特点( (续续) )4 4、分辨力、分辨力表灵敏度表灵敏度定义定义能够显示被测电压的最小变化值能够显示被测电压的最小变化值例例S1842S1842：最小量程最小量程V Vm m20mV20mV， 位位表示表示用用最小最小量程末位对应的电压值表示量程末位对应的电压值表示（V/V/字）字）则可测最大电压为则可测最大电压为19.999mV19.999mV0.001mV因此，此因此，此DVMDVM的分辨力是的分辨力是0.001mV/0.001mV/字。字。电子测量技术基础 第4章 5.1.1 DVM5.1.1 DVM的特点的特点( (续续) )分辨率分辨率特点特点用百分数表示，与量程无关，比较直观。用百分数表示，与量程无关，比较直观。表示：表示：同上例同上例也可：也可：电子测量技术基础 第4章 5.1.1 DVM5.1.1 DVM的特点的特点前提：前提：在在自动自动化和化和快速快速的前提下发展的前提下发展1 1、数字显示、数字显示2 2、准确度高、准确度高 3 3、测量范围宽、测量范围宽5 5、速度快、速度快4 4、分辨力高、分辨力高6 6、输入阻抗高、输入阻抗高7 7、抗干扰能力强、抗干扰能力强位数超量程位数超量程消除视觉误差消除视觉误差 位数越多，准确度越高位数越多，准确度越高可测弱信号，如话筒输出电压可测弱信号，如话筒输出电压几次几次上千次上千次电子测量技术基础 第4章5.1.2 DVM5.1.2 DVM的主要类型的主要类型 DVMDVM以以A/DA/D转换方式分类：转换方式分类： 比较型直接转换 反馈比较式逐次比较型（*） 无反馈比较式 积分型间接转换 UTN UFN（单斜式、双斜式（*） 、三斜式）电子测量技术基础 第4章 5.1.2 DVM5.1.2 DVM的主要类型的主要类型( (续续) )一、逐次比较型一、逐次比较型DVMDVM的工作原理的工作原理原理：原理：U UN N大者弃，小者留大者弃，小者留1 1、原理框图、原理框图U UN N电子测量技术基础 第4章 5.1.2 DVM5.1.2 DVM的主要类型的主要类型( (续续) )一、逐次比较型一、逐次比较型DVMDVM的工作原理的工作原理U UN N2 2、A/DA/D转换器原理框图转换器原理框图电子测量技术基础 第4章 5.1.2 DVM5.1.2 DVM的主要类型的主要类型( (续续) )一、逐次比较型一、逐次比较型DVMDVM的工作原理的工作原理A/DA/D转换器原理分析转换器原理分析以以4 4位为例，设位为例，设U Urefref10V10V，U UX X8.5V8.5VCLK=1CLK=1，100010001 1保留保留CLK=2CLK=2，110011001 1保留保留1 0 0 01 1 0 0电子测量技术基础 第4章 5.1.2 DVM5.1.2 DVM的主要类型的主要类型( (续续) )一、逐次比较型一、逐次比较型DVMDVM的工作原理的工作原理CLK=3CLK=3，111011101 1舍弃舍弃, ,记为记为0 0CLK=4CLK=4，11011101最后，最后，8.5V8.5V转化成数字信号转化成数字信号110111011 1保留保留1 1 1 01 1 0 01 1 0 1电子测量技术基础 第4章5.1.2 DVM5.1.2 DVM的主要类型的主要类型( (续续) )一、逐次比较型一、逐次比较型DVMDVM的工作原理的工作原理3 3、特点分析、特点分析测量速度测量速度准确度准确度与输入信号无关，而与与输入信号无关，而与A/DA/D位数及时钟频率位数及时钟频率有关有关与位数有关，位数越多误差越小与位数有关，位数越多误差越小n n位分辨率：位分辨率：抗干扰性抗干扰性差，响应的是瞬时信号差，响应的是瞬时信号电子测量技术基础 第4章5.1.2 DVM5.1.2 DVM的主要类型的主要类型( (续续) )二、双斜积分式二、双斜积分式DVMDVM的工作原理的工作原理1 1、基本原理：、基本原理：2 2、组成框图：、组成框图：通过两次积分过程通过两次积分过程( (对被测电压的对被测电压的定时积分和定时积分和对参考电压的对参考电压的定值积分定值积分) )的比较，得到被测电压值。的比较，得到被测电压值。包括积分器、过零比较器、计数器及逻辑控制电路包括积分器、过零比较器、计数器及逻辑控制电路电子测量技术基础 第4章5.1.2 DVM5.1.2 DVM的主要类型的主要类型( (续续) )二、双斜积分式二、双斜积分式DVMDVM的工作原理的工作原理2 2、组成框图：、组成框图：电子测量技术基础 第4章 5.1.2 DVM5.1.2 DVM的主要类型的主要类型( (续续) )二、双斜积分式二、双斜积分式DVMDVM的工作原理的工作原理3 3、工作过程：、工作过程：准备阶段准备阶段采样阶段采样阶段比较阶段比较阶段定时积分定时积分定值积分定值积分设设U Ux x为正，计数容量为为正，计数容量为N N1 1，时钟周期为，时钟周期为T T0 0准确阶段准确阶段t t0 0tt1 1k kk k4 4U U0 00 0电子测量技术基础 第4章采样阶段采样阶段定时积分定时积分反向积分反向积分采样阶段采样阶段t t1 1tt2 2k kk k1 1，接入被测电压，接入被测电压U Ux x对积分器反向积分，时间为对积分器反向积分，时间为T T1 1 ，计数，计数N N1 160006000T T1 1N N1 1T T0 0被测电压的平均 值定时积分电子测量技术基础 第4章比较阶段比较阶段定值积分定值积分正向积分正向积分比较阶段比较阶段t t2 2tt3 3k kk k3 3，接入参考电压，接入参考电压U Urefref对积分器正向积分，直到对积分器正向积分，直到U Uo o0 0，时间为，时间为T T2 2，计数，计数N N2 2电子测量技术基础 第4章 5.1.2 DVM5.1.2 DVM的主要类型的主要类型( (续续) )二、双斜积分式二、双斜积分式DVMDVM的工作原理的工作原理3 3、工作过程：、工作过程：设设U Ux x为正，时钟周期为为正，时钟周期为T T0 0T T2 2N N2 2T T0 0对积分器正向积分，直到对积分器正向积分，直到U Uo o0 0，时间为，时间为T T2 2，计数，计数N N2 2令令U UrefrefN N1 1mVmV定值积分比较阶段比较阶段t t2 2tt3 3k kk k3 3，接入参考电压，接入参考电压U Urefref电子测量技术基础 第4章5.1.2 DVM5.1.2 DVM的主要类型的主要类型( (续续) )二、双斜积分式二、双斜积分式DVMDVM的工作原理的工作原理4 4、特点分析：、特点分析：测量速度慢测量速度慢准确度高准确度高双积分，双积分，T T1 1n20msn20ms；T T为几十为几十几百几百msms，与与U Ux x有关有关取决于基准电压取决于基准电压U Urefref的准确度和稳定度，的准确度和稳定度，与与RCRC无关无关抗干扰性强抗干扰性强成本低成本低响应的是平均值信号响应的是平均值信号对对R R、C C及时钟参数的稳定度和准确度要求不高及时钟参数的稳定度和准确度要求不高电子测量技术基础 第4章电子测量技术基础 第4章5.