2008-07-09
· F/V转换
电子类转速测量仪表，由转速传感器和表头（显示器）组成。目前常用的转速传感器，大多输出脉冲信号，只要通过频率电流转换就能与电压电流输入型的指针表和数字表匹配，或直接送PLC;频率电流转换的方法有阻容积分法、电荷泵法和专用集成电路法，前两种方法在磁电转速表中也有运用。专用集成电路大都数是阻容积分法、电荷泵法的综合。目前常用的专用集成电路，有LM331、AD654和VF32等,转换精度在0.1%以上；但在低频时，这种转换就无能为力。采用单片机 或FPGA，做F/D和D/A转换，转换精度在0.5~0.05%之间， 量程从0~2Hz到0~20KHz，频率低于10Hz时反映时间也变长。关于F/V转换，请参考相应芯片介绍和应用资料，本文不做赘述。
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楼主 2008/7/5 17:48:51
· 频率运算
在显示精度、可靠性、成本和使用灵活性上有一定要求时，就可直接采用脉冲频率运算型转速表。
频率运算方法，有定时计数法（测频法）、定数计时法（测周法）和同步计数计时法。
定时计数法（测频法）在测量上有±１的误差，低速时误差较大；定数计时法（测周法）也有±１个时间单位的误差，在高速时，误差也很大。
同步计数计时法综合了上述两种方法的优点，在整个测量范围都达到了很高的精度，万分之五以上的测量转速仪表基本都是这种方法。下面以XJP-10B为例，介绍定时计数法（测频法）、定数计时法（测周法）和同步计数计时法。
早期的XJP-10B转速数字显示仪，采用CMOS数字集成电路 。其原理可用如下三个框图表示：
框图一 测频原理
框图一告诉我们，被测信号通过放大整形进入加法计数器；晶体振荡器的频率信号通过分频产生秒（或分钟）信号，在计数显示控制器中生成寄存脉冲和清零脉冲。寄存脉冲将加法计数器的BCD码送入寄存器，通过译码驱动，LED数码管显示一秒（或分钟）内的计数值，直到下一次寄存脉冲的到来；紧接着清零，进行下一轮计数、寄存（译码显示）；如此，不间断测频。如果我们考察一下这些信号的时序，不难发觉这种定时计数测量方法的缺陷是：被计数脉冲有多一或少一的误差。如果被测频率为10000Hz,多一或少一的误差，相对来讲只不过万分之一；如果被测频率为2Hz,多一或少一的误差，相对来讲就达到了百分之五十，不难看出频率越低，误差越大，而且还有一点，把一秒变成一分钟，误差就变小了。低频时，如不延长采样时间，要提高精度就要采用测周的方法，框图二正是说明这种方法。
框图二 测周原理
将框图二与框图一进行比较，我们不难发觉：上述二者的差别在于晶体振荡器与被测信号的位置作了互换，象是代数上的分子分母的颠倒，也正是物理上的频率和周期互为倒数，细心的读者可以体会到，学科之间的内在联系无处不在。
测周的误差：与测频相似，是多一个或少一个晶体振荡器脉冲，也就是多一个或少一个时基脉冲，晶体振荡器脉冲频率准确度越高误差越小，晶体振荡器脉冲频率越高误差也越小，被测频率越高误差越大；因此测量高频时，对被测信号进行分频，确实是提高测周精度的好方法。在周期过长时，还可通过计数器，借助计时器来测量转速。下面的框图表示了计数器的工作原理。
框图三 计数器原理
现在我们可以看出，XJP-10B转速数字显示仪，在CMOS数字集成电路的条件下，已是一款十分完备的转速测量工具，这台仪器的设计者是
楼主 2008/7/5 17:50:52
同步计数计时法，是随着单片机的普及而得到普及运用。同步计数计时法是怎样综合前两种方法的优点的呢？我们还是用时序来分析。
定时计数时序
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时序图一 | 时序图二 |
时序图一：计时和计数脉冲不同步；时序图二：计时和计数脉冲同步。但不管计时和计数脉冲同步与否，都有多一少一的误差。同理，定数计时也有多一少一的误差。
同步计数计时时序图
当定时器与被测脉冲同步计数时，为避免被测脉冲计数多一少一的误差，将定时作延时调整，等待被测脉冲计数完整；与此同时，取时间基准脉冲计数值。这样脉冲计数N为零误差，时间基准脉冲计数T有多一少一的误差。当时间基准脉冲源（晶振）误差小于十万分之一时，误差源主要是时间基准脉冲计数多一少一引起。
频率f=N/T,假定定时为1秒，时间基准脉冲周期为100μS,T=10000+ΔT
f=N/(10000+ΔT),
误差Δf/f=[N/(10000+ΔT)-N/(10000+ΔT±1)]/[N/(10000+ΔT)]
=1-(10000+ΔT±1)/(10000+ΔT)
=±1/(10000+ΔT)
可见误差小于万分之一，随着晶振频率的提高误差减小。
当采用单片机进行计数和运算时，还有中断不及时引起的误差。关于误差的分析本文不再做深入探讨。
频率与转速的关系：
f=P*v/60
f表示频率，P表示每旋转一周产生的脉冲个数，v表示转速亦即每分钟旋转的转数。
T=1/f
新的XJP-10B转速数字显示仪，由于采用了单片机技术，和同步计数计时法，使得测频、测速、测周、计数变得精确，而且非常简单；只要轻触仪表面板控制键，就能在4种功能间切换。由于系数可任意设置，使得仪表与传感器配套，不受输出脉冲数的限制。并且该仪表还有扩展的RS232接口，能与配套的虚拟仪表动态显示频率、转速（速度）、和计数值。
楼主 2008/7/9 18:21:29
