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第五章第一节电路与软件系统概述一、电路与软件系统的作用二、电路与软件系统的组成三、电路与软件系统的设计要求四、电路与软件系统的设计准则第二节测控电路设计一、测量电路的设计1、测量电路的作用及组成测量电路中央处理系统控制电路软件系统电源输入信号输出信号传感器放大器整形电路细分电路辨向电路计数器中央处理系统电源检测电路锁存器2、信号调理电路(1)放大电路放大电路的设计方法主要取决于传感器输出信号的形式和后续电路（中央处理系统和控制电路）的输入要求。（2）滤波电路(信号分离电路)（3）调制解调电路调制就是用一个测量信号（称为调制信号）去控制另一个作为载体的信号（称为载波信号），让后者的某一特征参数按前者变化。解调就是从已经调制的信号中去除载波信号，提取反映被测量值的测量信号。只要能检出调幅信号的包络线，就能够实现解调。这种解调方法称为包络检波(4)细分与辨向电路细分的基本原理是：根据周期性测量信号的波形、振幅或者相位的变化规律，在一个周期内进行插值，从而获得优于一个信号周期的更高的分辨力3、信号转换电路转换电路的主要作用:将传感器的输出信号的形式进行适当转换，以期达到后续环节的要求。传感器放大器解调器滤波器运算电路模数转换中央处理系统振荡器电源测量电路4、运算电路二、中央处理系统设计1、中央处理系统的作用与组成作用：对测量电路系统送来的信号进行运算、处理、显示、存储、打印等，然后按照仪器的功能要求，向控制电路系统发出控制命令，并通过控制电路和执行器对被控参数实行控制。是整个测控仪器的核心。2、基于单片机（微控制器）的中央处理系统三、控制电路设计1、控制电路的作用信号转换、放大驱动、信号隔离2、信号转换电路脉宽调制技术是基于“冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同”的原理工作的。3、驱动电路4、信号隔离电路四、电源设计电源是整个测控系统的能量来源，更是测控仪器电路系统的电气基准，它对仪器系统的性能和可靠性具有直接的影响。五、电路系统的抗干扰技术将系统的外部干扰称为干扰来自内部的干扰称为噪声1.干扰源(1)来自信号通道的干扰（主要是由传感器、开关量输入输出、模拟量输入输出、电路本身的固有噪声产生。）(2)来自电源的干扰(3)来自空间的辐射干扰（来自空间的各种电磁波和强电场的各种干扰）(4)来自元器件和电路板的噪声2.干扰的形式差模干扰：指能够使接收电路的一个输入端相对于另一输入端产生电位差的干扰。共模干扰：是相对于公共的电位基准点，在系统的接收电路的两个输入端上同时出现的干扰。3.抗干扰的措施抗干扰设计的基本原则是：抑制干扰源、切断干扰传播路径和提高敏感器件的抗干扰性能。抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的产生和大小，这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则。(1)信号通道干扰的抑制措施：(2)电源系统的抗干扰措施(3)空间干扰的抑制措施-屏蔽定义：屏蔽是用导电或导磁材料（铜或铝）等制成的壳、板、套、筒等各种形状的屏蔽体将防护部分隔离起来，将电磁能限制在一定的空间。静电屏蔽：金属容器与大地连接。电磁屏蔽：导电材料做成屏蔽层低频屏蔽：坡莫合金在屏蔽体内构成回路驱动屏蔽：屏蔽体与被频体内导体电位相等屏蔽的结构形式主要有以下几种：1）屏蔽罩：这是一种常用的封闭式金属盒，可根据干扰场的类型和屏蔽有效性指标对材料、板厚、形状等进行设计，从元件、器件到整机均可应用；2）屏蔽栅网：这是一种既有屏蔽作用，又有通风作用的屏蔽结构形式，应用也很广泛；3）隔舱：在多级电路系统中，常常在两个单元电路之间用金属板隔离开，将一个金属电箱隔成许多舱，用以隔离相互之间的干扰；4）导电涂料：在盒式电路外置一个泡沫盒，在泡沫盒表面喷涂一层金属涂料，涂层的材料与厚度与有效性指标有关；5）屏蔽铜箔：为了对印制电路板屏蔽，可采用双面印制电路板的一个铜箔面作为屏蔽板，也具有一定的屏蔽作用；(4)电路板设计中的抗干扰技术①电路板布局要合理②元器件选用要正确③布线要科学1.电源线的布线原则：电源线和地线要尽量粗2.信号线的布线原则：信号线在布线时，尽量避免90度折线，使用45度折线或圆弧布线，以减小高频信号对外的发射与耦合。3.地线的布线原则：数字地与模拟地要分离，最后在一点接于电源地，A/D、D/A芯片布线也以此为原则。4.接地技术接地系统功能：1、安全保护2、对信号电压有一个基准电位3、静电屏蔽接地设计的两个基本要求是：①消除各电路电流流经一个公共地线阻抗时所产生的噪声电压；②避免形成地环路。浮地系统：是指仪器的整个地线系统和大地之间没有欧姆连接，仅以“浮地”作为它的电平基准，即参考电平，如舰船，飞行体等。优点：不受大地电流干扰缺点：附近有高压设备时，其机壳易感应较高电压，形成噪声干扰，因此安全性较差