科學(xué)計(jì)數(shù)法的精確度精選(五篇)

序言：作為思想的載體和知識(shí)的探索者，寫作是一種獨(dú)特的藝術(shù)，我們?yōu)槟鷾?zhǔn)備了不同風(fēng)格的5篇科學(xué)計(jì)數(shù)法的精確度，期待它們能激發(fā)您的靈感。

篇1

關(guān)鍵詞：教學(xué)案例；目標(biāo)樣題；教學(xué)目標(biāo)；重難點(diǎn)

隨著“三分教育”在我們開縣的廣泛傳播和應(yīng)用，以及“課改興?！笨谔?hào)的提出，同時(shí)新一輪課程改革對(duì)廣大教師專業(yè)化發(fā)展提出要求，鼓勵(lì)并提倡教師作為研究者，開展校本教研。我校圍繞“課堂教學(xué)有效性研究與實(shí)踐”的活動(dòng)主題將校本教研活動(dòng)開展得有聲有色。下面我結(jié)合具體的教學(xué)案例談?wù)勅绾翁岣邤?shù)學(xué)課堂教學(xué)的有效性。

我在上人教版數(shù)學(xué)五年級(jí)上冊(cè)“商的近似數(shù)”這節(jié)課時(shí)設(shè)計(jì)了六個(gè)環(huán)節(jié)，第一個(gè)環(huán)節(jié)：復(fù)習(xí)科學(xué)計(jì)數(shù)法；第二個(gè)環(huán)節(jié)：學(xué)生列舉生活中的數(shù)據(jù)，如：班級(jí)的學(xué)生數(shù)、自己的身高、體重等，以此引入新課；第三個(gè)環(huán)節(jié)：介紹近似數(shù)的精確度并完成教材第32頁(yè)的引例；第四個(gè)環(huán)節(jié)：介紹有效數(shù)字的概念并補(bǔ)充出示了五道練習(xí)題且進(jìn)行了逐一的分析和講解；第五個(gè)環(huán)節(jié)：課堂小結(jié)；第六個(gè)環(huán)節(jié)：布置作業(yè)（含補(bǔ)充作業(yè)）。聽完課后，我有許多疑惑，于是調(diào)查了該班學(xué)生對(duì)本節(jié)知識(shí)的掌握情況，發(fā)現(xiàn)效果欠佳。事后我對(duì)本堂課進(jìn)行了認(rèn)真的解剖，究其原因主要有以下幾個(gè)方面：一是教學(xué)目標(biāo)不夠明確；二是目標(biāo)樣題缺乏典型性和概括性；三是講解的層次性和邏輯性不強(qiáng)。所以導(dǎo)致這節(jié)課重點(diǎn)不夠突出、難點(diǎn)尚未突破。反思我們的教學(xué)，提出自己淺顯的見解，供各位同仁參考。

一、確立教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)生已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知水平，用定量描述的教學(xué)目標(biāo)管理課堂，指導(dǎo)教學(xué)，這樣教師才能做到心里有教材，心中有學(xué)生；才能面向全體學(xué)生，使大部分學(xué)生達(dá)到目標(biāo)；才能有效避免重復(fù)提問同一優(yōu)秀生的現(xiàn)象。筆者認(rèn)為本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)是：①85%以上的學(xué)生理解并掌握有效數(shù)字的概念以及近似數(shù)精確度的兩種表示形式；②70%以上的學(xué)生掌握帶有計(jì)數(shù)單位和用科學(xué)計(jì)數(shù)法表示出來的近似數(shù)的精確度和有效數(shù)字的確定；③95%以上的學(xué)生會(huì)將一個(gè)較大的數(shù)按要求取近似值。

二、明確教學(xué)重難點(diǎn)

本節(jié)課的重點(diǎn)是近似數(shù)精確度的兩種表示形式，即精確到哪一位、保留幾個(gè)有效數(shù)字，要突出落實(shí)這一重點(diǎn)必須精挑細(xì)選目標(biāo)樣題；難點(diǎn)是帶有計(jì)數(shù)單位和用科學(xué)計(jì)數(shù)法表示出來的近似數(shù)的精確度和有效數(shù)字的確定以及怎樣將一個(gè)較大的數(shù)據(jù)按要求取近似值，讓學(xué)生獨(dú)立思考之后，再通過合作交流使難點(diǎn)得以突破。

三、精選目標(biāo)樣題

根據(jù)本堂課的教學(xué)重難點(diǎn)，結(jié)合學(xué)生已有的知識(shí)基礎(chǔ)，我認(rèn)為例題不在多而在精。除了教科書第32頁(yè)的例6之外，我認(rèn)為只需再選擇一道目標(biāo)樣題就足夠了。

例：下列由四舍五入得到的近似數(shù)，各精確到哪一位？

4.8÷2.3（保留一位小數(shù)） 1.55÷3.9（保留兩位小數(shù)） 14.6÷3.4（保留整數(shù)）

這道目標(biāo)樣題的設(shè)計(jì)不僅考慮到了學(xué)生已有的知識(shí)基礎(chǔ)，而且既有利于突出本節(jié)課的重點(diǎn)“近似數(shù)精確度的兩種表示形式”，又有利于突破本節(jié)課的難點(diǎn)“帶有計(jì)數(shù)單位和用科學(xué)計(jì)數(shù)法表示出來的近似數(shù)的精確度和有效數(shù)字的確定”。這道目標(biāo)樣題既具有可操作性，又具有典型性，從而使課時(shí)教學(xué)目標(biāo)得以順利達(dá)成。

四、選擇教學(xué)方法

學(xué)生在小學(xué)已經(jīng)了解到生活中存在許許多多的近似數(shù)，不僅會(huì)用四舍五入的方法求一個(gè)數(shù)的近似數(shù)，還會(huì)確定一個(gè)近似數(shù)精確到哪一位。所以我認(rèn)為老師可以借助從課堂引入學(xué)生所列舉的數(shù)據(jù)和教材中的例6，介紹近似數(shù)有效數(shù)字的概念，即一個(gè)近似數(shù)，從左起第一個(gè)非0的數(shù)開始，到精確到的數(shù)位為止，所有的數(shù)字就是該近似數(shù)的有效數(shù)字。然后出示例題中的（1），這基本上不需要老師講解，學(xué)生就可以自己獨(dú)立完成。待學(xué)生完成后老師適當(dāng)?shù)丶右孕〗Y(jié)，這些近似數(shù)是小數(shù)或整數(shù)，其精確度的確定，應(yīng)從精確到哪一位和有效數(shù)字的基本概念入手，在確定有效數(shù)字時(shí)，0不能多算也不能少算。以從左至右第一個(gè)不是0的數(shù)字為界，左邊的0不算，右邊的0都要算。接著出示例題中的（2），老師講解帶有計(jì)數(shù)單位的近似數(shù)的精確度和有效數(shù)字的確定方法，即這些近似數(shù)都帶有計(jì)數(shù)單位，其有效數(shù)字的確定與計(jì)數(shù)單位無關(guān)，在確定精確到哪一位時(shí)，若計(jì)數(shù)單位前面是整數(shù)，它就精確到計(jì)數(shù)單位；若計(jì)數(shù)單位前面是小數(shù)，則整數(shù)部分的個(gè)位與計(jì)數(shù)單位相同，再根據(jù)近似數(shù)的位數(shù)，從小數(shù)部分的十分位數(shù)起，數(shù)到哪個(gè)數(shù)位，就精確到哪一位。采用（2）中的方法，問題就迎刃而解了，即這些用科學(xué)計(jì)數(shù)法表示的近似數(shù)，其有效數(shù)字的確定只與乘號(hào)前邊的部分有關(guān)，在確定精確到哪一位時(shí)，就只需要把10的幾次方當(dāng)計(jì)數(shù)單位來理解就可以了。接下來為了鞏固所學(xué)的知識(shí)，老師再適當(dāng)?shù)爻鍪疽恍┚毩?xí)題目，讓學(xué)生加以練習(xí)。最后教師再出示幾個(gè)較大的數(shù)，先讓學(xué)生試著將這些大數(shù)按要求（精確到哪一位或保留幾個(gè)有效數(shù)字）取近似值，此時(shí)教師得注意一點(diǎn)，如將1789這一個(gè)數(shù)精確到十位，學(xué)生有可能出現(xiàn)的答案是1789≈1790，認(rèn)為近似數(shù)1790精確到個(gè)位，有四個(gè)有效數(shù)字或近似數(shù)1790精確到十位，有四個(gè)有效數(shù)字等錯(cuò)誤答案。這時(shí)老師就得引導(dǎo)學(xué)生回歸到近似數(shù)的精確度和有效數(shù)字的概念中去，講明后邊的0是補(bǔ)位的，不表示它的精確度，因此不能算作它的有效數(shù)字。同時(shí)為了更好地減少這種錯(cuò)誤的出現(xiàn)，還可以將例題中（3）的方法倒過來運(yùn)用，把一個(gè)較大的數(shù)據(jù)按要求（精確到哪一位或保留幾個(gè)有效數(shù)字）取近似值可以先將它用科學(xué)計(jì)數(shù)法表示出來，再按要求對(duì)乘號(hào)前面的部分取近似值。所以，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，適當(dāng)介紹簡(jiǎn)便方法，引導(dǎo)學(xué)生探究商的循環(huán)小數(shù)的出現(xiàn)原因。

以上僅是我對(duì)這堂課教學(xué)設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)思考，供同仁參考?？傊坝行Ы虒W(xué)”是一個(gè)古老而又極具時(shí)代意義的話題，是值得我們廣大一線教師潛心研究的課題。

篇2

關(guān)鍵詞 尿液分析 尿沉渣全自動(dòng)分析儀 尿干化學(xué)分析

尿液中有形成分的檢查是診斷腎臟疾病及尿道疾病的主要方法之一。以往，尿液有形成分的檢出主要通過人工顯微鏡檢查，但該方法需時(shí)間長(zhǎng)，精確度差，操作者之間誤差較大，無法完全滿足臨床的需要。目前，最新運(yùn)用于臨床尿沉渣分析的FU-100流式尿沉渣全自動(dòng)分析儀對(duì)尿液有形成分進(jìn)行精確計(jì)數(shù)及分類，具有快速，簡(jiǎn)便，精確度好，多參數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，本文探討UF-100的臨床應(yīng)用價(jià)值，報(bào)告如下。

資料與方法

UF-100型流式尿沉渣分析儀；Clinitek-1尿分析儀及配套試紙；Olympus ch-30型顯微鏡。

標(biāo)本來源：隨機(jī)收集住院患者尿樣307份。

方法：留取新鮮尿50ml以上及時(shí)送檢到實(shí)驗(yàn)室，倒入試管中約10m標(biāo)本檢測(cè)在2小時(shí)內(nèi)完成。將尿液標(biāo)本分為2管，第1管用于干化學(xué)分析，第2管用UF-100流式尿沉渣分析儀自動(dòng)吸樣，作尿沉渣分析，剩余尿液離心后取沉渣進(jìn)行顯微鏡檢。鏡檢方法：按全國(guó)臨床檢驗(yàn)操作規(guī)程進(jìn)行[1]，儀器與鏡檢之間，鏡檢人員之間以雙盲方式判讀，按統(tǒng)一方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。

結(jié) 果

UF-100陽(yáng)性結(jié)果以紅細(xì)胞：男性0～12μl，女性0～24μl；白細(xì)胞：男性0～12μl，女性0～26μl；管型0.6μl為標(biāo)準(zhǔn)，鏡檢結(jié)果，白細(xì)胞0～5HP，紅細(xì)胞0～3HP，管型0～1/全片，超此范圍，視為陽(yáng)性。UF-100與干化學(xué)法在檢測(cè)RBC時(shí)較一致，而UF-100與顯微鏡檢在檢測(cè)WBC時(shí)較一致。但UF-100對(duì)于管型的檢測(cè)有較大的偏差。見表1。

討 論

UF-100尿沉渣分析儀法是根據(jù)尿液中各類有形成分產(chǎn)生的前向散射光強(qiáng)度和散射光脈沖寬度、前向熒光強(qiáng)度和熒光脈沖寬度和電阻抗值的大小綜合分析，得出細(xì)胞的形態(tài)、細(xì)胞橫截面積、染色、片段的長(zhǎng)度、細(xì)胞容積等信息并繪出直方圖和散射圖[2]。UF-100具有較高的靈敏度，速度快、效率高；儀器可在相當(dāng)大的范圍內(nèi)對(duì)紅細(xì)胞、白細(xì)胞、上皮細(xì)胞等進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)數(shù)，做出定量報(bào)告，動(dòng)態(tài)定量監(jiān)測(cè)可用于治療監(jiān)控。

關(guān)于RBC的檢測(cè)，對(duì)同一標(biāo)本以3種不同檢測(cè)方法所得結(jié)果進(jìn)行了比較，多數(shù)標(biāo)本3種方法檢測(cè)結(jié)果一致。UF-100與干化學(xué)和鏡檢比較檢測(cè)紅細(xì)胞均有較好的一致性，UF-100紅細(xì)胞計(jì)數(shù)陽(yáng)性而常規(guī)鏡檢陰性54例。干化學(xué)既可檢測(cè)RBC，又可檢測(cè)HB，但易受氧化性物質(zhì)的干擾用UF-100檢測(cè)尿中的RBC，只要對(duì)菌尿以及結(jié)晶尿進(jìn)行顯微鏡鏡檢，排除干擾，即可達(dá)到特異、靈敏、定量的結(jié)果。

關(guān)于WBC的檢測(cè)，干化學(xué)法、UF-100尿沉渣法及顯微鏡法差異較大，33例UF-100檢測(cè)WBC陽(yáng)性而常規(guī)鏡檢陰性，27例干化學(xué)法陰性而常規(guī)鏡檢陽(yáng)性，分析原因，前者可能為將小圓上皮細(xì)胞等也計(jì)數(shù)為WBC。本文有3例，UF-100檢測(cè)WBC而鏡檢為腎小管上皮細(xì)胞。干化學(xué)法無法檢測(cè)淋巴細(xì)胞。在27例干化學(xué)法陰性而常規(guī)鏡檢陽(yáng)性的病例，通過沉渣染色，25例淋巴細(xì)胞，故對(duì)于WBC的檢測(cè)，應(yīng)以顯微鏡檢為標(biāo)準(zhǔn)。干化學(xué)法中亞硝酸鹽測(cè)定是診斷尿路感染的指標(biāo)之一，但亞硝酸鹽只對(duì)革蘭陰性桿菌有效，且干擾因素較多，本文用UF-100測(cè)定NIT陽(yáng)性的33例標(biāo)本，細(xì)菌量995.3～131460.5μl，差異很大，因而在判斷尿路感染時(shí)，UF-100更有利于臨床療效的觀察。關(guān)于管型的檢測(cè)，UF-100尿沉渣法與顯微鏡法差異較大，UF-100檢測(cè)管型的靈敏度、精密度較高，顯微鏡檢查檢測(cè)靈敏度不如儀器，且重復(fù)性差。UF-100對(duì)管型的檢測(cè)只能區(qū)分病理管型與非病理管型，不能對(duì)病理管型進(jìn)行分型。我們認(rèn)為可以利用UF-100較高的靈敏度作為過篩試驗(yàn)，對(duì)于陽(yáng)性的標(biāo)本，用顯微鏡檢進(jìn)一步確診，并明確區(qū)分管型性質(zhì)。

本研究結(jié)果顯示，在臨床運(yùn)用上，利用干化學(xué)法的快速簡(jiǎn)捷，UF-100的精確計(jì)數(shù)，以及對(duì)特殊標(biāo)本用顯微鏡檢排除假陽(yáng)性，使檢測(cè)結(jié)果更靈敏、更準(zhǔn)確，為臨床診斷提供幫助。

參考文獻(xiàn)

篇3

[關(guān)鍵詞]C8051FVerilogHDLFPGA放大整形LCD顯示

中圖分類號(hào):TM-9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)近年來頻率測(cè)量?jī)x器廣泛的應(yīng)用與學(xué)校,科研院所以及晶體活晶體振蕩器等需求量大和要求高精度的行業(yè),有些頻率計(jì)采用數(shù)字邏輯電路制作,用集成電路焊接實(shí)現(xiàn)。體積大,功耗大,焊點(diǎn)和線路較多將使產(chǎn)品穩(wěn)定度與精確度大大降低,成本高。這里介紹的計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)精良,操作簡(jiǎn)便,穩(wěn)定度精確度高,LCD液晶顯示數(shù)據(jù),且能夠隨時(shí)可以記憶10個(gè)測(cè)量的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查看,具有能夠顯示被測(cè)信號(hào)的峰值;成本低。

一、系統(tǒng)模塊

系統(tǒng)可以分測(cè)量部分和單片機(jī)控制部分。測(cè)量部分包括:頻率測(cè)量模塊,周期測(cè)量模塊,時(shí)間間隔測(cè)量模塊。單片機(jī)控制部分包括:鍵盤控制模塊,顯示模塊。系統(tǒng)基本框圖如圖1.1所示:

(1)頻率(周期)測(cè)量:選用等精度測(cè)頻法;(2)時(shí)間間隔測(cè)量:用FPGA編程捕捉時(shí)沿測(cè)量;(3)顯示電路:用LCD液晶顯示。

圖1.1系統(tǒng)基本框圖

二、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

(一)系統(tǒng)硬件主要單元電路設(shè)計(jì)

1.輸入信號(hào)整形電路

圖2.1輸入信號(hào)整形電路結(jié)構(gòu)圖

2.鍵盤電路

采用4*4鍵盤行列式掃描,其原理圖如圖2.2。

三、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

FPGA的內(nèi)部邏輯用Verilog語(yǔ)言編程。C8051單片機(jī)程序用C語(yǔ)言編寫,在keil UVsion2環(huán)境下編譯,其主要功能是控制頻率計(jì)的操作,處理鍵盤輸入,控制液晶顯示等。

1.頻率測(cè)量程序流程圖如圖3.1所示。

圖2.24*4鍵盤原理圖

圖3.1頻率測(cè)量程序流程圖

四、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

設(shè)計(jì)制作的簡(jiǎn)易多功能計(jì)數(shù)器能夠接收函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào),實(shí)現(xiàn)周期測(cè)量、頻率測(cè)量和時(shí)間間隔測(cè)量的功能;可以用鍵盤選擇上述三種功能之一;周期、時(shí)間間隔測(cè)量:0.1mS～1S,誤差≤1%;頻率測(cè)量:1Hz～200kHz,誤差≤1%;能夠顯示至少6位數(shù)碼;自制計(jì)數(shù)器的電源?？梢杂洃?0個(gè)測(cè)量的歷史數(shù)據(jù),且能夠隨時(shí)查看;能夠顯示被測(cè)信號(hào)的峰值。

參考文獻(xiàn):

[1]潘松、黃計(jì)業(yè),EDA技術(shù)實(shí)用教程,北京:科學(xué)出版社,2002.

[2]彭軍,實(shí)用電子技術(shù),科學(xué)出版社,2001,9:12-19.

[3]劉征宇,電子電路設(shè)計(jì)與制作,福建科學(xué)技術(shù)出版社.

[4]王懷群,數(shù)字電路技能實(shí)訓(xùn)教程,煤炭工業(yè)出版社.

[5]路勇,電子電路實(shí)驗(yàn)及仿真,北京交通大學(xué)出版社.

篇4

【關(guān)鍵詞】高精度；時(shí)間間隔測(cè)量技術(shù)；方法；分析

【中圖分類號(hào)】P127.11【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】2095-2066（2015）32-0160-02

在物理領(lǐng)域，最基本的物理量有長(zhǎng)度、質(zhì)量、電流、時(shí)間、熱力學(xué)溫度、發(fā)光的強(qiáng)度以及物質(zhì)的量，而其中時(shí)間作為最基本物理量，對(duì)于我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展卻有著至關(guān)重要的作用。當(dāng)下，與其他的物理量相比較，時(shí)間卻有著更高的測(cè)量準(zhǔn)確度以及分辨率，從某一程度上而言，時(shí)間是唯一能夠?qū)崿F(xiàn)較遠(yuǎn)距離校準(zhǔn)以及傳遞的物理量。所以，時(shí)間作為一個(gè)重要的物理量，對(duì)于測(cè)量技術(shù)的發(fā)展有著非常深遠(yuǎn)的意義。自從時(shí)間間隔測(cè)量技術(shù)發(fā)展以來，就被測(cè)量領(lǐng)域給予了高度的重視，不僅因?yàn)樗鼮檠芯啃碌姆椒ㄖ该髁说缆?，同時(shí)也為其他技術(shù)的進(jìn)步以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來了非常積極的影響。因此，本文通過總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)與理論，對(duì)高精度時(shí)間間隔測(cè)量技術(shù)與其方法進(jìn)行深入的分析。

1高精度時(shí)間間隔測(cè)量技術(shù)理論概述

1.1TDC理論分析

在時(shí)間間隔測(cè)量技術(shù)中的應(yīng)用當(dāng)中，使用最廣泛的電路為“TDC”。所以，間隔測(cè)量技術(shù)方法的準(zhǔn)確使用，了解“TDC”是十分必要的。在測(cè)量領(lǐng)域，比較常用的術(shù)語(yǔ)主要有量程、分辨率、測(cè)量精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、幾份非線性以及差分非線性等。其中，量程，英譯measurementrange，會(huì)被有限存儲(chǔ)空間所控制，測(cè)量最大的時(shí)間間隔為單次測(cè)量，在實(shí)際的電路測(cè)量當(dāng)中就一定存在最大的測(cè)量時(shí)間間隔，被稱作為量程。量程的大小取決存儲(chǔ)的空間；分辨率，也就是量化步長(zhǎng)，英譯為resolutionratio，它和數(shù)字電路中的ADC有一定的相似之處，都存在最小的量化步長(zhǎng)。但是二者之間的單位是不相同的，TDC的單位通常是“ps”；測(cè)量精度即Measurementaccuracy，會(huì)因?yàn)槭艿蕉秳?dòng)或者噪聲等因素的影響，而導(dǎo)致測(cè)量中出現(xiàn)誤差，這一誤差影響測(cè)量精度，在函數(shù)表達(dá)式中用“σ”表示；TDC的轉(zhuǎn)換時(shí)間即deadtime，指的是2次測(cè)量值之間的最小時(shí)間[1]。在實(shí)際的電路當(dāng)中，無法在每個(gè)小測(cè)量t內(nèi)實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路邏輯，所以無法測(cè)量的時(shí)間為轉(zhuǎn)換時(shí)間；讀取速度，英譯為Readspeed，顧名思義指的是測(cè)量中電路讀取結(jié)果的速度，讀取速度對(duì)于測(cè)量工作效率的提升非常重要；差分非線性以及與積分非線性兩個(gè)概念作為描述電路的非線性，與ADC中的DNL和IND相類似。

1.2事件計(jì)時(shí)概念

在測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，事件計(jì)時(shí)作為一個(gè)重要組成部分對(duì)于測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用有著至關(guān)重要的作用。隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于測(cè)量計(jì)時(shí)也有了更高的要求，也就意味著賦予了測(cè)量采樣速率更高的標(biāo)準(zhǔn)[2]。時(shí)間間隔測(cè)量技術(shù)的特殊性對(duì)于測(cè)量速率的影響是十分大的，在測(cè)量中，時(shí)間間隔測(cè)量耗費(fèi)的時(shí)間也屬于時(shí)間間隔范疇，所以引入事件計(jì)時(shí)這一概念，能夠有效地解決這一矛盾。比如在激光測(cè)距中，由于事件計(jì)時(shí)的引入，就能夠很好應(yīng)對(duì)樣本丟失等問題。

2高精度時(shí)間間隔測(cè)量的方法分析

2.1直接計(jì)數(shù)法

目前，直接計(jì)數(shù)法在電路計(jì)數(shù)中，其頻率單位已經(jīng)達(dá)到數(shù)GHz，所以當(dāng)分別率要求為納秒量級(jí)時(shí)，可以通過高時(shí)鐘頻率信號(hào)來直接計(jì)數(shù)，因?yàn)檫@一方法應(yīng)用原理非常簡(jiǎn)單。但是在實(shí)際的測(cè)量當(dāng)中，如果要實(shí)現(xiàn)分辨率100ps或者以上，那么計(jì)數(shù)頻率就需要20GHz或以上，也就是信號(hào)需要達(dá)到微波段[3]。但是事實(shí)上這樣精確的信號(hào)是難以實(shí)現(xiàn)的，并且由于參數(shù)效應(yīng)，也難以在普通的電路中實(shí)現(xiàn)。換而言之，直接計(jì)數(shù)法精確度目前僅可以達(dá)到納秒級(jí)別。不過，直接計(jì)數(shù)法在存儲(chǔ)上占有一定的優(yōu)勢(shì)，通常只需要存儲(chǔ)單元就能夠?qū)崿F(xiàn)較大量程。而在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中，直接計(jì)數(shù)法可以與其他方法結(jié)合使用，能夠有效地解決其分辨率不足等問題。

2.2時(shí)延法

近年來，集成電路得到了快速的發(fā)展以及應(yīng)用，在這一基礎(chǔ)上，時(shí)延法應(yīng)運(yùn)而生。時(shí)延法又被稱作抽頭延遲線法。從字面意思上看來，這一方法的解釋比較簡(jiǎn)單。早期實(shí)現(xiàn)延遲線使用的是同軸線，但是其測(cè)量的精確度仍然較低，所以需要更多的抽頭，但是電路龐大，這一技術(shù)并沒有得到推廣。直到半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步以及集成電路的進(jìn)步，這一方法被應(yīng)用到了集成電路中，并推廣應(yīng)用到了其他領(lǐng)域。時(shí)延法是由延遲單元構(gòu)成的，從理論上來講，這組延遲單元具有相同的傳播時(shí)延，時(shí)間間隔的測(cè)量是通過關(guān)門信號(hào)對(duì)開門信號(hào)在延遲線中的傳播進(jìn)行信號(hào)樣本采集來實(shí)現(xiàn)的[4]。

2.3時(shí)間間隔擴(kuò)展法

在時(shí)間間隔測(cè)量技術(shù)的發(fā)展中，時(shí)間間隔擴(kuò)展法的發(fā)展歷史是相對(duì)久遠(yuǎn)的。時(shí)間間隔擴(kuò)展法在真空管時(shí)代就得到了廣泛的應(yīng)用。時(shí)間間隔擴(kuò)展法的實(shí)現(xiàn)需要借助電容設(shè)備來放電和充電，通過控制電容中的高速開關(guān)，在較短時(shí)間內(nèi)用大恒流源進(jìn)行充電，用小恒流源進(jìn)行放電。大恒流源要大于小恒流源，所以通常放電時(shí)間要比充電時(shí)間更長(zhǎng)，也就實(shí)現(xiàn)了“時(shí)間放大”的作用。在測(cè)量方法的應(yīng)用當(dāng)中，如果確定了大恒流源和小恒流源之間的比例值，那么能夠得到時(shí)間擴(kuò)展后同輸入間隔之間的比例關(guān)系。根據(jù)近年來的研究表明，這一方法應(yīng)用較少，主要是因?yàn)樗菀资艿綔囟取㈦妷旱确矫娴挠绊慬5]。

2.4時(shí)間-幅度轉(zhuǎn)換法

該方法主要是從時(shí)間間隔擴(kuò)展法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。這一方法不僅有效地克服了非線性不易控制的問題，同時(shí)也解決了時(shí)間間隔擴(kuò)展法轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)等缺點(diǎn)。時(shí)間幅度轉(zhuǎn)換法改進(jìn)了時(shí)間間隔擴(kuò)展法的缺點(diǎn)，用高速A/D加復(fù)位電路替代了擴(kuò)展法中的放電電源流，也就是由A/D替代的放電過程，大大節(jié)省了轉(zhuǎn)換的時(shí)間，減少了非線性。通過高速ADC不僅能得到1~20ps的有效分辨率，而且也為該方法的進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

2.5游標(biāo)法

從本質(zhì)上而言，游標(biāo)法屬于數(shù)字?jǐn)U展法中的一種，因?yàn)榕c游標(biāo)卡尺的工作原理相似，所以被稱作游標(biāo)法。在實(shí)際的測(cè)量應(yīng)用當(dāng)中，如果假設(shè)star為時(shí)間間隔開門的信號(hào)（啟動(dòng)周期T1的振蕩器），stop為關(guān)門信號(hào)（啟動(dòng)周期為T2的振蕩器），T1＞T2，以S1代表T1的計(jì)數(shù)，S2代表T2計(jì)數(shù)時(shí)，兩者重合，可以得出公式：T=（S1-1）T1-（S2-1）T2=（S1-S2）T1+（S2-1）（T1-T2）所以，游標(biāo)法不僅能夠獲得高精度，并且能夠獲得大量程，但是因?yàn)樵O(shè)計(jì)比較困難，高精度只能在較短時(shí)間內(nèi)保持，所以與插值法結(jié)合使用能夠解決這一問題[6]。

3結(jié)束語(yǔ)

本文主要基于TDC實(shí)現(xiàn)，對(duì)高精度時(shí)間間隔測(cè)量技術(shù)與其方法進(jìn)行了系統(tǒng)性的分析。高精度時(shí)間間隔測(cè)量技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而具有更加現(xiàn)實(shí)的意義，但與此同時(shí)對(duì)于其精確度的要求也越來越高，所以為了使這一關(guān)鍵的測(cè)量技術(shù)得到進(jìn)一步的應(yīng)用，仍然需要我們?cè)趯?shí)踐當(dāng)中對(duì)其進(jìn)行不斷地創(chuàng)新與改進(jìn)，使高精度時(shí)間間隔測(cè)量技術(shù)與其方法為科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及社會(huì)的進(jìn)步帶來更加積極的促進(jìn)作用。

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篇5

關(guān)鍵詞：電感電容；LC振蕩電路；AT89S51；頻率測(cè)量電路

中圖分類號(hào)：TP216文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004373X(2008)2202002

Design of Digital Inductance Capacitance Measuring Apparatus

HE Fuyun,LUO Xiaoshu

(Physics & Electronic Engineering College,Guangxi Normal University,Guilin,541004,China)

Abstract：Measuring the value of the inductance capacitance in traditional measuring mostly utilizes AC bridge and resonance.But these methods often read the value by scale meter,so the display isn′t pared with the traditional method,the design of digital inductance capacitance measuring apparatus is based on the principle of LC oscillation circuit and the frequency measuring circuit which uses AT89S51 as the core.Detailed circuit principle and program diagram are given.The measuring principle is also expatiated in detail.The innovation of the design is measuring LC based on the principle of LC oscillation circuit.

Keywords：inductance capacitance;LC oscillation circuit;AT89S51;frequency measuring circuit

1 測(cè)量原理

整個(gè)測(cè)量?jī)x原理框圖如圖1所示，其測(cè)量原理為。

圖1 測(cè)量?jī)x原理框圖

LC振蕩電路不接入待測(cè)電感或電容，自由振蕩產(chǎn)生一頻率為F1的正弦波，由LC振蕩電路原理有：

該正弦波經(jīng)分頻器100分頻后，變?yōu)橐环葹? V的方波，該方波從單片機(jī)AT89S51的P3.4腳引入，由定時(shí)器T1產(chǎn)生200 μs的閘門時(shí)間，在定時(shí)器T1定時(shí)1 s期間內(nèi)由計(jì)數(shù)器T0對(duì)外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，所獲得的計(jì)數(shù)值m即為被測(cè)脈沖信號(hào)的頻率。這時(shí)測(cè)得的頻率F1為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理作準(zhǔn)備。當(dāng)AT89S51完成對(duì)自由振蕩期振蕩頻率F1的測(cè)量后，校準(zhǔn)電容Cb自動(dòng)接入LC振蕩電路，這時(shí)產(chǎn)生一新的振蕩頻率Fb。

當(dāng)待測(cè)電感或電容通過選擇開關(guān)接入LC振蕩電路，振蕩頻率將會(huì)發(fā)生變化。如果一待測(cè)電感Lx接入電路，和已知電感值的L1是串聯(lián)的，因而電路中總的電感為L(zhǎng)1+Lx，這導(dǎo)致振蕩頻率變?yōu)椋?/p>

同理如果一待測(cè)電容Cx接入電路，但和已知電容值的C1是并聯(lián)的，因而電路中總的電感為C1+Cx，這導(dǎo)致振蕩頻率變?yōu)椋?/p>

從上述關(guān)系可以看出，基準(zhǔn)電容Cb的精確度是整個(gè)系統(tǒng)測(cè)量精確度的關(guān)鍵，因此Cb選用精度高的精密電容，從而整體上提高了整個(gè)測(cè)量?jī)x的測(cè)量精確度。

2 電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 AT89S51單片機(jī)介紹

單片機(jī)是整個(gè)測(cè)量?jī)x的核心。根據(jù)測(cè)量的要求和單片機(jī)的總體性能,如運(yùn)算速度、抗干擾能力、I/O端口、中斷源、存貯容量、性價(jià)比等,采用性能優(yōu)越的AT89S51作為處理器。AT89S51是一款低功耗,高性能的8位可在線編程的CMOS型單片機(jī)。它帶有4 kB可編程和擦除的讀寫存儲(chǔ)器,128 B RAM，4個(gè)8 b的并行I/O口,2個(gè)16 b定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,6個(gè)中斷源，1個(gè)全雙工串行口。AT89S51的應(yīng)用范圍廣，既可以用于簡(jiǎn)單的測(cè)控系統(tǒng)，又可以用于復(fù)雜的邏輯控制,而且應(yīng)用系統(tǒng)組成靈活、方便、性能穩(wěn)定。圖2為AT89S51的引腳圖。

圖2 AT89S51引腳圖

2.2 100分頻電路

因?yàn)閱纹瑱C(jī)所能測(cè)出的頻率有一定的上限值，而由LC振蕩電路振蕩出來的頻率為0.4~3 MHz，經(jīng)100分頻后，變?yōu)轭l率范圍為4~30 kHz，落在單片機(jī)所能測(cè)出頻率的范圍內(nèi)。74HC390是二-五進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以接成100進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。100分頻電路如圖3所示。

圖3 100分頻電路

2.3 LCD顯示電路

點(diǎn)陣字符型液晶顯示器專門用于顯示數(shù)字、字母、圖形符號(hào)及少量自定義符號(hào)的顯示器。這類顯示器把LCD控制器/點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)器/字符存貯器全做在一塊印刷板。這里采用日立公司的HD44780液晶顯示模塊來顯示測(cè)量結(jié)果。HD44780具有簡(jiǎn)單而功能較強(qiáng)的指令集，可實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng)/閃爍等功能。與MCU的傳輸可采用8位并行傳輸或4位并行傳輸2種方式。LCD顯示電路如圖4所示。

圖4 LCD顯示電路

2.4 LC振蕩電路

LC振蕩電路采用電容三點(diǎn)式的電容反饋式振蕩器。該振蕩電路的主要特點(diǎn)是容易起振、頻率穩(wěn)定度高、頻帶寬。頻帶的寬窄，直接影響著所能測(cè)試的電感和電容的范圍。因此，如何盡最大可能擴(kuò)大LC振蕩電路的工作頻帶，成為影響整個(gè)測(cè)量?jī)x性能的關(guān)鍵因素之一。該電路原理如圖5所示。

圖5 LC振蕩電路

3 程序設(shè)計(jì)

由于采用單片機(jī)測(cè)量頻率和處理相關(guān)的運(yùn)算，其涉及到浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算，如果采用匯編語(yǔ)言來編寫浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算，工作量將很繁重。因而選擇C51來編寫程序，使得浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算的程序編寫量大大簡(jiǎn)化。并且整個(gè)程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)模塊方式，使整個(gè)程序的結(jié)構(gòu)清晰。整個(gè)測(cè)量程序的流程圖如圖6所示。

圖6 測(cè)量程序流程圖

4 結(jié) 語(yǔ)

該電感電容測(cè)試儀采用單片機(jī)智能控制，數(shù)字顯示、操作簡(jiǎn)單、使用方便。其所能測(cè)量的電容，電感的范圍及測(cè)量精度，都能滿足一般應(yīng)用場(chǎng)合的需要。

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作者簡(jiǎn)介