電子測量原理實驗指導書-文庫吧

【正文】 z。圖 21 測頻原理框圖和時間波形10 / 49由于周期和頻率互為倒數，因此在測頻的原理中對換一下待測信號和時基信號的輸入通道就能完成周期的測量。其原理如圖 22 所示。 To Tx 圖 22 測周原理圖待測信號 Tx 通過脈沖形成電路取出一個周期方波信號加到門控電路，若時基信號(亦稱為時標信號)周期為 To，電子計數器讀數為 N，則待測信號周期的表達式為 　　 （22）MTOX??例如：fx = 50Hz，則主門打開 1/50Hz（= 20ms） 。若選擇時基頻率為 fo = 10MHz，時基 To＝ ，周期倍乘選 1，則計數器計得的脈沖個數為 = 202200 個，OXT?如以 ms 為單位，則計數器可讀得 (ms) ，此時，測周分辨力為 。 當直接測頻和直接測周的量化誤差相等時，就確定了一個測頻和測周的頻率分界點，這個分界點的頻率值稱為中界頻率。由測頻和測周的誤差表達式并結合圖 23 可以看出：測頻時的量化誤差 和測周時的量化誤差 相等時，即可確定中界頻率 為xsf/ xT/0 xmf （23）0ffmxms?故 　　　　 （24）0fs式中， 為測頻時選用的頻標信號頻率，即 閘門時間的倒數 ； 為測周sf SsTf/1?0f頻時選用的時標信號頻率， ；當 時，應使用測頻的方法；當0/1Tf?xmf?時，則應使用測周頻的方法。對于一臺電子計數器特定的應用狀態，可以在同xmf?一坐標圖上同時作出直接測頻和直接測周的誤差曲線（圖 23） ，兩曲線的交點即中界頻率點。電子計數器的自動測頻/測周功能主要取決于中界頻率。假定選擇閘門時間為 1s 和測周/頻時標信號頻率為 10MHz，則中界頻率為 MHz(=3162Hz)。因此在選用電子計數10時基信號發生器分頻電路 脈沖形成電路閘門 電子計數器門控電路脈沖形成電路周期倍乘ＭMMMMMMMMM11 / 49器自動測量時，先指定用測頻的方式預測一下輸入信號的頻率，再與中界頻率比較之后自動確定電子計數器測頻/測周方式。圖 23 測頻和測周時的誤差曲線5．測量時間和計數值（1）測頻模式測量時間＝閘門時間 T計數值 N= fx*T 閘門時間短，測量低頻信號，N 可能很小，甚至為 0，這種情況應避免。由于我們使用 24位計數器，計數值 N224（16777216） ，否則溢出（OVER） 。（2）測周模式測量時間＝ MX?計數值 0fTXO??測量時間與被測信號的周期和周期被乘系數成正比，若選擇大的周期倍乘系數，測量低頻信號時，測量時間將很長。低頻信號選用大的周期被乘系數和高的時標時，計數值會很大，產生溢出。五、實驗步驟1. 按如圖 24所示,連接實驗系統。EPP電子測量實驗箱信號發生器電源計算機①②示波器監測F xA o u t 1圖 24 實驗平臺及實驗器材連接圖說明：被測輸入信號有兩種接法，一種是如圖 23 所示的①，由外接信號發生器連接12 / 49實驗箱測頻輸入 fx 的 BNC 插座；一種是如圖 23 所示的 ②，由實驗箱上的信號源Aout1(或 Aout2)連接實驗箱測頻輸入 fx 的 BNC 接頭，并用示波器監測輸入信號的幅度和頻率大小。然后按照電子計數器測頻/測周實驗運行電子計數器程序進行測量。 25所示。圖 25 虛擬電子計數器面板使用說明：（1）當選擇測頻/測周按鈕置“測頻”時，可選“閘門時間”分別為：1ms,10ms,100ms,1s,10s，時標選擇旋鈕不使能；（2） 當選擇測頻/測周按鈕置“測周”時，可選“周期倍乘”分別為：1，10，100，1000，10000。時標選擇旋鈕可選10MHz,1MHz,100KHz,10KHz,1KHz。（3）當選擇“自動”按鈕時，測頻/測周按鈕、時標選擇旋鈕和測頻/測周按鈕不使能，將自動根據被測信號與中界頻率的大小關系來確定采用測頻或測周方式，并顯示相關內容。注意：在“測周”模式下，若選擇大的周期倍乘系數，測量低頻信號時，測量時間將很長。（１） 利用函數信號發生器產生不同頻率的信號，波形可分別為方波、正弦波、三角波，幅度為 1V～5V,由虛擬電子計數器對其進行“測頻” ，選擇不同的閘門時間，對測量結果進行比較和分析。記錄測量的頻率值，并填入表 21：表 21　　信號頻率閘門時間 25Hz 250Hz 2kHz 20kHz 200kHz 2MHz1ms 不做 不做10ms 不做100ms 13 / 491s 4885 2410s 4885 24 20221提問：本實驗中測頻模式，閘門時間選用 10S 時，測量 2M 信號為什么會溢出？（２） 利用實驗箱上的信號源產生不同頻率的信號，波形可分別為方波、正弦波、三角波，幅度為 1V～5V,由虛擬電子計數器對其進行“測頻” ，選擇不同的閘門時間，對測量結果進行比較和分析。記錄測量的頻率值，并填入表 22：表 22 信號頻率閘門時間 25Hz 250Hz 2kHz 20kHz 200kHz 2MHz1ms 不做 不做10ms 不做1s10s（３） 利用函數信號發生器產生不同頻率的信號，由虛擬電子計數器對其進行“測周” ，時標選擇為 10MHz，幅度為 2V，改變不同的周期倍乘，對測量結果進行比較和分析。記錄測量的周期值，并填入表 23：表 23　　信號周期周期倍乘 (5Hz) 20ms(50Hz) 2ms(500Hz) (5kHz) 20us(50kHz)2us()1 10 100 不做 over1000 不做 不做10000 不做 不做 不做14 / 49提問：本實驗中測周模式，周期被乘選用 10 時，測量 5Hz 信號為什么會溢出？（４） 利用實驗箱上的信號源產生不同頻率的信號，由虛擬電子計數器對其進行“測周”，時標選擇為 10MHz，幅度為 2V，改變不同的周期倍乘，對測量結果進行比較和分析。記錄測量的周期值，并填入表 24：表 24信號周期周期倍乘　　　 (5Hz) 20ms(50Hz) 2ms(500Hz) (5kHz) 20us(50kHz)2us()110100 不做1000 不做 不做10000 不做 不做 不做（5）利用函數信號發生器產生一個頻率為 60Hz,幅度為 3V左右的方波信號，由虛擬電子計數器對其進行“測周” ，選擇不同的時標頻率，對測量結果進行比較和分析。記錄測量的周期值和頻率值，并填入表 25：時標選擇 10MHz 1MHz 100KHz 10KHz 1KHz頻率 58周期 17（6）利用函數信號發生器產生不同頻率的信號，幅度為 2V，由虛擬電子計數器對其進行測量，選擇“自動方式” ，觀察儀器自動選擇的“測頻或測周”模式，記錄測量的頻率值和周期值，對測量結果進行比較和分析，并填入表 26：表 26信號頻率 20Hz 200Hz 3kHz 4kHz 50kHz 測頻/測周模式 2 2 2 2 2 2實測頻率 1999 1999 50004 1999實測周期 15 / 49六、思考和練習分析以上測量數據，在電子計數器測頻過程中，閘門時間對測量分辨力有何影響？時標選擇對電子計數器測周分辨力有何影響？16 / 49示波器原理及應用一、實驗目的1．了解數字示波器測量的基本原理。2．熟悉虛擬數字存儲示波器的操作，觀察幾種典型信號的波形并進行參數測量。二、實驗內容1．測量周期信號的幅值、頻率。2．測量信號的時域參數。信號的測量、存儲、回放。觀察李沙育圖形。三、實驗器材1．SJ8002B 電子測量實驗箱 1 臺2．雙蹤示波器（60MHz 模擬或數字示波器） 1 臺3．函數信號發生器（0. 1Hz～10MHz ） 1 臺4．計算機(具有運行 windows2022 和圖形化控件的能力) 1 臺四、實驗原理1．數字示波器原理數字存儲示波器是用 A/D 變換器把模擬信號轉換成數字信號，然后把數據存儲在半導體存儲器 RAM 中。當有需要時，將 RAM 中存儲的內容調出，通過 LCD 用點陣或連線的方式再現波形，其原理框圖可以參考圖 6－1。在這種示波器中信號采集和信號顯示功能是分開的，它的功能和性能主要取決于進行信號采集與處理的 A/D、RAM 和微處理器的性能。由于采用 RAM 存儲器，可以快寫數慢讀數，或者慢寫數快讀數，這樣即使得即使在觀察緩慢信號或者觀測高速信號時顯示帶寬限制時也不會有閃爍現象。17 / 492．虛擬數字存儲示波器組成 輸 入 電 路 A/DRAM控 制 系 統Vi PC機圖 6－1 虛擬數字存儲示波器虛擬示波器將計算機和測量功能融合于一體，用計算機軟件代替傳統儀器的某些硬件的功能，用計算機的顯示器代替傳統儀器物理面板。通過相關的軟件可以設計出的操作方便、形象逼真的儀器面板，不僅可以實現傳統示波器的功能，而且具有存儲、再現、分析、處理波形等特點，還可以進行各種信號的處理、加工和分析，完成各種規模的測量任務。而且儀器的體積小、耗電少，方便攜帶，可以在不同的計算機上使用。在 SJ8002B 中，采用了虛擬數字存儲示波器的原理來實現數據的采集。其中的信號調理、AD 轉換、存儲數據的 SRAM 以及控制邏輯都在是實驗平臺中，計算機主要起到了數據的處理和顯示的作用。3．SJ8002B 電子測量實驗箱示波器硬件結構（1）測量范圍及指標測量電壓幅度范圍：－20V～＋ 20V（峰峰值）測量頻率范圍：1Hz～1MHz采樣時鐘：20MHz ～數據緩存深度：64KB顯示波形的峰值、平均值、有效值和頻率、周期等參數。通道數： 2垂直偏轉因素(V/div)Div序號div 3 4 5 6 7 8 9垂直偏轉因素(V/div)50mv/divdivdivdiv1v/div2v/div5v/div量程(V) 1 2 5 10 20 50通道總增益 2 1 水平時基因素（秒/格）序號 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9秒/格 1u 2u 5u 10u 20u 50u 100u18 / 49采樣頻率Hz20M 20M 20M 20M 20M 20M 20M 20M 20M 20M序號 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19秒/格 200u 500u 1m 2m 5m 10m 20m 50m 采樣頻率Hz10M 5M 1M 500K 250K 100K 50K 25K （2）硬件原理圖 高速 A / D轉換器A D 9 2 8 8A I 1 信號通道輸入A I 2 信號通道輸入 放大整型電路放大整型電路C P L D 內部電路 地址發生器E P P 控制電路采集控制邏輯觸發方式選擇采樣頻率選擇 時鐘數據存儲器S R A M數據存儲器S R A M計算機EPP接口 圖 6－2 SJ8002B 示波器硬件原理圖圖 6－2 為示波器模塊的原理框圖。由圖可見，高速采集的雙通道是完全獨立的，可以實現虛擬雙蹤數字存儲示波器的各種功能，完成多種不同的測試任