電子測量原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書-wenkub

　

【正文】 xZ?rR采樣電阻（標(biāo)準(zhǔn)電阻） 。2．掌握本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測量 R、 C 的基本方法。畫信號波形：（2）調(diào)節(jié)電子實(shí)驗(yàn)箱，輸出通道 Aout1 輸出幅度為 2V，頻率為 1KHz 的鋸齒波信號，輸出通道 Aout2 輸出幅度為 2V，頻率為 1KHz 的正弦波信號，調(diào)節(jié)示波器，使之工作于XY 方式， Aout1 輸入示波器 X 通道，Aout2 輸入示波器 Y 通道，觀察李沙育圖形，并畫出波形。要把計(jì)算機(jī)硬盤里存儲的波形文件打開，就直接單擊面板上面的“打開”按鈕（注意此時不能啟動采集） ，就能夠?qū)崿F(xiàn)波形的回放，這時通過調(diào)節(jié)“伏/格”和“ 秒/ 格”能夠改變波形的顯示。表 6－3輸入幅度（峰值 V）輸入頻率（kHz）選擇秒/格 rt秒/格讀數(shù)rt（μs）ft秒/格讀數(shù)ft（μs）5 100 2us 5 2005 500（4）調(diào)幅波用 Q9 線把 Aout1 和 Ain1 連接起來，啟動虛擬信號源程序，產(chǎn)生一個調(diào)幅波，用示波器測量調(diào)幅系數(shù) %10????bam aTbTt??tv圖 6－6 三角波 rtft t??tv圖 6－7 方波 t??tv ba圖 6－8 調(diào)幅波22 / 49表 6－4輸入幅度（峰值 V）輸入頻率（kHz）選擇伏/格a 格數(shù) b 格數(shù) mft5 5 3 95 5 204．雙蹤顯示波形的觀測由兩臺函數(shù)信號源分別產(chǎn)生兩路電壓信號，分別輸入給 Ain1 和 Ain2，一個信號幅度為 5V，頻率為 5KHz 的正弦波，另一個信號幅度為 3V，頻率為 5KHz 的三角波，由虛擬數(shù)字存儲示波器進(jìn)行雙蹤顯示，記錄選擇的伏格和秒格，并畫出波形。20 / 49圖 6－4 虛擬數(shù)字存儲示波器面板3．測量如下各種波形的參數(shù)操作接在 Ain1 的信號源產(chǎn)生以下信號，用 CH1（綠）通道進(jìn)行測量，調(diào)整秒/格使信號波形在屏幕上顯示 2～5 個周期，調(diào)整伏/格使信號波形充滿半個屏幕到滿屏。（2）先打開實(shí)驗(yàn)箱電源，電源指示燈“亮” 。4． 數(shù)據(jù)處理根據(jù)采集的波形數(shù)據(jù)，計(jì)算出被測信號的有效值、均值、峰值、頻率。其中的信號調(diào)理、AD 轉(zhuǎn)換、存儲數(shù)據(jù)的 SRAM 以及控制邏輯都在是實(shí)驗(yàn)平臺中，計(jì)算機(jī)主要起到了數(shù)據(jù)的處理和顯示的作用。17 / 492．虛擬數(shù)字存儲示波器組成 輸 入 電 路 A/DRAM控 制 系 統(tǒng)Vi PC機(jī)圖 6－1 虛擬數(shù)字存儲示波器虛擬示波器將計(jì)算機(jī)和測量功能融合于一體，用計(jì)算機(jī)軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的某些硬件的功能，用計(jì)算機(jī)的顯示器代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器物理面板。三、實(shí)驗(yàn)器材1．SJ8002B 電子測量實(shí)驗(yàn)箱 1 臺2．雙蹤示波器（60MHz 模擬或數(shù)字示波器） 1 臺3．函數(shù)信號發(fā)生器（0. 1Hz～10MHz ） 1 臺4．計(jì)算機(jī)(具有運(yùn)行 windows2022 和圖形化控件的能力) 1 臺四、實(shí)驗(yàn)原理1．?dāng)?shù)字示波器原理數(shù)字存儲示波器是用 A/D 變換器把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后把數(shù)據(jù)存儲在半導(dǎo)體存儲器 RAM 中。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．測量周期信號的幅值、頻率。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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)箱上的信號源產(chǎn)生不同頻率的信號，由虛擬電子計(jì)數(shù)器對其進(jìn)行“測周”，時標(biāo)選擇為 10MHz，幅度為 2V，改變不同的周期倍乘，對測量結(jié)果進(jìn)行比較和分析。注意：在“測周”模式下，若選擇大的周期倍乘系數(shù)，測量低頻信號時，測量時間將很長。 25所示。低頻信號選用大的周期被乘系數(shù)和高的時標(biāo)時，計(jì)數(shù)值會很大，產(chǎn)生溢出。因此在選用電子計(jì)數(shù)10時基信號發(fā)生器分頻電路 脈沖形成電路閘門 電子計(jì)數(shù)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(yù)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(jì)數(shù)器測頻/測周方式。由測頻和測周的誤差表達(dá)式并結(jié)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(biāo)信號頻率，即 閘門時間的倒數(shù) ； 為測周sf SsTf/1?0f頻時選用的時標(biāo)信號頻率， ；當(dāng) 時，應(yīng)使用測頻的方法；當(dāng)0/1Tf?xmf?時，則應(yīng)使用測周頻的方法。其原理如圖 22 所示。電子計(jì)數(shù)器是嚴(yán)格按照f＝N/T 的定義進(jìn)行測頻，其對應(yīng)的測頻原理方框圖和工作時間波形如圖 21 所示。3. 熟悉電子計(jì)數(shù)器的使用方法。3）示波器和信號源的軟件界面可同時運(yùn)行，但是信號源在修改設(shè)置參數(shù)時，請先停止示波器的測量。把波形改為三角波、方波，用虛擬示波器觀測幅度和頻率，并與信號源相應(yīng)的輸出值進(jìn)行比較。然后在 PC機(jī)上運(yùn)行主界面程序，如圖1－8 所示，再從主界面進(jìn)入“電子測量實(shí)驗(yàn)室” ，其界面如圖 1－9 所示，最后選擇實(shí)驗(yàn)一，軟件則自動打開了信號源和示波器的界面。實(shí)驗(yàn)時，實(shí)驗(yàn)電路板插入 62 芯插座接入測試平臺，實(shí)驗(yàn)平臺內(nèi)的信號源模塊通過插槽上的 AO（模擬輸出 AO1 和 AO2）插腳給實(shí)驗(yàn)板提供激勵信號；測試平臺內(nèi)的采集模塊通過插座上的 AI（模擬輸入 AI1 和 AI2）插腳實(shí)時的采集并存儲實(shí)驗(yàn)板的輸出響應(yīng)信號。為了擴(kuò)展輸入的電壓范圍，通道中包含有前級衰減電路前級儀用放大電路中間衰減器和后級放大電路，最后由 A/D 轉(zhuǎn)換電路，變換成數(shù)字量并且存儲在 RAM 中，當(dāng)采集完成以后計(jì)算機(jī)通過 EPP口把數(shù)據(jù)取回，并對其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。（2）采集模塊（數(shù)字示波器）采集模塊有 CH1 和 CH2 兩個采集數(shù)據(jù)輸入通道。 N比 特 相位 累 加 器 SRAM波形 存 儲 器 DAC數(shù) 模轉(zhuǎn) 換 器 LPF低 通濾 波 器時 鐘clkF頻 率 控 制 碼FCW地 址 數(shù) 據(jù)圖 1－4 DDS 信號源的組成結(jié)構(gòu)由圖 1－4 可見：DDS 信號源由相位累加器、RAM 波形存儲器、DAC 數(shù)模轉(zhuǎn)換器以及低通濾波器組成。（1）信號源模塊它是一個采用直接數(shù)字合成（DDS）的任意波形發(fā)生器，由平臺軟件直接提供了十六種函數(shù)的波形數(shù)據(jù)，可產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等 16 種波形。FPGA兩 路 DS信 號 源兩 路 高 速 A/D采 集 電 子 計(jì) 數(shù) 器雙 積 分 A/D轉(zhuǎn) 換 EP62芯 插 座 擴(kuò) 展 I/O電 源 虛 擬 儀 器 倉 庫電 子 測 量 實(shí) 驗(yàn)電 子 測 量 實(shí) 驗(yàn) 箱電 路 自 裝 實(shí) 驗(yàn) 板RLC電 路 實(shí) 驗(yàn) 板濾 波 器 電 路 實(shí) 驗(yàn) 板溫 度 檢 測 實(shí) 驗(yàn) 板CPLD實(shí) 驗(yàn) 板計(jì) 算 機(jī)電 子 頻 率 計(jì) 測 頻和 測 周 的 原 理雙 積 分 A/D原 理和 直 流 電 壓 測 量交 流 電 壓 表 原 理實(shí) 驗(yàn)RLC元 件 參 數(shù) 測量數(shù) 字 存 儲 示 波 器原 理 和 應(yīng) 用 任 意 波 形 發(fā) 生 器的 設(shè) 計(jì) 與 調(diào) 試溫 度 檢 測 與 控 制系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 實(shí) 驗(yàn)邏 輯 分 析 儀 的 原理 及 應(yīng) 用PD邏 輯 電 路的 設(shè) 計(jì) 與 調(diào) 試數(shù) 字 存 儲 示 波 器RLC參 數(shù) 測 試 儀電 子 計(jì) 數(shù) 器頻 譜 分 析 儀 直 流 電 壓 表函 數(shù) 發(fā) 生 器頻 率 特 性 測 試 儀掃 頻 信 號 源 交 流 電 壓 表任 意 波 形 信 號 源邏 輯 分 析 儀系 列 化實(shí) 驗(yàn) 板}圖 1－1 電子測量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基本組成1 / 49電子測量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的外貌圖如圖 1－2 所示。2．使用本實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)部數(shù)字示波器，去觀察外部信號源的信號波形。 / 49電子測量原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書南 京 郵 電 大 學(xué) 自 動 化 學(xué) 院I / 49目 錄電子測量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成原理及操作………………………… 1電子計(jì)數(shù)器原理及應(yīng)用……………………………………… 10示波器原理及應(yīng)用…………………………………………… 16R、L、C 參數(shù)測量 …………………………………………… 24邏輯分析儀原理及應(yīng)用……………………………………… 31交流電壓測量 …………………………………………………400 / 49電子測量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成原理及操作一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解 SJ8002B 電子測量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的原理和組成。3．使用本實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)部數(shù)字示波器，觀察內(nèi)部 DDS 信號源產(chǎn)生的信號波形。圖 1－2 電子測量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 電子測量實(shí)驗(yàn)箱主板如圖 1－3 所示。也可以由用戶自己提供波形的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生用戶所需的任意波形。其工作原理是：相位累加器在時鐘信號驅(qū)動下對頻率控制碼進(jìn)行累加，輸出累加值即相位序列碼作為 RAM 的地址。通道增益、采樣速率、采樣點(diǎn)數(shù)、觸發(fā)源等也可通過編程控制。數(shù)據(jù)采集采用了 8 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器，模擬輸入電壓范圍（峰峰值）：50V 到+50V；采樣速率20M、10M、5M、1M 、500K、250K 、100K 、50K、25K；可程控增益；數(shù)據(jù)緩存深度：30KB。當(dāng)采集完預(yù)置的點(diǎn)數(shù)后，微機(jī)通過 EPP 接口讀取采集數(shù)據(jù)，再經(jīng)分析和處理后，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在屏幕上。 EP示 波 器信 號 發(fā) 生 器 電 源 計(jì) 算 機(jī)Ain1Aout1電 子 測 量 實(shí) 驗(yàn) 箱S602圖 1－7 實(shí)驗(yàn)連接框圖圖 1－8 主程序界面6 / 49圖 1－9 電子測量實(shí)驗(yàn)室界面2．信號源的操作（1）虛擬信號源的面板如圖 1－10 所示：7 / 49圖 1－10 信號源面板（2）設(shè)置 DDS信號源 1的輸出 Aout1的幅度、頻率，默認(rèn)設(shè)置為幅度 ，頻率。表 1－2波形 峰值 頻率正弦波三角波方波（3）用 Q9線將 Aout1和 Ain1連接起來，在信號源面板上設(shè)置 Aout1的幅度為 3V、頻率為 5KHz，產(chǎn)生一個正弦波，用虛擬示波器觀測幅度和頻率。4）以上注意事項(xiàng)適合于本實(shí)驗(yàn)課程的其他實(shí)驗(yàn)。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 頻率測量，并了解測頻方式下：閘門時間與測量分辨率關(guān)系。從圖中可以看出測量過程：輸入待測信號經(jīng)過脈沖形成電路形成計(jì)數(shù)的窄脈沖，時基信號發(fā)生器產(chǎn)生計(jì)數(shù)閘門信號，待測信號通過閘門進(jìn)入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，即可得到其頻率。 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(biāo)信號)周期為 To，電子計(jì)數(shù)器讀數(shù)為 N，則待測信號周期的表達(dá)式為 　　 （22）MTOX??例如：fx = 50Hz，則主門打開 1/50Hz（= 20ms） 。對于一臺電子計(jì)數(shù)器特定的應(yīng)用狀態(tài)，可以在同xmf?一坐標(biāo)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(diǎn)即中界頻率點(diǎn)。圖 23 測頻和測周時的誤差曲線5．測量時間和計(jì)數(shù)值（1）測頻模式測量時間＝閘門時間 T計(jì)數(shù)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(yīng)避免。五、實(shí)驗(yàn)步驟1. 按如圖 24所示,連接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。圖 25 虛擬電子計(jì)數(shù)器面板使用說明：（1）當(dāng)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(biāo)選擇旋