電子測量原理實驗指導書(文件)

　

【正文】 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。（１） 利用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)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(shù)器對其進行“測頻” ，選擇不同的閘門時間，對測量結(jié)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(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)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(shù)器對其進行“測周” ，選擇不同的時標頻率，對測量結(jié)果進行比較和分析。2．測量信號的時域參數(shù)。當有需要時，將 RAM 中存儲的內(nèi)容調(diào)出，通過 LCD 用點陣或連線的方式再現(xiàn)波形，其原理框圖可以參考圖 6－1。通過相關(guān)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(xiàn)傳統(tǒng)示波器的功能，而且具有存儲、再現(xiàn)、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(guī)模的測量任務。3．SJ8002B 電子測量實驗箱示波器硬件結(jié)構(gòu)（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(shù)據(jù)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(shù)。離散信號的電壓平均值及峰值的數(shù)學表達式如下所示：電壓有效值： 　　 21NKUV??電壓平均值：　 　　 1K?電壓峰－峰值： 　　 。然后在 PC機上運行主界面程序，再從主界面進入“電子測量實驗室” ，最后選擇實驗六，軟件則自動打開了信號源和示波器的界面。（1）正弦波（Aout1，Ain1）信號源產(chǎn)生一個正弦波如圖 6－5，用虛擬示波器觀察,把顯示面板上的峰值和頻率填在表 6－1 中。注意：實驗箱主板上方的 S102 短路塊位置放在左邊。把實驗步驟 3 中的波形先保存到硬盤，然后再打開，對比它們有無變化。畫信號波形：（3）調(diào)節(jié)電子實驗箱，使兩個輸出通道 Aout1 和 Aout2 輸出相同幅度，不同頻率比的信號，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，并分析圖形與頻率比和相位的關(guān)系，加深對示波器掃描顯示原理的理解。二、實驗要求1．實驗前要求預習關(guān)于“阻抗參數(shù)的數(shù)字化測量”相關(guān)內(nèi)容。 為幅度頻率可U調(diào)信號源。26 / 49圖 52 是根據(jù)上述原理設計的 RLC 參數(shù)測量實驗板（SJ7001） 。放大器 AA 2分別取出被測阻抗 （或校準電阻 ）和采樣xZsR電阻 兩端的電壓，并經(jīng)過適當放大，得到 和 ，它們分別連接到rR1U?2rAU實驗箱的高速采集輸入通道 Ain1 和 Ain2，實現(xiàn)信號采集并通過計算得到信號的幅值。1A2rR五、實驗步驟1．實驗準備（1）按照圖 53 把 RLC 參數(shù)測量實驗板（SJ7001）插入實驗箱主板的 62 芯插座，跳線 S602 接“ no”端。（3）用雙蹤示波器分別監(jiān)測實驗箱信號源輸出 Aout1 和采集輸入通道 Ain1 及 Ain2 信號（即圖 52 中 UU 2輸出）之一。（4）點擊“測量”，根據(jù)采集得到的波形來更換增益“A1/A2” ，使兩個通道的幅度接近且波形為不失真正弦。（2）本實驗使用實驗箱內(nèi)部 DDS 信號源 Aout1，提供默認頻率為 1kHz、幅度峰值為2V 的激勵信號。同時，觀察示波器上顯示的波形，注意由于是純電阻測量，兩個波形沒有相位差。（7）通過這種單次測量測出電阻的參數(shù)后，可以將“循環(huán)”開關(guān)置于“on” ，來觀察該電阻多次測量的穩(wěn)定性和重復性。由于不易得到電容的實際值（數(shù)字電壓表測量電容誤差較大） ，因此，電容測量不做誤差分析，但需驗證測量值（顯示值）與理論計算結(jié)果（式 513）一致性。最后改變“伏/格”和“秒/ 格”來改變波形的顯示，使波形充滿屏幕，便于觀測。表 5－3標稱值（uF）選擇量程增益 12A?角頻率 f??（rad/s）比值 12XU?測量值（讀數(shù)，uF）量程對應采樣電阻Rr（ Ω）理論計算值（uF ）31 / 49表 5－4 電容量程和采樣電阻對應關(guān)系序號 1 2 3 4電容量程 100u～ 1u 1u ～ ～ ～1000P采樣電阻 Rr（Ω ） 100 1k 10k 100k注意：在運行軟件前要先打開實驗箱的電源。二、實驗內(nèi)容1. 組合邏輯譯碼器 74138實驗。5. 實驗中譯碼器 7413計數(shù)器 74190和譯碼器 7447的真值表見附表。數(shù)據(jù)捕獲部分包括信號輸入、采樣、數(shù)據(jù)存儲、觸發(fā)產(chǎn)生和時鐘電路等。數(shù)據(jù)捕獲完成后，由顯示控制電路將存儲的數(shù)據(jù)以適當方式（波形或字符列表等）顯示出來，以便對捕獲的數(shù)據(jù)進行觀察分析。 2）選擇字觸發(fā)方式，有可能沒有滿足條件的信號出現(xiàn)，則得不到測量結(jié)果。按圖 95連接 CPLD板跳線，外加+5V 直流電源，對 p1p1p17 連接 3個開關(guān) K5，K6,K7,三－八譯碼器 74138的輸出P18,P20,P21,P22,P77,P80,P79,P81分別連接 8個指示燈 LED1～LED8, 按表 91給 74LS138輸入 A,B,C高\低電平，觀察譯碼器的輸出 LED燈亮滅結(jié)果，并填入表91。使用 CPLD 板的 的晶振時鐘，放置 CPLD 板上的 S1 短路塊位置在右面。（2） 按如圖 98所示將 CPLD板插入主板 62芯插座，L1（L L2 、L3 可以任選一位）接低電平，p5 接或高或低電平，用虛擬邏輯分析儀分析十進制計數(shù)器的輸入輸出時序邏輯，觀察虛擬邏輯分析儀中對應的輸入輸出的時序邏輯，并在表 93中畫出時序圖。觀察虛擬邏輯分析儀中對應的輸入輸出的時序邏輯，并在表 94中畫出時序圖。2．了解數(shù)據(jù)采集卡的原理與使用。3．對采集結(jié)果進行計算與分析。 2. 打開 LabVIWE程序，設置 DAQ助手，具體步驟如下：本程序中，數(shù)據(jù)采集程序的設計主要通過 NI 公司出品的強大的工具 DAQ 助手來實現(xiàn)。圖 3 DAQ 助手雙擊 DAQ 助手進入設置頁面： 圖 4 DAQ 助手設置一44 / 49 圖 5 DAQ 設置界面二 圖 6 DAQ 設置界面三45 / 49圖 7 DAQ 設置界面四 點擊 OK 完成確認。具體程序框圖如下：圖 8 采集程序框圖46 / 493．打開函數(shù)發(fā)生器，選擇輸出頻率為 10Hz，幅值為 2V 的正弦波，調(diào)整采樣頻率和采樣數(shù)，使得程序端接收正確波形，觀察電壓參數(shù)，與理論值比較。它也是基于任務的，可自動創(chuàng)建任務和銷毀任務，并以配置式的方式快速實現(xiàn)測量任務的創(chuàng)建、編輯和運行，而無須編寫任何代碼。函數(shù)信號發(fā)生器計算機數(shù)據(jù)采集卡圖 1 交流電壓測量系統(tǒng)框圖42 / 49電壓信號通過數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸入通道進入計算機，PCI6251 板卡引腳如圖 2所示。二、實驗內(nèi)容1．利用數(shù)據(jù)采集卡采集交流電壓信號。表 9－4 六、思考和練習采集時鐘的選擇原則是什么？字觸發(fā)一定能觸發(fā)嗎？P5＝0 P5＝1A4A0A1A2A3P5＝0 P5＝1A4A0A1A2A339 / 49附表：三－八譯碼器 7413十進制計數(shù)器 74190 和 BCD十進制譯碼器 7447 的真值表。使用 CPLD 板的 的晶振時鐘，放置 CPLD 板上的 S1 短路塊位置在右面。使用邏輯分析儀時，選用外時鐘，時鐘觸發(fā)，顯示點數(shù) 100~200 點。按圖 96連接 CPLD板，外加+5V 直流電源，L1（L L2 、L3 可以任選一位）接低電平，p5 接 K2,(可輸入高或低電平)，觀察四位十進制計數(shù)器 74190輸出的一位數(shù)碼顯示數(shù)值的變化結(jié)果，并填入表 92。在 CPLD 內(nèi)已下載了兩個電路，一個是 74138 電路，一個是計數(shù)器 74190、譯碼器7447 的電路。34 / 49操作步驟：（1）選擇內(nèi)/外時鐘（ 2）選擇顯示點數(shù)（3）選擇觸發(fā)方式（每次必需）（4）開始。采樣電路在采樣時鐘控制下對信號進行采樣，采樣獲得的數(shù)據(jù)流送到觸發(fā)產(chǎn)生電路進行觸發(fā)識別，根據(jù)數(shù)據(jù)捕獲方式，在數(shù)據(jù)流中搜索特定的數(shù)據(jù)字（觸發(fā)字） ，當搜索到符合條件的觸發(fā)字時，就產(chǎn)生觸發(fā)信號。由于數(shù)字系統(tǒng)的測試一般要觀察較長時間范圍的信號間邏輯關(guān)系或較長的數(shù)據(jù)流才能進行分析，邏輯分析儀一般采用先進行數(shù)據(jù)捕獲即采集并存儲數(shù)據(jù)，然后進行數(shù)據(jù)顯示并觀察分析的方式。3. 用邏輯分析儀分析組合邏輯譯碼器 74138實驗。2. 掌握虛擬邏輯分析儀的使用。將測量結(jié)果（顯示值）填入表 5－3 中第二欄，并根據(jù)公式（5－10）和各90?測量參數(shù)計算理論值，填入表中。（3）本實驗使用實驗箱內(nèi)部 DDS 信號源 Aout1，默認頻率為 1kHz、幅度峰值為 2V。測量中，面板上自動顯示出 的比值，若被測電阻測量時，記錄直接測量值和12U比值 ；再選中“校準” ，并選擇與被測量最接近的校準電阻 進行測量，12xXU? rR記錄測量值和比值 ，根據(jù)式 516， Rx校準后的值為：12s (517)??12xsRX??測量數(shù)據(jù)記錄于表 5－3。（5）將上述測量結(jié)果記錄于表 5－2，并用數(shù)字電壓表測量值作為實際值，計算測量誤差。（4）點擊“測量”，先根據(jù)面板的提示“狀態(tài)”來更換量程， “30～300” （單位為Ω）是最小量程，選好量程后，再根據(jù)采集得到的波形來更換增益“A1/A2” ，使兩個通道的幅度接近且不失真，如果量程已經(jīng)選擇為最小量程仍然提示量程偏大或者量程已經(jīng)選擇為最大量程仍然提示量程偏小，就只能改變增益“A1/A2”了。將測量值填入表5－1。圖 5－4 虛擬 R、L 、C 測試儀面板測量 300Ω 電阻時（2）在測試程序的主界面上，選擇校準（校準方框填黑）和表 5－1 給出的校準電阻值選擇校準電阻。（2）打開實驗箱電源，電源指示燈“亮” 。為提高測量精?rR度，消除 AA 2的增益精度和增益漂移的影響，可采用校準測量方法。信號源輸出的匹配電阻，在更換量程時， 與 同步的切換， 的作用減小電壓 、 的變化范rR?0 0Rr0RxU?r圍，增加測量電路工作的穩(wěn)定性。?x?Irx若被測阻抗 分別為 Rx、L x、C x的理想元件（不考慮 Lx、C x的損耗） ，即 Z ? （55）RZ????0? （56）xxj??9? （57）1Cx?? ??則有： （5xrU8） （59）xrRL?? ? （5rxCU10）根據(jù)式（58） 、 （59） 、 （510） ，即可進行元件參數(shù) Rx、L x、C x的測量，式中 、xU為同頻正弦波的有效值或峰值， 為角頻率。3．了解 R、L、C 參數(shù)的校準測量原理及方法。24 / 49R、L、C 參數(shù)測量一、實驗目的1．熟悉電阻、電感、電容（R、L、C ）元件參數(shù)測試的原理。（1）調(diào)節(jié)電子實驗箱輸出通道 Aout1 和 Aout2，輸出相同正弦波信號，幅度為 2V，23 / 49頻率為 1KHz，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。方法是點擊面板上面的“保存”按鈕，就會彈出一個對