電子測(cè)量原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(更新版)

　　

【正文】 （5xrU8） （59）xrRL?? ? （5rxCU10）根據(jù)式（58） 、 （59） 、 （510） ，即可進(jìn)行元件參數(shù) Rx、L x、C x的測(cè)量，式中 、xU為同頻正弦波的有效值或峰值， 為角頻率。24 / 49R、L、C 參數(shù)測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．熟悉電阻、電感、電容（R、L、C ）元件參數(shù)測(cè)試的原理。方法是點(diǎn)擊面板上面的“保存”按鈕，就會(huì)彈出一個(gè)對(duì)話框，取一個(gè)文件名，再選擇路徑、文件擴(kuò)展名之后單擊保存就能把波形數(shù)據(jù)保存在計(jì)算機(jī)的硬盤里。示波器顯示波形窗水平通道和垂直通道均為 10 格（div ） 。由圖可見(jiàn)，高速采集的雙通道是完全獨(dú)立的，可以實(shí)現(xiàn)虛擬雙蹤數(shù)字存儲(chǔ)示波器的各種功能，完成多種不同的測(cè)試任務(wù)。由于采用 RAM 存儲(chǔ)器，可以快寫數(shù)慢讀數(shù)，或者慢寫數(shù)快讀數(shù)，這樣即使得即使在觀察緩慢信號(hào)或者觀測(cè)高速信號(hào)時(shí)顯示帶寬限制時(shí)也不會(huì)有閃爍現(xiàn)象。2．熟悉虛擬數(shù)字存儲(chǔ)示波器的操作，觀察幾種典型信號(hào)的波形并進(jìn)行參數(shù)測(cè)量。（3）當(dāng)選擇“自動(dòng)”按鈕時(shí)，測(cè)頻/測(cè)周按鈕、時(shí)標(biāo)選擇旋鈕和測(cè)頻/測(cè)周按鈕不使能，將自動(dòng)根據(jù)被測(cè)信號(hào)與中界頻率的大小關(guān)系來(lái)確定采用測(cè)頻或測(cè)周方式，并顯示相關(guān)內(nèi)容。（2）測(cè)周模式測(cè)量時(shí)間＝ MX?計(jì)數(shù)值 0fTXO??測(cè)量時(shí)間與被測(cè)信號(hào)的周期和周期被乘系數(shù)成正比，若選擇大的周期倍乘系數(shù)，測(cè)量低頻信號(hào)時(shí)，測(cè)量時(shí)間將很長(zhǎng)。 當(dāng)直接測(cè)頻和直接測(cè)周的量化誤差相等時(shí)，就確定了一個(gè)測(cè)頻和測(cè)周的頻率分界點(diǎn)，這個(gè)分界點(diǎn)的頻率值稱為中界頻率。三、實(shí)驗(yàn)器材 電子測(cè)量實(shí)驗(yàn)箱 1 臺(tái)2．雙蹤示波器（20MHz 模擬或數(shù)字示波器） 1 臺(tái)3．函數(shù)信號(hào)發(fā)生器（1Hz～1MHz ） 1 臺(tái)4．計(jì)算機(jī)(具有運(yùn)行 windows2022 和圖形化控件的能力) 1 臺(tái)四、實(shí)驗(yàn)原理所謂“頻率” ，就是周期性信號(hào)在單位時(shí)間變化的次數(shù)。2）在運(yùn)行軟件前要先打開實(shí)驗(yàn)箱的電源。 （2）先打開實(shí)驗(yàn)箱電源，電源指示燈“亮” 。該采集模塊既可以實(shí)現(xiàn)示波器的功能也可以實(shí)現(xiàn)交流電壓表等的功能。DDS 信號(hào)源的組成原理如圖 1－4 所示。此外，實(shí)驗(yàn)中根據(jù)需要可以再配備一些輔助儀器，如通用示波器、信號(hào)源等。2．學(xué)習(xí)操作本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)并完成一些簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)。 S 1 0 2 短路塊 6 2 芯插座 ，實(shí)驗(yàn)電路板A C 9 V溫度板用電源 E P P 插座 ，連接計(jì)算機(jī)并口鍵盤板接口電位器直流可調(diào)電壓S 1 0 1 短路塊 S 7 0 2 短路塊 S 6 0 2 短路塊 采集 1 通道輸入 A i n 1信號(hào)源 1 輸出 A o u t 1測(cè)頻輸入 F x采集 2 通道輸入 A i n 2信號(hào)源 2 輸出 A o u t 2直流電壓輸入 D C i n圖 1－3 電子測(cè)量實(shí)驗(yàn)箱主板主板上的短路塊說(shuō)明：短路塊名 短路位置 連接說(shuō)明 使用場(chǎng)合2 / 49左邊 7109直流電壓差分輸入端 DC－不接地溫度實(shí)驗(yàn)時(shí)使用S101右邊 109直流電壓差分輸入端 DC－接地通常情況下應(yīng)用左邊 采集兩個(gè)通道輸入Ain1和 Ain2不連接通常情況下應(yīng)用S102右邊 采集兩個(gè)通道輸入Ain1和 Ain2短接快速檢查實(shí)驗(yàn)板時(shí)使用置于“no” 信號(hào)源 1輸出不加濾波一般情況S602置于“filter” 信號(hào)源 1輸出加濾波需加濾波置于“no” 信號(hào)源 2輸出不加濾波一般情況S702置于“filter” 信號(hào)源 2輸出加濾波需加濾波1．電子測(cè)量實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)箱由五個(gè)基本功能模塊組成，即信號(hào)源模塊、高速數(shù)據(jù)采集模塊、測(cè)頻模塊、數(shù)電子測(cè)量字 I/O 模塊、以及直流電壓測(cè)量模塊構(gòu)成。從 RAM 里面取出預(yù)先存放的一個(gè)周期輸出波形的幅值編碼，然后再經(jīng) DAC 轉(zhuǎn)換得到模擬的階梯電壓，最后經(jīng)過(guò)低通濾波器使其平滑后即得到所需要的信號(hào)波形。 衰減 儀用放大電路 衰減電路 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 EP接口 CPLD內(nèi) 部 電 路 A/D轉(zhuǎn)換器 地 址 發(fā) 生 器 觸 發(fā) 方 式 選 擇 EP控 制 電 路 采 集 控 制 邏 輯 觸 發(fā) 源 選 擇 晶振 采 樣 頻 率 選 擇 后級(jí)放大電路 單通道輸入圖 1－5 數(shù)據(jù)采集部分一個(gè)通道的原理框圖2．系列化實(shí)驗(yàn)板包括 R、L、C 電路實(shí)驗(yàn)板、濾波器電路實(shí)驗(yàn)板、溫度檢測(cè)實(shí)驗(yàn)板、 CPLD 實(shí)驗(yàn)板、鍵盤點(diǎn)陣實(shí)驗(yàn)板、電路自裝實(shí)驗(yàn)板（白板）等，如圖 1－6 所示。點(diǎn)選 16種波形的任意幾種，用外接示波器觀察，并記錄波形于表 1－1 中。9 / 49電子計(jì)數(shù)器原理及應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解頻率測(cè)量的基本原理。若閘門開啟時(shí)間為 T、待測(cè)信號(hào)頻率為 fx，在閘門時(shí)間Ｔ內(nèi)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值為 N，則待測(cè)頻率為 fx = N/T (21)若假設(shè)閘門時(shí)間為 1s，計(jì)數(shù)器的值為 1000，則待測(cè)信號(hào)頻率應(yīng)為 1000Hz或，此時(shí)，測(cè)頻分辨力為 1Hz。電子計(jì)數(shù)器的自動(dòng)測(cè)頻/測(cè)周功能主要取決于中界頻率。EPP電子測(cè)量實(shí)驗(yàn)箱信號(hào)發(fā)生器電源計(jì)算機(jī)①②示波器監(jiān)測(cè)F xA o u t 1圖 24 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及實(shí)驗(yàn)器材連接圖說(shuō)明：被測(cè)輸入信號(hào)有兩種接法，一種是如圖 23 所示的①，由外接信號(hào)發(fā)生器連接12 / 49實(shí)驗(yàn)箱測(cè)頻輸入 fx 的 BNC 插座；一種是如圖 23 所示的 ②，由實(shí)驗(yàn)箱上的信號(hào)源Aout1(或 Aout2)連接實(shí)驗(yàn)箱測(cè)頻輸入 fx 的 BNC 接頭，并用示波器監(jiān)測(cè)輸入信號(hào)的幅度和頻率大小。記錄測(cè)量的頻率值，并填入表 21：表 21　　信號(hào)頻率閘門時(shí)間 25Hz 250Hz 2kHz 20kHz 200kHz 2MHz1ms 不做 不做10ms 不做100ms 13 / 491s 4885 2410s 4885 24 20221提問(wèn)：本實(shí)驗(yàn)中測(cè)頻模式，閘門時(shí)間選用 10S 時(shí)，測(cè)量 2M 信號(hào)為什么會(huì)溢出？（２） 利用實(shí)驗(yàn)箱上的信號(hào)源產(chǎn)生不同頻率的信號(hào)，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(jì)數(shù)器對(duì)其進(jìn)行“測(cè)頻” ，選擇不同的閘門時(shí)間，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較和分析。信號(hào)的測(cè)量、存儲(chǔ)、回放。而且儀器的體積小、耗電少，方便攜帶，可以在不同的計(jì)算機(jī)上使用。maxin?V?19 / 49五、實(shí)驗(yàn)步驟1．實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備（1）按照?qǐng)D 6－3 連線。表 6－1輸入幅度(峰值V)輸入頻率kHz選擇秒/格讀出秒格數(shù)估算周期估算頻率示波器頻率讀數(shù)選擇伏/格讀出峰峰值伏格數(shù)估算峰峰值示波器峰值讀數(shù)根據(jù)讀數(shù)計(jì)算有效值1 1 100us 2 54 506 100圖 6－5 正弦波 t??tv21 / 49信號(hào)周期＝一個(gè)周期所占秒格數(shù)秒/格 信號(hào)頻率＝1/ 信號(hào)周期信號(hào)峰峰值＝波形垂直伏格數(shù)伏/格 峰值＝峰峰值 1/2（2）三角波波形換成三角波如圖 6－6，觀察波形對(duì)稱度 。6．觀察李沙育圖形在雙蹤示波器上選擇 XY 顯示方式，利用示波器 X 和 Y 通道分別輸入被測(cè)信號(hào)和一個(gè)已知信號(hào)，調(diào)節(jié)已知信號(hào)的頻率使屏幕上出現(xiàn)穩(wěn)定的圖形，這些圖形稱為李沙育圖形。2．基于本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，完成 R、C 參數(shù)的測(cè)量，記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，并對(duì)電阻測(cè)量進(jìn)行誤差分析。圖中，測(cè)試信號(hào)（正弦波）由實(shí)驗(yàn)箱的第一路信號(hào)源（A out1）產(chǎn)生（也可外接信號(hào)源） ，信號(hào)源峰值為1V（典型頻率值為 1kHz）, 經(jīng) 2 倍放大后，得到 2V 峰值。主電路板的短路塊 S102 接到左面，RLC 板的短路塊接下面（AO1） 。由于是純電阻測(cè)量，兩個(gè)波形沒(méi)有相位差。將測(cè)量值填入表 5－1 中第三欄。（2）在測(cè)試程序的主界面上，選擇要測(cè)量的元件為“電容” ，然后選量程（用默認(rèn)設(shè)置） ，把增益“A1/A2”放在“1”處（默認(rèn)位置為“1” ）,“循環(huán)”放在“off”處， “秒/格” 、 “伏/格”都采用默認(rèn)設(shè)置(即秒/格置“2” ，伏/格置“1V”)。六、思考和練習(xí)題1. 測(cè)量電容與哪些因素有關(guān)？測(cè)量中應(yīng)該注意什么？2. 分析 R、L、C 測(cè)量中誤差產(chǎn)生的原因有哪些？3．本實(shí)驗(yàn)僅對(duì)理想元件參數(shù)的測(cè)量，若對(duì)含有虛實(shí)部的阻抗（含電阻和電抗分量）測(cè)量，上述測(cè)量方法則不能實(shí)現(xiàn)，此時(shí)應(yīng)如何改進(jìn)測(cè)量方案？4．若需對(duì) L、C 參數(shù)的測(cè)量進(jìn)行校準(zhǔn)，應(yīng)如何進(jìn)行，寫出校準(zhǔn)公式，校準(zhǔn)公式中是否還含有 ω 參數(shù)？32 / 49邏輯分析儀原理及應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解邏輯分析儀的基本工作原理。三、實(shí)驗(yàn)器材1. 電子測(cè)量實(shí)驗(yàn)箱 1 臺(tái)2．計(jì)算機(jī)(具有運(yùn)行 windows2022 和圖形化控件的能力) 1 臺(tái)3. SJ7002 CPLD實(shí)驗(yàn)板　　　　　　 　? １塊4 . 短接線若干四、實(shí)驗(yàn)原理1. 邏輯分析儀原理邏輯分析儀的組成結(jié)構(gòu)如圖 91所示，它主要包括數(shù)據(jù)捕獲和數(shù)據(jù)顯示兩大部分。33 / 49信號(hào)輸入信號(hào)外時(shí)鐘采樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)鐘選擇內(nèi)時(shí)鐘觸發(fā)產(chǎn)生顯示控制 CRT數(shù)據(jù)捕獲 數(shù)據(jù)顯示圖 91 邏輯分析儀原理結(jié)構(gòu)門限電平設(shè)定 圖 92 虛擬邏輯分析儀面板 使用說(shuō)明：時(shí)鐘選擇分為內(nèi)部時(shí)鐘（它又有時(shí)鐘頻率選擇25K、50K、100K、250K、500K 、1M 、5M、10M）和外部時(shí)鐘；顯示點(diǎn)數(shù)范圍為 0—1000；水平位移范圍為 0—100；水平伸縮范圍為 0—1000（步進(jìn)為 100） ；觸發(fā)方式分為：時(shí)鐘觸發(fā)、內(nèi)部觸發(fā)、外部觸發(fā)、字觸發(fā)（如圖 93 所示）和手動(dòng)觸發(fā)；A0 —A23 為時(shí)序位顯示；1—1000 為對(duì)應(yīng)時(shí)序的值（有二進(jìn)制、十六進(jìn)制和十進(jìn)制） 。表 91C B A LED1 LED2 LED3 LED4 LED5 LED6 LED7 LED8L L LL L HL H LL H HH L LH L HH H LH H H7 4 1 3 8CG 1G 2 A NG 2 B NY 0 NY 1 NY 2 NY 3 NY 4 NY 5 NY 6 NY 7 NKVC CG N Dp 1 5p 1 6p 1 7D O 5D O 1 5D O 1 4D O 1 3D O 1 2D O 1 1D O 1 0D O 9D O 8D O 7D O 6p 6 7p 5 7p 6 5p 5 4p 5 2p 5 5p 5 1p 5 0p 4 9p 4 8p 4 6p18p20p21p22p77p80p79p81VC CLED1LED8電源 S J 7 0 0 2 C P L DC P L D 芯片內(nèi)部邏輯跳線連接AB跳線連接圖 95 CPLD 內(nèi)三－八譯碼器 74138 邏輯及外圍連線36 / 49(2) 計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn)。邏輯分析儀選用外時(shí)鐘，時(shí)鐘觸發(fā)，顯示點(diǎn)數(shù) 200。3．熟悉 labview的采集程序的編寫。DAQ 助手快速 vi 是 NI DAQmx 提供了一種更簡(jiǎn)單、更方便、基于配置式的程序設(shè)