電子測量原理實驗指導書(留存版)

　　

【正文】 大量程仍然提示量程偏小，那么可提高測試信號頻率（如選擇頻率 10kHz） 。因此邏輯分析儀內部結構可劃分為兩大部分：數據捕獲及數據顯示。說明：CPLD 板的時鐘使用 的晶振，經過 219 分頻后以約 2Hz 的頻率用十進制計數器 74190 計數，以 216 分頻后以 16Hz 的頻率作為時鐘選擇的外部時鐘。2．編寫基于 labview的采集程序。4．調整函數發生器，改變輸出波形，觀察輸出波形以及電壓參數的變化。表 91 74138 真值表 （默認值：GNDA, B, C, G2AN, G2BN VCCG1）表 92　74190 真值表 （默認值：GNDA, B, C, D, GN, CLK VCCLDN, DNUP）Inputs　 OutputsCLK GN LDN DNUP D C B A QD QC QB QAMXMN RCONX X L X d c b a d c b a X XX L H L 　 H L L H H LX L H H 　 L L L L H L↑ L H L 　 Count Up 加計數 L H↑ L H H 　 Count Down 減計數 L H↑ H H X 　 　 　 　 Hold Count L H表 93　7447 真值表 （默認值：GNDA, B, C, D VCCLTN, RBIN, BIN）　 LTN RBIN D C B A BIN OA OB OC OD OE OF OG RBON0 H H L L L L H L L L L L L H H1 H X L L L H H H L L H H H H H2 H X L L H L H L L H L L H L H3 H X L L H H H L L L L H H L HG1G2* C B AY0NY1NY2NY3NY4NY5NY6NY7NX H X X X H H H H H H H HL X X X X H H H H H H H HH L L L L L H H H H H H HH L L L H H L H H H H H HH L L H L H H L H H H H HH L L H H H H H L H H H HH L H L L H H H H L H H HH L H L H H H H H H L H HH L H H L H H H H H H L HH L H H H H H H H H H H L40 / 494 H X L H L L H H L L H H L L H5 H X L H L H H L H L L H L L H6 H X L H H L H H H L L L L L H7 H X L H H H H L L L H H H H H8 H X H L L L H L L L L L L L H9 H X H L L H H L L L H H L L H10 H X H L H L H H H H L L H L H11 H X H L H H H H H L L H H L H12 H X H H L L H H L H H H L L H13 H X H H L H H L H H L H L L H14 H X H H H L H H H H L L L L H15 H X H H H H H H H H H H H H HBI X X X X X X L H H H H H H H XRBI H L L L L L X H H H H H H H LLT L X X X X X H L L L L L L L H41 / 49交流電壓測量一、實驗目的1．了解并掌握電壓參數的基本測量原理與方法。五、實驗步驟(1) 組合邏輯電路 74138功能實驗。4. 用邏輯分析儀分析時序邏輯電路十進制計數器 74190及數碼顯示實驗。30 / 49表 5－3 電阻的校準測量標稱值（Ω）數字電壓表測量值（Ω）比值讀數 X1直接測量值（讀數，Ω）校準電阻Rr（Ω） 比值 X2校準電阻測量值Rs（Ω）校準結果Rx（Ω）5．電容測量（1）選擇 5個待測電容，將標稱值填入表 5－3 中第一欄。（3）先選擇“電阻” ，然后選量程，把增益比值“A1/A2”放在“1”處（默認位置為“1” ）,“循環”放在“off”處（不循環，即只進行單次測量） ， “秒/格” 、 “伏/格”都采用默認設置(即秒/格置“2”，伏/ 格置“1V”)。 與 相比，表現為幅度和相位的變rU?r?化（對于純電阻，無相位變化，對于 L、C 元件，相差 ） ，通過改變采樣電阻 的大90? rR小，即可改變 R、L、C 參數測量的量程。要把計算機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） ，就能夠實現波形的回放，這時通過調節“伏/格”和“ 秒/ 格”能夠改變波形的顯示。4． 數據處理根據采集的波形數據，計算出被測信號的有效值、均值、峰值、頻率。二、實驗內容1．測量周期信號的幅值、頻率。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。電子計數器是嚴格按照f＝N/T 的定義進行測頻，其對應的測頻原理方框圖和工作時間波形如圖 21 所示。然后在 PC機上運行主界面程序，如圖1－8 所示，再從主界面進入“電子測量實驗室” ，其界面如圖 1－9 所示，最后選擇實驗一，軟件則自動打開了信號源和示波器的界面。 N比 特 相位 累 加 器 SRAM波形 存 儲 器 DAC數 模轉 換 器 LPF低 通濾 波 器時 鐘clkF頻 率 控 制 碼FCW地 址 數 據圖 1－4 DDS 信號源的組成結構由圖 1－4 可見：DDS 信號源由相位累加器、RAM 波形存儲器、DAC 數模轉換器以及低通濾波器組成。 / 49電子測量原理實驗指導書南 京 郵 電 大 學 自 動 化 學 院I / 49目 錄電子測量實驗系統組成原理及操作………………………… 1電子計數器原理及應用……………………………………… 10示波器原理及應用…………………………………………… 16R、L、C 參數測量 …………………………………………… 24邏輯分析儀原理及應用……………………………………… 31交流電壓測量 …………………………………………………400 / 49電子測量實驗系統組成原理及操作一、實驗目的1．了解 SJ8002B 電子測量實驗系統的原理和組成。其工作原理是：相位累加器在時鐘信號驅動下對頻率控制碼進行累加，輸出累加值即相位序列碼作為 RAM 的地址。 EP示 波 器信 號 發 生 器 電 源 計 算 機Ain1Aout1電 子 測 量 實 驗 箱S602圖 1－7 實驗連接框圖圖 1－8 主程序界面6 / 49圖 1－9 電子測量實驗室界面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）設置 DDS信號源 1的輸出 Aout1的幅度、頻率，默認設置為幅度 ，頻率。從圖中可以看出測量過程：輸入待測信號經過脈沖形成電路形成計數的窄脈沖，時基信號發生器產生計數閘門信號，待測信號通過閘門進入計數器計數，即可得到其頻率。五、實驗步驟1. 按如圖 24所示,連接實驗系統。2．測量信號的時域參數。離散信號的電壓平均值及峰值的數學表達式如下所示：電壓有效值： 　　 21NKUV??電壓平均值：　 　　 1K?電壓峰－峰值： 　　 。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。26 / 49圖 52 是根據上述原理設計的 RLC 參數測量實驗板（SJ7001） 。（4）點擊“測量”，根據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。由于不易得到電容的實際值（數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）與理論計算結果（式 513）一致性。5. 實驗中譯碼器 7413計數器 74190和譯碼器 7447的真值表見附表。按圖 95連接 CPLD板跳線，外加+5V 直流電源，對 p1p1p17 連接 3個開關 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燈亮滅結果，并填入表91。2．了解數據采集卡的原理與使用。二、實驗內容1．利用數據采集卡采集交流電壓信號。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器 74190輸出的一位數碼顯示數值的變化結果，并填入表 92。由于數字系統的測試一般要觀察較長時間范圍的信號間邏輯關系或較長的數據流才能進行分析，邏輯分析儀一般采用先進行數據捕獲即采集并存儲數據，然后進行數據顯示并觀察分析的方式。（3）本實驗使用實驗箱內部 DDS 信號源 Aout1，默認頻率為 1kHz、幅度峰值為 2V。將測量值填入表5－1。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定性。（1）調節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，調節示波器，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。 示波器從 Ain1 輸入，在兩種連接方式中選擇一種，①使用外部信號源，②使用內部信號源 1 通道。觀察李沙育圖形。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。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。表 1－1______波 ______波 ______波 ______波______波 ______波 ______波 ______波3．示波器功能操作(1)虛擬數字存儲示波器的面板如圖 1－11 所示：圖 1－11 數字存儲示波器8 / 49（2）設置信號源使它產生一個幅度（峰–峰值）為 5V，頻率為 5kHz的正弦波信號，點擊數字存儲示波器界面上的“開始” ，選擇合適的“秒/格”和“伏/格”,其它選用默認值（耦合選“直流” ，觸發源選“時鐘 CLK1”，測量方式選“循環” ） ，觀察波形并記錄于表 12。3 / 49DDS 信號源有如下優點：（1） 信號頻率穩定，分辨率高，輸出頻點多（可達到 2N1個頻點，N 為相位累加器的位數） ；（2）頻率切換速度快，可達 us 級；（3）頻率切換時相位連續；（4）可以產生任意波形信號，其主要性能指標為：分辨力： 輸出頻率小于 1MHz 時分辨力為 1Hz ；輸出頻率范圍：正弦波：1Hz ～ 2MHz ，其它波形： 1Hz ～ 200KHz； 輸出信號幅度范圍： ～ 16V 峰–峰值；幅度分辨率：1％； 通道數：2（2 個獨立的 DDS 信號源） 。二、實驗內容1．操作本系統的實驗箱內部 DDS 信號源，產生出多種信號波形，并用外接示波器觀察。信號源的頻率和幅度均可由用戶編程控制。5 / 49五、實驗步驟1．實驗準備（1）按照圖 17所示的方法連線，S602 接“no”端。2. 周期測量，并了解測周方式下：時標、周期倍增與測量分辨率關系。由于我們使用 24位計數器，計數值 N224（16777216） ，否則溢出（OVER） 。記錄測量的周期值和頻率值，并填入表 25：