1、電子測量原理實驗指導書南京郵電大學自動化學院目錄電子測量實驗系統(tǒng)組成原理及操作 1電子計數(shù)器原理及應用 10示波器原理及應用 16R、L、C參數(shù)測量24邏輯分析儀原理及應用 31交流電壓測量 40電子測量實驗系統(tǒng)組成原理及操作、實驗目的1 .了解SJ-8002B電子測量實驗系統(tǒng)的原理和組成。2 .學習操作本實驗系統(tǒng)并完成一些簡單實驗。、實驗內容1 操作本系統(tǒng)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。2 .使用本實驗箱內部數(shù)字示波器，去觀察外部信號源的信號波形。3使用本實驗箱內部數(shù)字示波器，觀察內部 DDS信號源產生的信號波形。三、實驗器材1 . SJ-8002B電子測

2、量實驗箱2 .雙蹤示波器（20MHz模擬或數(shù)字示波器）3 .函數(shù)信號發(fā)生器（1Hz1MHz）4.計算機（具有運行windows2000和圖形化控件的能力）1臺1臺1臺1臺四、實驗原理SJ-8002B電子測量實驗系統(tǒng)由三大部分組成：a電子測量實驗箱；b系列化的實驗板；c微型計算機（含配套的實驗軟件），如圖1-1所示。此外，實驗中根據(jù)需要可以再配備一些 輔助儀器，如通用示波器、信號源等。圖1-1電子測量實驗系統(tǒng)的基本組成電子測量實驗系統(tǒng)的外貌圖如圖 1-2所示。圖1 - 2電子測量實驗系統(tǒng)電子測量實驗箱主板如圖1-3所示。AC9V溫度板用電源S10262芯插座，短路塊實驗電路板(BB旦呂陰測頻輸入

3、信號源i輸出 Aoutl信號源2輸出 Aout2 '采集1通道輸入Ain1 采集2通道輸入Ain2 直流電壓輸入 DCinEPP插座， 連接計算機 口鍵盤板接口電位器S101直流可調電壓短路塊S702S602短路塊短路塊圖1-3電子測量實驗箱主板主板上的短路塊說明:短路塊名短路位置連接說明使用場合S101左邊7109直流電壓差分輸入端DO不接地溫度實驗時使用右邊109直流電壓差分輸 入端DC-接地通常情況下應用S102左邊采集兩個通道輸入Ain1和Ain2不連接通常情況下應用右邊采集兩個通道輸入Ain1和Ain2短接快速檢查實驗板時使 用S602置于“ no”信號源1輸出不加濾 波一般

4、情況置于“ filter ”信號源1輸出加濾波需加濾波S702置于“ no”信號源2輸出不加濾 波一般情況置于“ filter ”信號源2輸出加濾波需加濾波1 電子測量實驗箱實驗箱由五個基本功能模塊組成，即信號源模塊、高速數(shù)據(jù)采集模塊、測頻模塊、數(shù)電 子測量字I/O模塊、以及直流電壓測量模塊構成。這里先介紹兩個模塊，其他模塊在相應實 驗中介紹。（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)，可產生正弦波、方波、三角波等16種波形。也可以由用戶自己提供波形的 數(shù)據(jù)，產生用戶所需的任意波形。信號源的頻率和幅度均可由用戶編程控制。DD

5、S信號源的組成原理如圖1 4所示。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(shù)模轉換器以及 低通濾波器組成。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。從RAM里面取出預先存放的一個周期輸出波形 的幅值編碼，然后再經 DAC轉換得到模擬的階梯電壓，最后經過低通濾波器使其平滑后即 得到所需要的信號波形。DDS信號源有如下優(yōu)點：（1）信號頻率穩(wěn)定，分辨率高，輸出頻點多（可達到2N-1個頻點，N為相位累加器的位數(shù)）；（2）頻率切換速度快，可達 us級；（3）頻率切換時相位連 續(xù)；（4

6、）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：0.1V16V峰-峰值；幅度分辨率：1%；通道數(shù)：2 （2個獨立的DDS信號源）。（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。通道增益、采樣速率、采樣點數(shù)、觸發(fā)源等也可通過編程控制。圖1-5所示為實驗平臺中數(shù)據(jù)采集模塊的原理框圖。該采集模塊既可以實現(xiàn)示波器的功能也可以實現(xiàn)交流電壓表等的功能。為了擴展輸入的電壓范圍，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

7、A/D轉換電路,變換成數(shù)字量并且存儲在 RAM中，當采集完成以后計算機通過 EPP 口把數(shù)據(jù)取回，并對其 進行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)采集采用了 8位的A/D轉換器，模擬輸入電壓范圍（峰峰值）：-50V到+50V;采樣速率 20M、10M、5M、2.5M、1M、500K、250K、100K、50K、25K、12.5KSPS;可程控增益X 20、X 10、X 5、x 2、X 1、X 0.5、X O.2、x 0.1、X 0.05、X 0.02;數(shù)據(jù)緩存深度：30KB。單通道輸入儀用放大電路衰 減 電 路后級放大電路A/D轉換器數(shù) 據(jù) 存 儲 器EPP接口CPLD內部電路地址發(fā)生器觸發(fā)方式選擇EPP控制電路采

8、集控制邏輯觸發(fā)源選擇圖1-5數(shù)據(jù)采集部分一個通道的原理框圖2 系列化實驗板包括R、L、C電路實驗板、濾波器電路實驗板、溫度檢測實驗板、CPLD實驗板、鍵盤點陣實驗板、電路自裝實驗板（白板）等，如圖 1 6所示。圖1 6系列化實驗板實驗平臺上安裝有一 62芯的雙排插座，系列化實驗板插入此插座，實現(xiàn)實驗板和平臺之 間的信號線的可靠連接，從而可進行不同的實驗。實驗時，實驗電路板插入62芯插座接入測試平臺，實驗平臺內的信號源模塊通過插槽上 的AO （模擬輸出AO1和A02）插腳給實驗板提供激勵信號； 測試平臺內的采集模塊通過插 座上的AI （模擬輸入AI1和AI2 ）插腳實時的采集并存儲實驗板的輸出響

9、應信號。當采集完 預置的點數(shù)后，微機通過 EPP接口讀取采集數(shù)據(jù)，再經分析和處理后，將實驗結果顯示在屏 幕上。R. L- C電瞎實登飯也賂fi嶷之魅抬白柜五、實驗步驟1 實驗準備(1) 按照圖1-7所示的方法連線，S602接“no”端。(2) 先打開實驗箱電源，電源指示燈“亮”。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。圖1 7實驗連接框圖圖1-8 主程序界面圖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:圖1-10信號源面板(2)設置D

10、DS言號源1的輸出Aoutl的幅度、頻率，默認設置為幅度2.0V,頻率4.885KHZ。點選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。波波波波波波波波3 .示波器功能操作(1) 虛擬數(shù)字存儲示波器的面板如圖 1- 11所示:SJ-8002B世世儀蠢數(shù)字存儲示液器逼出丿k isSfflcm. -r打刑數(shù)格tv曙1刃1-1cmCE Di'-aff7血B/tSCHI 0 *¥rorvCH2 OV/DTV:烽值 l.6jtl V 抄腐lOOusj-THV :峰值 也i加V頻率 5,070 KHz頻率詣.9詰KHz圖1-11數(shù)字存儲示波器（2）設置信號源使它產生

11、一個幅度（峰-峰值）為 5V,頻率為5kHz的正弦波信號，點 擊數(shù)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(fā)源選“時鐘CLK1',測量方式選“循環(huán)”），觀察波形并記錄于表1-2。把 波形改為三角波、方波，用虛擬示波器觀測幅度和頻率，并與信號源相應的輸出值進行比較。表1-2波形峰值頻率正弦波三角波方波（3）用Q9線將Aoutl和Ain1連接起來，在信號源面板上設置 Aoutl的幅度為3V、頻率 為5KHz產生一個正弦波，用虛擬示波器觀測幅度和頻率。六、思考和練習題1 虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的組成和操作使用有什么不同？注意：1）實驗

12、前不通電，先接線和插卡。2）在運行軟件前要先打開實驗箱的電源。3）示波器和信號源的軟件界面可同時運行，但是信號源在修改設置參數(shù)時，請先停止示波器的測量。4）以上注意事項適合于本實驗課程的其他實驗。電子計數(shù)器原理及應用、實驗目的1. 了解頻率測量的基本原理。2. 了解電子計數(shù)器測頻/測周的基本功能。3. 熟悉電子計數(shù)器的使用方法。、實驗內容1. 頻率測量，并了解測頻方式下：閘門時間與測量分辨率關系。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。三、實驗器材1.SJ-8002B電子測量實驗箱1臺2 .雙蹤示波器（20MHz模擬或數(shù)字示波器）1臺3 .函數(shù)信號發(fā)生器（1Hz1MH

13、z）1臺4. 計算機（具有運行windows2000和圖形化控件的能力）1臺四、實驗原理1. 測頻原理所謂“頻率”，就是周期性信號在單位時間變化的次數(shù)。電子計數(shù)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2-1所示。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(shù)的窄脈沖，時基信號發(fā)生器產生計數(shù)閘 門信號，待測信號通過閘門進入計數(shù)器計數(shù)，即可得到其頻率。若閘門開啟時間為T、待測信號頻率為fx，在閘門時間T內計數(shù)器計數(shù)值為N,則待測頻率為fx = N/T（2-1）0 n 1 p n n n n 1 p若假設閘門時間為1s,計數(shù)器的值為1000,則

14、待測信號頻率應為1000Hz或1.000kHz , 此時，測頻分辨力為1Hz。© i |0h fi n fl n i i圖2-1測頻原理框圖和時間波形2. 測周原理由于周期和頻率互為倒數(shù)，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2-2所示。圖2-2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 為時標信號)周期為To,電子計數(shù)器讀數(shù)為 N，則待測信號周期的表達式為N XT。T x :M(亦稱(2-2)例如：fx = 50Hz，則主門打開1/50Hz (= 20ms)。若選擇時基頻率為 fo = 10MH

15、z，時基%為單位，則計數(shù)器可讀得 20.0000(ms)，此時，測周分辨力為 0.1us。To = O.lus,周期倍乘選1,則計數(shù)器計得的脈沖個數(shù)為N二=200000 個，如以 ms3中界頻率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2-3可以看出：測頻時的量化誤差fs/fx和測周時的量化誤差T0/Tx相等時，即可確定中界頻率fxm為xm、 fs f。(2-3)(2-4)式中，fs為測頻時選用的頻標信號頻率，即閘門時間的倒數(shù)fs =1/Ts ； f。為測周頻時選用的時標信號頻率，f° =

16、1/T0 ；當fx - fxm時，應使用測頻的方法；當fx ： fxm時， 則應使用測周頻的方法。對于一臺電子計數(shù)器特定的應用狀態(tài)，可以在同一坐標圖上同時作 出直接測頻和直接測周的誤差曲線(圖2-3),兩曲線的交點即中界頻率點。4.電子計數(shù)器測頻/測周的自動功能電子計數(shù)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Is和測周/頻時標信號頻率為10MHz，則中界頻率為' 10 MHz(=3162Hz)。因此在選用電子計數(shù)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(shù)器測頻/測周方式。圖2-3測頻和測周時的誤差曲線5. 測量時

17、間和計數(shù)值(1) 測頻模式測量時間=閘門時間T計數(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，這種情況應避免。由于我們使用24位計數(shù)器，計數(shù)值 N<24 (16777216),否則溢出(OVER。(2。測周模式測量時間=TX MTX M計數(shù)值N XTX M f0To測量時間與被測信號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(shù)和高的時標時，計數(shù)值會很大，產生溢出。五、實驗步驟1. 按如圖2-4所示,連接實驗系統(tǒng)。信號發(fā)生器示波器監(jiān)測 o Aoutl電子測量實驗箱計算機圖2-4實驗平臺及實驗器材連接圖

18、說明：被測輸入信號有兩種接法，一種是如圖2-3所示的，由外接信號發(fā)生器連接實驗箱測頻輸入fx的BNC插座；一種是如圖2-3所示的，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(jiān)測輸入信號的幅度和頻率大小。然后按 照電子計數(shù)器測頻/測周實驗運行電子計數(shù)器程序進行測量。2. 電子計數(shù)器的面板如圖2-5所示。圖2-5虛擬電子計數(shù)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：x 1,x 1

19、0,x100,X 1000,x 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(jù)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(shù)，測量低頻信號時，測量時間將很 長。3. 電子計數(shù)器測頻/測周實驗(1)利用函數(shù)信號發(fā)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1V5V,由虛擬電子計數(shù)器對其進行“測頻”，選擇不同的閘門時間，對測量結果進行比 較和分析。記錄測量的頻率值，并填入表2-

20、1 :表2-17、角號頻率 閘門時間25Hz250Hz2kHz20kHz200kHz2MHz1ms不做不做10ms不做100ms4.890.031s48852410s48852420001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1V5V,由虛擬電子計數(shù)器對其進行“測頻”，選擇不同的閘門時間，對測量結果進行 比較和分析。記錄測量的頻率值，并填入表2-2 :表2-2信號頻率 閘門時間、25Hz250Hz2kHz20kHz200kHz2MHz1ms不做不做10ms不做0.1s1s1

21、0s(3) 利用函數(shù)信號發(fā)生器產生不同頻率的信號，由虛擬電子計數(shù)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2-3 :表2-3信號周期0.2s20ms2ms0.2ms20us2us周期倍乘-(5Hz)(50Hz)(500Hz)(5kHz)(50kHz)(0.5MHz)10.520.46100.520.46100不做over1000不做不做10000不做不做不做提問：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(shù)器對其進行“測周”，

22、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 2-4 :表2-4信號周期周期倍乘0.2s(5Hz)20ms(50Hz)2ms(500Hz)0.2ms(5kHz)20us(50kHz)2us(0.5MHz)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，對測量結果進行比較和分析。記錄測量的周 期值和頻率值，并填入表 2-5 :時標選擇10MHz1MHz100KHz10KHz1KHz頻率59.6hz59

23、.659.5959.658周期16.77ms16.7716.7816.817(6)利用函數(shù)信號發(fā)生器產生不同頻率的信號，幅度為2V，由虛擬電子計數(shù)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2-6 :表2-6信號頻率20Hz200Hz3kHz4kHz50kHz1.5MHz測頻/測周模式222222實測頻率19.0719.0719991999500041999實測周期52.4252.42500.2500.219.98500.2六、思考和練習1、分析以上測量數(shù)據(jù)，在電子計數(shù)器測頻過程中，閘門時間對測量分辨力有

24、何影響?2、時標選擇對電子計數(shù)器測周分辨力有何影響？示波器原理及應用、實驗目的1了解數(shù)字示波器測量的基本原理。2 熟悉虛擬數(shù)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(shù)測量。、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(shù)。3、信號的測量、存儲、回放。4、觀察李沙育圖形。三、實驗器材1 SJ-8002B電子測量實驗箱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. 1Hz10MHz）1臺4. 計算機（具有運行windows2000和圖形化控件的能力）1臺四、實驗原理1 數(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換成數(shù)字信號，

25、然后把數(shù)據(jù)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(xiàn)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(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 慢信號或者觀測高速信號時顯示帶寬限制時也不會有閃爍現(xiàn)象。2 虛擬數(shù)字存儲示波器組成圖6-1虛擬數(shù)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?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的某些硬件的 功能，用計算機的顯示器代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器物理面板。通過相關的軟

26、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。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SJ-8002B中，采用了虛擬數(shù)字存儲示波器的原理來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。其中的信號調理、AD轉換、存儲數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的處 理和顯示的作用。3. SJ-8002B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：1Hz1MHz采樣時鐘：20MHz12

27、.5KHZ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)。通道數(shù)：2垂直偏轉因素（V/div）Div序號 div3456789垂直偏轉因50mv/0.1v/0.2v/0.5v/1v/2v/5v/素(V/div)divdivdivdivdivdivdiv量程（V）0.5125102050通道總增益210.50.20.10.050.02水平時基因素（秒/格）序號0123456789秒/格0.1u0.2u0.5u1u2u5u10u20u50u100u采樣頻率Hz20M20M20M20M20M20M20M20M20M20M序號10111213141516171819秒/格200

28、u500u1m2m5m10m20m50m0.1S0.2S采樣 頻率Hz10M5M2.5M1M500K250K100K50K25K12.5K(2) 硬件原理圖時鐘咼速A/ D轉換器AD9288P 計算機EE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(xiàn)虛擬雙蹤數(shù)字存儲示波器的各種功能，完成多種不同的測試任務。4. 數(shù)據(jù)處理根據(jù)采集的波形數(shù)據(jù)，計算出被測信號的有效值、均值、峰值、頻率。 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:電壓平均值:U =丄送 VkN kt電壓峰峰值:U-Vmax -g五、

29、實驗步驟1 實驗準備(1) 按照圖6-3連線。示波器從Ain1輸入，在兩種連接方式中選擇一種，使用外部信號源，使用內部信 號源1通道。(2) 先打開實驗箱電源，電源指示燈“亮”。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。信號發(fā)生器示波器Q9線Pl計算機Aoutl電源Ain1電子測量實驗箱2 虛擬數(shù)字存儲示波器面板 虛擬數(shù)字存儲示波器面板如圖圖6-3實驗連接框圖6 4所示，它與實際的儀器有相似的面板，有CH1示波器顯示波形窗水平通道和垂直通道均為10格（div）。圖6 4虛擬數(shù)字存儲示波器面板（綠）、CH2（黃）兩個通

30、道，面板下部還同時顯示出伏 /格、峰值（平均值、有效值）、頻率、 秒略。3 .測量如下各種波形的參數(shù)操作接在Ain1的信號源產生以下信號，用 CH1 （綠） 通道進行測量，調整秒/格使信號波形在屏幕上顯示 25個 周期，調整伏/格使信號波形充滿半個屏幕到滿屏。（1）正弦波（Aoutl , Ain1 ）信號源產生一個正弦波如圖6 5,用虛擬示波器觀察,圖65正弦波把顯示面板上的峰值和頻率填在表6 1中。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)選擇側格讀出 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

31、算 有效 值11100Us4.8851.402254506100信號周期=一個周期所占秒格數(shù)X秒 /格 信號峰峰值波形垂直伏格數(shù)X伏 /格(2)三角波信號頻率1/信號周期峰值峰峰值 X 1/2波形換成三角波如圖6-6,觀察波形對稱度 Ta 。輸入幅 度(峰 值V)輸入頻 率(kHz)選擇 秒/格Ta格數(shù)Tb格數(shù)TaT11500us11155100us1115508100表6-2Tb(3) 方波信號源產生一個方波，用虛擬示波器觀察上升時間和下降 時間。輸入幅 度(峰值V)輸入頻率(kHz)選擇 秒/格tr秒/格 讀數(shù)tr（卩s）t f秒/格讀數(shù)tf（卩s）51002us0.20.2表6 - 35

32、2005500(4) 調幅波用Q9線把Aoutl和Ain1連接起來，啟動虛擬信 號源程序，產生一個調幅波，用示波器測量調幅系數(shù)a - bm100%a +b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)m50.553955.05204 .雙蹤顯示波形的觀測由兩臺函數(shù)信號源分別產生兩路電壓信號，分別輸入給Ain1和Ain2 , 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)字存儲示波器進行雙蹤顯示，記錄選擇的伏格和秒格，并畫出波形。注意：實驗箱主板上方的 S102短路塊位置放在左邊。畫信號一波形：畫信號二波形:5波形存儲與

33、回放 在用示波器測量的過程中，隨時可以把波形數(shù)據(jù)保存。方法是點擊面板上面的“保存” 按鈕，就會彈出一個對話框，取一個文件名，再選擇路徑、文件擴展名之后單擊保存就能把 波形數(shù)據(jù)保存在計算機的硬盤里。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(xiàn)波形的回放，這時通過調節(jié)“伏 /格”和“秒 /格”能夠改變波形的顯示。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。6觀察李沙育圖形在雙蹤示波器上選擇 X-Y 顯示方式，利用示波器 X 和 Y 通道分別輸入被測信號和一個 已知信號，調節(jié)已知信號的頻率使屏幕上出現(xiàn)穩(wěn)定的圖形，

34、這些圖形稱為李沙育圖形。(1) 調節(jié)電子實驗箱輸出通道 Aoutl和Aout2，輸出相同正弦波信號，幅度為 2V，頻 率為 1KHz ，調節(jié)示波器，使之工作于 X-Y 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。畫信號波形：(2)調節(jié)電子實驗箱，輸出通道 Aoutl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，調節(jié)示波器，使之工作于X-Y 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。 畫信號波形：( 3)

35、調節(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，調節(jié)示波器，使之工作于 X-Y 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系，加深對示波器掃描顯示原理的理 解。六、思考和練習題1.能否用一個帶寬為20MHz的示波器觀測重復頻率為 15MHz的正弦波和方波？為什 么？2 利用示波器測量各種波形參數(shù)時，你如何減小其測量誤差？3 觀察李沙育圖形時，示波器 X通道輸入鋸齒波信號，輸出圖形與 Y通道輸入波形有 什么關系，為什么。R、L、C參數(shù)測量、實驗目的1 .熟悉電阻、電

36、感、電容（R、L、C）元件參數(shù)測試的原理。2 掌握本實驗系統(tǒng)測量 R、C的基本方法。、實驗要求1 .實驗前要求預習關于“阻抗參數(shù)的數(shù)字化測量”相關內容。2 基于本實驗系統(tǒng)，完成 R、C參數(shù)的測量，記錄測量數(shù)據(jù)，并對電阻測量進行誤差分 析。3 了解R、L、C參數(shù)的校準測量原理及方法。三、實驗器材1. SJ-8002B電子測量實驗箱1臺2 .雙蹤示波器（20MHz模擬或數(shù)字示波器）1臺3. 計算機（具有運行windows2000和圖形化控件的能力）1臺4. SJ-7001 RLC參數(shù)測量實驗板1塊5 .數(shù)字電壓表（4 1/2位）1個圖5- 1 R、L、C電路原理圖6. R、C被測試元件：各35個四

37、、實驗原理1. R、L、C參數(shù)測試原理如圖5- 1中乙為被測阻抗，Rr為采樣電阻（標準電阻）。Ux為幅度頻率可調信號源。由圖知:Ux Ux Uxff-UrZ xZx _Ix Ur Rr令被測阻抗乙=乙 ej° = RxjXxXxRr(5-1)(5-2)則Rx=Rr cos ©(5-3)Rr sin(5-4)式中 '為Ux和Ix或Ur和Ux的相位差。 若被測阻抗zx分別為則有:Rx、Lx、Cx的理想元件(不考慮 Lx、Cx的損耗)，即 Zx = ZR = RxZx = Zj LxZx =Zc r-j-JrCxUxx RrUrUxRrUr UrU x'Rr=0=

38、90(5-5)(5-6)RxLxCx=-90(5-7)(5-8)(5-9)(5-10)根據(jù)式（5-8）、（5-9）、（5-10），即可進行元件參數(shù) Rx、Lx、Cx的測量，式中Ux、U r為 同頻正弦波的有效值或峰值，為角頻率。Ur與ux相比，表現(xiàn)為幅度和相位的變化（對于純電阻，無相位變化，對于L、C元件，相差90 ），通過改變采樣電阻 Rr的大小，即可改變R、L、C參數(shù)測量的量程。2實驗硬件電路圖圖5-2是根據(jù)上述原理設計的 RLC參數(shù)測量實驗板（SJ-7001）。圖中，測試信號（正弦波）由實驗箱的第一路信號源（Aouti）產生（也可外接信號源），信號源峰值為1V （典型頻 率值為1kHz）

39、,經2倍放大后，得到2V峰值。信號源輸出的匹配電阻 R。= Rr，在更換量 程時，R0與Rr同步的切換，R0的作用減小電壓Ux、Ur的變化范圍，增加測量電路工作 的穩(wěn)定性。圖中Rs為實現(xiàn)測量校準的標準電阻，通過模擬開關選擇被測元件或校準電阻。放大器A" A2分別取出被測阻抗Zx （或校準電阻Rs ）和采樣電阻Rr兩端的電壓，并經過適 當放大，得到U1 =AUx和U2 =A2Ur，它們分別連接到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。根據(jù)U xU1放大倍數(shù)及式（5-8）A2（ 5-10）,得到元件參數(shù)Rx、Lx、Cx，即RxRrA U2A2 U

40、1 RrA U 2 'A1 U2 1(5-11)(5-12)Cx(5-13)3 .校準方法如式（5-11） （5-13）,為得到元件參數(shù) Rx、L“ Cx值，需要根據(jù)采集得到的5、U2幅值及Ai、A2放大倍數(shù)、信號角頻率、采樣電阻Rr進行計算。為提高測量精度，消除Ai、A2的增益精度和增益漂移的影響，可采用校準測量方法。以電阻測量為例，接入被測電阻Rx后，若Ui、U2分別為Uix、U2X （幅值），則由式（5 11）可得:A2U ixRr(5-14)再接入標準電阻Rr，若Ul、U2分別為Uis、U2s （幅值），則Rr的測量值Rs為:Rs =U is A2U 2s AiRr(5-i5)

41、由（5-i4）和（5-i5）可得:Uix/U2xUis/U2sRs(5-i6)通過上述兩次測量過程，所得的測量結果的公式（5-i6）中不含Ai、A2、Rr，因而可 消除Ai、A2、Rr的影響。五、實驗步驟i 實驗準備（i）按照圖5-3把RLC參數(shù)測量實驗板（SJ-700i）插入實驗箱主板的62芯插座，跳 線S602接“n0”端。主電路板的短路塊 Si02接到左面，RLC板的短路塊接下面（AOi ）。（2）打開實驗箱電源，電源指示燈“亮”。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”，選擇實驗五，軟件則自動打開了R、L、C參數(shù)測量的界面，如圖 5 4所示。（3 ）用雙蹤示波器分別監(jiān)

42、測實驗箱信號源輸出Aouti和采集輸入通道Aini及Ain2信號（即圖5-2中Ui、U2輸出）之一。圖53實驗連接框圖2校準電阻測量(1)選擇實驗五，進入 RLC參數(shù)測量界面，如圖5-4。圖5 4虛擬R、L、C測試儀面板測量300 Q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。(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(huán)”放在“off”處(不循環(huán)，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”)。(4) 點擊“測量”，

43、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。由于是純電阻測量，兩個波形沒有相位差。將測量值填入表5 1。表5 1校準電阻測試校準電阻(Q)選擇電阻 量程A1/A2測量值(讀數(shù)，Q )絕對誤差(Q)相對誤差3001K3K10K30K100K300K3. 外加電阻測試(1) 選擇5個待測電阻，并用數(shù)字電壓表測量其阻值作為該電阻的實際值，填入表 5 1中第一欄和第二欄。(2) 本實驗使用實驗箱內部 DDS信號源Aout1,提供默認頻率為1kHz、幅度峰值為2V 的激勵信號。（3） 接入一個待測電阻，在測試程序的主界面上，先選擇“電阻”，然后選量程（用默

44、認設置，30300Q）,把增益比值“ A1/A2 ”放在“ 1”處（默認位置為“ 1”），“循環(huán)”放在“ off”處（不循環(huán)，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 ”）。（4） 點擊“測量”，先根據(jù)面板的提示“狀態(tài)”來更換量程，“30300”（單位為Q）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，如果量程已經選擇為最小量程仍然提示量程偏大或者量程已經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。最后改變“伏/格”和“秒/格”來改變波 形的顯示，使波形充滿屏

45、幕，便于觀測。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。將測量值填入表5- 1中第三欄。（5）將上述測量結果記錄于表 5- 2,并用數(shù)字電壓表測量值作為實際值，計算測量誤 差。（6）改換另一個待測電阻，重復（2）（5）。（7） 通過這種單次測量測出電阻的參數(shù)后，可以將“循環(huán)”開關置于“on”，來觀察該電阻多次測量的穩(wěn)定性和重復性。表5-2外加電阻測試標稱值（Q ）數(shù)字萬用 表測量值（Q）選擇電阻 量程A1/A2測量值（讀數(shù)，Q ）絕對誤差（Q）相對誤差4. 電阻R的校準測量。測量中，面板上自動顯示出Ui：'U2的比值，若被測電阻測量時，記錄直接測量值和比

46、值 Xi =U1x 'U2x ；再選中“校準”，并選擇與被測量最接近的校準電阻 Rr進行測量，記錄測 量值和比值X2 =U1s；U2s，根據(jù)式5-16 , R校準后的值為：Rx=（XX2 ） Rs（5-17）測量數(shù)據(jù)記錄于表5 - 3。表5-3電阻的校準測量標稱值數(shù)字電壓表比值讀直接測量值校準電阻比值X2校準電阻 測量值Rs （ Q ）校準結果(Q)測量值（Q）數(shù)X1（讀數(shù)，Q ）Rr ( Q )Rx ( Q )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。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

47、值）與 理論計算結果（式5-13 ）一致性。（2） 在測試程序的主界面上，選擇要測量的元件為“電容”，然后選量程（用默認設置）， 把增益“ A1/A2”放在“ 1”處（默認位置為“ 1”），“循環(huán)”放在“ off ”處，“秒/格”、“伏/ 格”都采用默認設置（即秒/格置“ 2”，伏/格置“ 1V'）。（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。（4） 點擊“測量”，先根據(jù)面板的提示“狀態(tài)”來更換量程，“ 100u1u”對應最小量程，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，如果量程已經選擇為最小

48、量程仍然提示量程偏大，可降低測試信號頻率（如選擇頻率100Hz）;如果量程已經選擇為最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 ）。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。同時，觀察示波器上顯示的波形，注意對于電容測量，兩個波形相位差為90。將測量結果（顯示值）填入表5 3中第二欄，并根據(jù)公式（5 10）和各測量參數(shù)計算理論值，填入表 中。（5） 通過這種單次測量測出電容的參數(shù)后，可以把“循環(huán)”放到“on”處，來觀察該電容 多次測量的穩(wěn)定性和重復性。表5 3標稱值（uF）選擇量程增益A =A!爐2角頻率(rad/s )比值X 41

49、*2測量值（讀數(shù)，uF）量程對應采樣電阻Rr （ Q）理論計算 值（uF）表5-4電容量程和采樣電阻對應關系序號1234電容量程100u 1u1u 0.1u0.1u 0.01u0.01u 1000P采樣電阻Rr (Q)1001k10k100k注意：在運行軟件前要先打開實驗箱的電源。六、思考和練習題1. 測量電容與哪些因素有關？測量中應該注意什么？2. 分析R、L、C測量中誤差產生的原因有哪些？3 本實驗僅對理想元件參數(shù)的測量，若對含有虛實部的阻抗(含電阻和電抗分量)測 量，上述測量方法則不能實現(xiàn)，此時應如何改進測量方案？4若需對L、C參數(shù)的測量進行校準，應如何進行，寫出校準公式，校準公式中是否還 含有3參數(shù)？邏輯分析儀原理及應用一、實驗目的1. 了解邏輯分析儀的基本工作原理。2. 掌握虛擬邏輯分析儀的使用。3. 會用邏輯分析儀進行數(shù)字電路的測試分析。二、實驗內容1. 組合邏輯譯碼器 74138 實驗。2. 時序邏輯電路十進制計數(shù)器 74190 及數(shù)碼顯示實驗。3. 用邏輯分析儀分析組合邏輯譯碼器 74138 實驗。4. 用邏輯分析