【正文】 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。（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。信號源的頻率和幅度均可由用戶編程控制。 N比 特 相位 累 加 器 SRAM波形 存 儲 器 DAC數(shù) 模轉 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。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(jīng) DAC 轉換得到模擬的階梯電壓，最后經(jīng)過低通濾波器使其平滑后即得到所需要的信號波形。（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。圖 1－5 所示為實驗平臺中數(shù)據(jù)采集模塊的原理框圖。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 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。 衰減 儀用放大電路 衰減電路 數(shù)據(jù)存儲器 EP接口 CPLD內(nèi) 部 電 路 A/D轉換器 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 后級放大電路 單通道輸入圖 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。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(nèi)的信號源模塊通過插槽上的 AO（模擬輸出 AO1 和 AO2）插腳給實驗板提供激勵信號；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）插腳實時的采集并存儲實驗板的輸出響應信號。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。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。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。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。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) 實驗前不通電，先接線和插卡。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。9 / 49電子計數(shù)器原理及應用一、實驗目的1. 了解頻率測量的基本原理。3. 熟悉電子計數(shù)器的使用方法。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。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 21 所示。若閘門開啟時間為 T、待測信號頻率為 fx，在閘門時間Ｔ內(nèi)計數(shù)器計數(shù)值為 N，則待測頻率為 fx = N/T (21)若假設閘門時間為 1s，計數(shù)器的值為 1000，則待測信號頻率應為 1000Hz或，此時，測頻分辨力為 1Hz。其原理如圖 22 所示。若選擇時基頻率為 fo = 10MHz，時基 To＝ ，周期倍乘選 1，則計數(shù)器計得的脈沖個數(shù)為 = 202200 個，OXT?如以 ms 為單位，則計數(shù)器可讀得 (ms) ，此時，測周分辨力為 。由測頻和測周的誤差表達式并結合圖 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頻時選用的時標信號頻率， ；當 時，應使用測頻的方法；當0/1Tf?xmf?時，則應使用測周頻的方法。電子計數(shù)器的自動測頻/測周功能主要取決于中界頻率。因此在選用電子計數(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。由于我們使用 24位計數(shù)器，計數(shù)值 N224（16777216） ，否則溢出（OVER） 。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(chǎn)生溢出。EPP電子測量實驗箱信號發(fā)生器電源計算機①②示波器監(jiān)測F xA o u t 1圖 24 實驗平臺及實驗器材連接圖說明：被測輸入信號有兩種接法，一種是如圖 23 所示的①，由外接信號發(fā)生器連接12 / 49實驗箱測頻輸入 fx 的 BNC 插座；一種是如圖 23 所示的 ②，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。 25所示。時標選擇旋鈕可選10MHz,1MHz,100KHz,10KHz,1KHz。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。記錄測量的頻率值，并填入表 21：表 21　　信號頻率閘門時間 25Hz 250Hz 2kHz 20kHz 200kHz 2MHz1ms 不做 不做10ms 不做100ms 13 / 491s 4885 2410s 4885 24 20221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(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，對測量結果進行比較和分析。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(chǎn)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。記錄測量的周期值和頻率值，并填入表 25：時標選擇 10MHz 1MHz 100KHz 10KHz 1KHz頻率 58周期 17（6）利用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)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 26：表 26信號頻率 20Hz 200Hz 3kHz 4kHz 50kHz 測頻/測周模式 2 2 2 2 2 2實測頻率 1999 1999 50004 1999實測周期 15 / 49六、思考和練習分析以上測量數(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何影響？時標選擇對電子計數(shù)器測周分辨力有何影響？16 / 49示波器原理及應用一、實驗目的1．了解數(shù)字示波器測量的基本原理。二、實驗內(nèi)容1．測量周期信號的幅值、頻率。信號的測量、存儲、回放。三、實驗器材1．SJ8002B 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. 1Hz～10MHz ） 1 臺4．計算機(具有運行 windows2022 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，然后把數(shù)據(jù)存儲在半導體存儲器 RAM 中。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。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。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。其中的信號調(diào)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。通道數(shù)： 2垂直偏轉因素(V/div)Div序號div 3 4 5 6 7 8 9垂直偏轉因素(V/div)50mv/divdivdivdiv1v/div2v/div5v/div量程(V) 1 2 5 10 20 50通道總增益 2 1 水平時基因素（秒/格）序號 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9秒/格 1u 2u 5u 10u 20u 50u 100u18 / 49采樣頻率Hz20M 20M 20M 20M 20M 20M 20M 20M 20M 20M序號 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19秒/格 200u 500u 1m 2m 5m 10m 20m 50m 采樣頻率Hz10M 5M 1M 500K 250K 100K 50K 25K （2）硬件原理圖 高速 A / D轉換器A D 9 2 8 8A I 1 信號通道輸入A I 2 信號通道輸入 放大整型電路放大整型電路C P L D 內(nèi)部電路 地址發(fā)生器E P P 控制電路采集控制邏輯觸發(fā)方式選擇采樣頻率選擇 時鐘數(shù)據(jù)存儲器S R A M數(shù)據(jù)存儲器S R A M計算機EPP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。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。maxin?V?19 / 49五、實驗步驟1．實驗準備（1）按照圖 6－3 連線。（2）先打開實驗箱電源，電源指示燈“亮” 。EPP電子測量實驗箱信號發(fā)生器電源計算機①②Q 9 線示波器監(jiān)測A i n 1A o u t 1圖 6－3 實驗連接框圖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 6－4 所示，它與實際的儀器有相似的面板，有CH1（綠） 、CH2（黃）兩個通道，面板下部還同時顯示出伏/格、峰值(平均值、有效值)、頻率、秒/格。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）通道進行測量，調(diào)整秒/格使信號波