SJ8002B電子測量原理實驗指導書(V3.1)

1、SJ-8002B 虛擬儀器虛擬儀器 電子測量原理 實驗指導書 （V3.1） 電電子子科科技技大大學學自自動動化化 工工程程學學院院 目目 錄錄 實驗一 電子測量實驗系統(tǒng)組成原理及操作 .1 實驗二 電子計數(shù)器測頻和測周的原理 .10 實驗三 雙積分式 A/D 原理和直流電壓測量 .16 實驗四 交流電壓表原理實驗 .21 實驗五 R、L、C 元件參數(shù)測量.27 實驗六 數(shù)字存儲示波器原理和應(yīng)用 .34 實驗七 數(shù)字合成信號源 .41 實驗八 濾波器頻率特性測試 .49 實驗九邏輯分析儀的原理及應(yīng)用 .58 實驗十 溫度檢測與控制系統(tǒng)設(shè)計實驗 .67 實驗十一 數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計 .74

2、 實驗十二 人機對話接口電路的設(shè)計與調(diào)試 .79 實驗十三 信號頻譜分析和測試 .92 實驗十四 壓力測量和稱重儀實驗 .101 附錄 A 虛擬儀器倉庫說明.111 附錄 B 實驗箱主板說明.112 附錄 C 62 芯插座引腳定義 .113 實驗一 電子測量實驗系統(tǒng)組成原理及操作 一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康?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。 二、實驗內(nèi)容二、實驗內(nèi)容 1操作本系統(tǒng)的實驗箱內(nèi)部 DDS 信號源，產(chǎn)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(nèi)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(nèi)部數(shù)

3、字示波器，觀察內(nèi)部 DDS 信號源產(chǎn)生的信號波形。 三、實驗器材三、實驗器材 1SJ-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（1Hz1MHz） 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 11 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。 FPGA 兩路DDS信號源 兩路高速A/D采集電子計數(shù)器 雙

4、積分A/D轉(zhuǎn)換 EPP 62芯插座擴展I/O電源 虛擬儀器倉庫 電子測量實驗 電子測量實驗箱 電路自裝實驗板 RLC電路實驗板 濾波器電路實驗板 溫度檢測實驗板 CPLD實驗板 計算機 電子頻率計測頻 和測周的原理 雙積分A/D原理 和直流電壓測量 交流電壓表原理 實驗 RLC元件參數(shù)測 量 數(shù)字存儲示波器 原理和應(yīng)用 任意波形發(fā)生器 的設(shè)計與調(diào)試 溫度檢測與控制 系統(tǒng)設(shè)計實驗 邏輯分析儀的原 理及應(yīng)用 CPLD邏輯電路 的設(shè)計與調(diào)試 數(shù)字存儲示波器 RLC參數(shù)測試儀 電子計數(shù)器 頻譜分析儀 直流電壓表 函數(shù)發(fā)生器 頻率特性測試儀 掃頻信號源 交流電壓表 任意波形信號源 邏輯分析儀 系列化 實

5、驗板 圖 11 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 12 所示。 圖 12 電子測量實驗系統(tǒng) 電子測量實驗箱主板如圖 13 所示。 S102 短路塊 62芯插座， 實驗電路板 AC9V 溫度板用電源 EPP插座， 連接計算機 并口 鍵盤板接口 電位器 直流可調(diào)電壓S101 短路塊 S702 短路塊 S602 短路塊 采集1通道 輸入Ain1 信號源1輸 出Aout1 測頻輸入Fx 采集2通道 輸入Ain2 信號源2輸 出Aout2 直流電壓輸 入DCin 圖 13 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

6、差分 輸入端 DC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(yīng)用 左邊采集兩個通道輸入 Ain1 和 Ain2 不連接 通常情況下應(yīng)用 S102 右邊采集兩個通道輸入 Ain1 和 Ain2 短接 快速檢查實驗板時 使用 置于“no”信號源 1 輸出不加 濾波 一般情況 S602 置于“filter”信號源 1 輸出加濾 波 需加濾波 置于“no”信號源 2 輸出不加 濾波 一般情況 S702 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/

7、O 模塊、以及直流電壓測量模塊構(gòu)成。這里先介紹兩個模塊，其他模塊在 相應(yīng)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(chǎn)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(chǎn)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。 DDS 信號源的組成原理如圖 14 所示。 N比特相 位累加器 SRAM波 形存儲器 DAC數(shù)模 轉(zhuǎn)換器 LPF低通 濾波器 時鐘 clk F 頻率控制碼 FCW 地址數(shù)據(jù) 圖 14 DDS 信號源的組成結(jié)構(gòu) 由圖 14 可見：DDS 信號源由相位累加器、R

8、AM 波形存儲器、DAC 數(shù)模轉(zhuǎn)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(qū)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(yù)先存放的一個周期 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）可以產(chǎn)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

9、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：0.1V 16V 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 15 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 A/D 轉(zhuǎn)換電路，變換成數(shù)字量并且

10、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(zhuǎn)換器，模擬輸入電壓范圍（峰峰值）：-50V 到+50V； 采樣速率 20M、10M、5M、 、1M、500K、250K、100K、50K、25K、12.5KSPS； 可程控增益20、10、5、2、1、0.5、0.2、0.1、0.05、0.02； 數(shù)據(jù)緩存深度：30KB。 衰 減 儀 用 放 大 電 路 衰 減 電 路 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 EPP 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 EPP 控制電路 采集控制邏輯 觸發(fā)源選擇 晶 振

11、 采樣頻率選擇 后 級 放 大 電 路 單 通 道 輸 入 圖 15 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 16 所示。 圖 16 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(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

12、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(yīng)信 號。當采集完預(yù)置的點數(shù)后，微機通過 EPP 接口讀取采集數(shù)據(jù)，再經(jīng)分析和處理后，將 實驗結(jié)果顯示在屏幕上。 五、實驗步驟五、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 18 所示，再從主界面進入“電子測量實驗室” ，其界面如圖 19 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。 EPP 示波器 信號發(fā)生器 電源 計算機 Ain1 Aout1 電子測量實驗箱 S602 圖 1

13、7 實驗連接框圖 圖 18 主程序界面 圖 19 電子測量實驗主界面 2信號源的操作 （1）虛擬信號源的面板如圖 110 所示： 圖 110 信號源面板 （2）設(shè)置 DDS 信號源 1 的輸出 Aout1 的幅度、頻率，默認設(shè)置為 5KHz。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 11 中。 表 11 _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 111 所示： 圖 111 數(shù)字存儲示波器 （2）設(shè)置信號源使它產(chǎn)生一個幅度（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“

14、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(yīng)的 輸出值進行比較。 表 12 波形峰值頻率 正弦波 三角波 方波 （3）用 Q9 線將 Aout1 和 Ain1 連接起來，在信號源面板上設(shè)置 Aout1 的幅度為 3V、 頻率為 5KHz，產(chǎn)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：注意：1) 實驗前不通電，先接線和插卡。實驗前不通電，先接線

15、和插卡。 2）在運行軟件前要先打開實驗箱的電源。）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(shè)置參）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(shè)置參 數(shù)時，請先停止示波器的測量。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。）以上注意事項適合于本實驗課程的其他實驗。 實驗二 電子計數(shù)器測頻和測周的原理 一、實驗?zāi)康囊弧嶒災(zāi)康?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。 二、實驗內(nèi)容二、實驗內(nèi)容 1. 頻率測量，并了解測頻方式下：閘門時間與測

16、量分辨率關(guān)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(guān)系。 三、實驗器材三、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（1Hz1MHz） 1 臺 4計算機(具有運行 windows2000 和圖形化控件的能力) 1 臺 四、實驗原理四、實驗原理 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 fN/T 的定義進行測頻，其對應(yīng)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(jīng)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(chǎn)

17、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，在閘門時間內(nèi)計數(shù)器計數(shù)值為 N，則待測頻率為 fx = N/T (2-1) 若假設(shè)閘門時間為 1s，計數(shù)器的值為 1000，則待測信號頻率應(yīng)為 1000Hz 或 1.000kHz，此時，測頻分辨力為 1Hz。 圖 2-1 測頻原理框圖和時間波形 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。 To Tx 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(亦

18、 稱為時標信號)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 （2-2） M TN T O X 例如：fx = 50Hz，則主門打開 1/50Hz（= 20ms） 。若選擇時基頻率為 fo = 10MHz， 時基 T，周期倍乘選 1，則計數(shù)器計得的脈沖個數(shù)為 = 200000 個，如以 ms O X T T N 為單位，則計數(shù)器可讀得 20.0000(ms) ，此時，測周分辨力為。 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(jié)合圖 2-3 可以看出： 測頻時的量化誤差和測周時的量化誤差相

19、等時，即可確定中界頻率為 xs ff / x TT / 0 xm f （2-3） 0 0 f f T T f f xm xmxm s 故 （2-4） 0 fff sxm 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 s f Ss Tf/1 0 f 頻時選用的時標信號頻率，；當時，應(yīng)使用測頻的方法；當 00 /1 Tf xmx ff 時，則應(yīng)使用測周頻的方法。對于一臺電子計數(shù)器特定的應(yīng)用狀態(tài)，可以在同 xmx ff 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。 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 1

20、s 和測 周/頻時標信號頻率為 10MHz，則中界頻率為MHz(=3162Hz)。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 MMMM MMMMM 器自動測量時，先指定用測頻的方式預(yù)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測量時間和計數(shù)值測量時間和計數(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(yīng)避免。 由于我們使用 24 位計數(shù)器，計數(shù)值 N8 )- 0 x

21、a1; qu=(point_quwei rec=(qu*94+wei)*32L; （2）ASC碼與相應(yīng)區(qū)位碼的轉(zhuǎn)換 ASC碼的所有符號全在區(qū)位碼的第三區(qū)，位碼的偏移量為 0 x21H。ASC碼在字庫中 的偏移量為： (區(qū)碼*94 + (位碼-21H)*32L 由此可編輯偏移量的源代碼為： inter_code.ed0=charactercount; point_quwei=; wei= (point_quwei qu=0 x03-0 x01; rec=(qu*94+wei)*32L; 五、實驗步驟五、實驗步驟 1 1實驗準備實驗準備 （1）硬件連線 硬件連線如圖 12-7 EPP 電子測量實驗

22、箱 電源 計算機 20PIN 插座 J005 SJ-9001 鍵盤點陣實驗板 圖 12-7 鍵盤點陣實驗板硬件連線框圖 在開電源前，用 20PIN 的帶線連接電子測量實驗箱主板 J005（20PIN 插座）和 鍵盤點陣實驗板 J1。連通 EPP 線。 （2）打開實驗箱的電源，運行實驗程序，選擇實驗十二人機對話接口電路的設(shè)計 與調(diào)試。顯示界面如圖 12-8。 圖 12-8 人機對話接口實驗軟件界面 2 2人機對話實驗人機對話實驗 （1）點陣顯示 “顯示刷新速度”調(diào)整的是點陣顯示刷新速度。 運行人機對話實驗軟件界面后，出現(xiàn)圖 12-8 界面。點擊“演示” ，將在“字符輸入” 框自動的顯示靜態(tài)的字符

23、“歡迎使用電子科技大學虛擬儀器電子測量實驗系統(tǒng)” ， “字符 輸入”框動態(tài)的顯示，鍵盤點陣實驗板的點陣面板上逐個的顯示以上的漢字。 在“字符輸入”框里可以輸入任意字符，再點擊“顯示” ，輸入的字符在“字符輸出” 框動態(tài)顯示，同時，點陣面板上也個逐個顯示同樣的字符。 （2）按鍵操作 點擊人機對話接口實驗軟件界面（圖 12-8）的“開始”鍵，任意點擊鍵盤點陣實驗 板上的按鍵，觀察人際對話接口實驗軟件界面變化和點陣面板的顯示。退出前，先點 “停止”鍵。再點“退出” 。 3 3鍵盤編程實驗鍵盤編程實驗 （1）鍵盤的編程思路 鍵盤編程流程如圖 12-9 開始 line0 xbf ? EPP初始化 鍵盤點

24、陣實驗板初始化 行號:line=0 x7f 列號:ordinate=0 xff 鍵按下標志:storke=0 line=0 x7f Y N man_stop=1? 是否按下面板的停止鍵? 掃描當前行 Y N 讀鍵盤列號 ordinate=0 xff ? line=line+64 storke=0 storke=0 ? 去抖延時0.01s storke=1 由此時行號line列號ordinate 取得鍵名和返回值 結(jié)束 N N Y Y 返回err=1 EPP讀數(shù)是否正常 ? N Y 返回err=8 圖 12-9 鍵盤編程流程圖 （2）LabWindows/CVI 編程步驟 打開 CVI 軟件，創(chuàng)

25、建一個空的工程文件。進入用戶界面的編輯窗口，創(chuàng)建 UIR 文 件，對用戶界面進行設(shè)計。 參考設(shè)計界面如下圖 12-10；面板上各控件的主要屬性設(shè)置如下表 12-1： 圖 12-10 用戶界面設(shè)計 表 12-1 面板主要控件的基本屬性列表 類型 Constant Name Callback Function 作用 面板 PanelPANEL Command ButtonSTARTstart 控制開始 Command ButtonQUITQuit 退出程序 TextOUTPUT 顯示鍵名 控件 Decoration DECORATION_13美觀 在用戶界面編輯窗口，由圖形界面生成源代碼框架，并給

26、工程文件命名。打開 SJ8002C 驅(qū)動函數(shù)文件“sj8002C.fp”并添加到工程文件中。 向 C 代碼文件添加函數(shù)。 （調(diào)用 sj8002C.fp） 1）EPP 初始化函數(shù) epp_init（） 無輸入?yún)?shù)，無返回值。 2）矩陣鍵盤識鍵、判鍵的函數(shù)： int wait_valid_key (int Panel_Handle, int stop_ID, unsigned char *linekey, unsigned char *ordinatekey) 掃描方式讀出用戶當前所按下的鍵位置。 輸入值： Panel_Handle（中斷讀鍵的控件面板句柄） ；stop_ID（中斷讀鍵的控件名 稱

27、） 。 輸出值： linekey（按下鍵的行號） ； ordinatekey（按下鍵的列號） 。 返回值： 0讀鍵成功；輸出值有效； 1讀鍵不成功，被中斷；輸出值無效； 8讀鍵不成功，EPP 不能讀數(shù)；輸出值無效。 3)鍵處理函數(shù)：find_keyname (unsigned char linekey, unsigned char ordinatekey, char *returnkey：name,unsigned char *num) 由讀出的行號 line 和列號 ordinate，查出鍵名 key_name。 輸入值： linekey（行號） ； ordinatekey（列號） 。 輸出

28、值： keyname（按下的鍵名） ； num（返回按鍵的值） 。 函數(shù)無返回值。 注意：圖注意：圖 12-912-9 的編程流程圖是包括完整的識鍵、判鍵的函數(shù)和鍵處理函數(shù)。在添加的編程流程圖是包括完整的識鍵、判鍵的函數(shù)和鍵處理函數(shù)。在添加 驅(qū)動函數(shù)文件驅(qū)動函數(shù)文件“sj8002C.fp”“sj8002C.fp”后，可以在主程序適當?shù)奈恢弥苯诱{(diào)用函數(shù)后，可以在主程序適當?shù)奈恢弥苯诱{(diào)用函數(shù) intint wait_valid_keywait_valid_key（）和（）和 find_keynamefind_keyname（）（） ，不需要再編寫同樣的程序段。，不需要再編寫同樣的程序段。 4 4點

29、陣顯示圖形的實驗點陣顯示圖形的實驗 （1）由 LED 點陣顯示原理寫出下圖 12-11 和 12-12 的點陣碼。 圖 12-11 樹型圖案 圖 12-12 魚吐氣泡圖案 （2）編寫顯示圖 12-11 和圖 12-12 的程序段。 打開 CVI 軟件，創(chuàng)建一個空的工程文件。進入用戶界面的編輯窗口，創(chuàng)建 UIR 文 件，對用戶界面進行設(shè)計。 參考設(shè)計界面如下圖 12-13；面板上各控件的主要屬性設(shè)置如下表 12-2 圖 12-13 用戶圖形參考界面 表 12-2 面板主要控件的基本屬性列表 類型 Constant NameCallback Function 作用 面板 PanelPANEL Co

30、mmand ButtonSTARTstart 顯示啟動 Command ButtonQUITQuit 退出程序 Ring SlideSPEED 顯示刷新速度調(diào)節(jié) 控件 Decoration DECORATION_14美觀 在用戶界面編輯窗口，由圖形界面生成源代碼框架，并給工程文件命名。 向 C 代碼文件添加 LED 點陣板顯示圖 12-11 和圖 12-12 的程序段如下。 （數(shù)組 unsigned char tree32= 的元素為圖 12-11 的點陣碼，unsigned char fish32= 的元素為 圖 12-12 的點陣碼） int CVICALLBACK start (int

31、panel, int control, int event, void *callbackData, int eventData1, int eventData2) unsigned char tree32= ; unsigned char fish32= intint i,j,K,speed;i,j,K,speed; switch (event) case EVENT_COMMIT: GetCtrlValGetCtrlVal (panelHandle(panelHandle，PANEL_SPEED,PANEL_SPEED, forfor (j=0;(j=0; j=speed;j=speed;

32、 j+)j+) /設(shè)置顯示刷新時間 for(i=0;for(i=0; i16;i16; i+)i+) /點陣顯示 tree epp_write_data(DOTLINE,i);epp_write_data(DOTLINE,i); epp_write_data(DOTL,treeepp_write_data(DOTL,tree i*2);i*2); epp_write_data(DOTR,treei*2+1);epp_write_data(DOTR,treei*2+1); forfor (k=0;k5;k+)(k=0;k5;k+) /延時 epp_write_data(DOTLINE,i);ep

33、p_write_data(DOTLINE,i); /熄滅當前行 epp_write_data(DOTL,0);epp_write_data(DOTL,0); epp_write_data(DOTR,0);epp_write_data(DOTR,0); Delay(0.5);Delay(0.5); for(i=0;for(i=0; i16;i16; i+)i+) /點陣顯示 fish epp_write_data(DOTLINE,i);epp_write_data(DOTLINE,i); epp_write_data(DOTL,epp_write_data(DOTL, fishi*2);i*2)

34、; epp_write_data(DOTR,fishi*2+1);epp_write_data(DOTR,fishi*2+1); forfor (k=0;k5;k+)(k=0;k5;k+) /延時 epp_write_data(DOTLINE,i);epp_write_data(DOTLINE,i); /熄滅當前行 epp_write_data(DOTL,0);epp_write_data(DOTL,0); epp_write_data(DOTR,0);epp_write_data(DOTR,0); break; 5 5點陣顯示任意字符點陣顯示任意字符 （1）點陣的編程思路 開始 EPP初始化

35、 鍵盤點陣實驗板初始化 讀入字符刷新速度 讀入要顯示的字符串 獲取字符串長度length 判斷此字符是漢字或數(shù)字和特殊符號 ASC碼與區(qū)位碼的轉(zhuǎn)換 flag=1 讀入一個顯示字符內(nèi)碼的第一位 讀入此顯示字符內(nèi)碼 的第二位 取字符點陣碼 結(jié)束 內(nèi)碼與區(qū)位碼的轉(zhuǎn)換 flag=2 count=0 顯示字符 countlength ? count=count+flag N Y 漢字 數(shù)字和 特殊符號 圖 12-14 編程流程圖 （2）顯示任意字符的 LabWindows/CVI 編程步驟 打開 CVI 軟件，創(chuàng)建一個空的工程文件。進入用戶界面的編輯窗口，創(chuàng)建 UIR 文 件，對用戶界面進行設(shè)計。 參考

36、設(shè)計界面如下圖 12-15；面板上各控件的主要屬性設(shè)置如下表 12-3 圖 12-15 用戶圖形參考界面 表 12-3 面板主要控件的基本屬性列表 類型 Constant NameCallback Function 作用 面 板 PanelPANEL Command ButtonSTARTStart 控制顯示任意字符 Command ButtonQUITQuit 退出程序 Ring SlideSPEED 顯示刷新速度 StringINPUT 輸入顯示字符 控 件 Decoration DECORATION_12美觀 在用戶界面編輯窗口，由圖形界面生成源代碼框架，并給工程文件命名。打開 SJ80

37、02C 驅(qū)動函數(shù)文件“sj8002C.fp”并添加到工程文件中。 向 C 代碼文件添加函數(shù)。 （調(diào)用 sj8002C.fp） 1)EPP 初始化函數(shù) epp_init（） ； 無輸入?yún)?shù)，無返回值。 2)顯示多個字符 led_dots (char *inputs, int speed) 輸入值： inputs （用戶面板上輸入的 char 數(shù)據(jù)(可以是數(shù)字,特殊字符和漢字)） ； speed（刷新速度） 。 函數(shù)無返回值。 注意：必須把字庫文件注意：必須把字庫文件 hzk16j.dothzk16j.dot 拷貝到程序運行的目錄下拷貝到程序運行的目錄下 6鍵盤綜合實驗鍵盤綜合實驗 圖 12-16

38、 鍵盤控制的數(shù)字電壓表的參考界面 如圖 12-16，使用鍵盤的功能鍵 F1 和 F2 作為電壓表的“測試”和“清零”按紐。使 用時，先點“開始” ，啟動鍵盤自動掃描讀鍵，判鍵，處理鍵的程序段，當按下“測試 （F1） ”的時候，程序就開始運行測試電壓程序段。 （1）編程思路 開始 EPP初始化 鍵盤點陣實驗板初始化 是F1或F2？ 結(jié)束 N 識鍵判鍵 鍵處理 啟動7109 Y Y 是F2是F1 運行7109 設(shè)置顯示參數(shù) 顯示數(shù)據(jù) 清零面板 顯示888 停止 ？ N Y 圖 12-17 鍵盤控制的數(shù)字電壓表的編程流程圖 （2）LabWindows/CVI 編程步驟 打開 CVI 軟件，創(chuàng)建一個空

39、的工程文件。進入用戶界面的編輯窗口，創(chuàng)建 UIR 文 件，對用戶界面進行設(shè)計。 參考設(shè)計界面如圖 12-16；面板上各控件的主要屬性設(shè)置如下表 12-4 表 12-4 面板主要控件的基本屬性列表 類型 Constant NameCallback Function 作用 面 板 PanelPANEL Text ButtonSTARTtimer 啟動鍵盤掃描 Text ButtonTEST 測試電壓 Text ButtonCLEAR 清屏 Command ButtonQUITQuit 退出程序 TimerTIMERstart 循環(huán)鍵盤掃描 NumericOUTPUT 輸出 控 件 Decorati

40、on DECORATION_14美觀 在用戶界面編輯窗口，由圖形界面生成源代碼框架，并給工程文件命名。打開 SJ8002C 驅(qū)動函數(shù)文件“sj8002C.fp”并添加到工程文件中。 向 C 代碼文件添加函數(shù)。 （調(diào)用 sj8002C.fp） 1）EPP 初始化函數(shù) epp_init（） ； 無輸入?yún)?shù)，無返回值。 2）矩陣鍵盤識鍵、判鍵的函數(shù)： int wait_valid_key (int Panel_Handle, int stop_ID, unsigned char *linekey, unsigned char *ordinatekey) 掃描方式讀出用戶當前所按下的鍵位置。 輸入值：

41、 Panel_Handle（中斷讀鍵的控件面板句柄） ；stop_ID（中斷讀鍵的控件名 稱） 。 輸出值： linekey（按下鍵的行號） ； ordinatekey（按下鍵的列號） 。 返回值： 0讀鍵成功；輸出值有效； 1讀鍵不成功，被中斷；輸出值無效； 8讀鍵不成功，EPP 不能讀數(shù)；輸出值無效。 3）鍵處理函數(shù)：find_keyname (unsigned char linekey, unsigned char ordinatekey, char *returnkey：name,unsigned char *num) 由讀出的行號 line 和列號 ordinate，查出鍵名 key

42、_name。 輸入值： linekey（行號） ； ordinatekey（列號） 。 輸出值： keyname（按下的鍵名） ； num（返回按鍵的值） 。 函數(shù)無返回值。 4）啟動 7109 的函數(shù)：start_7109()。 函數(shù)無參數(shù)，無返回值。 5）運行 7109 測電壓的函數(shù)：int run_7109 (unsigned char m_what, unsigned char gain_cw,double vref, double *rult)。 輸入值：m_what（測試對象） ，gain_cw（量程控制字） ，vref（參考電壓（默認 2.048） ） 。 輸出值：rult（測量

43、結(jié)果(V)） 。 返回值：0讀數(shù)有效，2讀數(shù)無效，正溢出，3讀數(shù)無效，負溢出，8讀數(shù) 不成功，EPP 不能讀數(shù)。 六、思考和練習六、思考和練習 1.去掉去抖延時時間，對按鍵的實際效果有何影響？ 2.思考：相鄰兩行的掃描時間間隔對顯示效果的影響（特別注意延長相鄰兩行的掃描 時間間隔后的顯示效果） 。 實驗十三 信號頻譜分析和測試 一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康?1了解周期函數(shù)的傅立葉變換理論及虛擬頻譜分析儀的工作原理； 2熟悉典型信號的波形和頻譜特征，并能夠從信號頻譜中讀取所需的信息。 二、實驗要求二、實驗要求 1測量典型信號（正弦波、三角波、方波）的頻譜并記錄； 2、測量由基波、二次諧波、三次諧波的

44、組合波形的頻譜并計錄。 三、實驗器材三、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)生器或數(shù)字存儲示波器（1Hz1MHz） 1 臺 4計算機(具有運行 windows2000 和圖形化控件的能力) 1 臺 四、實驗原理四、實驗原理 1非正弦周期函數(shù)的傅立葉分解 (1)定義 如果給定的周期函數(shù)滿足狄里赫利條件（函數(shù)在任意有限區(qū)間內(nèi)，具有有限個)(tf 極值點與不連續(xù)點） ，則該周期函數(shù)定可展開為一個收斂的正弦函數(shù)級數(shù)。而在電工技術(shù) 中，我們所遇到的周期函數(shù)通常均滿足該條件。這樣 1 0 1 0 )cos( )sinco

45、s()( k kkm k kk tkAA tkbtkaatf 其中，兩式中的各個系數(shù)的計算公式及對應(yīng)的系數(shù)的關(guān)系 2 2 0 0 )( 1 )( 1 T T T dttf T dttf T a )()cos()( 1 )()cos()( 1 )cos()( 2 )cos()( 22 0 2 2 0 tdtktftdtktfdttktf T dttktf T a T T T k )()sin()( 1 )()sin()( 1 )sin()( 2 )sin()( 22 0 2 2 0 tdtktftdtktfdttktf T dttktf T b T T T k 在該展開式中，稱為周期函數(shù)的恒定分

46、量，也稱為直流分量；與原周期函數(shù) 0 A)(tf 的周期相同的正弦分量稱為一次諧波，也稱為基波分量。其他各項稱為)cos( 11 tA m 高次諧波（如 2 次諧波、3 次諧波等等） (2)各種常用周期信號的傅立葉展開 1）方波 f(t) A t 0.5T -A T 圖 1 方波 ，其中的)7sin 7 1 5sin 5 1 3sin 3 1 (sin 4 )( tttt A tf T 2 2）三角波 f(t) A t T -A 圖 2 三角波 ，其中的)7cos 49 1 5sin 25 1 3sin 9 1 (sin 8 )( 2 tttt A tf T 2 3）鋸齒波 f(t) A t

47、T 2T 3T 圖 3 鋸齒波 ，其中)4sin 4 1 3sin 3 1 2sin 2 1 (sin 2 )( tttt AA tf T 2 2非正弦周期函數(shù)的有效值 以電流為例，周期電壓、電流的有效值的定義為： T dtti T I 0 2 )( 1 前面已經(jīng)談到，任意周期函數(shù)均可展開為傅立葉級數(shù)： 1 10 )sin()( n nnm tnIIti 代入有效值的定義式： T n nnm dttnII T I 0 2 1 10 )sin( 1 積分號內(nèi)的平方式展開有以下幾種情況： 2 0 0 2 0 1 IdtI T T 2 )(sin 1 2 0 1 22nm T nnm I dttnI

48、 T 0)sin(2 1 0 10 T nnm dttnII T npdttptnII T T pnpmnm 0)sin()sin(2 1 0 11 因此，的有效值為：。其中，)(ti 2 3 2 2 2 1 2 0 1 2 2 0 2 IIII I II n nm 為各個 n 次諧波分量的有效值。同理，任意電壓的有效值為： 2 nm n I I )(tu ，其中，為各 n 次諧波分量的 2 3 2 2 2 1 2 0 1 2 2 0 2 UUUU U UU n nm 2 nm n U U 有效值。 (1).非正弦周期函數(shù)的頻譜 對某函數(shù)以頻率為橫軸，各個頻率對應(yīng)的正弦函數(shù)的幅值為縱軸所繪出的

49、線段系稱 為該函數(shù)的頻譜。 對于周期函數(shù)而言，其頻譜為一系列譜線。如 方波 f(t) A t 0.5T -A T Akm 4A/ 4A/3 4A/5 4A/7 3 5 7 圖 4 矩形波的傅立葉頻譜 三角波 f(t) A t T -A Akm 8A/2 8A/252 3 5 7 8A/92 圖 5 三角波的傅立葉頻譜 鋸齒波 f(t) A t T 2T 3T Akm A/2 A/ A/2 A/3 A/4 O 2 3 4 圖 6 鋸齒波的傅立葉頻譜 (2). 傅立葉變換與頻譜函數(shù) 1)周期函數(shù)的傅立葉級數(shù)的指數(shù)形式 11 0 1 0 1 0 2 )( 2 )( ) 2 () 2 ()sincos

50、()( k tjk kk k tjk kk k tjktjk k tjktjk k k kk ejbaejba a j ee b ee aatkbtkaatf 令，且對所有，均有，則，其中 2 kk k jba c 0k 00 ac k tjk ke ctf)( ，dtetf T c tjk T k 0 )( 1 00 ac 2)幅度頻譜與相位頻譜 體現(xiàn)|與頻率之間的關(guān)系的譜線，稱為幅度頻譜。 k c 由于指數(shù)級數(shù)中的 k 可以分別取相應(yīng)的正負值，因此幅度頻譜關(guān)于 Y 軸對稱；而其 譜線的高度僅為付氏頻譜譜線高度的一半。例如方波 圖 7 方波及其傅立葉頻譜、幅度譜 4信號的離散傅立葉變換（DF

51、T） x(t)經(jīng)采樣后變?yōu)?x(nT)，T為采樣周期，采樣頻率 fs=1/T 。離散信號 x(nT)的 傅里葉變換可以表示為： ，n=0，1，N-1 Nnkj N n enxkX /2 1 0 X(k)是復(fù)數(shù)，信號的頻譜是它的模，為了方便顯示，做歸一化處理，用來NkX)( 表示頻譜。 頻率分辨率為：fNff s Nkfkff sk FFT 是 DFT 的快速算法。 5. 虛擬頻譜分析儀 數(shù)字式虛擬頻譜分析儀是通過 A/D 采樣器件，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，傳給微 處理器系統(tǒng)或計算機來處理.在對交流信號的測量中，根據(jù)奈奎斯特采樣定理，采樣速率 必須是信號頻率的兩倍以上，采樣頻率越高，時間軸上的

52、信號分辨力就越高，所獲得的 信號就越接近原始信號，在頻譜上展現(xiàn)的頻帶就越寬。 本頻譜分析儀采用快速傅立葉變換的方法，分析信號中所含各個頻率份量的幅值。 其構(gòu)成框圖如圖 8 所示： 模擬輸入調(diào)理電路A/D存儲器FFT頻譜顯示 圖 8 頻譜分析儀框圖 頻譜儀界面如圖 9 所示。 說明：1. 頻譜儀的縱軸為幅度（有效值） 。 2改變參數(shù)時，請先停止測量 3改變內(nèi)部信號源時，請先停止測量 4由于本實驗平臺的 A/D 分辨率只有 8 位，決定了頻譜分析的精度不高，同 學們重點掌握頻譜分析的方法。 Akm 4A/ 4A/3 4A/5 4A/7 3 5 7 圖 7(a) 方波的傅立葉頻譜 |ck| 2A/

53、2A/3 2A/5 2A/7 3 5 7 圖 7(b) 方波的幅度頻譜 f(t) A t 0.5T -A T 圖 9 頻譜儀界面 五、實驗步驟五、實驗步驟 1測量典型信號（正弦波、三角波、方波）的頻譜測量典型信號（正弦波、三角波、方波）的頻譜 11 用 Q9 線連接信號發(fā)生器與實驗平臺的 Ain1 端，并用 EPP 排線連接實驗平臺和計 算機之間的 EPP 接口，最后打開電源.。接線圖如圖 10 所示。有使用外部信號源和內(nèi)部 信號源兩種連線方法，S102 短路塊放于左邊，可外接示波器在 Ain2 檢測輸入信號波形。 EPP 電子測量實驗箱 信號發(fā)生器 電源 計算機 Q9 線 示波器 監(jiān) 測 A

54、in1 Aout 1 S102 Ain2 圖 10 接線圖 信號發(fā)生器產(chǎn)生一個頻率為 10K，峰值為 3V 左右的正弦波，啟動實驗平臺配套的頻 譜分析軟件，其界面如下圖所示意。 圖 11 虛擬頻譜分析儀界面 12 由信號源產(chǎn)生一個頻率為 10KHz，峰值為 3V 的正弦波，用數(shù)字頻譜分析儀對該信 號進行頻譜測量，幅度刻度方式設(shè)為線性刻度，不加窗函數(shù)，起始頻率為 0Hz，結(jié)束頻 率為 100KHz，Y 線性參考電壓為 2V，將測量結(jié)果填入表 1，并計算出頻譜的理論值填入 表 1。 表 1 基波二次諧波三次諧波四次諧波五次諧波六次諧波七次諧波 頻率（Hz） 測量幅度 有效值（V） 幅度理論值 有效

55、值（V） 13 由信號源產(chǎn)生一個頻率為 10KHz，峰值為 3V 的三角波，用數(shù)字頻譜分析儀對該信 號進行頻譜測量，幅度刻度方式設(shè)為線性刻度，不加窗函數(shù)，起始頻率為 0Hz，結(jié)束頻 率為 100KHz，Y 線性參考電壓為 2V，將測量結(jié)果填入表 2，并計算出頻譜的理論值填入 表 2。 表 2 基波二次諧波三次諧波四次諧波五次諧波六次諧波七次諧波 頻率（Hz） 測量幅度 有效值 （V） 理論有效值 （V） 14 由信號源產(chǎn)生一個頻率為 10KHz，峰值為 4V 的方波，用數(shù)字頻譜分析儀對該信號 進行頻譜測量，幅度刻度方式設(shè)為線性刻度，不加窗函數(shù)，起始頻率為 0Hz，結(jié)束頻率 為 100KHz，Y

56、 線性參考電壓為 5V，將測量結(jié)果填入表 3，并計算出頻譜的理論值填入表 3。 表 3 基波二次諧波三次諧波四次諧波五次諧波六次諧波七次諧波 頻率（Hz） 測量幅度 有效值 （V） 幅度理論值 （V） 2. 用實驗平臺的用實驗平臺的 DDS 信號源產(chǎn)生一個由基波、二次諧波、三次諧波的組合波形，觀察其信號源產(chǎn)生一個由基波、二次諧波、三次諧波的組合波形，觀察其 頻譜頻譜 （1）連接實驗箱的 Aout1 到 Ain1，進入 DDS 信號源程序界面，選擇“任意波形” ， 彈出窗口如圖 12 所示。 （2）在組合波形界面的左下方輸入基波、二次諧波、三次諧波的系數(shù)，相位延遲角 度取 0，點擊“繪圖” ，右

57、上方的顯示窗顯示生成的組合波形，點擊“數(shù)據(jù)寫入 Aout1” ， 選擇組合波形的幅度（峰峰值） ，頻率（基波頻率） ，最后點擊“啟動” ，則從 Aout1 輸出 要求的信號，可外接示波器觀察。 （3）回到頻譜分析界面，測量組合波形頻譜，注意選擇的結(jié)束頻率比 3 次諧波稍大 即可。 （4）觀察各次諧波的頻率和幅度，它們的比值關(guān)系滿足設(shè)定的系數(shù)。 （5）改變各次諧波的相位延遲角度（0360 度） ，重新測量，觀察波形和頻譜有無 改變。 六、思考和練習題六、思考和練習題 1為什么組合波形各分量的相位改變，波形會發(fā)生變化，但幅度頻譜不變？ 2數(shù)據(jù)采集的采樣頻率對頻譜測量有什么影響？ 圖 12 任意波形

58、和組合波形界面 圖 13 組合波形的頻譜 實驗十四 壓力測量和稱重儀實驗 一、實驗?zāi)康囊弧嶒災(zāi)康?1了解應(yīng)變式壓力傳感器工作原理和主要技術(shù)指標 2掌握壓力傳感器測量放大電路的原理 3了解虛擬稱重儀的組成和工作原理 4. 學會實驗數(shù)據(jù)記錄、分析和處理 二、實驗內(nèi)容二、實驗內(nèi)容 1. 測試放大器增益 2. 標定和校準虛擬電子秤 3. 計算虛擬電子稱重儀的精度 三、實驗器材三、實驗器材 1SJ-8002B 電子測量實驗箱 1 臺 2EPP 接口線。 1 根 3計算機(具有運行 windows2000 和圖形化控件的能力) 1 臺 4. 標準砝碼 1kg 5 個 5. 稱重傳感器 1 個 6. 放大

59、電路板 1 塊 四、實驗原理四、實驗原理 1. 虛擬電子稱重儀的總體設(shè)計方案虛擬電子稱重儀的總體設(shè)計方案 虛擬電子稱重儀的硬件由稱重傳感器、放大器和 A/D 轉(zhuǎn)換器、接口電路和計算機等 組成，其原理框圖如圖 1 所示。稱重傳感器完成重量到電壓的變換，被變換的電壓經(jīng)適 當放大后，由 A/D 轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換的輸出量是計算機能夠接受的數(shù)字信號， 計算機再進行數(shù)據(jù)處理，顯示出重量。虛擬稱重儀是建立在數(shù)字化和計算機化的基礎(chǔ)上 的。 壓力 傳感器 實驗電路板 測量放大電路 重物或 砝碼 實驗箱 A/D轉(zhuǎn)換 和控制 EPP 接口 多位數(shù)碼管 計算機 圖 1 虛擬電子稱重儀原理框圖 2. 稱重傳

60、感器的工作原理及變換關(guān)系。 緊固螺釘 秤盤 F 引線 支撐快 應(yīng)變片R1 應(yīng)變片R2 秤盤 支撐快 應(yīng)變片R3 應(yīng)變片R4 底板 彈性梁 圖 2 實驗中使用的稱重傳感器結(jié)構(gòu) 稱重傳感器利用應(yīng)變測力原理，通過彈性元件將力以形變的形式傳遞給應(yīng)變片。本 實驗使用的壓力測量傳感器結(jié)構(gòu)如圖 2 所示，它是一種典型復(fù)合懸臂梁結(jié)構(gòu)，雙連孔彎 曲梁作為彈性元件。在彈性元件上粘上一組應(yīng)變片形組成應(yīng)變電橋，四片應(yīng)變片分別粘 貼在梁的上、下兩表面上，可組成全橋電路，如圖 3 所示。當載荷 W 作用時，彈性體受 力發(fā)生形變，受拉伸，阻值增加；受壓縮，阻值減小，電橋因橋臂電阻12RR、34RR、 的變化而失去平衡，輸出