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哈工大威海电子测量原理实验2013年

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12

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《电子测量原理》

实
验
指
导
书

哈尔滨工业大学(威海)

实 验 说 明
《电子测量原理》是测控技术与仪器的专业基础课,主要讲授测量的一般理论、电压测量、时频测量、阻抗测量、示波器、合成信号源、频谱分析仪、扫频仪、逻辑分析仪及自动测试系统等原理及技术。《电子测量原理实验》目的是辅助课堂理论教学、了解电子测量仪器的使用方法、掌握电子测量仪器的设计方法,培养增强工程实践能力.
根据实验所需的仪器设备、实验手段和实验地点把实验分为常规实验、虚拟仪器实验、仿真实验、网络实验四种形式。常规实验使用实际仪器进行实验，虚拟仪器实验使用虚拟仪器硬件和Labview进行实验，常规实验和虚拟仪器实验组要在实验室进行。仿真实验使用Multisim软件进行实验，网络实验通过网络连接到实验室的服务器和仪器进行实验，仿真实验和网络实验可不受时间和地点限制。根据技术的发展和课程发展,实验方法和内容将与时俱进。开设实验如下：
实验项目
实验方式
常规实验
虚拟实验
仿真实验
网络实验
备注
1、电子计数器的原理及应用

2、交流电压测量

3、RLC参数测量

4、示波器的原理及应用

5、合成信号源的设计

6、频谱分析仪的原理及应用

7、逻辑分析仪的原理及应用

8、自动测试系统的应用研究

Multisim仿真设计软件的使用
Multisim是基于SPICE模型的仿真及设计软件。具有教育版、全功能版、专业版，教育版有FPGA。
1、Multisim具有众多的仪器.每个仪器具有图标 Icon、符号Symbol和面板Panel三种视图用来选择、连线、配置及使用。分为三类，一类是Multisim自带的仪器,包括交直流仪器、逻辑仪器、射频仪器、厂商仪器、测量探头、LABVIEW仪器,其中厂商仪器的面板与真实仪器完全一样。另一类是利用LabVIEW定义的VI仪器，可用于硬件的输入输出.第三类是利用NI—ELVIS的仪器，需配套NI-ELVIS硬件.
2、Multisim具有众多的元件.包括电阻、电容、电感、互感、独立电压/电流源、各种线性受控源、传输线及众多器件厂商的元器件，新出现的器件具有SPICE模型数据就可以通过自定义元件的方法加入.方法可见http://www.ni。com/white—paper/3173/zhs。每个元件可有符号、模型、封装三种属性，只有模型的可用于仿真称为虚拟元件，具有封装的可用于设计PCB称为实际元件。
3、Multisim具有众多的仿真分析功能。也可以自定义仿真内容http://www。ni。com/white-paper/13715/en

4、Multisim支持单片机和FPGA的仿真机设计.支持Intel/Atmel的8051/8052 和Microchip的PIC16F84a，典型的外设有RAM和ROM、键盘、图形和文字LCD，并有完整的调试功能。支持C语言编程，还可将外部二进制文件反汇编。教育版支持XILINX的X3S500系列的FPGA的使用。
5、Multisim与配套硬件结合可以进行原型设计.

借助NI ELVIS和MYDAQ可以将设计用硬件实现,

利用Ultiboard可将原理图输出到PCB布线并导出为Gerber和DXF等标准格式。http：//
利用MULTISIM与LABVIEW的接口，可以利用LABVIEW连接硬件.LABVIEW仪器能储存仿真期间的数据,停止仿真后可输入输出。How to Create a LabVIEW Based Virtual Instrument for NI Multisim。输入仪器接收MULTISIM数据的仪器如speaker，输出仪器如MICROPHONE在仿真之前需要输入数据。Labview设计的仪器不需要LABVIEW环境就可在MULTISIM中运行。目录在Options»Global Preferences»Paths〉LabVIEW Instruments Path。Mulisim12支持LabVIEW 2010或之前建立的仪器.或下载https：//decibel。ni。com/content/groups/multisim-custom—simulation-analyses-and-instruments—powered—by—labview文档为个人收集整理，来源于网络个人收集整理，勿做商业用途
仪器到上述目录即可在MULTISIM的LABVIEW INSTRUMENT出现。
http://zone。

6、参考文献。
基于multisim软件的电子测量技术课程的教学改革
MULTISIM仿真软件在电子测量课程中的应用
Multisim在高频电子技术课程中的应用
基于Multisim的VHDL建模与仿真
基于MultiSim10的MCU实时性仿真与研究
基于Multisim的远程虚拟实验研究与实践
Multisim 11在可编程逻辑设计实验教学中的应用
基于Multisim软件的可编程波形发生器设计
在Multisim中创建任意函数信号源
Multisim10在单片机教学中的应用
在Multisim环境中对Xilinx 可编程逻辑设备进行编程

实验一、示波器原理及应用研究
一、实验目的:
了解通用电子示波工器工作原理的基础上,学会正确使用示波器测量各种电参数的方法.
二、实验原理：
在时域信号测量中,电子示波器无疑是最具代表性的典型测量仪器。它可以精确复现作为时间函数的电压波形（横轴为时间轴，纵轴为幅度轴)，不仅可以观察相对于时间的连续信号，也可以观察某一时刻的瞬间信号,这是电压表所做不到的。我们不仅可以从示波器上观察电压的波形，也可以读出电压信号的幅度、频率及相位等参数.
电子示波器是利用随电信号的变化而偏转的电子束不断轰击荧光屏而显示波形的，如果在示波管的X偏转板（水平偏转板)上加一随时间作线性变化的时基信号，在Y偏转板(垂直偏转板）加上要观测的电信号，示波器的荧光屏上便能显示出所要观测的电信号的时间波形。
若水平偏转板上无扫描信号,则从荧光屏上什么也看不见或只能看到一条垂直的直线。因此，只有当X偏转板加上锯齿电压后才有可能将波形展开,看到信号的时间波形.
一般说来，Y偏转板上所加的待观测信号的周期与X偏转板上所加的扫描锯齿电压的周期是不相同的，也不一定是整数倍，因而每次扫描的起点对待观测信号来说将不固定，则显示波形便会不断向左或向右移动,波形将一片模糊。这就有一个同步问题，即怎样使每次扫描都在待观测信号不同周期的相同相位点开始。近代电子示波器通常是采用等待触发扫描的工作方式来实现同步的。只要选择不同的触发电平和极性,扫描便可稳定在待观测信号的某一相应相位点开始,从而使显示波形稳定、清晰。
在现代电子示波器中，为了便于同时观测两个信号(如比较两个信号的相位关系），采用了双踪显示的办法，即在荧光屏上可以同时有两条光迹出现，这样，两个待测的信号便可同时显示在荧光屏上,双踪显示时，有交替、断续两种工作方式。交替、断续工作时,扫描电压均为一种,只是把显示时间进行了相应的划分而已.
由于双踪显示时两个通道都有信号输入，因此还可以工作于叠加方式，这时是将两个信号逐点相加起来后送到Y偏转板的。这种工作方式可模拟谐波叠加，波形失真等问题.同时,如果改变其中一个的极性,也可以实现相减的显示功能。这相当于两个函数的相加减。
示波器除了用于观测信号的时间波形外，还可将两个相同或不同的信号分别加于垂直和水平系统，以观测两信号在 平面上正交叠加所组成的图形，如李沙育图形.它可用于观测两个信号之间的幅度、相位和频率关系。
三、实验设备：
1、计算机及声卡输出连接线。
2、示波器，型号YB4320C，指标:20MHz,数量1台.
四、实验预习要求:
1、复习好《电子测量原理》中有关示波测量的有关章节。
2、参照仪器使用说明书，了解函数信号发生器、双踪示波器的各旋钮、开关的作用。
3、详细阅读实验指导书，作好绘制波形和测试记录的准备。
五、实验步骤：
1、作好使用示波器前的调亮、聚焦、校正等准备工作
YB4320C,二踪四迹示波器

一、实验目的
1、熟悉信号发生器、示波器等常用电子仪器的主要技术性能和使用方法。
2、了解示波器校准的基本方法。
3、掌握上升沿和下降沿的测量方法,利用示波器对波形的前沿和后沿、幅度、脉宽及周期进行测量，测量示波器校准信号波形的幅值、脉宽和周期;
二、实验内容
1． 示波器的调整
（1）不接外信号，进入非X—Y方式
（2）调整扫描信号的位置和清晰度
(3)设置示波器工作方式
2．示波器的定标和波形电压、周期的测量
（1）把Y轴偏转因数和扫描时间偏转因数旋钮都放在“校准”位置（指示灯“VAR"熄灭)。
（2）把校准信号输出端接到Y轴输入插座
（3）把信号发生器的正弦电压接到Y轴输入端，用示波器测量正弦电压的幅值和周期，并和信号发生器上显示的频率值比较。
（4）选择不同幅值和频率的5种正弦波，重复步骤（3）,记下测量结果.
(5）观察三角波、方波和锯齿波的波形,（1）至（4）的步骤，保存三角波、方波和锯齿波信号的图形
3．李莎如图形的观测
(1) 把信号发生器后面50Hz输出信号接到X通道，而Y通道接入可调的正弦信号
（2） 分别调节两个通道让他们能够正常显示波形
(3） 切换到X-Y模式,调整两个通道的偏转因子，使图形正常显示
（4) 调节Y信号的频率,观测不同频率比例下的李萨如图

四、实验步骤
1、了解信号发生器的性能与使用方法：
用信号源输出高频信号，用示波器观察高频信号发生器的正弦波输出和调幅波输出，观察改变调制度时波形的变化.
2、熟悉触发器正负极性及触发电平的功能：
用高频信号源输出正弦波，用示波器进行观察。当示波器上出现清晰的波形后，适当将波形右移,使波形的起始端出现在屏幕上。改变触发极性，即将触发极性钮拉出或推入,观察波形的变化.再转动触发电平旋钮，观察波形变化。
3、测试偏转灵敏度：
使信号源输出正弦波信号，频率为100KHz，调节输出幅度，用超高频毫伏表测量,使之为0.5V。示波器探头置于×1档,偏转因数选择开关置于0.2V/cm，微调钮置于“校准”（CAL)。将信号源输出接入示波器，从荧光屏上读出信号幅度的格数，记录在表1—1中,计算出偏转因数，与选择开关指示值(0.2V/cm)比较。
将信号幅度改为0.1V,示波器偏转因数选择开关置于50mv/cm，重复上面的测量。
4、测试扫描速度：
示波器的扫描速度开关置于0.2ms，扫描微调置于校正（CAL），输入函数发生器的1KHz方波。测出一个信号周期T所占的水平格数,则可算出扫描速度=T/格数,与扫描速度选择开关指示值(0。2ms)相比较，计算出相对误差.记录在表1-2中。
将输入信号改为2KHz，扫描速度选择开关置于0。1ms,重复上面的测量。
5、测试通频带：
信号源产生正弦信号输入到示波器中，用超高频毫伏表测量输出幅度。改变正弦波频率，保持有效值始终为0。5V,记录下不同频率时,示波器荧光屏上的幅度值。注意在频率上升到高端，荧光屏上信号幅度下降时,应适当多读一些数据。将读得数据记入表1-3中，并在方格纸上画出频率特性曲线。
6、用外同步方式和内同步方式观察移位寄存器的输出波形：
表1-1 偏转因数测量数据
输入正弦信号
显示幅度
（格数）
测得偏转因数
=/格数
选择开关指
示偏转因数
相对误差
有效值

0.5V

0。1V

表1-2 扫描速度数据表
输 入 信 号
测得T所占水平格数
测得扫描速度
=T/格数
选择开关指
示扫描速度
相对误差
频 率
周 期
1K

2K

表1-3 通频带测量数据表
频率

显示幅度

实验报告
1、实验数据填入表格，用通频带的测量数据在方格纸上画出频率特性曲线。
2、将外同步测量时的几种波形画出，对此作出分析。
3、在实验中，你对思考题中的问题是如何解决的。

实验二、基于multisim的波形发生器的设计
一、实验目的：
学习MULTISIM软件的使用,并利用声卡输出电压信号，利用示波器进行测量。
二、实验原理:
MULTISIM是个仿真设计软件，与硬件的接口能力比较弱。但MULTISIM可以挂在LABVIEW的用户定义仪器，可以利用LABVIEW与硬件接口实现仪器后在MULTISIM中使用.在MULTISIM中的LABVIEW仪器中的MICROPHONE可用于麦克输入，SPEAKER可用于声卡输出,进而实现与硬件的接口.使用时这些硬件仪器缓存仿真的数据，仿真结束后可进行操作.
三、实验步骤:
1、启动MULTISIM创建工程
2、建立工程如下

3、设置仿真参数，启动仿真。
4、停止仿真,双击SPEAKER后，进行放音。通过连接线接声卡输出到示波器后,观测示波器的显示。
5、调节信号源的波形、幅度、频率等参数,重复上述步骤。

实验三、基于multisim的频率计的设计
一、实验目的：
学习MULTISIM软件的使用，设计50Mhz的频率计。
二、实验原理：

三、实验步骤：
1、启动MULTISIM创建工程
2、建立工程如下