电子测量技术实验--刘三军

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1、湖北民族学院信息工程学院--刘三军实验一脉冲式函数发生器一、实验目的1、掌握脉冲式函数发生器的工作原理。（P89）2、掌握由三角波或是方波生成同频率正弦波的原理。3、掌握电路实验台上信号发生器的使用。4、掌握数字示波器的基本使用。二、实验仪器1、电路实验工作台。2、数字示波器。三、实验电路及原理说明1.实验原理《电子测量与仪器》第89页讲到了脉冲式函数发生器的结构图如图1-1所示：图1-1脉冲式函数发生器的结构图图中的“正弦波转换电路”用来将三角波转换成正弦波，那么到底是怎么样把三角波转换成正弦波呢？答案是，只需要一个滤波器就能够实现。2.理论原理根据富里叶级数的理论，三角波可以展开成如

2、下的富里叶级数：，其中A为三角波的振幅，波形如图1-2所示：图1-2三角波形傅里叶级数的理论说得更形象点是指，三角波可以看成由若干余弦波加上一个直流分量组成，这些余弦波分别是、、等等等。富里叶变换过程就相当于一个分解器，该分解器能把原始信号分解成无数路正弦波和余弦波相加的形式，用图可以表示成如图1-3所示：图1-3富里叶变换器原理图因此，我们只需要把三角波中的一次谐波“取”出来就可以得到与之频率相同的正弦波了。怎样“取”出来呢？只需要把三角波直接接到一个低通滤波器就行了，该低通滤波器的上截止频率在一次谐波的频率和3次谐波的频率之间就可以了，也就是大于，小于3。不过由于滤波器的非理想性，最

3、好选择滤波器的上截止频率为2。滤波器电路如图1-4所示：图1-4简单的一阶滤波电路四、实验过程1、调节电路实验台上的信号发生器，使其输出频率为1~2Khz，峰峰值为5伏的三角波信号。2、使用电阻和电容模块盒选择滤波器的电阻为约1K欧，电容为约1uF，按照图1-4的样式连接电路。3、将信号发生器的信号作为输入到滤波器的输入口，用数字示波器测量电容两端的电压波形，观察波形岁输入信号的频率发生变化的情况。五、实验结果分析调节函数发生器输出信号的频率，使其从500hz到10Khz变化，观察波形的变化情况，并启用数字示波器的计算波形失真度的高级功能，填写表1-1。表1-1：有三角波或方波滤波得到正

4、弦波的实验结果输入信号频率500Hz800Hz1000Hz1200Hz1500Hz2000Hz10000Hz三角波波形失真度方波波形失真度六、思考题1、为什么只通过滤波器就能实现把方波或是三角波转换成正弦波？除了低通滤波器外还有没有更好的滤波器实现同样的功能？2、为什么输入信号的频率越高，则示波器上显示的波形越接近正弦波？3、示波器显示的正弦波的幅度与输入信号的频率之间有什么关系（当然是在输入信号的幅度不变的情况下）？为什么会有这种关系？实验二等精度同步测频一、实验目的1、掌握等精度同步测频的工作原理。2、掌握VHDL和Verilog硬件描述语言的用法。3、掌握用硬件描述语言实现自己设计

5、方案的方法。4、了解QuartusII或是MaxplusII的使用方法。5、学习用仿真工具调试硬件模块的方法以及用单片机访问FPGA的方法。二、实验仪器1、PC机一台。2、函数发生器一台。3、FPGA开发板一块。4、JTAG下载线一条。5、安装QuartusII或是MaxplusII软件。三、实验电路及原理说明1.实验原理图图2-1多周期同步测频的原理方框图2.工作波形图图2-2多周期同步测频的工作波形图3.工作原理1、工作原理图2-1给出了多周期同步测频率的原理方框图，图2-2是对应的工作波形图。其工作过程是：单片机预置一定宽度（如1s）的闸门脉冲信号，加至D触发器以形成同步闸门信号T

6、；被测信号频率分两路加入，一路加至D触发器作为CP时钟，和预置闸门一起作用，在Q端形成同步闸门[见图2-2中T的波形]，并分别加到主门1和主门2上，将主门1、2同时打开；这时，被测频率通过主门1进入计数器1，对进入的周期数进行计数，得计数值；同时，晶振标准频率通过主门2进入计数器，得计数值，其波形如图2-2所示，由图可得：因此：2、误差分析由以上工作过程和波形图可以看出，对被测信号的计数是与闸门同步的，故不存在量化（）误差。这样，用该计数器测频，不管频率高低，其精度是相同的。这时，误差仅发生在计数器2对的计数值上，因为主门2与之间并无同步关系，故仍存在量化误差。不过，通常，故误差相对小得

7、多。多周期同步计数器测频的误差为：，N为T时间内晶振震荡的次数。3、系统整体框图图2-3等精度测频的系统总体框图4、框图解释：1、波形变换器用来将待测正弦波变换成同频率的方波，以便于后面的数字电路的处理，通常使用比较器或是施密特触发器来完成。2、等精度测频器即是我们设计的核心单元，主要用来数出待测信号以及CLK_50M在一秒的定时内震荡的次数；里面包括两个32位的寄存器，这两个寄存器共用一组地址、读写、片选、数据总线，CPU可以通过