基于网络实验环境下数字方波发生器21955.docx

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1、基于网络实验环境下数字方波发生器工作特性的的研究李瑜芳福建信息职职业技术术学院摘要：采用用最新的的网络实实验方法法，对数数字方波波发生器器工作特特性进行行研究，简简要介绍绍实验研研究所用用的仪器器网络络实验仪仪器，介介绍实验验方法与与程序，并并应用现现代电子子技术理理论系统统解释实实验研究究现象。通通过研究究发现教教材中忽略的的一个问问题，即即一般教教材仅仅仅提到数数字方波波发生器器中电阻阻取值不不能太大大，却没没有阐述述电阻取取值太小小会出现现何种情情况，从从而对数数字方波波发生器器工作特特性有了了更系统统的阐述述。 关键词：虚虚拟网络络实验；数字方波波发生器器；工作特特性选择实验环环境，设

2、设计实验验程序；通过实实验研究究，观察察实验现现象，充充分发现现问题；应用现现代技术术理论解解释现象象，这是是现代科科学研究究的普遍遍方法。本本文系统统介绍研研究数字字方波发发生器的的工作特特性的过过程与结结果，将将从实验验环境选选择、实实验方法法及实验验数据与与现象几几个方面面介绍研研究过程程，并应应用现代代电子技技术理论论阐述研研究数字字方波发发生器的的工作特特性。1.实验环环境选择择 目前实验仪仪器可分分为四大大类：传传统仪器器、现代代仪器、仿仿真实验验仪器和和网络实实验仪器器。以测测量仪器器为例，传传统的电电子测量量仪器主主要有两两个缺陷陷：第一一，没有有与计算算机相连连，测量量曲线不

3、不能保存存、不能能分析，手手工记录录的数据据误差较较大；第第二，实实验者必必须在实实验室进进行实验验，一般般不允许许外单位位人员进进入研究究，也不不能满足足本单位位研究者者实时研究究。现代代测量仪仪器将传传统测量量仪器与与计算机机系统相相连接，一一般既能能测量又又能分析析、能记记忆，但但因为价价格偏高高还不能能进入普普通的教教学实验验室。另另外它仍仍然没有有解决上上述传统统测量仪仪器的第第二个缺缺陷。仿仿真实验验虽然能能利用电电脑对测测量曲线线进行分分析和存存储，但但是由于于实验软软件都是是用理想想化的元元器件参参数进行行运算，因因而人们们可利用用电脑做做模拟验验证性实实验或模模拟辅助助研究实

4、实验，但但不适合合做真实实的实验验研究。网络实验仪仪器已成成为新一一代测试试仪器的的主流，它它是网络络技术与与现代测测量仪器器技术的的有机融融合。只只要有一一台高精精度测量量仪器装装在远程程主机服服务器上上，在与与主机服服务器连连接的任任何一台台PC机机上都能能通过TTCP/IIP协议与与远程主主机服务务器建立立连接，通通过送参参数和命命令给远远程主机机服务器器，在远远程主机机服务器器上运行行测试程程序作真真实的实实验，而而本地PPC机则则可以得得到数据据，然后后显示波波形，分分析数据据并得到到实验结结果。它它具有传传统仪器器的功能能，如使使用的三三极管、二二极管、电电阻、电电容都是是实际器器

5、件，而而非理想想器件；它又具具有现代代仪器的的功能，可可以对数数据进行行存储和和恢复，并并可针对对不同的的应用需需求对仪仪器功能能进行调调整；它它还具有有网络的的功能，实实验者不不用进实实验室就就能做真真实验而而非仿真真实验，利利用屏幕幕虚拟面面板可快快速重新新组合仪仪器和实实验,并并进行实实时的数数据处理理,特别别适合研研究者自自主研究究。利用用网络技技术组建建的远程程实验仪仪器系统统，可以以使信息息采集、传传输和处处理一体体化，一一方面可可以使许许多昂贵贵的硬件件资源得得以共享享，大大大减少了了实验室室的场所所、设备备和师资资人力的的投资。另另一方面面，还便便于测试试实验系系统的扩扩展和实

6、实验效率率的提高高，让研研究者通通过网络络自主进进行探索索型的实实践性研研究,同同时这也也将引起起实验教教学的变变革。通过以上分分析，本本人选择择福州大大学电子子科学与与应用物物理系何何礼熊教教授设计计制作的的网络实实验仪器器系统。该该系统是是充分利利用有效效的网络络资源和和技术（主主要是WWinssockk控件）来来组成远远程实验验仪器系系统；仪仪器特有有的多踪踪彩色示示波器功功能和任任意信号号发生器器是传统统示波器器和传统统信号发发生器无无法比拟拟的；通通过软件件编程可可向操作作者提供供不同的的图形界界面，即即软面板板，其实实验软件件包中的的EXEE文件是是用VBB语言编编写的，源程序序没

7、公开，软件包包中的HHTM文文件、BBMP文文件和DDAT文文件允许许用户改改写，HTMM文件可可用FRRONTTPAGGE或其其他TEEXT编编辑器修修改，BMPP文件可可用画图图板或其其他图形形编辑器器修改，DATT文件可可用任何何TEXXT编辑辑器修改改。2. 实验验的方法法及实验验数据与与现象采用实验研研究的方方法研究究数字方方波发生生器的工工作特性性，选定定何礼熊熊教授设设计制作作的网络络实验仪仪器系统统，通过过调整数数字方波波发生器器内部电电路（如如图1右右下方电电路图）的的阻值，观观察Vi与Vo2波形。例如调整RR5值，设设R5为为0.11K后，用用鼠标左左键单击击“送网站站测试

8、”。如果果出现“网站忙忙”的出错错信息，请请再用鼠鼠标左键键单击“送网站站测试”。如果果出现“请等待待，提示示消失后后可进行行数据示示波”的提示示，当提提示消失失后用鼠鼠标左键键单击“数据示示波”，可以以观测到到实测的的彩色波波形。波波形如图图1所示示。同理理，调整整R5值值，设RR5为00.7KK后，波波形如图图2所示示。调整整R5值值，设RR5为11. 00K后，波波形如图图3所示示。调整整R5值值，设RR5为11.6KK后，波波形如图图4所示示。观测并计算算得出如如下结论论：当R5为00.1KK时，周周期T为为6.66ms，阈阈值电压压为1.2V。波波形图见见图1，波波形中VVi波形幅幅

9、度变小小。当R5为00.7KK时，周周期T为为27.8mss，阈值值电压为为1.22V。波波形图见见图2当R5为11. 00K时，周周期T为为46.6mss，阈值值电压为为1.22V。波波形图见见图3当R5为11. 66 K时，周周期T超超过700 mss，负向向脉冲为为18.9mss，阈值值电压为为1.22V波形形图见图图4。波波形中VVi波形出出现平顶顶。图1图2图3 图图43. 数字字方波发发生器工工作特性性分析3.1 VV02输出出为矩形形波。如图5是带带有RCC电路的的环形振振荡器，设设当Vi1为正正跳变时时，那么么Vi2将立立即跳变变为低电电平，VVo2也紧紧跟着跳跳变为高高电平。

10、但但由于电电容上的的电压是是不能突突变的，因因此，VVi3必然然随着VVi2一起起产生负负跳变，这这样，VVi1(VVo3)仍为正正跳变。而而Vo2的高高电平开开始通过过R向电容容C充电。使使Vi3逐渐渐升高，这这是电路路所处的的第一种种过程。当当Vi3升高高到非门门的阀值值电压VVT1时，Vo3产生生负跳变变，Vi1也是是负跳变变。于是是Vi2产生生正跳变变，Vo2产生生负跳变变。同样样由于电电容上的的电压不不能突变变，因此此Vi3不能能随Vo2产生生跳变，而而是与VVi2一起起产生正正跳变。这这时电容容C开始通通过电阻阻R放电，使使Vi2逐渐渐降低，这这是电路路所处的的第二种种过程。当Vi

11、3降低低到非门门阀值电电压VT2后,Vo33产生正正跳变，于于是又回回复到开开始的第第一个过过程，这这样就产产生了连连续的脉脉冲源。振振荡周期期T=tt1+t2，其中中t1为电容容的充电电时间，t2为电容的放电时间。图5由于RC电电路的延延迟时间间比门电电路的传传输时间间长得多多，所以以分析电电路时忽忽略非门门的传输输延迟时时间。3.2 周周期随RR5的增增大而增增大，且且正向脉脉冲与负负向脉冲冲脉宽不不等。由图6充、放放电回路路可知改改变R的值和和改变CC的值都都可起到到改变连连续脉冲冲源的频频率的作作用。一一般情况况下，周周期的大大小与RR5的取取值成正正比，因因而改变变R值周期期会发生生

12、变化，且且周期随随R5的的增大而而增大。正向脉冲与与负向脉脉冲脉宽宽不等的的原因是是：当VVo2为低低电平时时，电容容C开始通通过电阻阻R放电，放电电时间常常数t2=1.441RCC。当Vo2为高高电平时时，Vo2开始始通过RR向电容容C充电，此此时，门门3内部部也会流流出一路路电流参参与电容容C充电，造造成充电电时间与与放电时时间不等等，电路路充电时时间常数数t1=0.991RCC;振荡周周期T大大约是22.322RC。图63.3 RR5为11. 66 K时，Vii3 波波形出现现平顶。 RR5取值值不能大大于关门门电阻，当当Vo2为低低电平时时， VVi3不能能随Vo2产生生跳变，而而是与

13、VVi2一起起产生正正跳变，当当电容CC开始通通过电阻阻R放电，门门3内部部也会流流出一路路电流通通过R55造成一一定压降降，如果RR5不太太大，随随着C的的放电，Vi2逐渐渐降低；如果RR5太大大，即使使C放电电，电容容上电压压下降，但但门3内内部流出出一路电电流与CC的放电电电流通通过R55造成一一定压降降超过一一定电压压， VVi3的电电压将因因为门33处于开开启状态态被钳位位在一定定电压上上，当放放电电流流变小后后，Vi3的电电压才可可随之变变化。所所以，RR5取值值不能大大于关门门电阻。3.4 RR5为00.1KK时， VVi3 波形幅幅度变小小。通过实验发发现，当当R5取取值太小小

14、时，VVi3波形形幅度变变小。这这一实验验现象在在许多教教材中都都未涉及及。一般般教材只只提到RR5取值值不能太太大，却却未提到到R5取取值太小小会出现现何种现现象。为为什么会会出现这这一现象象呢？这这与反相相器的输输出特性性有关，从从图7的的反相器器的输出出特性可可知，当当门电路路输出UUO为高电电平时，输输出高电电平UOO将随着着输出拉拉电流IIL的增大大而减小小。而输输出电阻阻变小，将将导致输输出拉电电流ILL的增大大。所以以R5取取值太小小时，门门2输出出拉电流流太大，使使门2本本应输出出的高电电平降低低，造成成Vi3波形形幅度变变小。图74. 结束束语以上介绍了了在网络络实验环环境下

15、对对数字方方波发生生器工作作特性进进行研究究的过程程与结果果，目的的之一是是向广大大教师及及研究人人员介绍绍一种新新的实验验研究方方法，网网络实验验应该是是大中专专院校实实验教学学改革的的一个方方向，是是值得推推广应用用的。文文章目的的之二是是将研究究结果与与各位同同行共享享，通过过研究发发现了许许多教材材忽略的的一个问问题，即即许多教教材仅仅仅提到数数字方波波发生器器中电阻阻取值不不能太大大，却未未提到电电阻取值值太小会会出现何何种情况况，从而而对数字字方波发发生器工工作特性性有了更更系统的的阐述。参考文献：1何礼礼熊.电子线线路类制制作测试试模拟实实验课M.北京：高等教教育出版版社,高高等教育育电子音音像出版版社,220000年.(DXMMS1.0版) 2 赵赵学泉,延明,李绍胜胜.电子电电路实验验技术M.北京：北京邮邮电大学学出版社社,19999.3安德德宁,赵赵廷瑞,.数字电电路与逻逻辑分析析设计实实验技术术M.北京京：北京京邮电学学院出版版社,119933. 8