认证培训班电子测量原理课件.ppt

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1、电子测量原理电子测量原理2023/2/191电子测量原理简介电子测量原理简介n n基本电参量测量基本电参量测量，包括频率、周期、时间、电，包括频率、周期、时间、电压、阻抗等压、阻抗等。n n时域测量时域测量，以示波器为背景介绍时域信号波形，以示波器为背景介绍时域信号波形的采集、显示及应用技术。的采集、显示及应用技术。2023/2/192一、电子测量中的变换技术一、电子测量中的变换技术1.量值变换量值变换量值是指电压、电流、功率、阻抗、时间等量值是指电压、电流、功率、阻抗、时间等电参量的幅值大小。电参量的幅值大小。量值变换即指把它们的幅值按比例地增大或量值变换即指把它们的幅值按比例地增大或缩小。

2、缩小。通过量值变换，可增加测量范围，提高测量通过量值变换，可增加测量范围，提高测量分辨力和精度。分辨力和精度。2023/2/193（1）信号放大与衰减）信号放大与衰减信号放大是为了将微弱的被测信号，放大到足以进行信号放大是为了将微弱的被测信号，放大到足以进行信号放大是为了将微弱的被测信号，放大到足以进行信号放大是为了将微弱的被测信号，放大到足以进行各种转换处理，或能驱动指示器、记录器。各种转换处理，或能驱动指示器、记录器。各种转换处理，或能驱动指示器、记录器。各种转换处理，或能驱动指示器、记录器。测量放大器测量放大器测量放大器测量放大器是指在测量系统中用来放大微弱电压、是指在测量系统中用来放大

3、微弱电压、是指在测量系统中用来放大微弱电压、是指在测量系统中用来放大微弱电压、电流或电荷信号的放大器。要求低漂移电流或电荷信号的放大器。要求低漂移电流或电荷信号的放大器。要求低漂移电流或电荷信号的放大器。要求低漂移 衰减器衰减器衰减器衰减器用来降低测量系统中的信号电平用来降低测量系统中的信号电平用来降低测量系统中的信号电平用来降低测量系统中的信号电平 用途：使大的信号进入仪器的测量范围，或者通过降用途：使大的信号进入仪器的测量范围，或者通过降用途：使大的信号进入仪器的测量范围，或者通过降用途：使大的信号进入仪器的测量范围，或者通过降低信号电平来控制失真，或改进阻抗匹配，或对信号低信号电平来控制

4、失真，或改进阻抗匹配，或对信号低信号电平来控制失真，或改进阻抗匹配，或对信号低信号电平来控制失真，或改进阻抗匹配，或对信号源去耦等源去耦等源去耦等源去耦等 2023/2/1942.频率变换频率变换 （1 1）检波：）检波：）检波：）检波：交流电压变成直流电压交流电压变成直流电压交流电压变成直流电压交流电压变成直流电压 常用磁电式电表，它只能测常用磁电式电表，它只能测常用磁电式电表，它只能测常用磁电式电表，它只能测量直流，交流信号必须检波成直流信号来测量量直流，交流信号必须检波成直流信号来测量量直流，交流信号必须检波成直流信号来测量量直流，交流信号必须检波成直流信号来测量 。（2 2）斩波：把一

5、个直流电压调制成交流电压，经过）斩波：把一个直流电压调制成交流电压，经过）斩波：把一个直流电压调制成交流电压，经过）斩波：把一个直流电压调制成交流电压，经过交流放大，然后再把交流电压通过反调制（解调）交流放大，然后再把交流电压通过反调制（解调）交流放大，然后再把交流电压通过反调制（解调）交流放大，然后再把交流电压通过反调制（解调）还原为直流电压的过程。还原为直流电压的过程。还原为直流电压的过程。还原为直流电压的过程。斩波的作用是对微弱的直流电压进行放大。斩波的作用是对微弱的直流电压进行放大。斩波的作用是对微弱的直流电压进行放大。斩波的作用是对微弱的直流电压进行放大。2023/2/196（3）变

6、频（混频）变频（混频）例：例：f=200MHz2GHzf0=170MHz1.97GHz则则F=f-f0=30MHz30MHz固定中频输出固定中频输出2023/2/197（4）倍频）倍频 倍频器是频率综合技术中的乘法器。倍频器是频率综合技术中的乘法器。倍频器是频率综合技术中的乘法器。倍频器是频率综合技术中的乘法器。差频倍增法差频倍增法差频倍增法差频倍增法 2023/2/1983.波形变换波形变换（1 1）整形）整形）整形）整形：将任意形状的波形变成规则的脉冲波形，：将任意形状的波形变成规则的脉冲波形，：将任意形状的波形变成规则的脉冲波形，：将任意形状的波形变成规则的脉冲波形，例如，用于电子计数器

7、的输入通道中。例如，用于电子计数器的输入通道中。例如，用于电子计数器的输入通道中。例如，用于电子计数器的输入通道中。（2 2）限幅）限幅）限幅）限幅 ：把信号波形幅度限制在一定范围内：把信号波形幅度限制在一定范围内：把信号波形幅度限制在一定范围内：把信号波形幅度限制在一定范围内 （3 3）微分）微分）微分）微分 ：由矩形脉冲形成一个窄脉冲。：由矩形脉冲形成一个窄脉冲。：由矩形脉冲形成一个窄脉冲。：由矩形脉冲形成一个窄脉冲。在电子计数器、取样示波器、广谱信号源中广泛使用。在电子计数器、取样示波器、广谱信号源中广泛使用。在电子计数器、取样示波器、广谱信号源中广泛使用。在电子计数器、取样示波器、广谱

8、信号源中广泛使用。（4 4）合成）合成）合成）合成 ：多种波形叠加成复杂波形。：多种波形叠加成复杂波形。：多种波形叠加成复杂波形。：多种波形叠加成复杂波形。例如合成例如合成例如合成例如合成CRTCRT显示的视频信号波形。显示的视频信号波形。显示的视频信号波形。显示的视频信号波形。（5 5）变换）变换）变换）变换 ：方波变成三角波或正弦波，三角波变成正：方波变成三角波或正弦波，三角波变成正：方波变成三角波或正弦波，三角波变成正：方波变成三角波或正弦波，三角波变成正弦波或方波，正弦波变成方波或三角波等。弦波或方波，正弦波变成方波或三角波等。弦波或方波，正弦波变成方波或三角波等。弦波或方波，正弦波变

9、成方波或三角波等。波形变换技术广泛用于多波形函数发生器中。波形变换技术广泛用于多波形函数发生器中。波形变换技术广泛用于多波形函数发生器中。波形变换技术广泛用于多波形函数发生器中。2023/2/19104.参量变换参量变换（1 1）AVAV变换变换变换变换电流、电压、电阻之间的变换电流、电压、电阻之间的变换电流、电压、电阻之间的变换电流、电压、电阻之间的变换 多用表中采用的多用表中采用的多用表中采用的多用表中采用的AVAV变换，包括交流变换，包括交流变换，包括交流变换，包括交流/直流（直流（直流（直流（AC/DCAC/DC）、）、）、）、电流电流电流电流/电压（电压（电压（电压（I/VI/V）和

10、电阻）和电阻）和电阻）和电阻/电压（电压（电压（电压（/V/V）的转换，实现）的转换，实现）的转换，实现）的转换，实现了交、直流电压、电流、电阻等多种测量功能。了交、直流电压、电流、电阻等多种测量功能。了交、直流电压、电流、电阻等多种测量功能。了交、直流电压、电流、电阻等多种测量功能。（2 2）V/FV/F变换变换变换变换模拟直流电压转换为频率模拟直流电压转换为频率模拟直流电压转换为频率模拟直流电压转换为频率（3 3）V/TV/T变换变换变换变换模拟直流电压转换成时间模拟直流电压转换成时间模拟直流电压转换成时间模拟直流电压转换成时间（4 4）网络参数的变换）网络参数的变换）网络参数的变换）网络

11、参数的变换 2023/2/1911 例例例例 试以数字万用表测量交流电流为例，阐述变换技术试以数字万用表测量交流电流为例，阐述变换技术试以数字万用表测量交流电流为例，阐述变换技术试以数字万用表测量交流电流为例，阐述变换技术在电子测量中的应用。在电子测量中的应用。在电子测量中的应用。在电子测量中的应用。交流电流交流电流交流电流交流电流/交流电压的变换；交流电压的变换；交流电压的变换；交流电压的变换；交流电压交流电压交流电压交流电压/直流电压的变换；直流电压的变换；直流电压的变换；直流电压的变换；直流电压的幅值变换；直流电压的幅值变换；直流电压的幅值变换；直流电压的幅值变换；模拟模拟模拟模拟/数字

12、的变换；数字的变换；数字的变换；数字的变换；BCDBCD码码码码/七段码的码制变换；七段码的码制变换；七段码的码制变换；七段码的码制变换；显示器件的电显示器件的电显示器件的电显示器件的电/光转换。光转换。光转换。光转换。2023/2/1913二、电子测量中的比较技术二、电子测量中的比较技术1.电压比较电压比较（1 1）电平比较）电平比较）电平比较）电平比较 比较两个模拟电压的大比较两个模拟电压的大比较两个模拟电压的大比较两个模拟电压的大小可用电压比较器小可用电压比较器小可用电压比较器小可用电压比较器来实现的来实现的来实现的来实现的 。2023/2/19152.频率（时间）比较频率（时间）比较（

13、1 1）时间差值比较：用）时间差值比较：用）时间差值比较：用）时间差值比较：用R-SR-S触发器可实现时差的比较触发器可实现时差的比较触发器可实现时差的比较触发器可实现时差的比较2023/2/1916（4 4）相位比较）相位比较）相位比较）相位比较使用鉴相器使用鉴相器使用鉴相器使用鉴相器 2023/2/1918（5 5）数字比较）数字比较）数字比较）数字比较 二进制的数二进制的数二进制的数二进制的数N1N1和和和和N2N2加于异或门的输入端，即可进行加于异或门的输入端，即可进行加于异或门的输入端，即可进行加于异或门的输入端，即可进行比较。比较。比较。比较。2023/2/1919三、电子测量中的

14、处理技术三、电子测量中的处理技术1.1.基本模拟运算基本模拟运算基本模拟运算基本模拟运算 运算放大器辅之以不同的电路元件，可以组成诸运算放大器辅之以不同的电路元件，可以组成诸运算放大器辅之以不同的电路元件，可以组成诸运算放大器辅之以不同的电路元件，可以组成诸如比例、加减、微分、积分、对数、指数和乘除如比例、加减、微分、积分、对数、指数和乘除如比例、加减、微分、积分、对数、指数和乘除如比例、加减、微分、积分、对数、指数和乘除等电路等电路等电路等电路 2023/2/19202 2.指数和对数运算电路指数和对数运算电路指数和对数运算电路指数和对数运算电路 利用二极管的电流与其端电压在一定条件下存在的

15、利用二极管的电流与其端电压在一定条件下存在的利用二极管的电流与其端电压在一定条件下存在的利用二极管的电流与其端电压在一定条件下存在的指数关系来实现。指数关系来实现。指数关系来实现。指数关系来实现。2023/2/19213.3.乘法运算或除法运算乘法运算或除法运算乘法运算或除法运算乘法运算或除法运算 模拟乘法器：是新型集成器件，是利用晶体管的非线模拟乘法器：是新型集成器件，是利用晶体管的非线模拟乘法器：是新型集成器件，是利用晶体管的非线模拟乘法器：是新型集成器件，是利用晶体管的非线性特性。性特性。性特性。性特性。2023/2/19225.5.有源滤波器有源滤波器有源滤波器有源滤波器分为低通、高通

16、、带通和带阻等不同滤波器。分为低通、高通、带通和带阻等不同滤波器。分为低通、高通、带通和带阻等不同滤波器。分为低通、高通、带通和带阻等不同滤波器。2023/2/1924四、电子测量中的显示技术四、电子测量中的显示技术1.指示式仪表指示式仪表2.电光显示器件电光显示器件（1 1）发光二极管（）发光二极管（）发光二极管（）发光二极管（LEDLED）利用正向偏置利用正向偏置利用正向偏置利用正向偏置PNPN结中电子与空穴的幅射复合发光，发结中电子与空穴的幅射复合发光，发结中电子与空穴的幅射复合发光，发结中电子与空穴的幅射复合发光，发出非相干光，光谱较宽，发散角大，视角效果好；出非相干光，光谱较宽，发散

17、角大，视角效果好；出非相干光，光谱较宽，发散角大，视角效果好；出非相干光，光谱较宽，发散角大，视角效果好；LEDLED的发光颜色多、辉度高，的发光颜色多、辉度高，的发光颜色多、辉度高，的发光颜色多、辉度高，LEDLED的单元体积小，电的单元体积小，电的单元体积小，电的单元体积小，电压低、驱动电流小，寿命长。压低、驱动电流小，寿命长。压低、驱动电流小，寿命长。压低、驱动电流小，寿命长。指示灯指示灯指示灯指示灯数字显示器数字显示器数字显示器数字显示器 2023/2/19252023/2/1926（3 3）阴极射线管（）阴极射线管（）阴极射线管（）阴极射线管（CRTCRT）CRT CRT可分为电视用

18、、显示终端用及仪器仪表用几可分为电视用、显示终端用及仪器仪表用几可分为电视用、显示终端用及仪器仪表用几可分为电视用、显示终端用及仪器仪表用几种类型。种类型。种类型。种类型。2023/2/1928例例 运算与处理功能在电压测量中的应用。运算与处理功能在电压测量中的应用。第一级为模拟乘法器，完成被测电压的平方运算；第一级为模拟乘法器，完成被测电压的平方运算；第一级为模拟乘法器，完成被测电压的平方运算；第一级为模拟乘法器，完成被测电压的平方运算；第二级为积分器，完成平均运算；第二级为积分器，完成平均运算；第二级为积分器，完成平均运算；第二级为积分器，完成平均运算；第三级为开方器，完成开平方根的运算；

19、第三级为开方器，完成开平方根的运算；第三级为开方器，完成开平方根的运算；第三级为开方器，完成开平方根的运算；最后一级为放大器，按一定比例放大的直流输出电压去驱动电最后一级为放大器，按一定比例放大的直流输出电压去驱动电最后一级为放大器，按一定比例放大的直流输出电压去驱动电最后一级为放大器，按一定比例放大的直流输出电压去驱动电表使电表，按被测电压的有效值进行线性刻度。表使电表，按被测电压的有效值进行线性刻度。表使电表，按被测电压的有效值进行线性刻度。表使电表，按被测电压的有效值进行线性刻度。计算公式：计算公式：2023/2/1929n各种测量方法有着各种测量方法有着不同的实现原理不同的实现原理，其

20、复杂程度，其复杂程度不同。不同。n各种测量方法有着各种测量方法有着不同的测量准确度和适用的频不同的测量准确度和适用的频率范围率范围。n数字化数字化电子计数器法电子计数器法是时间、频率测量的主要方是时间、频率测量的主要方法，是本章的重点。法，是本章的重点。2023/2/19311.电子计数器的分类电子计数器的分类按功能可以分为：按功能可以分为：（1）通用计数器：可测量频率、频率比、周期、时间）通用计数器：可测量频率、频率比、周期、时间间隔、累加计数等。其测量功能可扩展。间隔、累加计数等。其测量功能可扩展。（2）频率计数器：其功能限于测频和计数。但测频范）频率计数器：其功能限于测频和计数。但测频范

21、围往往很宽。围往往很宽。（3）时间计数器：以时间测量为基础，可测量周期、）时间计数器：以时间测量为基础，可测量周期、脉冲参数等，其测时分辨力和准确度很高。脉冲参数等，其测时分辨力和准确度很高。（4）特种计数器）特种计数器:具有特殊功能的计数器。包括可逆计具有特殊功能的计数器。包括可逆计数器、序列计数器、预置计数器等。用于工业测控。数器、序列计数器、预置计数器等。用于工业测控。2023/2/1932按用途可分为：按用途可分为：测量用计数器和控制用计数器。测量用计数器和控制用计数器。按测量范围可分为：按测量范围可分为：（1）低速计数器（低于）低速计数器（低于10MHz）（2）中速计数器（）中速计数

22、器（10MHz100MHz）（3）高速计数器（高于）高速计数器（高于100MHz）（4）微波计数器（）微波计数器（1GHz100GHz）2023/2/19332.主要技术指标主要技术指标（1）测量范围：）测量范围：0.001Hz100GHz。（2）准确度：可达）准确度：可达10-9以上。以上。（3）晶振频率及稳定度：晶体振荡器是电子计数器的内部基准，）晶振频率及稳定度：晶体振荡器是电子计数器的内部基准，一般要求高于所要求的测量准确度的一个数量级（一般要求高于所要求的测量准确度的一个数量级（10倍）。输倍）。输出频率为出频率为1MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz等，普通晶振稳定等，普通晶

23、振稳定度为度为10-5，恒温晶振达，恒温晶振达10-710-9。（4）输入特性：包括耦合方式（）输入特性：包括耦合方式（DC、AC）、触发电平（可调）、）、触发电平（可调）、灵敏度（灵敏度（10100mV）、输入阻抗（）、输入阻抗（50低阻和低阻和1M/25pF高高阻）等。阻）等。（5）闸门时间）闸门时间(测频测频)：有：有1ms、10ms、100ms、1s、10s。（6）时标）时标(测周测周)：有：有10ns、100ns、1ms、10ms。（7）显示：包括显示位数及显示方式等。）显示：包括显示位数及显示方式等。2023/2/1934频率和周期测量原理框图频率和周期测量原理框图3.计数法测频原

24、理计数法测频原理2023/2/1935频率和周期测量原理框图频率和周期测量原理框图2023/2/19362023/2/1937n频率和周期测量原理框图频率和周期测量原理框图TB放大、整形放大、整形闸闸门门门控电路门控电路计数计数显示显示Afx分频电路分频电路时基时基Ts频率测量原理框图频率测量原理框图（1）门控计数法测量原理）门控计数法测量原理2023/2/1938若在一定的时间间隔若在一定的时间间隔T内的计得这个周期性信号的重内的计得这个周期性信号的重复次数个为复次数个为No时，则被测信号的频率时，则被测信号的频率F为：为：F=No/T式中：式中：F为频率，单位为为频率，单位为Hz。No为计

25、数器计数值，计数为计数器计数值，计数器计数定时时间为器计数定时时间为T。一般的数字式频率计主要由四个部分构成：输入电路、一般的数字式频率计主要由四个部分构成：输入电路、闸门电路，计数显示电路和控制电路，频率和周期测闸门电路，计数显示电路和控制电路，频率和周期测量原理框图。量原理框图。2023/2/1939测量速度与分辨力：测量速度与分辨力：闸门时间闸门时间T为频率测量的采样时间，为频率测量的采样时间，T愈愈大，则测量时间愈长，但计数值大，则测量时间愈长，但计数值N愈大，分辨愈大，分辨力愈高。力愈高。2023/2/19402）周期的测量）周期的测量时标计数法周期测量时标计数法周期测量时标计数法周

26、期测量时标计数法周期测量原理：原理：原理：原理：“对被测周期对被测周期对被测周期对被测周期TxTx，用已知的较小单位时间刻度，用已知的较小单位时间刻度，用已知的较小单位时间刻度，用已知的较小单位时间刻度T T0 0（“时时时时标标标标”）去量化，由）去量化，由）去量化，由）去量化，由TxTx所包含的所包含的所包含的所包含的“时标时标时标时标”数数数数N N即可得到即可得到即可得到即可得到TxTx。即：。即：。即：。即：该式表明，该式表明，该式表明，该式表明，“时标时标时标时标”的计数值的计数值的计数值的计数值N N可表示周期可表示周期可表示周期可表示周期TxTx。也体现了时间。也体现了时间。也

27、体现了时间。也体现了时间间隔（周期）的比较测量原理。间隔（周期）的比较测量原理。间隔（周期）的比较测量原理。间隔（周期）的比较测量原理。实现：由实现：由实现：由实现：由TxTx得到得到得到得到闸门闸门闸门闸门；在；在；在；在TxTx内计数器对时标计数。内计数器对时标计数。内计数器对时标计数。内计数器对时标计数。TxTx由由由由B B通道输入，内部时标信号由通道输入，内部时标信号由通道输入，内部时标信号由通道输入，内部时标信号由A A通道输入（通道输入（通道输入（通道输入（A A通道外通道外通道外通道外部输入断开）。部输入断开）。部输入断开）。部输入断开）。2023/2/1941周期测量原理框图

28、周期测量原理框图2023/2/19423）时间间隔的测量）时间间隔的测量时间间隔测量原理图时间间隔测量原理图2023/2/19434）相位差的测量）相位差的测量为减小测量误差，分别取为减小测量误差，分别取+、-触发极性作两次触发极性作两次测量，得到测量，得到t1、t2再取平均，则再取平均，则2023/2/19444.电子计数器的测量误差电子计数器的测量误差1）量化误差；）量化误差；（11误差）误差）误差）误差）2）触发误差；）触发误差；3）标准频率误差；）标准频率误差；4）中界频率；中界频率；测频时，被测频率测频时，被测频率fx愈低，则量化误差愈大；愈低，则量化误差愈大；测周时，被测频率测周时

29、，被测频率fx愈高，则量化误差愈大。愈高，则量化误差愈大。可见，在测频与测周之间，存在一个中界频率可见，在测频与测周之间，存在一个中界频率fm，当当fxfm时，应采用测频；当时，应采用测频；当fxfm时，应采用测周方案。时，应采用测周方案。例：若例：若Ts=1s,T0=1us，则，则fm=1kHz,在该频率上在该频率上,测频与测周的量化测频与测周的量化误差相等。误差相等。2023/2/1945六、信号波形测量六、信号波形测量n通用示波器通用示波器n波形存储及显示技术波形存储及显示技术 n示波器的基本测试技术示波器的基本测试技术 2023/2/1946示波器的分类示波器的分类根据示波器对信号的处

30、理方式的不同可分为模拟、根据示波器对信号的处理方式的不同可分为模拟、数字两大类：数字两大类：1 1 模拟示波器模拟示波器 采用模拟方式对时间信号进行处理和显示。采用模拟方式对时间信号进行处理和显示。2 2 数字示波器数字示波器 对信号进行数字化处理后再显示。对信号进行数字化处理后再显示。2023/2/1947 通用模拟示波器基本原理通用模拟示波器基本原理通用模拟示波器由示波管、垂直放大器、水平放通用模拟示波器由示波管、垂直放大器、水平放大器、扫描发生器、同步电路及电源等部分组成。大器、扫描发生器、同步电路及电源等部分组成。通用模拟示波器原理框图通用模拟示波器原理框图2023/2/1948一般小

31、型示波管内部结构示意图一般小型示波管内部结构示意图1.电子枪电子枪2.荧光屏荧光屏YAyUyAy为示波管垂直偏转板的灵敏度，单位为厘米伏。为示波管垂直偏转板的灵敏度，单位为厘米伏。水平方向偏转距离与加在水平偏转板上的电压成正比：水平方向偏转距离与加在水平偏转板上的电压成正比：XAxUx2023/2/1949模拟示波器波形显示原理模拟示波器波形显示原理2023/2/1950水平时基灵敏度（带宽）水平时基灵敏度（带宽）示波器时基灵敏度（示波管水平偏转因数）：示波器时基灵敏度（示波管水平偏转因数）：us/cmn亮点由左边起点到达右边终点的过程称为亮点由左边起点到达右边终点的过程称为“扫描正程扫描正程

32、”，而迅速，而迅速返回扫描起始点的过程称为返回扫描起始点的过程称为“扫描回程扫描回程”或或“扫描逆程扫描逆程”。理想锯。理想锯齿波的回归时间为零。齿波的回归时间为零。n由于扫描电压由于扫描电压UX随时间做线性变化，所以荧光屏的水平轴就成随时间做线性变化，所以荧光屏的水平轴就成为时间轴。亮点在水平方向偏转的距离大小代表时间的长短，为时间轴。亮点在水平方向偏转的距离大小代表时间的长短，故称扫描线为时间基线。故称扫描线为时间基线。n选择示波器最小的扫描时间档，在示波管上可以稳定和完整显选择示波器最小的扫描时间档，在示波管上可以稳定和完整显示被测波形的两个周期，该被测波形对应的频率即为此示波器示被测波

33、形的两个周期，该被测波形对应的频率即为此示波器的上限频率。的上限频率。n频率响应：频率响应：1Hz10MHz3dBn灵敏度：灵敏度：20mVpp格格n输入阻容：输入阻容：1M1PF2023/2/1951 垂直灵敏度垂直灵敏度 示波管垂直偏转因数，单位为示波管垂直偏转因数，单位为Vcm，它表示光点在，它表示光点在荧光屏垂直方向偏转荧光屏垂直方向偏转1cm所需要在垂直偏转板上的电所需要在垂直偏转板上的电压值压值(峰峰-峰值峰值)。由于垂直偏转板靠近电子枪，水平偏。由于垂直偏转板靠近电子枪，水平偏转板靠近荧光屏，故垂直偏转板的偏转灵敏度比水平转板靠近荧光屏，故垂直偏转板的偏转灵敏度比水平偏转板的灵敏

34、度高，便于观测微弱信号。偏转板的灵敏度高，便于观测微弱信号。n直流：直流：DC20MHz3dBn交流：交流：10Hz20MHz3dBn灵敏度：灵敏度：5mVPP格格n输入阻容：输入阻容：1M10ppFn衰减倍率：衰减倍率：1、10、100、1000，四档，四档10n输入耐压：输入耐压：400V（DCACpp）2023/2/1952 数字存储示波器数字存储示波器 1 1数字存储示波器的组成原理数字存储示波器的组成原理 2023/2/1953工作原理工作原理 当处于存储工作模式时，其工作过程一般分为存储当处于存储工作模式时，其工作过程一般分为存储和显示两个阶段。在存储工作阶段，将模拟信号转换成和显

35、示两个阶段。在存储工作阶段，将模拟信号转换成数字化信号，在逻辑控制电路的控制下依次写入到数字化信号，在逻辑控制电路的控制下依次写入到RAMRAM中。中。在显示工作阶段，将数字信号从存储器中读出转换在显示工作阶段，将数字信号从存储器中读出转换成模拟信号，经垂直放大器放大加到成模拟信号，经垂直放大器放大加到CRTCRT的的Y Y偏转板。同偏转板。同时，时，CPUCPU的读地址计数脉冲加至的读地址计数脉冲加至D/AD/A转换器，得到一个阶转换器，得到一个阶梯波扫描电压，梯波扫描电压，驱动驱动CRTCRT的的X X偏转板，偏转板，2023/2/19542 2 2 2数字存储式波器的工作方式数字存储式波

36、器的工作方式数字存储式波器的工作方式数字存储式波器的工作方式 （1 1 1 1）数字存储器的功能）数字存储器的功能）数字存储器的功能）数字存储器的功能 随机存储器随机存储器随机存储器随机存储器RAMRAMRAMRAM包括信号数据存储器、参考波形存储包括信号数据存储器、参考波形存储包括信号数据存储器、参考波形存储包括信号数据存储器、参考波形存储器、测量数据存储器和显示缓冲存储器四种。器、测量数据存储器和显示缓冲存储器四种。器、测量数据存储器和显示缓冲存储器四种。器、测量数据存储器和显示缓冲存储器四种。（2 2 2 2）触发工作方式）触发工作方式）触发工作方式）触发工作方式 1 1 1 1）常态触

37、发）常态触发）常态触发）常态触发 同模拟示波器基本一样。同模拟示波器基本一样。同模拟示波器基本一样。同模拟示波器基本一样。2 2 2 2）预置触发）预置触发）预置触发）预置触发 可观测触发点前后不同段落上的波可观测触发点前后不同段落上的波可观测触发点前后不同段落上的波可观测触发点前后不同段落上的波形。形。形。形。2023/2/19553.数字存储示波器的主要技术指标数字存储示波器的主要技术指标（1 1）最高取样速率）最高取样速率 指单位时间内取样的次数，用每秒钟完成的指单位时间内取样的次数，用每秒钟完成的A/DA/D转转的最高次数来衡量。的最高次数来衡量。实时取样速率（实时取样速率（N N为每

38、格的取样数；为每格的取样数；t/div t/div为扫描一为扫描一格所用的时间即扫描时间因数）。格所用的时间即扫描时间因数）。（2 2）存储带宽）存储带宽(B)(B)与取样速率密切相关。与取样速率密切相关。2023/2/1956（3 3）分辨率）分辨率 包括垂直分辨率（电压分辨率）和水平分辨率（时间包括垂直分辨率（电压分辨率）和水平分辨率（时间分辨率）。分辨率）。垂直分辨率与垂直分辨率与A/DA/D转换器的分辨率相对应，常以屏幕每转换器的分辨率相对应，常以屏幕每格的分级数格的分级数(级级div)div)或百分数来表示。或百分数来表示。水平分辨率由水平分辨率由存储器的容量决定，常以屏幕每格含多少

39、个取样点或用存储器的容量决定，常以屏幕每格含多少个取样点或用百分数来表示。百分数来表示。（4 4）存储容量）存储容量 由采集存储器（主存储器）的最大存储容量来表示。由采集存储器（主存储器）的最大存储容量来表示。（5 5）读出速度）读出速度 读出速度是指将数据从存储器中读出的速度，常用读出速度是指将数据从存储器中读出的速度，常用(时时间间)/div)/div来表示。来表示。2023/2/1957七、用通用示波器测量信号七、用通用示波器测量信号1 1直流电压的测量直流电压的测量2 2交流电压的测量交流电压的测量3 3测量周期和频率测量周期和频率4 4测量时间间隔测量时间间隔5 5用双踪示波法测量相

40、位用双踪示波法测量相位2023/2/1958八、数字存储示波器的应用八、数字存储示波器的应用1t和和V的测量的测量数字存储示波器对屏幕上要测量的信号部位加上游标，记录这数字存储示波器对屏幕上要测量的信号部位加上游标，记录这两个采样点的位置和相应的数据，并通过计算，最后以字符自两个采样点的位置和相应的数据，并通过计算，最后以字符自动表示测量结果。动表示测量结果。2捕捉尖峰干扰捕捉尖峰干扰适合在较大时基设定范围内捕捉重复的尖峰干扰或单脉冲干扰。适合在较大时基设定范围内捕捉重复的尖峰干扰或单脉冲干扰。3非电信号测试非电信号测试只要配有适当的传感器就能测量振动、加速度、角度、位移、只要配有适当的传感器

41、就能测量振动、加速度、角度、位移、功率以及压力等机电参数。功率以及压力等机电参数。2023/2/1959设计实例一设计实例一 语音采录与回放系统语音采录与回放系统 设计一语音采录与回放系统，设语音的频率范围为设计一语音采录与回放系统，设语音的频率范围为100Hz5kHz，以，以8位位A/D采样，要求存储采样，要求存储3分钟此类信分钟此类信号并能随时回放，请回答：号并能随时回放，请回答：1.画出系统组成框图。（画出系统组成框图。（4分）分）2.指明指明A/D的采样频率至少为多少？（的采样频率至少为多少？（2分）分）3.计算出对语音信号电压的最小分辨率。（计算出对语音信号电压的最小分辨率。（2分）

42、分）4.计算存储器的存储容量。（计算存储器的存储容量。（4分）分）2023/2/1960语音采录与回放系统结构框图语音采录与回放系统结构框图语音采录与回放系统结构框图语音采录与回放系统结构框图2023/2/1961系统主要结构系统主要结构1.由语音处理前向通道由语音处理前向通道通过前级放大，将微弱的电信号放大到通过前级放大，将微弱的电信号放大到2.5v，中间由，中间由射极跟随器进行隔离，再通过射极跟随器进行隔离，再通过100Hz5kHz的带通的带通滤波器滤除滤波器滤除50Hz的市电影响和高频噪声。的市电影响和高频噪声。2.AD转换转换3.DA转换转换4.单片机控制兼数据处理单片机控制兼数据处理

43、5.键盘和显示键盘和显示用来进行控制功能选择和结果显示。用来进行控制功能选择和结果显示。2023/2/1962关于输入信号关于输入信号n话筒的输出阻抗不可忽略，故放大前必须话筒的输出阻抗不可忽略，故放大前必须进行隔离，并尽量减小信号输出阻抗进行隔离，并尽量减小信号输出阻抗,电路电路采用射随隔离电路。采用射随隔离电路。n从话筒输出的电压峰从话筒输出的电压峰-峰值约为几百峰值约为几百mV，因，因此，只需要将信号放大几倍，使其峰此，只需要将信号放大几倍，使其峰-峰值峰值达到达到5V左右即可。采用多级放大，减少噪左右即可。采用多级放大，减少噪声干扰。在加法器两输入端及声干扰。在加法器两输入端及ADC输

44、入端输入端均加上射随隔离。均加上射随隔离。2023/2/1963关于关于ADC08091.ADC0809的参考电压选为的参考电压选为+5V，其采集的电压信，其采集的电压信号范围是号范围是0V+5V。2.而语音信号是双极性的，可正可负而语音信号是双极性的，可正可负(滤波器输出信滤波器输出信号幅值约为土号幅值约为土2.5V)，因此，有必要加一直流偏置电压，因此，有必要加一直流偏置电压(约约为为+2.5V)，使语音信号变为单极性信号，使语音信号变为单极性信号(0V+5V)，保证，保证ADC0809采样有效，同时也保证其具有一定的采样精度。采样有效，同时也保证其具有一定的采样精度。3.通过反相加法器将

45、双极性的电信号转换为通过反相加法器将双极性的电信号转换为0V+5V的单极性信号。的单极性信号。4.信号通过信号通过AD转换后进入单片机进行相应处理。转换后进入单片机进行相应处理。5.最大允许时钟可达最大允许时钟可达1.28MHz，典型时钟为，典型时钟为640kHz。6.转换时间转换时间128uS，输入信号最高频率为，输入信号最高频率为500kHz。2023/2/1964关于关于DA转换器转换器DA转换成模拟信号输出，通过转换成模拟信号输出，通过100Hz5kHz的带通滤波器使之平滑，并用音频的带通滤波器使之平滑，并用音频功放放大语音信号后输出功放放大语音信号后输出。2023/2/1965关于键

46、盘显示器关于键盘显示器主要用来进行控制功能选择和结果显示。主要用来进行控制功能选择和结果显示。键盘键盘功能：包括采样开始、停止、选择回放，选歌等。功能：包括采样开始、停止、选择回放，选歌等。显示器：显示提示符。显示器：显示提示符。2023/2/1966关于存储器容量关于存储器容量存储器容量：存储器容量：1.采样速率采样速率10K,Ty=0.1mS2.连续采样时间连续采样时间3分钟存储器的容量分钟存储器的容量存储器容量存储器容量(字节字节)=3*60/0.1mS=1800K。2023/2/1967设计实例二设计实例二 基于单片机的温控仪设计基于单片机的温控仪设计主要技术指标主要技术指标（1）温度

47、范围为：）温度范围为：-20 +80；最小区分度：最小区分度：0.1；（2）温度采样时间：）温度采样时间：500ms 1min(可调可调)；（3）具有超温声、光报警功能；）具有超温声、光报警功能；（4）实时温度显示（四位数码管）；）实时温度显示（四位数码管）；（5）实时温度控制（风扇及加热负载）功能；）实时温度控制（风扇及加热负载）功能；（6）温度参数输入功能（温度）温度参数输入功能（温度+、温度、温度-键）；键）；（7）负载形式：加热器和散热风扇。）负载形式：加热器和散热风扇。2023/2/1968基于单片机的温控仪组成框图基于单片机的温控仪组成框图基于单片机的温控仪组成框图基于单片机的温控

48、仪组成框图2023/2/1969主程序流程图主程序流程图2023/2/1970单片机单片机I/O接口功能定义实例接口功能定义实例nP0:AD数据采集；数据采集；nP1：数码管段选信号（：数码管段选信号（a,b,c,d,e,f,g）；）；nP2.7：A/D数据输出容许信号数据输出容许信号OE；nP2.6：启动：启动A/D；nP2.5：指示灯：指示灯1（控制信号（控制信号1）nP2.4：指示灯：指示灯2；nP2.0P2.3：数码管位选信号（：数码管位选信号（1,2,3,4）；）；nINT0:键键1nINT1:键键22023/2/1971实例三实例三智能智能LED照明控制系统照明控制系统智能智能LE

49、D照明控制系统组成框图照明控制系统组成框图2023/2/1972光敏电阻基本电路光敏电阻基本电路2023/2/19732023/2/19742023/2/1975设计实例四设计实例四直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成直流稳压电源组成框图直流稳压电源组成框图2023/2/1976电路图电路图2023/2/19772023/2/1978设计实例五设计实例五 电力参数检测仪组成框图电力参数检测仪组成框图2023/2/1979设计实例六设计实例六 电力线通信诱导通风硬件控制器组成电力线通信诱导通风硬件控制器组成电力线通信诱导通风硬件控制器框图电力线通信诱导通风硬件控制器框图2023/2/1980设计

50、实例七设计实例七基于基于AT90S8515的频率测量系统的组成的频率测量系统的组成 2023/2/19811997年年,由由ATMEL公司公司挪威挪威设计中心的设计中心的A先生与先生与V先生利用先生利用ATMEL公司的公司的Flash新技术新技术,共同研发出共同研发出RISC精简指令集的高精简指令集的高速速8位单片机，简称位单片机，简称AVR。相对于出现较早也较为成熟的相对于出现较早也较为成熟的51系列单片机，系列单片机，AVR系列单片系列单片机片内资源更为丰富，接口也更为强大，同时由于其价格低等机片内资源更为丰富，接口也更为强大，同时由于其价格低等优势，在很多场合可以替代优势，在很多场合可以