智能仪器实验指导书.doc

《智能仪器》实验指导书

适用专业：电子信息专业

说明：实验课时数为8节课，可从以下实验中自行选取8学时进行实验

实验一模拟信号调理实验(有源滤波器的设计)

一、实验目的

1. 熟悉运算放大器和电阻电容构成的有源波器。

2. 掌握有源滤波器的调试。

二、实验学时

课内：2学时课外：2学时

三、预习要求

1. 预习有源低通、高通和带通滤波器的工作原理

2. 已知上限截止频率fH=480Hz，电容C=0.01uF,试计算图1所示电路形式的巴特沃斯二阶低通滤波器的电阻参数，运放采用OP-07。

3. 将图2中的电容C改为0.033uF,此时图2所示高通滤波器的下限截止频率fL=?。

四、实验原理及参考电路

在实际的电子系统中输入信号往往包含有一些不需要的信号成份,必须设法将它衰减到足够小的程度,或者把有用信号挑选出来。为此,可采用滤波器。

考虑到高于二阶的滤波器都可以由一阶和二阶有源滤波器构成，下面重点研究二阶有源滤波器。

1．二阶有源低通滤波器

二阶有源低通滤波器电路如图1所示。可以证明其幅频响应表达式为

图1 二阶有源低通滤波器图2 二阶有源高通滤波器

式中：

上限截止频率

当Q=0.707时，这种滤波器称为巴特沃斯滤波器。

2. 二阶有源高通滤波器

如果将图1中的R和C的位置互换，则可得二阶高通滤波器电路，如图2所示。令

和

可得其幅频响应表达式为

其下限截止频率

五、实验内容

1. 已知截止频率fH=200Hz，试选择和计算图1所示电路形式的巴特沃斯二阶低通滤波器的参数。运算放大器用OP-07。

2. 按图1接线，测试二阶低通滤波器的幅频响应。测试结果记入表1中。

表1 Vi=0.1V(有效值)的正弦信号

3. 按图2接线，测试二阶高通滤波器的幅频响应。测试结果记入表2中。

表2 Vi=0.1V(有效值)的正弦信号

4. 将图2中的电容C改为0.033uF，同时将1的输出与图2的输入端相连，测试它们串联起来的幅频响应。测试结果记入表3中。

表3 Vi=0.1V(有效值)的正弦信号

六、实验报告要求

1. 用表列出实验结果。以频率的对数为横坐标，电压增益的分贝数为纵坐标，在同一坐标上分别绘出两种(低通、高通)滤波器的幅频特性。说明二阶低通滤波器和高涌滤波器的幅频特征具有对偶关系。

2. 画出实验内容3的幅频特征，说明它是什么滤波器特征。

3. 简要说明测试结果与理论值有一定差异的主要原因。

4. 高涌滤波器的幅频特征，为什么在频率很高时，其电压增益会随频率升高而下降。

实验二基于单片机的智能仪器综合设计实验

一、实验目的

1．了解智能仪器的硬件组成；

2．熟悉智能仪器的各个组成部分的设计方法；

3．掌握A/D及D/A转换的原理；

4．掌握标定原理和工程量变换方法。

二、实验学时

课内：6时课外：6学时

三、实验内容

1．利用单片机开发平台，完成具有信号采集、数据处理、键盘控制、LED显示等功能的智能仪器。

2．编写A/D及D/A转换的程序并进行调试。

3．以温度为测量对象，选择热敏电阻或AD590为传感器，设计检测电路和信号调理电路。

4．编写标度变换程序并进行调试。

5．对实验结果进行分析。

四、实验报告要求

1. 画出硬件原理框图。

2. 画出检测电路与信号调理电路的硬件电路图。

3. 画出相关程序框图。

4．写出实验的说明文档并附上程序源代码

实验三虚拟示波器的使用实验

一、实验目的

1. 学习和掌握虚拟数字存储示波器的性能、基本原理；

1. 学习和掌握频谱分析及逻辑分析的使用；

二、实验学时

课内：2学时课外：2学时

三、实验内容

1．利用虚拟存储示波器测量任意信号波形，并进行频谱分析。

2．观测低压直流电源的噪声。

3．对模拟-数字电路进行混合调试，显示电路各部分的波形，分析他们之间的时序关系。4．捕捉非周期性信号，并进行分析。

四、实验报告要求

1．自拟实验步骤与实验表格。

2．画出相关模拟-数字电路的电路图。

3．记录相关波形，对实验结果进行分析。

实验四虚拟仪器的开发与设计实验

一、实验目的

1．了解虚拟仪器的概念及特点。

2．学习和掌握LabVIEW编程技巧。

二、实验学时

课内：8学时课外：10学时

三、实验内容

1．软件平台的熟悉（2学时）。

2．简单VI的开发与设计（2学时）。

3．波形发生器的设计与开发（4学时）。

指标要求：①实现正弦波、三角波、方波的选择，且可以中途刷新；

②波形的相关参数如幅度、初始相位、频率可调。每周期波形所取的点数由

用户确定；

③在面板上显示输出的波形；

④有关参数输入出错的程序能自动弹出提示对话框，并终止运行。

⑤能进行波形的频谱分析。

四、实验步骤

1．编写设计方案

根据上面的实验要求进行VI总体设计，确定功能模块结构图和详细的流程图。2．设计虚拟信号发生器前面板

参照实际信号发生器的外部操作平台，结合虚拟仪器面板自身的特点及功能要求，在充分考虑操作界面的友好性及美观的基础上，设计出虚拟信号发生器前面板的大致布局，并在前面板中依次放入所需控件。

3．设计框图程序

设计时要充分考虑如何实现本虚拟信号发生器的功能要求，并使程序简洁化，便于阅读与维护。

4．调试程序

程序的调试应分为两个部分，一是在编辑各SubVI及某些功能模块时，就进行相应的调试；二是整个程序完成后，进行调试。二是保证程序没有语法错误，能够运行。5．进一步完善前面板并对程序属性进行设置。

进一步对仪器前面板进行布置和美化，同时要确保面板的易操作性（即对用户友好）。

6. 生成应用程序，编写说明文档。

五、实验报告要求

1．整理程序和相关的文档资料，提交实验报告。

2．说明任意波形信号产生的方法。

3．如何实现在规则波形中加入噪声。

参与图：

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关于课程考核问题

总成绩＝考勤和作业15分＋考勤和实验35分＋期末60分

考试：开卷方式

封面：智能仪器综合设计报告

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