智能仪器实验指导书（me）.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。 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 信号频率f/Hz 50 100 200 300 400 480 550 600 700 1k 5k Vo/V ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 20lg|Vo/Vi|dB ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 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 信号频率f/Hz 50 100 200 300 400 480 550 600 700 1k 5k Vo/V ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 20lg|Vo/Vi|dB ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 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 信号频率f/Hz 50 100 200 300 400 480 550 600 700 1k 5k Vo/V ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 20lg|Vo/Vi|dB ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 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 了解智能仪器的硬件组成； 熟悉智能仪器的各个组成部分的设计方法； 掌握A/D及D/A转换的原理； 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