《数字化测控技术》实验指导书

实验指导书及报告

课程名称 数字化测控技术

实验名称 实验日期 学生专业 学生学号 学生姓名 实验室名称 教师姓名 成 绩

南京理工大学机械工程学院

目 录

实 验 须 知 ................................................................................................................................................... 2 实验一 基于集成锁相环的频率合成器的设计 ......................................................................................... 3 实验二 占空比的数字化测量 ..................................................................................................................... 9 实验三 数据采集系统的集成及程序设计 ............................................................................................... 14 实验四 集散测控系统的集成及应用 ....................................................................... 错误！未定义书签。

实 验 须 知

1. 请在每个实验前认真阅读实验指导书，尤其是操作步骤及实验注意事项。 2. 实验仪器电源的开关原则:

1) 连接测量线路,确认准确无误后，开启仪器电源； 2) 实验完毕,关闭仪器电源,拆除实验线路。 3. 稳压电源不可对地短路。

4．在通电之前务必检查芯片的电源连接是否正确，确认正确后方可通电。 5．测试过程中必须十分小心，务必注意不要将芯片引脚短路，否则会损坏芯片。 6. 实验过程中，心要细、动作要轻，不可有强制性机械动作出现。 7. 实验严格按操作规程进行，否则，出现损坏责任自负。 8. 实验完毕，请一切恢复到实验前的状态，然后离开实验室。

实验一 基于集成锁相环的频率合成器的设计

1、 实验目的

本实验旨在使学生深入了解频率合成器的基本概念及基于锁相环的频率合成器的基本原理，学习并掌握复杂数字电路的调试方法。掌握单片集成锁相环CD4046的技术性能指标及电路设计方法，学会应用CD4046制作数字频率合成器。

2、实验内容

根据设计要求设计基于集成锁相环CD4046的频率合成器电路，确定锁相环的元件参数，搭建并调试电路，使之输出1kHz～1MHz，步进0.5kHz的时钟信号。

3、实验原理及方法

频率合成是用任一指定的基准频率经过一些功能电路的处理，产生一系列需要的稳定的多种基准频率。利用锁相环实现频率合成，主要是产生可数字或程序控制的基准频率的倍频基准频率。其原理是在锁相环的反馈回路中插入一N分频的分频电路，形成闭环，此时VCO输出为NfR。fR 是基准频率，改变N值即可改变电路的输出频率，其稳定度与基准频率相同。原理框图如图1.1所示。

图1.1 频率合成器原理框图

设计基于CD4046集成锁相环的频率合成器的主要工作有： （1）设计调试晶体振荡电路，产生基准频率fR。

（2）设计N分频器，N的调节范围根据合成的频率范围和基准频率的大小确定。这里设基准频率为0.5kHz，要求合成器输出频率1kHz～1MHz，步进0.5kHz，则N=2~2000。分频器应根据N的范围设计。

（3）设计锁相环CD4046的相关元件参数，这是本设计的关键及难点所在，需要反复设计、调试及修改确定。

图1.2提供了一基于CD4046的频率合成器的参考性原理电路，其合成频率范围是2kHz~1MHz，步进1kHz。实验时可参考之进行设计。

图1.2 频率合成器参考原理电路

4、实验仪器设备

1）双路直流稳压电源 2）双踪示波器 3）信号发生器

4）41/2位数字万用表 5）面包板

、实验电路设计及工作原理说明

1）实验电路设计

2）电路的工作原理说明

5

6、实验步骤说明

7、实验结果记录及分析

实验数据填入表1.1中，对照频率合成器输出频率的理论值与实际测试值，分析说明两者不一致的原因。

表1.1 实验数据记录表

、思考题

1）说明分频系数N的确定依据。

2）不测量fout如何判定锁相环是否入锁？

8

实验二 占空比的数字化测量

1、实验目的

本实验的目的是使学生在掌握占空比数字化测量的基本原理及方法的基础上，学习占空比/电压转换电路的设计与调试，切实掌握占空比的测量技术。

2、实验内容

根据占空比的数字化测量原理自行设计占空比测量的占空比-电压转换电路，采用数字电压表测量转换得到的与占空成正比的电压值，根据电压计算出被测量的占空比，将测量值与采用示波器测量的占空比值进行比较，计算出测量误差。

3、实验仪器设备

1）直流稳压电源； 2）双踪示波器； 3）信号发生器；

4）41/2位数字万用表； 5）面包板。

4、实验电路设计及工作原理说明

1）实验电路设计

2）电路的工作原理说明

5、实验步骤说明

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按表格2.1中的内容记录对应的测试结果，实验数据填入表2.1中。

表2.1 占空比测量实验结果记录表

7、实验结果处理与分析

8、思考题

1）输入整形电路中采用放大器，则放大器应选用何种类型放大器？

2）整形电路的输出为何要接低通滤波器？

3）可否用万用表直读测量值？要求说明原因。

实验三 数据采集系统的集成及程序设计

1、 实验目的

本实验的目的是使学生在学习数据采集系统理论课的基础上，通过对数据采集系统安装、连接和编程，掌握数据采集系统的使用方法，加深对数据采集系统原理、用途的了解。

2、实验内容

1）学习并掌握基于ISA总线的数据采集卡的安装，在此基础上学习输入与输出通道的连接方法。 2）对数据采集系统进行汇编语言及VC++编程，使之能够在程序控制下进行数据采集。 3）对数据分配系统进行汇编语言及VC++编程，使之能够在程序控制下输出模拟电压信号。 4）对数据分配系统进行汇编语言，使之能够在程序控制下在示波器上输出三角波。

3、实验原理及方法

实验的基本方法是将数据采集卡插入计算机的ISA插槽内，将配接电缆与采集卡连接好，在输入通道施加输入电压，之后即可开始编程。

1）采集卡输入/输出连接器引脚定义图见图3.1。电缆中各颜色导线与输入输出通道的关系如下：红色对应ch0，黄色对应ch1，绿色对应ch2，兰色对应ch3， 白色对应D/A输出，黑色对应GND。

图3.1数据采集卡输入/输出连接器引脚定义图

2）数据采集卡的接口地址

实验用数据采集卡是基于PC机ISA总线的多路数据采集卡，该卡具有8路模拟输入和1路模拟输出。控制方式采用查询方式，模拟输入通道的电压输入范围是±5V，模拟输出通道的电压输出范围是0～10V，该卡的所用的A/D转换器是AD574，D/A转换器是DAC0832。相关控制口的地址如表3.1。

表3.1 数据采集卡的相关口地址

3）数据采集程序设计流程

（1）选择通道：向03AC口写入通道号。

（2）启动采样保持器采样：向03AF口写入任意数。 （3）延时程序。

（4）启动采样保持器保持：向03AE口写入任意数。 （5）启动A/D转换：向03AB口写入任意数。

（6）判 …… 此处隐藏：2244字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……