《数字化测控技术》实验.doc

实验指导书及报告 课程名称 数字化测控技术 实验名称 数字化测控技术课程实验 实验日期 学生专业 测控技术与仪器 学生学号 学生姓名 实验室名称 测控技术实验室 教师姓名 成 绩 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 20 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 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 5、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 由晶振电路产生的4.096MHz的基准时钟，经分频后得到0.5Hz的信号输出，通过Q13输入到CD4046作为基准频率。此输入信号从14脚输入后，经过放大器放大加至相位比较器2的输入端，然后从13脚输出误差电压，并将低通滤波器接至13脚。滤波器的输出为压控振荡器VCO的控制电压，用于调整VCO的振荡频率，此振荡频率经由三个74161组成的计数器进行N分频后输入给相位比较器，使VCO的振荡频率迅速接近N倍的基准频率，锁相环锁定。其中，采用74161芯片构成的12位加法式分频器，通过置数法实现计数。从CD4046的4脚输出的频率即为所求的频率。 锁相环CD4046的相关元件参数是本设计的关键及难点所在，经过反复设计、调试及修改，最终确定电容C1的值为15pF