电子测量技术(最新版)-数字频率计的测试电子ppt课件.ppt

电子测试技术应用（仪器仪表）课程教学资源建设,建设院校：,主要参与企业：,湖南铁道职业技术学院,新联电子熊猫电子,P1-5数字频率计的测试,教学目标 1.能理解数字频率计的工作原理 2.掌握数字示波器的性能、参数、使用方法和注意事项 3.学会使用数字(存储)示波器 4.能理解被测对象技术指标 5.学会分析处理测量数据 6.学会撰写测量报告工作任务 1.叙述数字频率计的工作过程 2.对数字频率计进行校准 3.编制测量工艺文件 4.能用相关仪器仪表对数字频率计进行测量 5.记录、分析、处理测量数据 6.撰写测量报告,数字频率计的测试,一、数字频率计的主要技术参数1.电源电压交流220V/50Hz2.频率测量范围10 9999Hz3.输入信号电压幅度300mV4.输入信号波形任意周期信号5.显示位数4 位6.被测频率误差5%,数字频率计的测试,二、数字频率计调试仪器1.仪表选择 1）DS1102C数字存储示波器 1台 2）数字万用表（如 BT9013）1台 3）函数信号发生器（如：EE1641B）1台,数字频率计的测试,二、数字频率计调试仪器 2.主要仪器介绍DS1102C数字存储示波器 1）DS1102C数字存储示波器的面板结构,数字频率计的测试,二、数字频率计调试仪器 2.主要仪器介绍DS1102C数字存储示波器 2）DS1102C型数字示波器显示界面,数字频率计的测试,二、数字频率计调试仪器 2、主要仪器介绍DS1102C数字存储示波器,3）DS1102C主要性能指标（1）,数字频率计的测试,二、数字频率计调试仪器 2.主要仪器介绍DS1102C数字存储示波器,3）DS1102C主要性能指标（2）,数字频率计的测试,三、数字示波器工作原理 示波器是利用电子示波管的特性，将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像，显示在荧光屏上以便测量的电子测量仪器。它是观察数字电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。示波器由示波管和电源系统、同步系统、X轴偏转系统、Y轴偏转系统、延迟扫描系统、标准信号源组成。,数字频率计的测试,三、数字示波器工作原理 数字示波器首先将被测信号抽样和量化，变为二进制信号存贮起来，再从存贮器中取出信号的离散值，通过算法将离散的被测信号以连续的形式在屏幕上显示出来。数字示波器一般支持多级菜单，能提供给用户多种选择，多种分析功能。,数字频率计的测试,四、数字示波器的基本操作 1.DS1102C数字示波器使用初步 1）波形显示的自动设置DS1102C系列数字示波器具有自动设置的功能。根据输入的信号，可自动调整电压倍率、时基、以及触发方式至最好形态显示。应用自动设置要求被测信号的频率大于或等于50Hz，占空比大于1。使用自动设置步骤：将被测信号连接到信号输入通道。按下 AUTO 按钮。示波器将自动设置垂直，水平和触发控制。如需要，可手工调整这些控制使波形显示达到最佳。,数字频率计的测试,四、数字示波器的基本操作 1.DS1102C数字示波器使用初步 2）垂直系统基本操作如图所示，在垂直控制区（VERTICAL）有一系列的按键、旋钮。下面的练习逐步引导您熟悉垂直设置的使用。,数字频率计的测试,四、数字示波器的基本操作 1、DS1102C数字示波器使用初步 2）垂直系统基本操作,测量技巧：如果通道耦合方式为DC，您可以通过观察波形与信号地之间的差距来快速测量信号的直流分量。如果耦合方式为AC，信号里面的直流分量被滤除。这种方式方便您用更高的灵敏度显示信号的交流分量。,模拟通道垂直位置恢复到零点快捷键 旋动垂直旋钮不但可以改变通道的垂直显示位置，更可以通过按下该旋钮作为设置通道垂直显示位置恢复到零点的快捷键。,数字频率计的测试,四、数字示波器的基本操作 1、DS1102C数字示波器使用初步 2）垂直系统基本操作改变垂直设置，并观察因此导致的状态信息变化。可以通过波形窗口下方的状态栏显示的信息，确定任何垂直档位的变化。转动垂直旋钮改变“Volt/div（伏/格）”垂直档位，可以发现状态栏对应通道的档位显示发生了相应的变化。Coarse/Fine（粗调/微调）快捷键 切换粗调/微调不但可以通过此菜单操作，更可以通过按下垂直旋钮作为设置输入通道的粗调/微调状态的快捷键 按 CH1、CH2、MATH、REF屏幕显示对应通道的操作菜单、标志、波形和档位状态信息。再次按此通道按键关闭当前选择的通道。,Coarse/Fine（粗调/微调）快捷键 切换粗调/微调不但可以通过此菜单操作，更可以通过按下垂直旋钮作为设置输入通道的粗调/微调状态的快捷键。,数字频率计的测试,四、数字示波器的基本操作 1、DS1102C数字示波器使用初步 3）水平系统基本操作 如图所示，在水平控制区（HORIZONTAL）有一个按键、两个旋钮。下面的练习逐渐引导您熟悉水平时基的设置。使用水平旋钮改变水平档位设置，并观察因此导致的状态信息变化。转动水平 旋钮改变“s/div（秒/格）”水平档位，可以发现状态栏对应通道的档位显示发生了相应的变化。水平扫描速度从2ns*至50s，以125 的形式步进。,Delayed（延迟扫描）快捷键 水平旋钮不但可以通过转动调整“s/div（伏/格）”，更可以按下切换到延迟扫描状态。,数字频率计的测试,五、数字示波器的基本操作 1、DS1102C数字示波器使用初步 3）水平系统基本操作 使用水平旋钮 调整信号在波形窗口的水平位置。水平 旋钮控制信号的触发位移。当应用于触发位移时，转动水平 旋钮时，可以观察到波形随旋钮而水平移动。,触发点位移恢复到水平零点快捷键 水平 旋钮不但可以通过转动调整信号在波形窗口的水平位置，更可以按下该键使触发位移（或延迟扫描位移）恢复到水平零点处。,名词解释 触发位移：指实际触发点相对于存储器中点的位置。转动水平旋钮，可水平移动触发点。,数字频率计的测试,四、数字示波器的基本操作 1.DS1102C数字示波器使用初步 3）水平系统基本操作 按 MENU 按钮，显示Horizontal 菜单。在此菜单下，可以开启/关闭延迟扫描或切换YT、XY 和ROLL 模式，还可以设置水平触发位移复位。,数字频率计的测试,四、数字示波器的基本操作 1.DS1102C数字示波器使用初步 4）触发系统基本操作 如图所示，在触发控制区（TRIGGER）有一个旋钮、三个按键。,数字频率计的测试,四、数字示波器的基本操作 1、DS1102C数字示波器使用初步 4）触发系统基本操作用 调整触发电平的位置转动 旋钮，可以发现屏幕上出现一条桔红色的触发线以及触发标志，随旋钮转动而上下移动。停止转动旋钮，此触发线和触发标志会在约5 秒后消失。在移动触发线的同时，可以观察到在屏幕上触发电平的数值发生了变化。,触发电平恢复到零点快捷键 旋动垂直旋钮不但可以改变触发电平值，更可以通过按下该旋钮作为设置触发电平恢复到零点的快捷键。,数字频率计的测试,四、数字示波器的基本操作 1、DS1102C数字示波器使用初步 4）触发系统基本操作按下50%按钮，使触发电平设在触发信号幅值的垂直中点。按下FORCE 按钮,强制产生一触发信号，主要应用于触发方式中的“普通”和“单次”模式。按下MENU 键，会出现如下所示菜单。,触发模式包含，边沿触发、脉宽触发、斜率触发、交替触发、视频触发、码型触发（混合信号示波器）、持续时间触发等。,数字频率计的测试,四、数字示波器的基本操作 2.DS1102C数字示波器使用高级操作请参看教材相关内容。3.示波器使用注意事项：,数字频率计的测试,四、数字示波器的基本操作 3.示波器使用注意事项：1)示波器指标中的带宽如何理解？带宽是示波器的基本指标，和放大器带宽的定义一样，是所谓的3dB点，即，在示波器的输入加正弦波，幅度衰减为实际幅度的70.7%时的频率点称为带宽。也就是说，使用100MHz带宽的示波器测量1V，100MHz的正弦波，得到的幅度只有0.707V。这还只是正弦波的情形。因此，我们在选择示波器的时候，为达到一定的测量精度，应该选择信号最高频率5倍的带宽。,数字频率计的测试,四、数字示波器的基本操作 3.示波器使用注意事项：2)影响示波器工作速度的因素有哪些？简单地来说示波器的原理都差不多，前端是数据采集系统，后端是计算机处理。影响示波器速度主要有两方面，一是从前端数采到后端处理的数据传输，一般都是用总线传输，另一个是后端的处理方式。,数字频率计的测试,四、数字示波器的基本操作 3.示波器使用注意事项：3)在使用示波器时如何消除毛刺？如果毛刺是信号本身固有的，而且想用边沿触发同步该信号（如正弦信号），可以用高频抑制触发方式，通常可同步该信号。如果信号本身有毛刺，但想让示波器虑除该毛刺，不显示毛刺，通常很难做到。可以试着使用限制带宽的方法，但不小心可能也会把信号本身虑掉一部分信息。,数字频率计的测试,四、数字示波器的基本操作 3.示波器使用注意事项：4)如何捕捉并重现稍失的瞬时信号？要捕获瞬时信号可参照如下设置：触发类型选择边沿，触发方式设置成单次方式，信号置为上升触发，并将触发电平调到适当值。,数字频率计的测试,四、数字示波器的基本操作 3.示波器使用注意事项：5)示波器使用中探头应该注意些什么？示波器的使用中探头一般往往被大家忽略，无源探头由于测量范围宽，价格便宜，同时可以满足大多的测量要求，因而得到广泛的使用，无源探头的选择应该与所用示波器的带宽一致。更换探头，探头交换通道的时候，必须进行探头补偿调整，达到与输入通道的匹配。,数字频率计的测试,四、数字示波器的基本操作 3.示波器使用注意事项：6)测量中如何应用触发释抑？有何作用？触发释抑的含义是暂时将示波器的触发电路封闭一段时间（即释抑时间），在这段时间内，即使有满足触发条件的信号波形点示波器也不会触发，示波器的触发部分的作用就是稳定的显示波形，触发释抑也是为了稳定显示波形而设置的功能。主要针对大周期重复而在大周期内有很多满足触发条件的不重复的波形点而专门设置的。,数字频率计的测试,四、数字示波器的基本操作 3.示波器使用注意事项：7)示波器正常，能看到扫描线，但是观察被测信号却没有信号波形产生?有三个原因导致：1)从通道1输入信号，但是不小心打开的却是通道2；2)信号耦合方式（AC-GND-DC）选择接地位置上。3)确认信号已经产生且正常输入示波器BNC接口,数字频率计的测试,五、数字频率计基本原理1电路组成框图,数字频率计的测试,五、数字频率计基本原理 2原理图分析 1）电源与整流稳压电路 框图中的电源采用 50Hz 的交流市电。市电被降压、整流、稳压后为整个系统提供直流电源。系统对电源的要求不高，可以采用串联式稳压电源电路来实现。,数字频率计的测试,五、数字频率计基本原理 2原理图分析 2）全波整流与波形整形电路 本频率计采用市电频率作为标准频率，以获得稳定的基准时间。按国家标准，市电的频率漂移不能超过0.5Hz，即在1的范围内。用它作普通频率计的基准信号完全能满足系统的要求。全波整流电路首先对50Hz交流市电进行全波整流，得到如图5-18（a）所示 100Hz的全波整流波形。波形整形电路对100Hz信号进行整形，使之成为如图5-18（b）所示 100Hz 的矩形波。,数字频率计的测试,五、数字频率计基本原理 2原理图分析,测试点1，可以测得+5V的直流信号。,测试点2，可以测得图(b)的矩形波。,数字频率计的测试,五、数字频率计基本原理 2原理图分析 3）分频器 分频器的作用是为了获得1S的标准时间。电路首先对图18(b)所示的100Hz信号进行100 分频得到如图5-19（a）所示周期为1S的脉冲信号。然后再进行二分频得到如图5-19（b）所示占空比为50脉冲宽度为1S的方波信号，由此获得测量频率的基准时间。利用此信号去打开与关闭控制门，可以获得在1S时间内通过控制门的被测脉冲的数目。二分频可以采用触发器来实现。,数字频率计的测试,五、数字频率计基本原理 2原理图分析,100Hz信号经过U1、U3A、U3C构成的100分频，得到周期为1s的脉冲信号。,经过U2A74HC109将波形二分频为脉宽为1s占空比为50%的周期信号。,数字频率计的测试,五、数字频率计基本原理 2原理图分析 4）信号放大、波形整形电路 为了能测量不同电平值与波形的周期信号的频率，必须对被测信号进行放大与整形处理，使之成为能被计数器有效识别的脉冲信号。信号放大与波形整形电路的作用即在于此。信号放大可以采用一般的运算放大电路，波形整形可以采用施密特触发器。,数字频率计的测试,五、数字频率计基本原理 2原理图分析,被测信号经过放大，限幅，再经过U1A施密特触发器整形为05V的方波信号,送至后面电路进行测量.用示波器可以在测试点5,看到整形后的被测波形.,数字频率计的测试,五、数字频率计基本原理 2原理图分析5）控制门 控制门用于控制输入脉冲是否送计数器计数。它的一个输入端接标准秒信号，一个输入端接被测脉冲。控制门可以用与门或或门来实现。当采用与门时，秒信号为正时进行计数，当采用或门时，秒信号为负时进行计数。,数字频率计的测试,五、数字频率计基本原理 2原理图分析,控制门电路,由U3B74HC11构成,由测试点4输入的1S闸门时间控制与门打开时间为1S,被测信号经过5脚输入到与门,在闸门开启时间内输出到12脚,送往后面电路计数.,数字频率计的测试,五、数字频率计基本原理 2原理图分析 6）计数器 计数器的作用是对输入脉冲计数。根据设计要求，最高测量频率为9999Hz，应采用4位十进制计数器。可以选用现成的10进制集成计数器。7）锁存器 在确定的时间（1S）内计数器的计数结果（被测信号频率）必须经锁定后才能获得稳定的显示值。锁存器的作用是通过触发脉冲控制，将测得的数据寄存起来，送显示译码器。锁存器可以采用一般的8位并行输入寄存器，为使数据稳定，最好采用边沿触发方式的器件。8）显示译码器与数码管 显示译码器的作用是把用BCD码表示的10进制数转换成能驱动数码管正常显示的段信号，以获得数字显示。选用显示译码器时其输出方式必须与数码管匹配。,数字频率计的测试,计数器电路:U4A、U4B、U3A、U3B 2片CD4318构成4位十进制计数器，最大可计数9999.,数字频率计的测试,锁存器电路：U6、U7构成了两个8位的锁存电路，当1S计数信号结束后，锁存器锁存计数器的数值。,数字频率计的测试,译码显示电路：U8、U9、U10、U11 4片CD4511构成了显示译码驱动电路，将数字送给数码管显示输出。,数字频率计的测试,六、数字频率计测量 1.测试接线图：,数字频率计的测试,六、数字频率计测量 2.调试步骤 1）检查所测电路的电源是否连接正确；2）检查仪器仪表与被测件之间的连接是否正确。3）接线检查无误后，打开数字频率计电源。4）电源测试 将与变压器连接的电源插头插入220V电源，用数字万用表检测稳压电源的输出端（测试点1 W7805输出）电压，正常值应为5V5%。如果输出电压不对，应仔细检查相关电路，消除故障。稳压电源输出正常后，接着用示波器检测产生基准时间的全波整流电路输出波形。正常情况应观测到如图5-18（b）所示波形。,数字频率计的测试,六、数字频率计测量 2.调试步骤 5）基准时间检测 关闭电源后，插上全部IC。依次用示波器检测测试点2（U1B脚），波形如5-18（a）所示，频率为100Hz；测试点3（U3A 脚）波形如图5-19（a），周期为1s；测试点4（U2A 脚）的波形如5-19（b），周期为2s，占空比为50%。如无输出波形或波形形状不对，则应对U1、U3、U2各引脚的电平或信号波形进行检测，消除故障。,测试点3波形,测试点4波形,数字频率计的测试,六、数字频率计测量 2.调试步骤 6）输入信号检测 从被测信号输入端输入幅值在 1V 左右频率为1KHz左右的正弦信号，用示波器监测输入波形的频率和幅值的正确性。用示波器的“AUTO”自动测量，监测输入信号波形。,数字频率计的测试,六、数字频率计测量 2.调试步骤 7）输入放大与整形电路检测 用示波器检测测试点5 U1A脚的波形，为频率为1KHz的方波信号，正常情况下，可以观测到与输入频率一致、信号幅值为 5V 左右的矩形波。如观测不到输出波形，或观测到的波形形状与幅值不对，则应检测这一部分电路，消除故障。如该部分电路正常，或消除故障后频率计仍不能正常工作，则检测控制门。,数字频率计的测试,六、数字频率计测量 2.调试步骤 8）控制门检测 检测控制门 测试点6（U3C 脚）信号波形，正常时，每间隔1S时间，可以在荧屏上观测到被测信号的矩形波。如观测不到波形，则应检测控制门的两个输入端的信号是否正常,并通过进一步的检测找到故障电路，消除故障。如电路正常，或消除故障后频率计仍不能正常工作，则检测计数器电路。,数字频率计的测试,六、数字频率计测量 2.调试步骤 9）计数器电路的检测 依次检测4个计数器 74HC4518 时钟端（测试点7、8、10）的输入波形，正常时，相邻计数器时钟端的波形频率依次相差10倍。如频率关系不一致或波形不正常，则应对计数器和反馈门的各引脚电平与波形进行检测。正常情况各电平值或波形应与电路中给出的状态一致。通过检测与分析找出原因，消除故障。如电路正常，或消除故障后频率计仍不能正常工作，则检测锁存器电路。,数字频率计的测试,六、数字频率计测量 2.调试步骤 10）锁存电路的检测 依次检测74HC374锁存器各引脚的电平与波形。正常情况各电平值应与电路中给出的状态一致。其中，第11脚的电平每隔1S钟跳变一次。如不正常，则应检查电路，消除故障。如电路正常，或消除故障后频率计仍不能正常工作，则检测锁存器电路。,数字频率计的测试,六、数字频率计测量 2.调试步骤 11）显示译码电路与数码管显示电路的检测 检测显示译码器74HC4511各控制端与电源端引脚的电平，同时检测数码管各段对应引脚的电平及公共端的电平。通过检测与分析找出故障。,数字频率计的测试,六、数字频率计测量 2.调试步骤 12）请按照表5-7设置输入信号，查看数字频率计的输出显示，并将结果记录在表中，计算误差。,数字频率计的测试,七、课堂总结：1、了解DS1102C数字示波器的主要性能指标2、了解DS1102C数字示波器的基本操作方法及使用注意事项。3、了解数字频率计的工作原理和各点波形。4、会用数字示波器测试数字频率计各点波形，并结合电路判断波形的正确性。,数字频率计的测试,作业：,数字频率计的测试,The End,