SJ8002B虛擬儀器實驗系統(tǒng)簡介

一、虛擬儀器實驗箱主要特點：

??1、 功能強。可以提供多波形信號源、任意波形信號源、數(shù)字存儲示波器、邏輯分析儀、交直流電壓表和頻率計等多種虛擬儀器，能進行基本電參數(shù)、信號的時域和頻域測試，還有溫度檢測控制、濾波器特性測試、CPLD電路設計與測試等實驗。
??2、應用范圍廣、實驗箱開放性好、可擴展性強。本實驗箱還提供了多個實驗程序和可選的多種實驗電路板，可用于虛擬儀器、電子測量原理、電子技術(shù)、微機原理與接口技術(shù)、測控技術(shù)等課程。
?? 3、可進行驗證性、設計性和綜合應用性的實驗。利用實驗箱所提供的硬件平臺和儀器驅(qū)動程序，學生可以通過軟件編程，完成虛擬儀器的功能設計、界面設計和程序設計。例如，測試濾波器的頻率特性，通過軟件編程，實現(xiàn)掃頻測量、實驗數(shù)據(jù)處理、特性曲線顯示全過程的自動化。

??? 選配套實驗電路板：
??? （1）、濾波器實驗板，（2）、CPLD實驗板，（3）、RLC實驗板，（4）、運放實驗板，（5）、溫度實驗板 ，（6）、壓力傳感器及實驗板。

二、完成實驗舉例：

• 電子計數(shù)器測頻和測周的原理???????????????? ?? ?R、L、C 元件參數(shù)的測量
• 交流電壓表原理實驗 ??????????????? ??????????? 數(shù)字存儲示波器實驗
• 數(shù)據(jù)采集實驗 ??????????? ??????????????????? ? 數(shù)字合成信號源實驗
• 濾波器頻率特性測試 ????????? ?????????????? ?? 信號的頻譜分析和測試
• 邏輯分析儀的原理及應用???????????????????????? 溫度檢測與控制系統(tǒng)設計實驗
• 壓力測量和虛擬秤重儀設計 ????????????????????? 簡易多波形發(fā)生器的設計與調(diào)試
• 數(shù)字直流電壓表的自動校準 ?????????? ?????????? 虛擬頻率特性測試儀的軟件設計
• 電子計數(shù)器測頻和測周的自動選擇???????????????? CPLD邏輯電路設計與調(diào)試

? ???? 簡易多波形發(fā)生器的設計與調(diào)試?????????????????? 數(shù)字存儲示波器實驗

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?????? 電子計數(shù)器測頻和測周的原理??????????????????????? 數(shù)字直流電壓表的自動校準

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???? ?? 數(shù)字合成信號源實驗 ??????????????????????? ????????濾波器頻率特性測試

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?? ??? R、L、C 元件參數(shù)的測量??????????????????????????溫度檢測與控制系統(tǒng)設計實驗

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??????? 信號的頻譜分析和測試????????????????????????????????邏輯分析儀的原理及應用??

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三、主要性能指標

四、實驗箱系統(tǒng)組成

?? 虛擬儀器是以測試功能的硬件為基礎，以軟件為主導，完成對被測信號的采集、測量數(shù)據(jù)處理和測量結(jié)果的圖形化顯示。SJ8002B虛擬儀器實驗箱是電子科技大學研制開發(fā)，其研制和應用獲得2001年國家教育部教學成果二等獎 ，并已在電子科技大學、華北電力大學、南京郵電學院、四川理工學院、西華大學、樂山師范學院等高校推廣應用。
?? 虛擬儀器的硬件系統(tǒng)的組成包含三個部分：（1）通用的個人計算機（PC），具有運行圖形化編程軟件的能力。（2）實驗箱主板，具有數(shù)據(jù)采集、信號產(chǎn)生、定時計數(shù)、與計算機進行數(shù)據(jù)通信等多種功能。（3）多種實驗電路板（插卡），如圖1所示。此外，實驗中根據(jù)需要可以再配備一些輔助儀器，如通用示波器、信號源等。
?? 軟件的組成包括二部分：（1）虛擬儀器軟件開發(fā)平臺labView和labWindows/CVI；（2）虛擬儀器庫，包含有示波器、信號源、電壓表、計數(shù)器等十余種虛擬儀器驅(qū)動程序。

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?????????????????????? ? 圖1? 電子測量實驗系統(tǒng)的基本組成

?? 虛擬儀器實驗系統(tǒng)的實物照片如圖2所示。 虛擬儀器實驗箱主板如圖3所示。

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??????????????????????????????????? 圖2?? 虛擬儀器實驗系統(tǒng)

五、主板電路

??? 主板由五個基本功能模塊組成，即信號源模塊、高速數(shù)據(jù)采集模塊、測頻模塊、數(shù)電子測量字I/O模塊、以及直流電壓測量模塊構(gòu)成，主板實物照片如圖3所示。這里先介紹兩個模塊，其他模塊在相應實驗中介紹。

????????????????????????????? 圖3? 虛擬儀器實驗箱主板

??? 主板上的短路塊使用說明：

?? 1、信號源模塊

?? 它是一個采用直接數(shù)字合成（DDS）的任意波形發(fā)生器，由平臺軟件直接提供了十六種函數(shù)的波形數(shù)據(jù)，可產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等16種波形。也可以由用戶自己提供波形的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生用戶所需的任意波形。信號源的頻率和幅度均可由用戶編程控制。DDS信號源的組成原理如圖4所示。

??????????????????????? 圖4 DDS信號源的組成結(jié)構(gòu)

??? 由圖4可見：DDS信號源由相位累加器、RAM波形存儲器、DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換器以及低通濾波器組成。其工作原理是：相位累加器在時鐘信號驅(qū)動下對頻率控制碼進行累加，輸出累加值即相位序列碼作為RAM的地址。從RAM里面取出預先存放的一個周期輸出波形的幅值編碼，然后再經(jīng)DAC轉(zhuǎn)換得到模擬的階梯電壓，最后經(jīng)過低通濾波器使其平滑后即得到所需要的信號波形。
??? DDS信號源有如下優(yōu)點：（1） 信號頻率穩(wěn)定，分辨率高，輸出頻點多（可達到2N-1個頻點，N為相位累加器的位數(shù)）；（2）頻率切換速度快，可達us級；（3）頻率切換時相位連續(xù)；（4）可以產(chǎn)生任意波形信號，其主要性能指標為：

??? 分辨力： 輸出頻率小于1MHz時分辨力為1Hz ；
??? 輸出頻率范圍：正弦波：1Hz～ 2MHz ，其它波形：1Hz ～ 200KHz；
??? 輸出信號幅度范圍：0.1V ～ 16V峰–峰值；
??? 幅度分辨率：1％；
??? 通道數(shù)：2（2個獨立的DDS信號源）。

?? 2、采集模塊（數(shù)字示波器）

?? 采集模塊有CH1和CH2兩個采集數(shù)據(jù)輸入通道。通道增益、采樣速率、采樣點數(shù)、觸發(fā)源等也可通過編程控制。圖5所示為實驗平臺中數(shù)據(jù)采集模塊的原理框圖。該采集模塊既可以實現(xiàn)示波器的功能也可以實現(xiàn)交流電壓表等的功能。為了擴展輸入的電壓范圍，通道中包含有前級衰減電路前級儀用放大電路中間衰減器和后級放大電路，最后由A/D轉(zhuǎn)換電路，變換成數(shù)字量并且存儲在RAM中，當采集完成以后計算機通過EPP口把數(shù)據(jù)取回，并對其進行數(shù)據(jù)處理。
??? 數(shù)據(jù)采集采用了8位的A/D轉(zhuǎn)換器，模擬輸入電壓范圍（峰峰值）：-50V到+50V；
??? 采樣速率20M、10M、5M、2.5M、1M、500K、250K、100K、50K、25K、12.5KSPS；
??? 可程控增益×20、×10、×5、×2、×1、×0.5、×0.2、×0.1、×0.05、×0.02；
??? 數(shù)據(jù)緩存深度：30KB。

??????????????????????????? 圖5? 數(shù)據(jù)采集部分一個通道的原理框圖

六、系列化實驗板

?? 包括R、L、C電路實驗板、濾波器電路實驗板、溫度檢測實驗板、CPLD實驗板、鍵盤點陣實驗板、電路自裝實驗板（白板）等，如圖6所示。

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?????????????????????????? 圖6 ? 系列化實驗板

? ? 實驗平臺上安裝有一62芯的雙排插座，系列化實驗板插入此插座，實現(xiàn)實驗板和平臺之間的信號線的可靠連接，從而可進行不同的實驗。
?? 實驗時，實驗電路板插入62芯插座接入測試平臺，實驗平臺內(nèi)的信號源模塊通過插槽上的AO（模擬輸出AO1和AO2）插腳給實驗板提供激勵信號；測試平臺內(nèi)的采集模塊通過插座上的AI（模擬輸入AI1和AI2）插腳實時的采集并存儲實驗板的輸出響應信號。當采集完預置的點數(shù)后，微機通過EPP接口讀取采集數(shù)據(jù)，再經(jīng)分析和處理后，將實驗結(jié)果顯示在屏幕上。

七、62芯插座引腳定義

??? 實驗模塊是測試平臺的測試對象，每個模塊包含一個獨立的實驗。為了方便實驗板與測試平臺之間的信號線連接，測試平臺提供了與實驗板連接的62芯插座，插座上各針腳連接的信號定義如圖7所示。該插座包括29個數(shù)字IO端口（DO0～DO28）；兩路模擬輸出信號Aout1和Aout2；兩路模擬輸入信號Ain1和Ain2，它們分別與CH1和CH2兩個數(shù)據(jù)采集通道相連；模擬供電（+12V，+5V，模擬地）和數(shù)字供電（VCC和數(shù)字地）。

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?????????????????????? ? ???????? 圖7? 實驗板接口電路示意圖

八、使用注意事項：

?? 1) 實驗前不通電，先接線和插卡。
?? 2）在運行軟件前要先打開實驗箱的電源。如果在實驗運行過程中，關(guān)閉過實驗箱電源，有部分實驗需要重新初始化，即退出程序，重新運行軟件。
?? 3）示波器和信號源的實驗軟件界面可同時運行，但是信號源在修改設置參數(shù)時，請先停止示波器的測量。
?? 4）以上注意事項適合于本實驗課程的所有實驗。