《智能仪器设计基础》实验指导书.docx
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《智能仪器设计基础》实验指导书
《智能仪器设计基础》
2012实验指导书
青岛科技大学
自动化与电子工程学院
测控教研室
2012-11-26
目录
智能仪器设计基础实验说明…………………………………………..1
实验一输入通道实验………………………………………………….3
1.1多档程控同相放大器实验………………….………………3
1.2T型反馈电阻网络同相放大器实验…………………..……6
1.3反T型网络程控衰减放大器实验…….……………….….10
1.4程控指数增益仪用放大器实验……………………….…..12
1.5量程转换电路实验………………………………….……..15
实验二外设与控制实验……………………….……………………18
实验三输出通道实验………….……………………………………24
实验四自动校准实验………………...…………………………....…26
实验五采集系统实验………………………….……………...…....…29
实验六综合系统实验…………………………………………………32
智能仪器设计基础
实验说明
本实验系统的指导思想，不局限于学生对所学知识的认识和理解，更重要的是培养学生的工作技能，侧重于培养学生对知识的实际应用，使学生走向社会后能直接胜任本专业工作。
实验从学生自己用元器件制作实验对象开始，进而对自己制作的成果进行测试和实验分析。
从而大大强化了学生的动手能力，对电子元器件和电子制造业有了更深的理解和掌握。
而且使学生了解一个项目从原理到产品的全部工程过程，树立起工程思想。
为了让学生实现从课本上的原理示意图到工程实施图的过度，本实验系统同时为学生提供了原理图、用PROTELL软件设计的电路图和PCB板图。
在整个实验过程中要应用到一些基本的工具和仪器：
函数信号发生器、模拟电压表/电流表、LED数字电压表、LCD数字电压表、频率计、频谱分析仪、模拟式示波器、数字式示波器、模拟式万用表、数字式万用表、直流电源、信号源。
制作工具如：
电烙铁、镊子等。
制作辅料：
焊锡丝、助焊剂等。
以及实验对象用的元器件材料如：
电阻、电容、晶体管、集成电路、电线等。
多数实验中用到微处理器，对此我们已将微处理器系统做成一个单独的模块，当实验需要使用时可以通过接口直接连线即可。
为了学生对微处理器的更深刻理解，我们在实验中选择了4位和8位两种微处理器，其中一种是基于51内核的AT89C51，另外一种是中颖4位微处理器SH69P55/032KU,它们的电路图和PCB图分别如下：
AT89C51原理图
AT89C51的PCB图
中颖SH69P55/032KU原理图
中颖SH69P55/032KU的PCB
实验一输入通道实验
1-5量程转换电路实验
一、实验目的：
通过学生亲自动手设计量程转换电路，使学生充分掌握量程转换的基本原理，以及其组成部分衰减器、放大器、接口和开关驱动的实现方法和工作原理。
二、实验设备与部件：
1、设备：
信号发生器DG1022示波器DS1201万用表直流电源
2、工具：
电烙铁（包括烙铁架、海绵）
3、辅助材料：
松香焊锡丝水
4、元器件：
如表所示
序号
名称
标号/型号/参数
单位数量
估计单价
小计
套数
合计
1
pcb
6.6*5.3
1
2.3
2.3
130
299
2
继电器
K1-3/HRS1K-S-DC12V
3
0.65
1.95
130
253.5
3
电阻
R1/10M
1
0.01
0.01
130
1.3
4
电阻
R2-4/100k
3
0.01
0.03
130
3.9
5
电阻
R5/9.1k
1
0.01
0.01
130
1.3
6
电阻
R6/1k
1
0.01
0.01
130
1.3
7
电阻
R7-9
3
0.01
0.03
130
3.9
8
电阻
R10-12
3
0.01
0.03
130
3.9
9
电解电容
C1/470U
0
0.2
0
130
0
10
二极管
D1-4/1N4004
1
0.2
0.2
130
26
11
运算放大器
LM324
1
0.8
0.8
130
104
12
驱动器
ULN2003
1
0.85
0.85
130
110.5
13
导线
40cm/条
10
0.2
2
130
260
合计
8.22
1068.6
三、实验步骤：
1、目标板制作
（1）原理图：
图1-5-1
（2）根据原理图画电路连线图，参考电路图如下：
看考图1
看考图2
（3）、根据电路图划出PCB图，参考PCB图如下：
图1-5-3
（4）、根据PCB图制作出电路板（略）；
（5）、焊接
a.元器件组织
b．烙铁作业：
焊接的概念/步骤
按IPC-610D电子产品工艺规范，将元器件焊接到线路板上。
c．外观检查
2、电气性能检查
a.接入±15V电源，观察电路有无异常，用万用表测试输入输出，观察有无异常电压。
b.接入+5V电源，观察电路有无异常；在IN1,IN2，IN3分别接入高电平，感觉继电器是否有动作迹象；
c．关掉±15V电源，在IN1,IN2，IN3分别接入高低电平用万用表测试个继电器触点电阻变化情况，看是否可靠通断。
d.若继电器不动作，检查电路，排查故障至问题解决；若继电器正常，进入下一步。
3、量程切换电路功能测试
a.打开信号发生器，并将其信号发生器设置为直流输出状态，设置输出为1V，暂不要开放输出，接至实验板输入；
b．实验板输出接示波器和数字万用表；
c．打开数字万用表和示波器，观察输出，若输出不为零电平，检查问题并排查。
d．按下表设置输入和记录计算结果
1000V量程激励码：
000B理论增益：
1/1000
项目数次
1
2
3
4
备注
输入
200
500
1000
（10）
理论输出
0.2
0.5
1
0.01
实测输出
绝对误差
相对误差
实际增益
增益相对误差
200V量程激励码：
001B理论增益：
1/100
项目数次
1
2
3
4
5
6
备注
输入
20
50
100
150
200
（10）
理论输出
0.2
0.5
1
1.5
2
0.1
实测输出
绝对误差
相对误差
实际增益
增益相对误差
20V量程激励码：
011B理论增益：
1/10
项目数次
1
2
3
4
5
备注
输入
2
5
10
15
20
理论输出
0.2
0.5
1
1.5
2
实测输出
绝对误差
相对误差
实际增益
增益相对误差
2V量程激励码：
101B理论增益：
1
项目数次
1
2
3
4
5
备注
输入
0.2
0.5
1
1.5
2
理论输出
0.2
0.5
1
1.5
2
实测输出
绝对误差
相对误差
实际增益
增益相对误差
200mV量程激励码：
111B理论增益：
10
项目数次
1
2
3
4
5
备注
输入
0.0
0.05
0.1
0.15
0.2
理论输出
0.0
0.5
1
1.5
2
实测输出
绝对误差
相对误差
实际增益
增益相对误差
e.用信号发生器在2V量程下分别输入1kHz1MHz正弦波，在示波器下观察波形，调节信号发生器输出频率，直到20MHz，观察量程转换电路输入输出波形变化；改用方波重复上述实验。
结果分析：
该量程切换电路是否达到原设计功能要求，并分析其相关性能。
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