嵌入式实验手册完整 3Word文档格式.docx

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如图5-4所示为FT81位移传感器外形与接线图。

图1-4FT81位移传感器外形与接线图

◆主要技术条件：

供电电压：

直流6～12V

环境温度：

0～+60℃

温度系数：

零点≤0.008％／℃量程≤0.02％／℃

纹波系数：

≤30mV（r.m.s.）

引出电缆：

SBVPV/4x0.3屏蔽电缆2～3米最大外径6.5mm

1.4实验步骤

1）按如图5-6所以连接电源，电源选择直流6-12V；

2）将位移传感器输出端连接至万用表电压档；

3）测量方法：

如图5-5示用两把尺子推动传感器的可移动芯，测量可移动芯的长度X

图1-5测量方法图示（黑色粗线为尺子）

4）寻找零点：

将位移传感器的可移动芯从最外缓慢推移到顶，观察万用表读数，记录当输出电压为零的点，用直尺测量可移动芯的长度X

，即传感器位移为零的点；

5）测量位移与输出电压

将传感器的可移动芯由外往内缓慢的推动，一次测量不同点的位移与输出电压，并将结果记录在表格中。

多次重复步骤（3）、（4）;

6）作出Uo—ΔX曲线，并运用最小二乘法分析实验结果，计算传感器的拟合系数。

1.5实验结果

1、FT81位移传感器实验结果

X=aU+ba=b=

组别

位移ΔX（mm）

Uo（V）

1

11

2

12

3

13

4

14

5

15

6

16

7

17

8

18

9

19

10

20

实验2实验板认识

2.1实验板介绍

网络测控的实验二、三、四在如图2-1所示的多功能信号调理实验板上完成。

该实验板包括了放大部分，滤波部分及数据采集部分三大部分功能。

其中放大部分由同相放大、反相放大、多级放大及仪用放大四部分组成；

滤波部分由低通滤波、高通滤波、带通滤波及带阻滤波四部分组成，并且该滤波部分还包括了信号源的产生及信号的叠加，送给下一级滤波电路进行滤波；

数据采集部分包括了数字量输入、数字量输出、模拟量输入及模拟量输出。

实验板实物图及主要导线的连接如图2-1所示：

图2-1多功能信号调理实验板

2.2电源、信号发生器和示波器的使用

1）电源使用：

见附录

Ø

电源的结构及面板认识

电源的输出及调节

电源使用注意事项

2）示波器使用：

示波器的结构及面板认识

示波器的调节

示波器的使用注意事项

3）信号发生器的使用：

信号发生器的结构及面板认识

信号发生器的输出及复制频率波形的调节

信号发生器的使用注意事项

2.3实验板的电源连接

实验板电源需要+12V，-12V，+5V，学生电源有一个固定的+5V输出，以及两个可调的正电源输出端，因此可按如下步骤进行电源连接：

1）将电源上的控制开关分别设置为按下和弹起，即设置两个可调电源为串联方式（SERIES），如图1-3所示：

图2-2电源串联方式

若接中间为地，则上下两端的电压为+12V和-12V，如图1-3所示：

图2-3电源连接图

2）接电源到实验板上：

将学生电源关闭，将实验板上的电源开关设为关闭状态，即开关拨向右边，按如下图1-4所示连接电源：

图2-4电源连接示意图

3）打开学生电源：

按下“POWER”键，给学生电源供电，此时只有最右边的“CH3”通道输出“+5”的电压，CH1和CH2通道没有输出；

再按下“OUTPUT”键，CH1，CH2会输出相应设置的电压。

4）检测实验板电源：

用万用表测量实验板上各电源端与地端的电源是否正确，若有错误，请重复上述步骤，不要打开实验板上电源的开关，以免损坏实验板上其它器件。

若检查正确，依次打开电源开关，若对应的电源指示灯亮，关闭实验板上的电源开关，进行下一步实验。

注意：

●在下面的实验中，电源连线不变；

●在每一个实验结束时，关闭电源开关，再进行下一个实验；

●在下面的实验中，若要查找对应端子的地线如图1-1中所示实验板中所示；

实验3信号放大实验

3.1实验目的

学习放大器的工作原理及其技术指标，熟悉常用的几种放大器的设计和使用。

3.2实验要求

1、设计同相放大器，观察信号变化。

2、设计反相放大器，观察信号变化。

3、设计多级放大器，观察信号变化。

4、设计仪用放大器，观察信号变化。

3.3实验原理

3.3.1放大部分实物图：

图2-1放大部分实物图

3.3.2实验原理

1、同相放大：

图2-2同相放大原理图

同相放大器具有较大的输入阻抗。

其原理图如上图所示，理想增益为：

本实验中选取R1为1K，Rf为5K可调电阻。

这样，可算得该同相放大电路的放大增益为1～6倍。

2、反相放大

图2-3单级反相放大原理图

反相放大器的基本电路图如上图所示，理想状态下，反相放大器是一个比例放大器，闭环增益为：

本实验中选取R1为1K，Rf为5K可调电阻。

这样，可算得该反相放大电路的放大增益为：

接近0～5倍。

3、多级放大

图2-4多级放大原理图

多级放大器的基本电路图如上图所示，理想增益为：

通常R2，R3和R4为给定值，R1用可变电阻代替，调节R1的值，即可改变电压增益。

本实验中选取R2，R3和R4均为1K，选取R1为总阻值是200Ω的电位器。

可算得，本实验板中多级放大的增益范围为：

1～11倍。

4、仪用放大

图2-5仪用放大原理图

本实验板的仪用放大部分采用的是精密仪表放大器AD620芯片。

输入信号接入的是由一组贴在有机玻璃上的应变片构成，其中一片是横着贴，起到温度补偿的作用，另一片是竖着贴，是在有压力作用时真正产生形变而使电桥不平衡，产生压差的信号源，这两个应变片的总阻值均为1K。

AD620的基本特点是精确度高、使用简易、低噪声，并且只需一个电阻即可设定增益范围1～1000倍。

AD620的放大增益关系式为：

Af=1+49.4K/AMP

其中Af为放大倍数，AMP为该增益对应的电阻值。

3.4实验步骤

注意事项：

信号发生器和示波器的红色为正端，黑色为负端；

实验板的正负端在板子上已注明。

仪用放大的输入是接入由应变片构成的电桥电路，然后通过仪用放大电路对信号进行放大。

3.4.1同相放大

1）电源选择：

闭合实验板中电源部分三个开关中的左边和中间开关即可，即选择+12V，-12V电源；

2）设置输入信号：

用信号发生器产生任意频率和幅度的正弦信号（由于实验限制，幅值不能过大，否则会出现失真现象）；

信号发生器基本用法：

波形设置：

常用波形的选择：

按下信号发生器【shift】键后再按下波形键，可以选择正弦波、方波、三角波、升锯齿波、脉冲波五种常用波形。

同时波形显示区显示相应的波形符号。

例如：

选择方波，按键顺序如下：

【shift】【方波】

调节信号幅度：

按【幅度】键，显示出当前幅度值。

可用数据键或调节旋钮输入幅度值，这时仪器输出端口即有该幅度的信号输出。

设定幅度值峰峰值4.6V，按键顺序如下：

【幅度】【4】【●】【6】【Vpp】（可以用调节旋钮输入）

对于“正弦”、“方波”、“三角”、“升锯齿”和“降锯齿”波形，幅度值的输入和显示有三种格式：

峰峰值Vp-p、有效值Vrms和dBm值，可以用不同的单位输入。

对于其它波形只能输入和显示峰峰值Vp-p或直流数值（直流数值也用单位Vpp和mVpp输入）。

调节信号频率：

频率设定：

按【频率】键，显示出当前频率值。

可用数据键或调节旋钮输入频率值，这时仪器输出端口即有该频率的信号输出。

设定频率值5.8kHz，按键顺序如下：

【频率】【5】【●】【8】【kHz】（可以用调节旋钮输入）

或者：

【频率】【5】【8】【0】【0】【Hz】（可以用调节旋钮输入）

显示区都显示5.80000000kHz。

周期设定：

信号的频率也可以用周期值的形式进行显示和输入。

如果当前显示为频率，再按【频率/周期】键，显示出当前周期值，可用数据键或调节旋钮输入周期值。

设定周期值10ms，按键顺序如下：

【周期】【1】【0】【ms】（可以用调节旋钮输入）

如果当前显示为周期，再按【频率/周期】键，可以显示出当前频率值；

如果当前显示的既不是频率也不是周期，按【频率/周期】键，显示出当前点频频率值。

3）将信号发生器输出的信号输入实验板上：

信号发生器输出端的正负端分别接实验板的

“1_P1”端及GND端，接线图如图2-1所示；

4）观察输出波形：

将图2-1中“同相放大输出端”接入示波器的CH1或CH2通道：

1_R3接到示波器的红表笔上，OUT_GND接到黑表笔上，观察图形，调节滑动变阻器，观察示波器上图形的变化情况，任意读取6组数据，填入表格中；

5）比较相位变化：

将输入端接入示波器的CH1通道，将输出接入示波器的CH2通道（可以调换输入输出接入示波器的通道），观察输入输出波形相位的变化情况。

任意画一组输入输出波形图填入实验结果表中。

3.4.2反相放大

用信号发生器产生任意频率和幅度的正弦信号，设置方式如同相放大实验中步骤4所示；

3）将输出的信号输入实验板上：

信号发生器输出端的正负端分别接实验板的“2_P1”端及GND端，接线图如图2-1所示；

将输出端接入示波器进行观察，调节滑动变阻器，观察示波器上图形的变化情况，任意读取6组数据，并测量相应的滑动变阻器数值，填入表格中；

将输入输出同时接入示波器，观察输入输出波形相位的变化情况。

任意画一组输入输出波形图。

3.4.3多级放大

闭合实验板中电源部分三个开关中的左边和中间开关即可，即选择+12V，-12V电源。

用信号发生器产生任意频率和幅度的正弦信号，设置方式如同相放大实验中步骤4所示

输入信号经放大后的-----------峰峰值不能超过24V，否则会出现输出图像失真的现象。

信号发生器输出端的正负端分别接实验板的“3_P1”端及“3_P2”端，接线图如图2-1所示。

将输出端接入示波器进行观察，调节滑动变阻器，观察示波器上图形的变化情况，任意读取6组数据，并测量相应的滑动变阻器数值，填入表格中。

3.4.4仪用放大

1）电源选择：

只需要闭合三个开关中的右边开关即可，即选择+5V电源；

2）输入信号来源：

每个应变片引出两条输出线，将其中一个应变片的2条输出线接到图2-1中“仪用放大输入端”BSGB1（BSGB1不分正负），将另一个应变片的2条输出线接到BSGB2（BSGB2不分正负）；

3）电路调节：

电路中一共有四个电阻，作用分别是：

Rf1,Rf2：

调节电桥平衡

ZER02：

调节偏置电压

AMP2：

调节放大倍数

调节电桥平衡：

如下图2-6示用万用表的红黑端子测量电桥对称两端的电压（红黑表笔可以反过来测量，只是正负不同而已），注意万用表调到mV档上，如果不为0，则说明电桥不平衡，此时调节电阻Rf1和Rf2,使这两点的电压等于0mV，从而使电桥平衡；

图2-6仪用放大输入端

4）检测基准电压：

用万用表测量图2-1中“仪用放大输出端”OUT及OUT_5VGND，在没有任何压力的情况下，输出在1.5V左右为较好输出。

若输出效果不明显，调节偏置电压和放大倍数，具体做法是：

调节偏置电压：

测量AD620的4，5管脚的电压，为1.5V左右时最后的实验效果比较好。

调节放大倍数：

测量图2-1中“仪用放大输出端”OUT及OUT_5VGND，调节电阻ZER02，改变放大倍数。

5）观察输出：

用万用表测量图2-1中“仪用放大输出端”OUT及OUT_5VGND，用力压有机玻璃，观察万用表上电压输出的变化范围，并记录当前Rf时的最大输出电压，并计算当前Rf时的放大倍数，填入表格。

若输出增量的变化范围一般可达到1V左右，即输出量在1.5V~2.5V之间，若增量的变化范围没有那么大，增加放大倍数可以提高输出范围。

3.5实验结果：

1、同相放大

频率f=________R1=1KΩ

Ui（V）

Af=Uo/Ui

输入输出波形

频率f=________R2=1KΩ、R3=1KΩ、R4=1KΩ

U1（V）

AMP

Af

注意：

测量AMP时，是测量如图2-1所示方向时的AMP2电阻的左边和中间脚。

实验4信号滤波实验

学习低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器的工作原理及其技术指标，熟悉产生一定频率信号的RC正弦波振荡电路和信号叠加电路

1、设计RC振荡电路，分别产生50Hz，1KHz和200Hz的信号；

2、对1中产生的信号进行叠加；

3、设计低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。

3.3.1RC正弦波振荡电路

电路由放大电路和选频网络组成，如图3-1所示。

放大电路是由集成运放所组成的电压串联负反馈放大电路。

RC正弦波电路的原理图如图3-2所示：

图3-1电路组成

图3-2RC正弦波电路原理图

图3-3信号源部分实物图

注：

在本实验中简单地说，RC桥式振荡电路的起振条件为：

Au=1+（Rf1+Rf2）/R1>

=3，再推出：

Rf1+Rf2>

=2R1。

其中R1取2K，Rf2=3K，Rf1选择2K可调电阻；

所以Rf1调到1K多时，振荡产生的波形最好。

3.3.2信号叠加电路

由上一小节的RC正弦波振荡电路产生三个频率的正弦波信号，分别为50Hz，1KHz和200Hz。

通过加法电路进行信号的叠加，从而给下一级滤波部分提供信号源。

信号叠加的原理图如图3-5所示，实物图如图3-6所示：

12V的GND

叠加部分的50Hz输入端

图3-5信号叠加的原理图

叠加部分的输出端

叠加部分的200Hz输入端

叠加部分的1KHz输入端

图3-6信号叠加的实物图

3.3.3滤波部分实物图

滤波部分实物图如图3-7所示：

低通滤波的输入端

滤波部分的12VGND

带阻滤波的输出正端

带通滤波的输出正端

高通滤波的输出正端

低通滤波的输出正端

带阻滤波的输入端

带通滤波的输入端

高通滤波的输入端

图3-7滤波部分实物图

3.3.4低通滤波

原理图如图3-8所示：

图3-8低通滤波的原理图

起滤波作用的主要是由电路前半部分的可调节R和电容C组成，根据

，求出截止频率。

在本实验中，截止频率确定为200Hz，固定C为0.1uf，可计算出可调电阻R为7.9K，则将R选用为总阻值为10K的电位器。

3.3.5高通滤波

原理图如图3-9所示：

：

图3-9高通滤波的原理图

同低通滤波一样，高通滤波的截止频率为

。

本实验中，截止频率确定为200Hz，固定C为0.1uf,可求得R为7.9

这样，可选取R为总阻值是10K的可调电位器。

3.3.6带通滤波

带通滤波的原理图如图3-10所示：

图3-10带通滤波的原理图

该原理图的前半部分为低通滤波，后半部分为高通滤波。

同样根据

，选择截止频率为150Hz～300Hz，固定C为0.1uf，可求得R1为5.3

，选择R1为总阻值是10K的可调电位器；

R4为10.6

，选择R4为总阻值是20K的可调电位器。

3.3.7带阻滤波

带阻滤波的原理图如图3-11所示：

图3-11带阻滤波的原理图

该电路选择的是双T带阻滤波电路，由节点导纳议程不难导出电路的传递函数为

或

式中

，既是特征角频率，也是带阻滤波电路的中心角频率；

为带阻滤波电路的通带电压增益；

如果

，则Q=0.5，增加A0，Q将随之升高。

当A0趋近2时，Q趋向无穷大。

因此，A0愈接近2，

愈大，可使带阻滤波电路的选频特性愈好，即阻断的频率范围愈窄。

图3-11所示带阻滤波电路的幅频特性如图3-12所示：

图3-12带阻滤波电路的幅频特性

在本实验中，取Rf1为5K可调，R1为6K，这样A0<

2，Q值存在，且不是很窄。

取中心角频率：

，取

=200Hz。

固定C=0.1uf，可求得R约为7.96K。

1.输入与输出的正负端，滤波部分的负端均为+12V对应的GND（信号发生器和示波器的红色为正端，黑色为负端；

实验板的正负端在板子上已注明）。

2.频谱图是幅度—频率曲线图，横轴是图形频率，纵轴表示此频率的幅度，因此在频谱图上会看到有脉冲产生，脉冲越窄，频率越的干扰越小，脉冲越高，此频率的波越占主体。

3.在第2）步信号产生中有可能信号在所要求的频率处不稳定，就根据情况调节一个相对稳定的波形，在要求频率附近即可。

选择电源+12V，-12V，+5V。

2）信号产生：

50HZ正弦波输出：

将图3-3中“50HZ正弦波输出端”接至示波器，观察图形，进行调节：

标有RC_50的电阻即为50HZ正弦波产生电路的电阻，产生一个较稳定的50HZ正弦波。

调节Rf2，调节输出波形的幅值，使波形稳定

1KHZ正弦波输出：

将图3-3中“1KHZ正弦波输出端”接至示波器，观察图形，进行调节：

标有RC_1K的电阻即为1KHZ正弦波产生电路的电阻，产生一个较稳定的50HZ正弦波。

200HZ正弦波输出：

将图3-3中“200HZ正弦波输出端”接至示波器，观察图形，进行调节：

标有RC_200的电阻即为200HZ正弦波产生电路的电阻，产生一个较稳定的200HZ正弦波。

3）信号叠加：

将产生的信号连接到信号叠加模块的输入端

将图3-3中“50HZ，1KHZ，200HZ正弦波输出端”分别连接到图3-6中三个输入端：

“叠加部分的50Hz输入端”，“叠加部分的1KHz输入端”，“叠加部分的200Hz输入端”。

用示波器观察图3-6中”叠加部分的输出端”+OUT的波形，分析输出端波形的变化及所含有的频率分量，画出叠加后的波形图。

4）低通滤波

a）信号选择：

选择50HZ和1KHZ的叠加信号，即将图3-3中“50HZ，1KHZ正弦波输出端”分别连接到图3-6中前两个输入端：

“叠加部分的50Hz输入端”，“叠加部分的1KHz输入端”，用示波器观察叠加信号的波形。

b）滤波：

将图3-6中“叠加部分的输出端”+OUT接到图3-7中“低通滤波的输入端”LP_IN。

c）观察滤波后的波形：

将图3-7中“低通滤波的输出端”LP_OUT接入示波器，观察输出图形与输入图形的变化。

d）观察滤波后的频谱：

将输出波形接入示波器中，按下示波器上的MATH按钮；

选择菜单栏上的“操作”选项，即按下示波器屏幕边上竖着连续排列的五个按钮的第一个按钮；

在弹出的菜单中选择FFT选项，即转动标识为的

多功能旋钮，选择FFT，按下多功能旋钮，在屏幕下方出现FFT窗口。

5）高通滤波

将图3-6中“叠加部分的输出端”+OUT接到图3-7中“高通滤波的输入端”HP_IN。

将图3-7中“高通滤波的输出端