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电子测量与虚拟仪器课程设计 设计任务指导书 物理与电子工程学院 2011年4月 课题一 基于二极管整形网络的正弦信号发生器 1课题要求 使用模拟或者数字的方法设计一个频率可调的三角波发生器，并利用二极管网络将三角波整形成为近似正弦波。对整形的正弦波作进一步处理： 使正弦波峰峰值可变 使正弦波可叠加直流偏置 频率调节范围50Hz～100KHz 分析原理，设计电路，正确选择参数，在实现电路仿真的基础上搭建和调试硬件电路 2课题要点和指导 三角波发生器，可利用运算放大器、555定时器等器件实现方波振荡，利用方波的积分效果得到三角波。 二极管整形网络，可参考《电子测量技术基础》、《通用电子电路应用400例》等相关书籍，其基本原理图如下，其中R7~R14 R1~R6： 要实现峰值可变及叠加直流偏置可使用运算放大器。 频率调节范围尽量大，不要求完全达到，但应分析原因。 课题二 基于LPF滤波器的正弦信号发生器 1课题要求 设计一个占空比可变、频率可调的矩形波发生器，另外设计一个截止频率可跟踪调节的滤波器，对矩形波滤波，获得同频率正弦波。对正弦波作进一步处理。 使正弦波峰峰值可变 正弦波可进行一定程度的相位调节 频率调节范围可跨越4个10倍频程 *输出功率 峰值5V /10V 带动50欧姆负载 2课题要点和指导 方波发生器，可利用运算放大器、555定时器等器件实现方波振荡； 方波的占空比、频率通过正向和反向积分时间常数的RC参数进行调节，问题在于调节占空比时如何使频率保持不变。 产生的矩形波（以方波为例），经FFT变换后可知，其包含的频率分量包括1次谐波、3次谐波、5次谐波……所以滤波器设计的关键在于如何将高次谐波干净的滤去，截至频率需要设在3次谐波以下。另外由于1次谐波和3次谐波间隔较短，所以要求滤波器的衰减应至少是-40db/dec。可参考下图设计4阶有源滤波器（-80db/dec）。 参考资料康华光《模拟电子技术》。 输出功率可以参考互补功率输出器。 课题三 数字合成低频信号发生器 1课题要求 设计一个数字合成低频信号发生器，参考框图如下 其中DA模块使用集成运放构建。通过调节电阻网络参数，产生近似的正弦波信号。 2课题要点和指导 课题背景：数字合成低频信号发生器可以有效地改善RC文氏桥振荡器频率准确度低、稳定度较差、非线性失真较大、输出信号的幅频特性不太平坦等缺点。正弦波由阶梯波合成，而阶梯波的形成是由存储在只读存储器(ROM)中的数字信息经数/模转换器(DAC)形成的。 下图为阶梯波构成的波形示意， 再经低通滤波器加以“平滑”， 即滤除阶梯波中的高次谐波， 得到正弦波输出。 本课题DAC要求用运放加法器实现，不使用ROM，DA的数字信号直接来自计数器。 产生的波形基本要求是得到三角波，发挥要求为正弦波（不易实现）。 课题四 相位差检测电路 1课题要求 设计一个直读相位差检测电路，该电路可测试一个经过移相电路的信号（正弦波）移相后与原信号间存在的相位差，可由测试电路检测并显示。要求 设计移相电路 设计检测电路，可以使用MCU或者Labview 方法一：使用模拟式检测方法，将相位差信号转换成直流电压或者直流电流信号进行检测。 方法二：或者使用数字式相位计原理设计电路。 4）要求分析系统最后的精度。 2课题要点和指导 基本的移相网络是RC电路，如下图，一级RC可实现0~90o滞后或者超前相位，但其主要缺点是信号衰减。所以应考虑改进使用有源RC移相网络，以及进行级联。 模拟和数字相位检测方法参考《电子测量技术基础》，基本原理如下 模拟法 数字法 课题五 基于编程语言的随机误差处理程序 1课题要求 试用VB编程或C语言实现一个随机误差处理程序（假设不存在系差）。程序可对输入的测试样本（未知个数）进行随机误差分析，可根据莱特准则删除坏值，并计算最终值的表达式。软件要求接口合理，提示说明充分。 1）可以读取文本文件的样本 2）可以手工输入样本 3）可以增加、删除、替换样本 4）可以显示详细的计算过程 2课题要点和指导 当对某一量进行等精度测量时， 测量值中可能含有系统误差、 随机误差和疏失误差。 为了给出正确合理的结果， 应按下述基本步骤对测得的数据进行处理： （《电子测量技术基础》 ） 　 (1) 利用修正值等办法对测得值进行修正， 将已减弱恒值系差影响的各数据xi依次列成表格。 (2) 求出算术平均值　　　 (3) 列出残差vi=xi－ , 并验证　　 (4) 列出v2i, 按贝塞尔公式计算标准偏差(实际上是标准偏差σ的最佳估计值): (5) 按|vi|3σ的原则， 检查和剔除粗差(见2.4节式(2.4-25)和式(2.4-26))。 如果存在坏值， 则应当