《电气测量 第7版》课件 陈炳煌 第6-14章 波形的测量 -虚拟仪器

第六章波形的测量第一节概述第二节示波管第三节示波器电源第四节示波器的Y通道第五节示波器的X通道第六节通用示波器实例第七节示波器的应用第六章波形的测量第六章目录本章介绍电子示波器的电路与器件，包括示波管、高低压电源、Y通道、X通道、电子开关，以及附属电路的结构、原理与技术性能。并通过第七节的典型实例，进一步了解常用的示波器电路形式，电子示波器的使用方法以及面板上旋钮的功能。

本章要求学生熟练掌握示波器的操作方法，电路结构是为了帮助了解所操作的对象，以及被操作对象所在部位。以便在发作故障时能知道处理。

第六章波形的测量本章要点第六章波形的测量第一节概述第六章波形的测量一.电子示波器分类电子示波器模拟示波器数字示波器通用示波器取样示波器多踪示波器特殊示波器实时显示数字读出示波器数字存储示波器实时显示与存储示波器逻辑分析仪第六章波形的测量电子示波器是利用被测信号控制电子束在Y轴的位置，同时利用内部的锯齿信号，使电子束重复地沿水平方向匀速扫描，然后在示波管荧光屏或液晶显示器上观察被测信号波形的一种仪器，因此一台电子示波器至少要包括X、Y通道和显示器三个部分。二.电子示波器工作原理第六章波形的测量第二节示波管第六章波形的测量示波管又称阴极射线管，由电子枪、偏转系统和荧光屏等部分组成，所有部件都密封在一个喇叭状的玻璃管中，内部抽至高真空，其结构如下图。示波管结构T-灯丝K-阴极G-控制栅极A1-第一阳极A2-第二阳极A3-第三阳极Y-Y偏转板X-X偏转板P-屏蔽极M-后加速阳极Q-荧光屏第六章波形的测量电子枪由灯丝、阴极、控制栅极和第一阳极，第二阳极和第三阳极组成。这些电极做成同轴的圆环或圆筒，装在一个固定支架上，然后安放在管子的颈部。一.电子枪第六章波形的测量大多采用静电偏转系统，它由两对相互垂直的偏转板构成，每对偏转板的两块极板相互平行，并对称于示波管的中心轴。一对装在离荧光屏较远的地方，作为垂直偏转板，又称为Y偏转板。另一对装在离荧光屏较近的地方，作为水平偏转板，又称为X偏转板，电子束从电子枪射出之后，依次从两对偏转板之间通过，偏转板加上不同电压，可使电子束产生不同的偏移。二.偏转系统第六章波形的测量荧光屏位于示波管喇叭口的端面，端面内壁涂上一层荧光质，电子束轰击荧光质时，能够激发荧光质发出亮光，荧光的亮度与电子束的密度、速度以及荧光屏所用的荧光材料有关。三.荧光屏荧光屏的另一重要特征是余辉时间，所谓余辉指电子射线停止轰击，荧光屏上的荧光材料还能持续发光，其持续发光的时间称为余辉时间。示波管的余辉时间分为长、中、短三种第六章波形的测量通常的情况下，被观察的波形信号加在Y偏转板，时间扫描信号加在X偏转板，为了控制荧光屏上显示图象的亮度和聚焦，在示波管的栅极和各阳极加上不同的直流电压，如下图所示。四.示波管各电极的电压第六章波形的测量第三节示波器电源第六章波形的测量示波管灯丝电压由工频电源经变压器降压后提供，虽然灯丝电压本身只有几伏或十几伏，属于低压。但是因为灯丝与阴极极为靠近，为减小两者电位差，通常也置以高电位，如图加-1kV电位。一.示波管的灯丝电源示波器必须为内部各种元、器件及电路提供不同电压的电源第六章波形的测量示波器内部所需的低压电源，可用工频经降压、整流、滤波获得。也可以利用直流-交流-直流转换器，后一种方法因工作频率较高，所需的变压器体积小，并可用较小的滤波电容，使得性能与价格都比工频优越。二.直流低压电源工频变压器有工频变压器的直流-交流-直流转换器第六章波形的测量二.直流低压电源无工频变压器直流-交流-直流转换器第六章波形的测量示波管需要1000V以上的直流高压电源，通常使用直流-高频交流-直流变换器，这种变换器因工作频率高，可以用体积较小高压变压器和电容量较小的高压滤波电容，以节省费用和空间。三.直流高压电源稳压电路第六章波形的测量第四节示波器的Y通道第六章波形的测量由于被测信号要从示波器的Y通道输入，因此它的性能直接影响示波器的测量准确度，所以要求Y通道一.示波器Y通道的技术性能5.漂移、干扰和噪声：Y通道应具备抗干扰与抗漂移能力。1.频率宽度：必须满足测量对象的需要，例如测量视频信号至少要有6MHz带宽。2.输入阻抗：例如5MHz带宽的示波器，其输入电阻至少必须大于1MΩ，输入电容小于40μF。3.灵敏度：一般示波器Y灵敏度约为毫伏级，特殊的场合要求Y通道灵敏度能达到微伏级。4.非线性失真：一般要求小于3%~10%。第六章波形的测量Y通道包括探头、衰减、放大、电子开关与延迟线。二.Y通道的结构5.双踪电子开关：双踪显示时，用于选择A通道或B通道。1.探头：提高输入阻抗，补偿输入引线对频率特性的影响。2.衰减器：调节Y通道的灵敏度。3.放大器：增加Y通道放大倍数，提高灵敏度。4.延迟线：延迟Y通道信号到达偏转板的时间，防止Y通道信号比扫描信号到达偏转板的时间早，使被测信号开始部分无法显示。第六章波形的测量Y通道的调节衰减器调节:通常利用RC分压衰减器，改变RC值，达到改变Y通道的输出幅度的目的，调节时应注意正确补偿。信号幅度微调:衰减器调节通常作为输出幅度的粗调，还要通过调节放大器的放大倍数对输出幅度进行微调。两者结合以后可使荧光屏所显示的波形大小适中，以便于观察。例如输入信号幅度为1mV，若示波管的Y轴偏转灵敏度为20V/cm，要使显示波形的幅度达到5cm，就要求Y通道输出幅度达100V，这就要求粗调与微调能使Y通道的放大倍数在0至100000之间进行调节。第六章波形的测量双踪显示如示波器有两个Y通道，可以通过电子开关，打开其中一个通道，显示该通道的波形，也可以同时打开两个通道，实现双踪显示，双踪显示有交替和断续两种方式，如果交换周期等于扫描周期，则每次扫描都可以有一个完整的扫描波形，称为交替。如果交换周期小于扫描周期，显示波形会呈现为断续状，称为断续。第六章波形的测量第五节示波器的X通道第六章波形的测量一.示波器X通道的技术性能1.锯齿波幅度：为便于观察，一般示波管要求扫描线长度有10cm，液晶显示器要求占满显示板。因此要求X通道的输出电压达到100V以上。2.锯齿波的线性：一般示波器要求X通道的非线性失真小于3%-10%。3.扫描速度调节范围:扫描速度要与被测信号的频率相适应，至少能观察到一个完整的波形，若Y通道最高频率为0~100MHz，扫描速度调节范围要求为1s~0.01μs，调节扫速实际上就是调节扫描波的正程时。第六章波形的测量二.X通道的结构X通道结构有连续和触发两种方式，现在示波器都采用由密勒电路组成的触发扫描结构，这种结构由触发放大与整形、闸门与密勒积分、释抑电路以及X放大等几部分组成。其中X放大与一般放大器没有什么区别，频宽约为Y通道频宽的十分之一，其输出要保证扫描线的宽度占满全屏。第六章波形的测量1.扫描发生器（1）触发信号放大与整形触发信号可以是被测信号本身(内)，也可从外部引入(外)。触发信号经放大后还需整形，整形利用施密特电路在它翻转时输出的方波脉冲作为触发输出，调节参考电平可改变触发输出方波前沿与后沿的位置。整形后的触发放大输出的方波又称为闸门触发脉冲，闸门触发脉冲的下降沿将打开时基闸门，相当于闸门开启，闸门开启时闸门输出将启动密勒电路开始扫描，所以闸门触发脉冲的下降沿也代表扫描正程的开始位置。第六章波形的测量（2）时基闸门时基闸门一般由双稳电路构成，电路具有两种状态，当未加触发信号之前，电路输出高电平，这种状态称为闸门关闭状态或称等待状态。当触发信号使闸门输入超过它的下触发电平，闸门翻转（图A点），翻转后输出低电平，这种状态称为闸门开启状态，开启之后，启动扫描触发扫描发生器产生锯齿波。当锯齿波峰值超过上触发电平时（图B点），通过释抑电路；反馈到闸门输入端，使闸门再次翻转，恢复为关闭状态，等待下一次触发。时基闸门从关闭到开启到重新关闭，输出一个负向方波；方波的下跳变对应于锯齿波的起点，方波的上跳变对应于锯齿波正程的终点第六章波形的测量（3）密勒积分电路密勒电路实际是一个他激锯齿波发生器，由高增益放大器A和反馈电容（也称密勒电容）C组成。反馈电容可等效为在输入端接上一个大电容C（A+1）。以便充电时利用其充电曲线的直线部分。经施密特电路整形后闸门触发脉冲，启动时基闸门，时基闸门的输出方波加在密勒电路输入端，密勒电容开始充电，相当于扫描正程的开始，直至闸门输出的方波翻转，密勒电容开始放电，对应于正程结束与逆程开始。第六章波形的测量（4）释抑电路释抑电路用来控制扫描波的终点与起点。扫描电压升到一定高度后，通过释抑电路，使时基闸门翻转，关闭闸门，结束正程转为逆程。考虑到逆程开始之后，闸门随时都可能被触发信号重新打开，造成扫描波未回到起点，又开始新的正程。为此，扫描发生器通过释抑电容将逆程电压下降速度变慢，用它抑制闸门不使过早打开。保证扫描波形回到起点之后，才会产生新的一轮扫描。第六章波形的测量2.X放大器

X放大器主要用于放大扫描发生器输出的锯齿波，由于锯齿周期大约为被测周期的10倍左右；所以X放大器的频带宽度大约为Y放大器的1／10，而且频率下限不一定要扩展到直流，可以采用交流放大器电路。考虑到X偏转板需要200～300V左右的锯齿电压，扫描发生器输出锯齿波幅度大约为几伏，所以又放大器的增益大约为几百倍。第六章波形的测量第六节通用示波器实例第六章波形的测量BS--601型双踪示波器面板外形第六章波形的测量BS-601双踪示波器.结构框图第六章波形的测量一.Y通道1.衰减器与前置放大:BS-601双踪示波器的衰减电路有两级，第一级为RC分压衰减器，衰减比分别为1:1、1:10、1:100、1:1000，第二级为集成电路IC10组成的衰减器，衰减比分别为1:1、1:2、1:4，级连后组成12档的衰减电路。可以由1:1调至1:4000，测量范围从0.05cm/V至0.2cm/mV。第六章波形的测量一.BS-601Y通道前置放大:前置放大级的任务是将Y输入信号送Y放大和触发放大第六章波形的测量一.BS-601Y通道2.混合放大和输出级:混合级与末级任务是将前置放大级送来信号放大后送示波管的Y偏转板。第六章波形的测量二.X通道1.X-Y选择电路X-Y选择可以控制工作于扫描方式或X-Y方式，前者用于观察随时间变化的波形，后者用于观察李沙育图形或描绘特性曲线。第六章波形的测量二.X通道2.X放大器X放大器由VT2-15、VT2-16、VT2-17、VT2-18、VT2-19、VT2-20、VT2-25、VT2-26组成，X放大增益可由RP2-12调节，以便通过增益调节改变扫描线长度。第六章波形的测量二.X通道3.触发放大整形扫描电路由触发放大、同步分离、触发整形、时基闸门、密勒积分电路和释抑电路等部分组成。触发、放大、整形是扫描电路的前端，触发、放大、整形部分开关包括触发极性开关：S2-3可选内（INT）、CHB（YB）、外（EXT）、电网（LINE）。S2-1可调节同步极性+/-，选择扫描起点在被测信号的前沿或后沿。同步方式开关：触发信号选择开关：S2-2可选AC、HF、TV。第六章波形的测量二.X通道4.锯齿波发生器锯齿波发生器包括时基闸门、密勒积分和释抑电路三个部分。锯齿波发生器的工作状态可以通过以下开关进行调节。扫速调节开关：触发电平调节可用于选择扫描起点位于被测信号的位置。S2-4作扫速粗调，R2-4作扫速微调。扫描线长度调节开关：稳定度调节开关：

RP2-13可调节荧光屏上的扫描线长度。电平调节开关：可调节扫描发生器处于自激还是触发状态。第六章波形的测量二.X通道触发、放大、整形、扫描电路第六章波形的测量三.工作方式逻辑控制电路选择进入Y通道混合级的信号是YA或YB或同时输入，OA和OB就是用来打开YA和YB的控制信号。例如单踪时仅打开YA或YB中的一个，双踪时轮流打开。如果是选择轮流打开YA、YB，则控制信号OA、OB也必须轮流置低电平。BS-601型有YA、YB、DUAU（双踪）、ADD（YA+YB）等四种工作方式，选择某一种工作方式时，必须通过逻辑控制电路，选择信号的走向。包括。以上工作由逻辑控制电路和工作方式转换开关联合完成选择进入触发放大器的信号，如果选择外触发或LINE触发可以由触发源选择开关控制，但在使用内触发时，还需要通过OTA、OTB控制信号，选择进入触发放大器的触发信号是YA还是YB。第六章波形的测量三.工作方式逻辑控制电路单踪工作方式第六章波形的测量三.工作方式逻辑控制电路双踪工作方式第六章波形的测量三.工作方式逻辑控制电路叠加工作方式第六章波形的测量三.工作方式逻辑控制电路X-Y工作方式第六章波形的测量四.电源与校正电压发生器整机设有六组中低压电源和两组高压电源，其中-8V、+5V、+12V、+20V四组低压电源采用三端稳压集成电路作为稳压元件。+220V和+120V电源则用晶体管作为串联稳压电路的调整管。+2000V和-1900V高压电源采用交流—直流—交流变换器。整机还设有一些辅助电路，即：

(1）-8～12V可调节直流电源供扫描轨迹校正线圈使用，以纠正因电子枪安装位置偏差或地磁场干扰造成的扫描线倾斜。(2)1kHz矩形波振荡器提供一个频率、幅度较稳定的方波，供示波器校正。

(3)Z信号放木器由IC2-4输出的增辉信号加到示波器的栅板，以增强正程辉度，并使逆程辉度得到消隐。第六章波形的测量第七节示波器的应用第六章波形的测量一.应用示波器观测波形波形周期=在X轴所占格数×X轴偏转因数利用轨迹图形，可以测量两电压的相位差，若频率不同图形与图形方程都比较复杂。但可以根据与Y、X轴的交点数推算两频率的比值。二.应用示波器观测李沙育图形当两电压的频率相同时，所形成的轨迹方程为Y轴加电压波形电压=在Y轴所占格数×Y轴偏转因数X轴加电压第六章波形的测量二.应用示波器观测李沙育图形频率比值为1:2时形成的李沙育图形求频率比可以在李沙育图形上引进一条水平线和一条垂直线，注意不要通过交点，也不要相切，力求交点最多。则Y向交点数/X向交点数=X通道信号频率/Y通道信号频率第六章波形的测量二.应用示波器观测李沙育图形频率相同相位不同形成的李沙育图形第六章波形的测量三.调辉法加亮的时间标志调辉法必须使用示波器的Z轴通道，将标准时间间隔脉冲加在Z轴，就会在被测波形上嵌入加亮的时间标志，从而测出被测波形的周期。第六章波形的测量三.方波测试技术将方波信号输入被测网络输入端，用示波器观察网络输出端的波形。可以评估网络的频率特性。第七章磁的测量第一节概述第二节磁场的测量第三节磁性材料的测量第七章磁的测量第七章目录电磁测量包括电测量和磁测量，磁测量多在设计和研究领域中使用。在生产磁性材料的工厂，如硅钢片厂、磁钢厂，使用的多是专用装置，这些装置在一般工厂并不常见，所以本章只介绍磁测量的的基本内容和基本原理，以及通用的磁测量装置，为将来可能从事磁测量工作的同学打下一个基础，在介绍中，也暂不涉及测量中的具体技术问题。。

第七章磁的测量本章要点第七章磁的测量第一节概述第七章磁的测量测量某个空间或某个位置的磁场强度、或磁感应强度。例如建造一个磁隔离室，就需要测量室内磁场是否完全被屏蔽。又例如对磁铁进行充磁或退磁，就需要测量充磁或退磁的磁场强度是否足够。磁测量包括两个方面一.磁场的测量二.磁性材料的测量磁性材料的磁性能表现在它的磁化曲线和磁滞回线上，所以测量磁性材料的磁性能，实际上就是测定磁化曲线和磁滞回线。由于材料在直流状态下和在交流状态下的表现各异，所以要根据需要，按实际工作条件，测量其直流磁特性或交流磁特性。第七章磁的测量专用的磁性能测量仪器第七章磁的测量第二节磁场的测量第七章磁的测量冲击检流计特性：冲击检流计的可动线圈具有较大的惯性，若与另一测量线圈相连接，则测量线圈所感应的瞬时电流与持续时间的乘积（即脉冲电荷量）与冲击检流计的可动线圈的最大偏转角成正比。可见冲击检流计可测量瞬间通过它的脉冲电荷量。一.用冲击检流计测量磁通第七章磁的测量冲击检流计测量磁通原理：一.用冲击检流计测量磁通测量磁场时将测量线圈移进到被测磁场，将在线圈中产生一脉冲电荷，可证明脉冲电荷量正比于磁通变化量，为此可通过测量脉冲电荷量，求得测量线圈所处的空间的磁通变化量。脉冲电荷量与磁通变化量关系可由下式求得第七章磁的测量一.用冲击检流计测量磁通测量开始与终了电流皆为零，可认为可求得式中表明通过检流计的电荷量q与线圈内磁通变化量成正比，代入求检流计偏转角公式若从被测磁场移出，磁通变化量即等于磁通量，若将测量线圈旋转180°，磁通变化量等于磁通量两倍。第七章磁的测量磁通计结构：磁通计使用高阻尼、无反作用游丝的磁电系仪表，偏转后可动线圈会停留在最终位置，不会因为断电而退回零点。因此可以用来测量偏转角的最大值，开始测量时可用复位按钮将指针调回到零点位置。然后将测量线圈移进或移出磁场，测定偏转角的最大值二.磁通计第七章磁的测量磁通计测量原理二.磁通计也就是磁通计的最大偏转角与被测磁通变化量成正比。若从被测磁场移出，磁通变化量即等于磁通量.。测量线圈移进或移出之后，磁通计的最大偏转角能保持不变，以便于读数。可动线圈转动时在永久磁铁做用下感应电势为忽略回路电阻可认为eL=ec,并略去符号，可得将测量线圈移进被测磁场，或从被测磁场移出，测量线圈所感应的电动势可按下式求出第七章磁的测量三.高斯计若用电压表测量，就可以根据的电压值求出对应高斯值，或者直接在电压表的标尺上，用高斯值刻度，即构成了高斯计。高斯计是利用半导体的霍尔效应来测量磁感应强度的仪器。将霍尔元件置于磁场中，若磁场方向与霍尔片垂直，并从一个对边通入电流，则另一个对边将出现电压，所产生的电压与所处磁场的磁感应强度B成正比。即第七章磁的测量第三节磁性材料的测量第七章磁的测量要测量磁性材料的性能首先要把待测材料制成试样并在试样上绕制线圈，然后根据材料的工作条件，测量它的直流或交流磁特性。测量时要求样品内部磁场必须分布均匀。试样可制成环状、棒状或条状。磁性材料测量方法第七章磁的测量用冲击电流计测量磁特性步骤一.直流磁特性的测量第一步：测定冲击电流计的磁通冲击常数图中先将开关投向右边，由电流表测出通过互感的电流值，记下冲击电流计测出的最大偏转角。若式中M为已知，可从上式求得αm值。第七章磁的测量用冲击电流计测量磁特性步骤一.直流磁特性的测量第二步:退磁将开关S1投向左边，将S2反复改变投向，并不断加大R1使电流逐渐减少，直至为零时，材料就被退磁。从最大磁感应强度的较小的值开始，依次改变磁化电流，将每次磁化电流值代入安培环路定律的公式，求出磁场强度H，再用冲击电流计测出磁感应强度B，根据每次对应的H、B。即可画出基本磁化曲线。第三步：测量基本磁化曲线第七章磁的测量用冲击电流计测量磁特性步骤一.直流磁特性的测量常用磁性材料的磁化曲线铸铁铸钢硅钢片铸铁铸钢硅钢片铸铁、铸钢及硅钢片的磁化曲线第七章磁的测量用冲击电流计测量磁特性步骤一.直流磁特性的测量第四步：测定磁滞回线由于磁滞回线是对称的，所以只要测出磁滞曲线的一个半边，另一个半边就可以按对称原则画出。测量时激磁电流可以从最大值开始，然后逐渐调小，直至等零。然后再从零向负向最大值调节，至负最大值为止。之间可以取若干点。测量顺序如下式。第七章磁的测量用冲击电流计测量磁特性步骤一.直流磁特性的测量磁滞回线：铁磁材料的磁化过程是不可逆的当铁磁质达到。反向减小H到0，则B沿de到-Br。H按原方向增加经ef到Hc；继续增大H，则B沿fa回到原来饱和状态。达到饱和后，减小H，B沿图ab下降；当H=0时B＝Br，称为剩磁。当H＝Hc时，B=0，bc段是退磁曲线Hc称为矫顽力；反向继续增大H，铁磁质反向沿cd段达到饱和；第七章磁的测量二.交流磁特性的测量交流磁特性是指磁性材料在交变磁场反复磁化时所测出的H-B关系曲线。并称为动态磁滞回线。 若交变磁场的磁场强度最大值不同，所形成的动态磁滞回线也不同，将不同的动态磁滞回线顶点连起来，即形成动态磁化曲线。从动态磁化曲线上的Hm、Bm求出的磁导率，则称之为振幅磁导率。可见交流磁特性可归结为磁导率的测量。也就是Hm、Bm的测量。第七章磁的测量二.交流磁特性的测量1.用指示仪表测量交流磁化曲线若在被测磁性材料做成的试件外绕上线圈，通过测定线圈二次侧感应的电压可以求出材料中的Bm,若磁通变化为正弦波，感应电势也一定为正弦波，但电流不一定为正弦波，这时可通过二次侧平均值，求得磁通变化最大值，其关系为移项得第七章磁的测量二.交流磁特性的测量1.用指示仪表测量交流磁化曲线测量最大磁场强度必须测出通过样品绕组的最大电流，由于电流不是正弦波，磁化电流最大值要用一个互感线圈测量。从互感线圈二次绕组感应电压的平均值求出磁化电流的最大值，然后再从电流最大值求出最大磁场强度第七章磁的测量二.交流磁特性的测量2.用指示仪表测量损耗交变磁场下的功率损耗，可用功率表测量，图中测出的功率等于试样铁损耗加上功率表和电压表的损耗。由于功率表的电压圈接在二次侧，所以功率表所测的值已经不包括绕组的铜损耗。第八章数字电压表第一节数字电压表的性能指标第二节数字电压表的结构类型第三节数字电压表实例第四节数字万用表实例第八章数字电压表第八章目录数字测量使用数字显示，从而消除因指针及仪表可动部件引发的机械误差。数字电路容易集成化、数字信号在传送过程不易受到干扰，存储能力强，便于传送，便于与计算机或自动控制系统相结合，是电气测量的发展方向，数字电压表是数字测量的基础。本章主要介绍数字式电压表的技术性能指标、结构类型，不同类型的A/D转换原理，以及显示器件的电路结构，并以CL系列数字式交流电压表为实例，具体介绍数字电压表的结构。

第八章数字电压表本章要点数字万用表体现了数字电表的特色，第四节以DT-830为实例，进一步了解数字仪表的电路分析方法，以提高学生阅读数字电路的能力。第八章数字电压表第一节数字电压表的性能指标第八章数字电压表数字式电压表的显示位数通常用一个整数和一个分数表示，例如3位、3位、4位、4位等等，其中整数部分表示能显示0～9全部数字的位数有几位，分数部分用于表示最高位的显示性能，其中分子表示最高位数字可能显示的最大数值，分母表示满程时应该显示的数值。一.显示位数二.灵敏度用分辨力或分辨率表示，分辨力是指最低量程时末位1个字所对应的电压，分辨率指能测出的电压最小变化量与最大数字之比的百分数表示。例如3位的数字电压表，如果最低量程末位为1微伏，代表其分辨力为1微伏，或者说灵敏度为1微伏。测出的电压最小变化量为1，最大数字为1999,则分辨率为=0.05%。第八章数字电压表量程范围指电压表测量电压时，从0到满度的显示值。例如0～19999V，若有正负号，则表示从0到±满度的显示值，例如0～±19999V。三.量程范围五.输入阻抗数字仪表可以达到0.05%，有些数字仪表可以达到0.01%。四.准确度输入电阻达到20000～25000MΩ，输入电容小于40pF。六.频率范围多数用于直流与低频，可扩大到高频。七.测量速度测量速度指单位时间，以规定的准确度完成的最大测量次数。第八章数字电压表第二节数字电压表的结构类型第八章数字电压表又称斜波型，它将不同被测电压值转换为不同的时间间隔，用这个时间间隔的起止点，控制进入计数器的脉冲个数，使显示器能显示出不同数值一.电压-时间变换型第八章数字电压表将不同被测电压值转换为不同频率的信号，再通过整形转换为同频率的脉冲，进入频率计数器进行计数显示，所显示的频率值就代表电压值。二.电压-频率变换型第八章数字电压表将被测电压与数码开关送出的基准电压进行比较，如果基准电压小于被测电压，则将基准电压逐次递加，直至基准电压逼近被测电压并等于被测电压为止，这时显示器所显示的数码寄存器基准电压就是被测电压。三.逐次逼近比较型第八章数字电压表第三节数字电压表实例第八章数字电压表整个电路是由输入通道、时钟电路、A/D转换、驱动显示四大部分组成一.CL系列数字式交流电压表的基本结构第八章数字电压表CL系列数字式交流电压表电路图一.CL系列数字式交流电压表的基本结构第八章数字电压表R1、R2、R3、R5、C1组成取样电路，被测电压转换为小电压，送IC1检波并放大二.输入通道三端可调分流基准源芯片IC6(TL431)使2、3两点产生较稳定的基准电压，若有波动通过IC6分流，改变R21、R23上的压降，保证输出不变零点稳定。RP1作为调零。当输入为零时，调节RP1使显示为0。IC1A、VD1、VD2组成具有负反馈的检波电路整个IC1B组成直流放大器，RP2为调节满度电位器。从输入端加入100V电压，调节RP2使显示100.0第八章数字电压表采用四位半的A/D转换芯片ICL7135，内包括模拟和数字电路两部分。模拟电路将被测电压转换为时间间隔，属于电压－时间变换型。模拟电路变换器由运放单元组成缓冲器、积分器、比较器以及四组模拟开关组成，外围（虚线之外）接有基准电容、积分电容、积分电阻和自动调零补偿电容。三.A/D转换芯片第八章数字电压表第一阶段基准电压源还通过模拟开关向充电，充到等于为止，以供第三阶段使用。三.A/D转换芯片ICL7135A/D转换芯片的工作过程第一阶段：自动调零阶段上电时内部控制逻辑令所有SAZ闭合,其余断开，输入端IN+、IN-亦开断，这时无外部电压输入，若输出端出现不为零的电压，说明电路失调，所出现电压就称为失调电压。利用失调电压对自动调零补偿电容CAZ充电，测量时利用调零电容上的电压与外部被测电压相抵消，以补偿测量时电路失调造成的误差。第八章数字电压表三.A/D转换芯片ICL7135A/D转换芯片的工作过程第二阶段：正向积分阶段或称为取样阶段在这个阶段，由控制器发出的取样命令，让所有SINT闭合，其余断开。被测电压通过缓冲器、积分电阻对积分电容CINT进行充电，经一定时间间隔后断开，这时积分电容上所充的电压为第八章数字电压表三.A/D转换芯片ICL7135A/D转换芯片的工作过程第三阶段：反向放电阶段

第八章数字电压表三.A/D转换芯片ICL7135A/D转换芯片的工作过程第四阶段：零积分阶段如果超量程，经过以上三个阶段之后，积分电容上电压可能尚未回零，为保证积分电容的快速回零，控制器令将IN-与COM短接，IN+与输出端短接保证积分电路迅速回零。自动调零积分电容正向充电积分电容反向放电零积分保证积分电容回零将模拟电压转换为时间间隔第八章数字电压表四.时钟电路ICL7135型转换芯片需要外接时钟信号，图中选用74HC4060（IC3）作为时钟振荡器，振荡器部分通过外接4MHz的晶振，产生4MHz的时钟脉冲，经64分频，从IC3的Q6接到A/D转换芯片ICL7135的引脚CLK。第八章数字电压表五.显示电路第八章数字电压表五.显示电路显示电路的主要部件电压表选用四位数码管,分别显示个、十、百和千位。另一单位的数码管显示万位。采用动态显示方式，由ICL7135的B1、B2、B3、B4四引脚输出被测电压的BCD码。经CD4543译码后接数码管。其中万位只需显示数码1或符号，所以只接数码管的b、c两个引脚。从D1、D2、D3、D4、D5依次输出位码。当D1=1时，BCD码对应于个位。D2=1时对应于十位，以此类推。考虑到公共端的电流较大，所以用达林顿晶体管阵列ULN2003作为公共端的驱动第八章数字电压表第四节数字万用表实例第八章数字电压表数字万用表的性能指标准确度：置于直流电压档，可达±0.5%±1字其他档位略低工作频率：一般不超过1kHz。测量范围：可测量电压、电流、频率和电路参数R、L、C。分辨力：可达到微伏级。测量速度：每秒2~5次。输入阻抗：输入电阻10MΩ，电容150pF。保护：一般都有过载与过电压保护。显示位数：有3½、4¾等几种，整数部分表示能显示0~9的位数，分数部分表示最高位性能，分子表示最高位所能显示的最大数值，分母表示满程时所表示的数值。第八章数字电压表DT830数字万用表外形第八章数字电压表DT830数字万用表电路第八章数字电压表1.模拟电路部分：使用双积分A/D转换器，将输入的模拟电压转换为时间间隔，取UREF=100mV，T1=1000T0，送到计数器的脉冲个数N刚好等于被测电压。一.ICL7106的内部结构第八章数字电压表2.数字电路部分：包括时钟振荡器、计数器、锁存器译码器、相位驱动器控制逻辑液晶显示器等部分。一.ICL7106的内部结构第八章数字电压表3.引脚设置一.ICL7106的内部结构第八章数字电压表TCL7106时钟振荡器所需要的阻容元件、和A/D转换器所用的积分电容、积分电阻和自动调零电容，都是TCL7106内部电路所需要，但又接在时TCL7106芯片之外的元件，所以称为外围元件。二.TCL7106的外围元件第八章数字电压表三.显示电路第八章数字电压表1.测量直流电压四.DT-830型数字万用表的使用被测电流输入量程调节转换成200mV输入第八章数字电压表2.测量直流电流四.DT-830型数字万用表的使用10A输入被测电流输入量程调节转换成200mV输入第八章数字电压表3.测量交流电压四.DT-830型数字万用表的使用量程调节过压保护运算放大器转换成200mV输入第八章数字电压表测量交流电流需要先将被测交流电流值转换为交流电压，即I/U转换，然后再将交流电压转换为直流电压，即AC/DC转换，I/U转换过程和测量直流电压转换过程相同，AC/DC转换过程和也和测量交流电压的转换过程相同。四.DT-830型数字万用表的使用4.测量交流电流第八章数字电压表电阻测量电路实际上是测量被测电阻上的压降，并使显示出来的电压值等于电阻值。在测量中，参考电压取自量程调节中的比较电阻，因此该量程的满度值就等于标准比较电阻值。四.DT-830型数字万用表的使用5.测量电阻第八章数字电压表四.DT-830型数字万用表的使用6.测量三极管HFE式中电压单位为伏，但基准电压为100mV时，TCL7106的IN+端相当于一个0～200mV的电压表，显示的读数单位为mV，所以读数只需乘10，即可直接读出HFE值第八章数字电压表四.DT-830型数字万用表的使用7.检查二极管在检查二极管的档位，表笔按正负接二极管正负极，如显示0.000则表示管子短路，若显示1，表示溢出，说明管子已断路,正常的二极管所显示的正向压降约为0.550～0.700V（硅管）或0.150～0.300V（锗管）。当二极管反接时，显示板应显示1，表示正常，若为0.000表示管子已短路。第八章数字电压表四.DT-830型数字万用表的使用8.使用蜂鸣器使用蜂鸣器可以检查两点间是否通路，可以通过音响去判断,只要听声。不需要对电表读数，以便集中注意力。第九章数字功率表第一节数字功率表的结构类型第二节模拟乘法器构成的数字功率表第三节数字乘法器构成的数字功率表第九章数字功率表第九章目录本章介绍由模拟乘法器和数字乘法器构成的数字功率表的组成原理及其工作方式第九章数字功率表本章要点第九章数字功率表第一节数字功率表结构类型第九章数字功率表一.采用模拟乘法器构成的数字功率表第九章数字功率表二.采用数字乘法器构成的数字功率表第九章数字功率表第二节模拟乘法器构成的数字功率表第九章数字功率表一.时分割式的模拟乘法器结构第九章数字功率表二.时分割式的乘法器原理开始阶段：开关S1投向US，积分器输出为逐渐下降的电压e1。第二阶段：将积分器输出的与节拍发生器输出的三角波相比较，当e1=e2时比较器翻转，由比较器控制的开关S1投向–US，积分器输出电压改为逐渐上升，再次上升到e1=e2时，比较器再次翻转改投US

，积分器输出又改为逐渐下降，图中逐渐下降的时间为T1，逐渐上升的时间为T2。相当于把时间分割成T1和T2两个阶段。第九章数字功率表二.时分割式的乘法器原理当开关投向–US，US时，积分器输出的电压分别为可展开联立求得第九章数字功率表二.时分割式的乘法器原理如果直流电路，Ux与Uy分别反映被测电路的电压和电流，其乘积UP正比于电路的功率。经滤波、A/D转换之后，可用数字电压表显示，显示的数值就是功率。如果被测电路是交流电路，只要节拍发生器输出的三角波频率足够高，在每一个节拍中所求得的数值，都代表电流瞬时值与电压瞬时值的乘积即功率瞬时值，只要在被测交流一个周期中，能取值50次以上，滤波之后，其值为瞬时功率的平均值，交流电路瞬时功率的平均值就是有功功率，所以用时分割式的乘法器构成的数字功率表，既可以测量直流电路的功率，也可以测量交流电路的功率。第九章数字功率表第三节数字乘法器构成的数字功率表第九章数字功率表采用数字乘法器的数字功率表的结构分为三部分采样电路：电流采样电路经分流器，电压采样电路经电阻分压，转换为运算电路所需要的的额定值。然后经转换、滤波后送运算器。功率运算：由单片机或运算芯片完成。显示和键盘操作：由单片机管理显示和键盘操作。第九章数字功率表PZ系列数字功率表结构图采样电路：PZ系列数字功率表也是用电流分流器和电阻分压器采样，电流转换为0-50mV的额定值，电压转换为CS5463所能接受的额定值。然后经A/D转换、滤波后送运算器。功率运算：由运算芯片CS5463完成。显示和键盘操作：由单片机MSP430管理显示和键盘操作第九章数字功率表PZ系列数字功率表外形第十章数字频率表第一节数字频率表的测量原理第二节E312系列数字频率表第三节简易型数字频率表第十章数字频率表第十章目录工程上对频率测量普遍使用数字频率计，数字频率计可以有两种组成方式，即使用硬件计数和使用软件计数，本章介绍这两种方式的基本原理和可能产生的误差。以ICM7226B芯片为核心，组成的E312X系列数字频率计，是一种具有多种功能的数字频率计，本章以它为实例，介绍其电路组成，以及操作方法。

第十章数字频率表本章要点第十章数字频率表第一节数字频率计的测量原理第十章数字频率表硬件计数是指使用脉冲计数器的集成电路对被测频率进行计数。一.硬件计数的数字频率表第十章数字频率表软件计数的频率计，是利用单片机通过软件进行计数，并把计数结果，通过它的输出接口直接推动数码管，显示所测的数值。与硬件计数的频率计相比，可以省去许多硬件电路，如控制逻辑和显示译码电路等等，单片机的体积小，价格便宜，用它做成的频率计，结构简单，便于携带。最适合一般工程上使用。二.软件计数的数字频率计第十章数字频率表1.标准时间引起的误差三.计数器的测量误差门控信号的周期是用标准时间发生器分频后取得，所以标准时间若有误差，将直接影响测量的准确度。若标准时间发生器采用晶振稳频，保证有较高的稳定度，则这种误差与量化误差相比，可以略而不计。标准时间引起的误差。第十章数字频率表2.触发误差三.计数器的测量误差被测电压若混有干扰信号，就可能使施密特门电路产生误触发，这样整形后的脉冲数就不等于频率数，造成测量误差。产生误触发的干扰脉冲第十章数字频率表3.量化误差三.计数器的测量误差闸门启闭时刻与计数脉冲前沿到达时刻两者并不相关。也就是说门控信号和被测电压在时间轴上的相对位置是随机的，而且闸门启闭时间不一定是被测周期的整数倍。就可能在相同的开启时间内，计数器所计的数值会有1的误差。这种转化为数字量过程所产生的误差称为量化误差。第十章数字频率表第二节E312系列数字频率表第十章数字频率表一.集成电路ICM7226B和它的引脚第十章数字频率表二.集成电路ICM7226B的逻辑功能第十章数字频率表三.通用八位频率计数器E312A、E312B、E312C第十章数字频率表E312X系列数字频率计外形第十章数字频率表第三节简易型数字频率表第十章数字频率表一.简易型通过软件计数的数字频率计电路第十章数字频率表简易型数字频率计可以用PIC16C54单片机组成，PIC16C54具有12个I/O口，将RB0~RB6七个口作为段码的输出接口，输出信号经段码口接驱动三极管VT1~VT7，然后接数码显示管的七个字段阳极，点亮数码管的对应字段。利用PIC16C54的RA0~RA3四个I/O口作为位输出接口，其输出信号经驱动三极管VT8~VT11分别与四个数码管的公共阴极相连，用来控制四位数码管中的哪一位需要点亮，故称为位口。位口数必须等于数码管个数，但四位数码管共用一套段码口。并采用动态法进行显示。二.简易型数字频率计组成第十章数字频率表简易型数字频率计可以使用PIC16C54单片机的指令系统，编写一个频率计程序，然后将这个程序的机器码，写入PIC16C54的ROM，上电后单片机自动运行ROM中的程序，被测信号从RB7输入，即可从数码管读出频率值。三.简易型数字频率计软件第十一章数字参数测量仪第一节数字电阻测量仪第二节数字钳式接地电阻测量仪第三节数字电容测量仪第十一章数字参数测量仪第十一章目录工程上测量电路参数普遍使用数字参数测量仪。这种测量仪结构简单、无可动部件，易于携带。本章介绍的几种数字参数测量仪的工作原理和操作方法。第十一章数字参数测量仪本章要点第十一章数字参数测量仪第一节数字电阻测量仪第十一章数字参数测量仪数字电阻测量仪由Ω/U转换、A/D转换和译码显示三部分组成。先通过Ω/U转换把电阻的欧姆值转换为模拟电压值，然后再通过A/D转换把转换后的模拟电压转换为数字电压，最后通过译码用数码管以数字形式显示.第十一章数字参数测量仪电阻测量仪的A/D转换电路利用运算放大器，组成一个反相输入的比例运算电路，当R1、U1已知时，可以通过测量输出电压Ux测出被测电阻值。第十一章数字参数测量仪测量在线电阻这种数字电阻测量仪可以测量在线电阻，测量时被测电阻不要从电路板脱下，直接在线测量。因为不论在线的电路多么复杂，在线状态可以用一个三角网络等效。图中Rs1等于浮接，Rs2不影响被测电阻的计算值。第十一章数字参数测量仪第二节数字钳式接地电阻测量仪第十一章数字参数测量仪

钳式接地电阻测量仪是利用钳式互感器，将接地电阻视为互感器的二次绕组，一次绕组接振荡器，振荡器发出交流信号感应到二次绕组的接地极回路，振荡器经一次绕组输出的电流与作为二次绕组的接地电阻成正比，可以通过测量一次回路电流值，以反映作为二次绕组的接地电极电阻的大小。第十一章数字参数测量仪钳式接地电阻测量仪的连接第十一章数字参数测量仪钳式接地电阻测量仪的外形第十一章数字参数测量仪邻近没有接地网利用辅助电极通过三次测量求得被测接地极接地电阻的方法。用钳式接地电阻测量仪经三次测量，可测量出X、A间，X、B间和A、B间的三组的接地电阻。设所测结果分别用RAX、RBX、RAB表示。经联立移项可得接地电阻为第十一章数字参数测量仪第三节数字电容测量仪第十一章数字参数测量仪将被测电容接入以运算放大器组成的反相输入比例运算电路，从式一.求容抗法可推出输出的电压值与被测电容值关系。第十一章数字参数测量仪源电压经已知电阻向被测电容充电，当充电时间等于时间常数RC的乘积时，电容两端电压将等于电源电压的63.2％，测量电容器充电达到该电压的时间，可推得RC值，从中求得电容器的容量二.求时间常数法第十一章数字参数测量仪按求时间常数法原理，组成的数字电容测量仪电路二.求时间常数法第十二章数字示波器第一节液晶显示器第二节数字示波器的类型第三节数字存储示波器实例第四节逻辑分析仪第十二章数字示波器第十二章目录第一节介绍液晶显示器的简单原理，初步了解分段式与矩阵式的显示器结构。由于数字示波器内部采用微处理器和大规模集成电路，所以本章对数字示波器的内部电路不做详细介绍，主要通过实例，掌握数字示波器的结构、功能和使用方法。

第四节对逻辑分析仪的使用方法作一些简要介绍。

第十二章数字示波器本章要点第十二章数字示波器第一节液晶显示器第十二章数字示波器液晶显示器由两片玻璃基板黏合而成，板间留有微米级空隙，将液晶封存在间隙中。液晶材料是由脂类、联苯类、笨基环已烷类、毗啶类、乙烷类等多种液晶混合而成。当基板上的电极施加反相电压时，经偏振片的室内光线，无法通过液晶返回,即可形成图像。一.液晶显示器的结构第十二章数字示波器液晶显示器的电极有两种结构，一种是分段式结构，另一种是矩阵式结构。分段式结构中的上基板电极分七段可组成0~9十个数码，下基板电极各段连接在一起，作为公共电极。这种结构多用于仪表的数字显示。一.液晶显示器的结构矩阵式结构中的上基板作为行电极，下基板作为列电极，行列交叉组成的点阵，可用于显示图像或文字。第十二章数字示波器1.分段式的驱动方式分段式液晶显示器要显示图像时，可向液晶显示器的两电极分别施加幅度相等相位相反的方波电压（不能加直流电压），使得液晶显示器的基板显出相应的数码图像。如果两电极加上同相电压，液晶显示器则呈熄灭状态。二.液晶显示器的驱动方式第十二章数字示波器2.矩阵型的驱动方式矩阵型液晶显示器的两基板电极分别为行、列电极。行列交点形成像素。如要某像素发亮，行列电极间须加一定数值的电压，达到该电压的点称为选择点，如果电极间所加电压低于选择点所需的电压。则像素呈暗态,该点称为非选择点,如果行列间，一个电极的电压达到选择点,另一电极为非选择点,该像素仍保持暗态，并称为半选择点。二.液晶显示器的驱动方式加于行电极加于列电极行列电极间第十二章数字示波器液晶显示器的模块实际上包括了液晶显示器本体、驱动器、控制器、接口电路等四个部分。驱动器包括行驱动器和列驱动器，一般利用HD66205、HD66100F一类集成电路组成。控制器用于提供时序，节拍以及显示存储器地址与显示数据的管理，控制器要把时间转换为亮点所在的行位置，把信号值大小转换为亮点的列位置，然后向相应行、列电极发出相应的行、列波形数据。接口电路是仪器与模块的连接部分，示波器用的模块接口有两种，一种是用于模拟示波器的模拟接口，输入的被测模拟信号，在控制器内部转换为数字信号，然后再送到驱动器。另一种是数字接口，一般用于数字示波器。这种接口输入的被测信号本身就是数字信号，可以直接用于驱动。三.液晶显示器模块第十二章数字示波器第二节数字示波器的类型第十二章数字示波器这种示波器是在模拟示波器的基础上，增加电压间隔或时间间隔的数字显示功能。除实时显示波形外，可以移动叠放在波形上的光标，指定始点和终点，用数字方式在荧光屏上显示出指定间隔内的电压或时间值。一.实时显示数字读出示波器第十二章数字示波器X、Y通道与一般模拟示波器相同，增设（图中有色方框）数据采集，光标间隔的读出，字符形成、字符位置控制与显示等电路。整个数据的采集、读出由内嵌微处理器控制。一.实时显示数字读出示波器实时显示数字读出示波器结构第十二章数字示波器

调节光标移动电位器RP的两个动点，一方面改变荧光屏上的始点光标和终点光标的位置，另一方面将始点电位与终点电位送入比较器跟实时采集到的电压相比较，当实时电压与始点电位相等时打开控制门，与终点电位相等时关闭控制门，计数器显示的就是始点与终点的间隔，读出电路有两套，一套用于读出X通道的时间间隔，另一套读出Y通道的电压间隔。一.实时显示数字读出示波器数据读出原理第十二章数字示波器数字存储示波器结构这种示波器先将采集到的信号转换为数字并存于存储器，显示时再从存储器中取出，转换为模拟信号。二.数字存储示波器第十二章数字示波器数字存储示波器特点可永久存储被测信号的波形数据，需要时可反复重现，也可随时擦除更新。二.数字存储示波器波形再现的准确率既决定于示波器的模拟带宽同时又与取样速率有关。可以观察触发后的波形，也可以观察触发前的波形。可实现多踪显示。第十二章数字示波器这种示波器通过切换开关，既可工作于模拟状态，又可工作于数字状态。切换到模拟状态时，可实时观察波形。作为模拟示波器使用。切换到数字存储状态时，可以作为数字示波器使用，可以对瞬变或非周期性的信号，进行观察，存储、或“定格”。这种切换现在多用微处理器控制。是一种模拟与数字综合的示波器。三.实时显示与数字存储示波器第十二章数字示波器第三节数字存储示波器实例第十二章数字示波器一.外形、面板和用户界面第十二章数字示波器用户界面一.外形、面板和用户界面第十二章数字示波器二.结构第十二章数字示波器二.结构1.采集部分：即示波器的Y轴系统，有CH1和CH2两个通道，通过探头与被测信号连接。2.显示部分：用于控制示波器的X向扫描，有两个控制旋钮，分别控制光点的水平扫速（S/div）和水平方向的位置(Position)。（1）延迟扫描选择：（2）存储深度选择。3.测量与分析部分：通过微处理器对Y轴系统所采集的信号进行测量、分析与运算，并通过控制菜单，实现后面所说的数字读出，光标读出，以及算术运算等各项功能。4.存档部分：可将数据打印或送到U盘或计算机的硬盘。第十二章数字示波器1.利用刻度系数读出电压与周期三.显示和数字读出第十二章数字示波器2.利用光标读出波形参数三.显示和数字读出第十二章数字示波器3.自动读出波形参数三.显示和数字读出按下测量（MEASURE）按钮，从右边菜单中选择测量信源（CH1、CH2），再从右边菜单中选择测量对象为电压、时间或全部，然后从弹出的数字小方框，或从菜单该项目中列出的数字，直接读出所选择的波形参数。第十二章数字示波器四.对输入信号进行数学运算按下MATH按钮，屏右边弹出的数学运算菜单，从中选择加（+）、减（-）、乘（*）、除（/）以及快速傅立叶变换（FFT）的操作。图是执行加法操作后的显示波形。第十二章数字示波器五.被测波形的储存和调出“类型”：有“波形存储”、“图象储存”、“CSV文件”、和“出厂设置”选项，只有“波形存储”这一选项储存后可以调出，“图象储存”只能通过USB口存于U盘，然后用图形软件在电脑中打开，“CSV文件”同样只能用EXCAL软件在电脑中打开。“储存位置”可选择被测波形储存到设备还是储存到文件，如设置储存到设备，必须指定存储器编号从No.1至No.7，如设置储存到文件，则须插入U盘。按下SAVE/RECALL按钮，从屏右边的储存/调出菜单中选择储存操作或调出操作,在储存或调出操作中选择类型和存储位置。第十二章数字示波器六.储存/调出参考波形按下REF按钮可在屏幕弹出菜单，操作菜单可以把当前通道CH1或CH2的波形存储在REFA-REFD中，也可以从REFA-REFD中调出，作为比较使用，调出的参考波形显示为红色。第十二章数字示波器七.触发系统的操作触发点指显示时要从那一点开始取出，并作为起点，SDS1062CM示波器的触发起点放在屏幕中间，由前面板“触发电平”控制旋钮进行调节。第十二章数字示波器第四节逻辑分析器第十二章数字示波器用于测量各种数字电路某些点的逻辑状态。示波器通常是测量电压与时间的函数关系图形，属于时域测量。而逻辑定时分析仪则以事件序列为自变量以被测点电平为应变量，自变量可以是等时间间隔的时钟脉冲，也可以是不等时间间隔的其他激励，荧光屏上显示的应变量的电平变化是被处理过的，只有0(低电平)和1(高电平)两种状态，图形高度并不代表具体电压值，只代表电平高低。也称为数据域测量。测出波形如下图。一.逻辑定时分析仪第十二章数字示波器逻辑状态分析仪在荧光屏上显示的不是各通道的逻辑变化波形，而是状态。状态用数字0和1表示，每一行的数据，代表某一时刻各测试点的逻辑状态，如下图所示。二.逻辑状态分析仪第十二章数字示波器逻辑分析仪是将状态分析仪和定时分析仪结合成一体，既能显示定时波形也能显示逻辑状态，基本结构可分为取样、状态比较与触发、显示等三个部分。结构第十二章数字示波器数据采样：图为12通道的分析仪，分别对12通道的信号采样后，经输入寄存器后存于存储器中。工作原理状态比较：采样各通道的状态数据后，取出部分或全部与预置状态相比较，若输入数据与预置状态相同，则触发数据存储器开始存储，内存中存放和屏幕上显示的是预定触发条件出现后的数据。也可以先行存储，在与预置状态相同时经触发停止存储，这时内存中存放和屏幕上显示的是触发条件出现前的数据。显示：现在的分析仪，是利用嵌入式PC及WINDOWS操作系统，既能显示定时波形，又能使用鼠标选择不同界面，显示各种不同逻辑状态的结构列表。第十二章数字示波器定时波形与逻辑状态的列表第十三章智能仪器第一节概述第二节智能仪器的结构第三节智能式电子电能表第十三章智能仪器第十三章目录智能仪器和虚拟仪器都是电子技术和计算机技术在仪器上的应用，智能仪器主要利用在仪表中引进的单片机或嵌入式系统，使它在测量的同时，能对输入信号进行记忆、分析、判断，藉以提高仪表的性能、简化仪表电路、达到增加功能提高精度的效果。本章主要介绍智能仪器的一般结构，并以智能式电子电能表为例，介绍智能仪器的具体组成。

第十三章智能仪器本章要点第十三章智能仪器第一节概述第十三章智能仪器可提高仪表的测量精度：通过短时间内多次测量，求得并显示平均值。智能仪器的特征可通过软件使仪表能够具备自动调零、自动改变量程、自动修正误差、自动校准等功能，以提高仪表的准确度。可通过按键，灵活地改变仪表的功能或测量内容，做到一表多用。可将间接测量转化为直读方式，无须进行人工计算。可通过接口、总线，进行仪器间的数据通信。第十三章智能仪器第二节智能仪器的结构第十三章智能仪器智能仪器的结构第十三章智能仪器主机电路主机是智能仪器的核心，由微处理器或单片机构成，自行设计的专用型智能仪器,多选用AT89C51或AT89C52做主机。智能仪器的结构一般包括以下部分输入/输出通道输入通道一般包括前置放大、采样保持电路（S/H）和转换电路（A/D）等，输出包括模拟量或开关量的输出通道,以及用于控制模拟指示仪表的D/A转换器。人机接口主要是显示器和键盘。通信接口一般智能仪器采用RS232、RS485通信接口与上位机通信。第十三章智能仪器第三节智能式电子电能表第十三章智能仪器智能式电子三相电能表是在普通电子三相电能表上加装单片机，使之能显示用户累计总耗用电能、正反向用电量、最大耗电量等其他内容，并能将计量内容通过接口实现远程通信。一.智能式电子三相电能表第十三章智能仪器利用微处理器设置不同时段的起止时间，然后按不同时段测量用电量，存入不同的内存单元，供显示、计费或抄录。下图是DDSF111型复费率电能表的结构示意图。二.智能式电子单相复费率电能表第十三章智能仪器复费率电能表利用实时时钟芯片RTC4553A提供实时时间，包括年、月、日、时、分、秒，作为分时计费的时间标准。下图为RTC4553内部结构示意图。二.智能式电子单相复费率电能表1.时钟电路第十三章智能仪器二.智能式电子单相复费率电能表2.电能计量电路电流信号接VIN、VIP端ADE7755作为计量芯片电压信号接V2N、V2P端消耗功率转换的低频脉冲校验用高频脉冲第十三章智能仪器二.智能式电子单相复费率电能表3.控制电路控制电路由单片机MC68HC05L16及相关外围电路包括液晶显示器、通信接口和检测电路等组成。第十三章智能仪器复费率电能表控制电路的外围部件液晶显示器远程计算机通过485通信接口向电能表要设置运行参数，或从电能表取出数据。通信接口显示器有33个显示电极和4个背电极，连接到单片机MC68HC05L16的FP、BP有关引脚，并通过红外开关控制翻页，依次显示42种不同的数据。第十三章智能仪器三.智能式集中抄表与电子式IC卡预付费电能表1.集中抄表系统与电能表数据的远程传送无线信号抄表方式：用于偏远的工厂大用户或装在高空的表计，利用移动通信网络的短信服务（SMS），定时向系统发出用电数据的短信供系统接收。通过IC卡传输方式：电费存入IC卡，然后由用户自己把IC卡插入电表，作为耗电依据。利用RS485串口的传输方式：用户电能表通过RS485串口将表内数据送送抄表中心。利用电力线或有线电视网进行传输的方式：用户通过电子式载波电能表，将计量数据通过专用载波芯片馈入电力线或有线电视网络，抄表设备通过调制与解调读取用户的用电数据。红外传输方式：用户电能表通过红外输出信号接口，向抄表者传送表内数据。第十三章智能仪器三.智能式集中抄表与电子式IC卡预付费电能表2.IC卡预付费电能表的结构包括计量和控制两个部分，计量部分采用专用计量芯片（如BL0932），控制部分采用单片机，实现读卡、预付电费用完告警、电费用完断电以及防窃电控制等操作。第十三章智能仪器3.IC卡预付费电能表的计量单元若以BL0932为计量芯片，通过电流、电压取样电阻获取耗电信息，经乘法器取得有功功率值，通过功率-频率转换器转换为高频脉冲，用于激励红外LED发出红外信号供校验使用。同时用分频法产生相应的低频脉冲，经MOT引脚输出，用于带动步进电机及字轮显示消耗的电能值。或送单片机计算出用户所消耗的电能三.智能式集中抄表与电子式IC卡预付费电能表第十三章智能仪器4.IC卡预付费电能表的控制单元控制单元包括IC卡读卡