趙茂泰教授報(bào)告課件

1、全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽儀器儀表類題目設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)意見儀器儀表類題目設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)意見2014.11. 20武漢大學(xué)武漢大學(xué) 趙茂泰趙茂泰 電賽命題及其特點(diǎn)電賽命題及其特點(diǎn) 儀器類題目設(shè)計(jì)的幾個(gè)要點(diǎn)儀器類題目設(shè)計(jì)的幾個(gè)要點(diǎn) 設(shè)計(jì)舉例分析設(shè)計(jì)舉例分析 做好電子設(shè)計(jì)競賽工作的體會(huì)做好電子設(shè)計(jì)競賽工作的體會(huì)1 1電賽命題的特點(diǎn)電賽命題的特點(diǎn)1 1電賽命題及其特點(diǎn)電賽命題及其特點(diǎn)p 性質(zhì)：性質(zhì)：全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽是由教育部倡導(dǎo)的學(xué)科競賽之一（姓教）。p 目標(biāo)：目標(biāo)：以競賽為載體， 促進(jìn)教育改革，尤其是實(shí)踐教學(xué)和教學(xué)內(nèi)容的改革； 培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際能力和創(chuàng)新能力； 倡導(dǎo)理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng)。

2、p 措施措施：全國統(tǒng)一命題（指揮棒）是主要措施之一。 每年正式命題之前，全國專家組都要在王越院士每年正式命題之前，全國專家組都要在王越院士的指導(dǎo)下，本著的指導(dǎo)下，本著“與時(shí)俱進(jìn)與時(shí)俱進(jìn)”的精神，對(duì)命題方向及的精神，對(duì)命題方向及內(nèi)容進(jìn)行認(rèn)真的討論。內(nèi)容進(jìn)行認(rèn)真的討論。u 以模擬和數(shù)字電路應(yīng)用技術(shù)為基本內(nèi)容（涉及模-數(shù)混合電路、單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)、可編程器件等）。u 側(cè)重于某個(gè)專業(yè)的題目 （如基礎(chǔ)電子技術(shù)、通信、儀器儀表、電力電子、自動(dòng)控制等），以適應(yīng)不同類型學(xué)校和專業(yè)的學(xué)生選用。 u 命題應(yīng)該是一個(gè)具備一定功能的電子系統(tǒng)，可以不是一個(gè)完整的產(chǎn)品。難度與本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的難度相當(dāng)。命題范圍、類型命題范

3、圍、類型u 強(qiáng)調(diào)軟硬結(jié)合，但以硬為主u 強(qiáng)調(diào)命題必須涵蓋電子技術(shù)中的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)（例各類放大器、振蕩器、變頻、調(diào)制解調(diào)等），必須可測試，兼顧趣味性。u 考慮參賽學(xué)生為一、二年級(jí)學(xué)生，命題時(shí)會(huì)盡量對(duì)專業(yè)性背景較強(qiáng)的題目進(jìn)行相應(yīng)的淡化處理。u 大賽評(píng)分體系主要包括功能和技術(shù)指標(biāo)，尤其是技術(shù)指標(biāo)。為了拉開競賽成績的差距，題目中某些技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有一定的難度。命題特點(diǎn)命題特點(diǎn)p 熟練掌握單片機(jī)最小系統(tǒng)，否則系統(tǒng)不能工作（會(huì)用為止會(huì)用為止）。p 重點(diǎn)掌握好各類基本電路及可編程器件的應(yīng)用技術(shù)（主要培主要培訓(xùn)內(nèi)容訓(xùn)內(nèi)容）。2 2，在以上基礎(chǔ)上，選擇二個(gè)以上的專業(yè)方向，在以上基礎(chǔ)上，選擇二個(gè)以上的專業(yè)方向賽前

4、培訓(xùn)的思路：賽前培訓(xùn)的思路：1 1，把，把基礎(chǔ)電子電路的訓(xùn)練作為重點(diǎn)。訓(xùn)練作為重點(diǎn)。p 基礎(chǔ)電子技術(shù)p 通信p 儀器儀表p 自動(dòng)控制p 電力電子2儀器類題目設(shè)計(jì)的幾個(gè)要點(diǎn)儀器類題目設(shè)計(jì)的幾個(gè)要點(diǎn)p 儀器類賽題是電子設(shè)計(jì)競賽中出現(xiàn)最多的一類賽題，并且其他類賽題中也經(jīng)常包含有電子測量的內(nèi)容。p 基本電路的設(shè)計(jì)是儀器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。儀器類賽題的設(shè)計(jì)最終往往會(huì)化解成為一些基本電子電路的組合，因此電子儀器類賽題的訓(xùn)練一定要建立在基本電路設(shè)計(jì)訓(xùn)練的基礎(chǔ)上。p 雖然電路設(shè)計(jì)是儀器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，但若不具備必要的儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和對(duì)相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的準(zhǔn)確理解，將會(huì)誤導(dǎo)設(shè)計(jì)的方向，嚴(yán)重影響競賽成績。 本講座側(cè)重討論儀器設(shè)計(jì)所需

5、要的基本專業(yè)知識(shí)。本講座側(cè)重討論儀器設(shè)計(jì)所需要的基本專業(yè)知識(shí)。2儀器類題目設(shè)計(jì)的幾個(gè)要點(diǎn)儀器類題目設(shè)計(jì)的幾個(gè)要點(diǎn) 儀器類賽題設(shè)計(jì)應(yīng)該按一定步驟進(jìn)行儀器類賽題設(shè)計(jì)應(yīng)該按一定步驟進(jìn)行p 審題（對(duì)賽題要求進(jìn)行分析）；p 在方案論證的基礎(chǔ)上建立總體設(shè)計(jì)方案；p 技術(shù)指標(biāo)分析、指標(biāo)分配及核心器件的選擇；p 硬件電路設(shè)計(jì)；軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)；p 組裝、調(diào)試及測試；p 撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。 按以上步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)有助于大學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。按以上步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)有助于大學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。但以上設(shè)計(jì)過程是設(shè)計(jì)時(shí)的一個(gè)基本思路，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，可以但以上設(shè)計(jì)過程是設(shè)計(jì)時(shí)的一個(gè)基本思路，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際情況作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整

6、。根據(jù)實(shí)際情況作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。2儀器類題目設(shè)計(jì)的幾個(gè)要點(diǎn)儀器類題目設(shè)計(jì)的幾個(gè)要點(diǎn) 從學(xué)習(xí)的角度，應(yīng)側(cè)重掌握類基本儀器類型從學(xué)習(xí)的角度，應(yīng)側(cè)重掌握類基本儀器類型p 電壓測量類儀器p 時(shí)間頻率測量儀器p 數(shù)字示波器p 數(shù)字示波器 電子儀器種類繁多，但只要掌握好這類基本儀器的原理，其他類型電子儀器的設(shè)計(jì)便不會(huì)存在大的障礙。 若能較好地掌握若能較好地掌握這這類典型電子儀器的設(shè)計(jì)，在電賽中或類典型電子儀器的設(shè)計(jì)，在電賽中或在今后工作中遇到電子儀器設(shè)計(jì)課題時(shí)，只要分析課題的特殊在今后工作中遇到電子儀器設(shè)計(jì)課題時(shí)，只要分析課題的特殊要求，再學(xué)習(xí)一些相關(guān)知識(shí)，就能很快地進(jìn)入設(shè)計(jì)狀態(tài)。要求，再學(xué)習(xí)一些相關(guān)知識(shí)，就

7、能很快地進(jìn)入設(shè)計(jì)狀態(tài)。 2儀器類題目設(shè)計(jì)的幾個(gè)要點(diǎn)儀器類題目設(shè)計(jì)的幾個(gè)要點(diǎn) 準(zhǔn)確理解電子儀器各項(xiàng)指標(biāo)是做好設(shè)計(jì)的關(guān)鍵準(zhǔn)確理解電子儀器各項(xiàng)指標(biāo)是做好設(shè)計(jì)的關(guān)鍵 進(jìn)行電子儀器設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)（尤其是測進(jìn)行電子儀器設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)（尤其是測量誤差）進(jìn)行認(rèn)真地分析，對(duì)有關(guān)指標(biāo)進(jìn)行分配，并在此基量誤差）進(jìn)行認(rèn)真地分析，對(duì)有關(guān)指標(biāo)進(jìn)行分配，并在此基礎(chǔ)上確定其核心器件。否則，很難設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的作品。礎(chǔ)上確定其核心器件。否則，很難設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的作品。 電子儀器的價(jià)值由各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的優(yōu)良程度決定；電子競賽的評(píng)分體系也是以技術(shù)指標(biāo)的完成程度來評(píng)價(jià)。 電子儀器的主要功能用于測試其它電子系統(tǒng)的性能指標(biāo)

8、，因此，電子儀器對(duì)技術(shù)指標(biāo)的要求更加嚴(yán)格。 電子儀器含多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，其中最核心的是測量誤差，其他技術(shù)指標(biāo)基本上都與測量誤差有關(guān)。對(duì)于許多測量來講，測量工作的價(jià)值幾乎全部取決于它的準(zhǔn)確程度。3設(shè)計(jì)舉例設(shè)計(jì)舉例分析分析 電壓測量類儀器 時(shí)間頻率測量儀器 信號(hào)發(fā)生器 數(shù)字示波器 電子儀器種類繁多，訓(xùn)練時(shí)，只要掌握好這類儀器的原理與設(shè)計(jì)，其他類型儀器設(shè)計(jì)不會(huì)存在大的障礙。 電壓測量類儀器電壓測量類儀器p 直流電壓測量（含電流、電阻等參數(shù)測量）直流電壓測量（含電流、電阻等參數(shù)測量）p 交流電壓測量（含電流、電容、電感等參數(shù)測量）交流電壓測量（含電流、電容、電感等參數(shù)測量）p 有關(guān)物理量的測量有關(guān)物理量的

9、測量（相關(guān)傳感器電壓測量）（相關(guān)傳感器電壓測量）直流電壓測量是最基本的測量內(nèi)容。直流電壓測量是最基本的測量內(nèi)容。3設(shè)計(jì)舉例設(shè)計(jì)舉例分析分析電壓測量儀器主要技術(shù)指標(biāo)電壓測量儀器主要技術(shù)指標(biāo)l 測量誤差，最核心的指標(biāo)，其大小取決于量程放大器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路的誤差之和。它與各項(xiàng)指標(biāo)存在密切關(guān)系（重點(diǎn)討論）l 分辨率（或位數(shù)）， 虛指標(biāo)，有時(shí)直接用儀器內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，或顯示的位數(shù)來表示。分辨率一般應(yīng)高于測量誤差，但過高沒有意義。l 量程（或測量范圍），量程由程控的放大器和衰減器組合而成。量程之間一般為10倍率。在量程10%100%范圍內(nèi)的測量均應(yīng)達(dá)到儀器誤差的要求。l 輸入阻抗，一般越大越好

10、，以減少由信號(hào)源內(nèi)阻引起的測量誤差，例如直流電壓表輸入阻抗一般大于10M；但高頻信號(hào)儀器有時(shí)規(guī)定為50、75等，以與信號(hào)源內(nèi)阻匹配。l 頻率范圍（指交流電壓測量），在頻率范圍內(nèi)任一頻率點(diǎn)，均應(yīng)達(dá)到測量誤差的要求。即對(duì)儀器中放大器的帶寬及頻帶平坦度提出要求。l 其他（略）。3設(shè)計(jì)舉例設(shè)計(jì)舉例分析分析u 精度較低的儀器一般采用測量精度較低的儀器一般采用測量值的相對(duì)誤差來表示的相對(duì)誤差來表示u 精度較高的儀器常采用誤差公式（兩項(xiàng)絕對(duì)誤差之和）來表示精度較高的儀器常采用誤差公式（兩項(xiàng)絕對(duì)誤差之和）來表示（VXVA）100 或者或者 （VXVX）100 “電壓測量誤差電壓測量誤差”在電賽中有如下兩種表達(dá)

11、方式在電賽中有如下兩種表達(dá)方式定義：定義：含義：含義：例如，要求某三位數(shù)字電壓表的測量誤差為r r 1%1%。 若在量程為10V量程檔（最大讀數(shù)為9.99V ）中測量標(biāo)準(zhǔn)值為標(biāo)準(zhǔn)值為5 V V的電壓，則允許測量產(chǎn)生的最大絕對(duì)誤差值應(yīng)不大于 5.00V1% = 0.05V。即該表顯示范圍應(yīng)為即該表顯示范圍應(yīng)為 4.954.955.055.05V V之間，否則認(rèn)為該表未達(dá)標(biāo)之間，否則認(rèn)為該表未達(dá)標(biāo)u 精度較低的儀器一般采用測量精度較低的儀器一般采用測量值的相對(duì)誤差來表示的相對(duì)誤差來表示式中，式中，VA為被測電壓的真值，常用高一級(jí)儀器測量的值替代，稱標(biāo)準(zhǔn)值； VX 為實(shí)際測量的讀數(shù)； VX VX V

12、A 稱測量的絕對(duì)誤差。式中：Vx為被測電壓的指示值；Vm為測量電壓的滿度值。 “a”項(xiàng)誤差也稱讀數(shù)誤差，其大小與讀數(shù)Vx成正比。 “b”項(xiàng)誤差也稱固定誤差，其大小不隨讀數(shù)變化而變化。例，某3位半數(shù)字電壓表的測量誤差為 （0.1Vx0.1Vm） 由于 0.1 19991）2，也可表示為 （0.1Vx2個(gè)字）表達(dá)式表達(dá)式 2： = （a%VX n個(gè)字）由于項(xiàng)誤差不隨讀數(shù)而變，因此還可用“n個(gè)字”的形成表示表達(dá)式和表達(dá)式是完全等價(jià)的u 精度較低的儀器一般采用測量精度較低的儀器一般采用測量值的相對(duì)誤差來表示的相對(duì)誤差來表示u 精度較高的儀器常采用誤差公式（兩項(xiàng)絕對(duì)誤差）來表示精度較高的儀器常采用誤差公

13、式（兩項(xiàng)絕對(duì)誤差）來表示 表達(dá)式 1：（aVxbVm ）阻容測試儀（阻容測試儀（C C題）題）（1）電阻測量的量程為500、5k、50k三檔，電阻測量誤差的絕對(duì)值不大于0.05%讀數(shù)6個(gè)字。（34分）（2）電容測量的量程為50nF、500nF二檔，電容測量誤差的絕對(duì)值不大于2%讀數(shù)6個(gè)字。（24分）（3）具有自動(dòng)篩選功能。即在進(jìn)行篩選測量時(shí)，用戶通過鍵盤輸入要求的電阻、電容值和篩選的誤差值；測量時(shí)，儀器在顯示被測電阻、電容值的同時(shí)，能給出是否符合篩選要求的指示。（10分）（4）進(jìn)一步降低電阻測量的測量誤差。（10分）（5）測量速率大于2次/秒，電阻測量的最大顯示數(shù)為49999，電容測量的最大顯

14、示數(shù)為4999，具有自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換和手動(dòng)量程轉(zhuǎn)換功能。（16分）（6）其他（6分）與電阻電容測量誤差相關(guān)的分?jǐn)?shù)約占70分。 例，2014年全國大學(xué)生電賽模擬技術(shù)邀請(qǐng)賽C題（全封閉）（aVxbVm ）的含義）的含義l 電阻測量的量程為500、5k、50k三檔l 電阻測量誤差的絕對(duì)值不大于0.05%讀數(shù)6個(gè)字。l 電阻測量的最大顯示數(shù)為49999l 測量速率大于2次/秒，l 進(jìn)一步降低電阻測量的測量誤差。 假定在5k檔量程中測量一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值（或讀數(shù)）為2k的電阻值，則要求測量產(chǎn)生的最大絕對(duì)誤差值應(yīng)該不大于2.0000k0.05%0.0006k = 0.0016k 。（注意：最大顯示數(shù)為49999 ）

15、即本次測量允許的讀數(shù)范圍為 1.99842.0016k，或者說最多允許讀數(shù)產(chǎn)生16個(gè)字的誤差。 “0.05%“0.05%讀數(shù)讀數(shù)6 6個(gè)字個(gè)字”的含義：電阻測量誤差的分析電阻測量誤差的分析（aVxbVm ）的含義）的含義測試條件測試條件滿分滿分測試記錄測試記錄評(píng)分評(píng)分備注備注500 量程Rx=120（標(biāo)稱值）8標(biāo)準(zhǔn)值: ()實(shí)測值: ()誤差12個(gè)字滿分，每增加14個(gè)字扣1分。5k量程Rx=1.2k（標(biāo)稱值）8標(biāo)準(zhǔn)值: ()實(shí)測值: () 誤差12個(gè)字滿分，每增加14個(gè)字扣1分。50k量程Rx=12k（標(biāo)稱值）8標(biāo)準(zhǔn)值: (k) 實(shí)測值: (k)誤差12個(gè)字滿分，每增加14個(gè)字扣1分。50k量

16、程Rx=47k（標(biāo)稱值）5標(biāo)準(zhǔn)值: ()實(shí)測值: (k) 誤差30個(gè)字滿分，每增加50個(gè)字扣1分。50k量程，Rx= 0（輸入短路）5實(shí)測值: (k) 顯示6個(gè)字滿分，每增加2個(gè)字扣1分。u 電阻測量誤差檢測采用直接比較法，用五位半數(shù)字多用表作標(biāo)準(zhǔn)儀器u 測試表中，RX表示被測電阻的標(biāo)稱值，標(biāo)準(zhǔn)值是指用五位半數(shù)字多用表測量的結(jié)果，實(shí)測值是指用制作的電阻測試儀測量的結(jié)果。當(dāng)測量誤差小于等于（0.05%讀數(shù)6個(gè)字）時(shí)給滿分；大于（1%讀數(shù)6個(gè)字）時(shí)不給分；其間分級(jí)給分。 阻容測試儀的測評(píng)阻容測試儀的測評(píng)（以電阻測量誤差的測評(píng)為例）（以電阻測量誤差的測評(píng)為例）測試條件測試條件滿分滿分測試記錄測試記錄

17、評(píng)分評(píng)分備注備注500 量程Rx=120（標(biāo)稱值）8 8標(biāo)準(zhǔn)值: ()實(shí)測值: ()誤差12個(gè)字滿分，每增加14個(gè)字扣1分。5k量程Rx=1.2k（標(biāo)稱值）8 8標(biāo)準(zhǔn)值: (k)實(shí)測值: (k)誤差12個(gè)字滿分，每增加14個(gè)字扣1分。50k量程Rx=12k（標(biāo)稱值）8 8標(biāo)準(zhǔn)值: (k) 實(shí)測值: (k)誤差12個(gè)字滿分，每增加14個(gè)字扣1分。50k量程Rx=47k（標(biāo)稱值）5 5標(biāo)準(zhǔn)值: ()實(shí)測值: (k) 誤差30個(gè)字滿分，每增加50個(gè)字扣1分。50k量程，Rx= 0（輸入短路）5 5實(shí)測值: (k)顯示6個(gè)字滿分，每增加2個(gè)字扣1分。某參賽隊(duì)作品的測試記錄 120.025 120.05

18、8 8 1.20022 1.20346 6u 若指標(biāo)沒有達(dá)到要求，其它方面做的再好意義也不大。技術(shù)指標(biāo)主要依靠模擬電子技術(shù)，賽前訓(xùn)練一定要以電子技術(shù)的知識(shí)點(diǎn)為核心。u 達(dá)不到指標(biāo)并不等于沒有成績，若達(dá)不到指標(biāo)就盡量接近它。實(shí)際上，電賽賽題中的部分指標(biāo)完全達(dá)到是很難的。 12.0022 12.034 47.0002 47.134 00.0026 62 25 5測試條件測試條件滿分滿分測試記錄測試記錄評(píng)分評(píng)分備注備注500 量程Rx=120（標(biāo)稱值）8 8標(biāo)準(zhǔn)值: ()實(shí)測值: ()誤差12個(gè)字滿分，每增加14個(gè)字扣1分。5k量程Rx=1.2k（標(biāo)稱值）8 8標(biāo)準(zhǔn)值: (k)實(shí)測值: (k)誤差1

19、2個(gè)字滿分，每增加14個(gè)字扣1分。50k量程Rx=12k（標(biāo)稱值）8 8標(biāo)準(zhǔn)值: (k) 實(shí)測值: (k)誤差12個(gè)字滿分，每增加14個(gè)字扣1分。50k量程Rx=47k（標(biāo)稱值）5 5標(biāo)準(zhǔn)值: ()實(shí)測值: (k) 誤差30個(gè)字滿分，每增加50個(gè)字扣1分。50k量程，Rx= 0（輸入短路）5 5實(shí)測值: (k)顯示6個(gè)字滿分，每增加2個(gè)字扣1分。 120.025 120.058 1.20022 1.20048 12.0022 12.004 47.0002 47.019 00.002888題目：（4）進(jìn)一步降低電阻測量的測量誤差。（10分）u 如果以上5項(xiàng)均滿分，則可根據(jù)作品的實(shí)際精度繼續(xù)加分u

20、 具體測評(píng)要求：無誤差（標(biāo)準(zhǔn)值等于實(shí)測值）時(shí)給滿分；其間分級(jí)給分。 具體分級(jí)方法：實(shí)測值偏離標(biāo)準(zhǔn)值字?jǐn)?shù)每累計(jì)超過7個(gè)字扣1分進(jìn)一步降低測量誤差10累計(jì)共超過28個(gè)字 6測量誤差與各電子電路模塊間的關(guān)系測量誤差與各電子電路模塊間的關(guān)系（定性分析）表達(dá)式：（aVxbVm ）“a”項(xiàng)誤差稱讀數(shù)誤差，其大小與讀數(shù)Vx成正比。主要由衰減器、放大器、模擬開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器等轉(zhuǎn)換系數(shù)的不準(zhǔn)及非線性等因素引起。所以又稱增益誤差?！癰”項(xiàng)誤差稱固定誤差，其大小不隨讀數(shù)變化而變化。主要由量化、偏移等因素（例1字誤差，運(yùn)放失調(diào)電壓等因素）而引起的誤差。 Vx199919990 0顯示顯示Vm圖圖1 “a”1 “a”

21、項(xiàng)誤差示意圖項(xiàng)誤差示意圖Vx199919990 0顯示顯示Vm圖圖2 “b”2 “b”項(xiàng)誤差示意圖項(xiàng)誤差示意圖測量誤差與各電子電路模塊間的關(guān)系測量誤差與各電子電路模塊間的關(guān)系（測量誤差分配）l 誤差分配：將儀器總誤差合理分配給各個(gè)部分電路。以確定各個(gè)部分電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該達(dá)到的測量誤差。 l 實(shí)際分配時(shí)，一般不平均分配，而是根椐各部分電路實(shí)現(xiàn)的難度程度進(jìn)行合理分配。l 若某一部分電路產(chǎn)生的誤差能小于儀器總誤差一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，則該項(xiàng)誤差對(duì)儀器總誤差的影響將可以忽略。（盡量使每級(jí)的誤差小于儀器總誤差一個(gè)數(shù)量級(jí)以上） 若某一部分電路的誤差超過儀器總誤差，則儀器注定不達(dá)標(biāo)若某一部分電路的誤差超過儀器總誤差

22、，則儀器注定不達(dá)標(biāo) 設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使比較多的電路模塊的誤差能小于儀器總誤設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量使比較多的電路模塊的誤差能小于儀器總誤差一個(gè)量級(jí)，從而使難度大的電路模塊可以多分配一些誤差。差一個(gè)量級(jí)，從而使難度大的電路模塊可以多分配一些誤差。測量誤差與各電子電路模塊間的關(guān)系測量誤差與各電子電路模塊間的關(guān)系（舉例分析）以電阻測量電路為例分析以電阻測量電路為例分析“b”“b”項(xiàng)誤差：項(xiàng)誤差：（ 6 6個(gè)字個(gè)字 ）主要由各運(yùn)算放大器的品質(zhì)和主要由各運(yùn)算放大器的品質(zhì)和A/DA/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器的1 1字誤差等因素決定，只要選字誤差等因素決定，只要選擇低噪、低失調(diào)電壓的運(yùn)算放大器，注意調(diào)整好各電路的零點(diǎn)，該項(xiàng)誤差

23、擇低噪、低失調(diào)電壓的運(yùn)算放大器，注意調(diào)整好各電路的零點(diǎn)，該項(xiàng)誤差即可得到有效的控制。即可得到有效的控制?！癮”“a”項(xiàng)誤差項(xiàng)誤差（ 0.05% ）由測量電路、電壓放大電路、由測量電路、電壓放大電路、 A/DA/D轉(zhuǎn)換器三部分電路的誤差組合而成。應(yīng)轉(zhuǎn)換器三部分電路的誤差組合而成。應(yīng)該根椐誤差分配原則及實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)總誤差該根椐誤差分配原則及實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)總誤差（ 0.05% ）進(jìn)行分配。進(jìn)行分配。l 要求A/D轉(zhuǎn)換器測量誤差0.01%，（本題指定采用16位轉(zhuǎn)換器ADS1118）l 已知：ADS1118的總誤差0.01%（datasheet提供）l 要求放大器附加的測量誤差0.01%； 采用低漂、

24、低躁、高CMRR的儀表放大器，認(rèn)真布線及調(diào)試可達(dá)到。l 要求測量電路（含量程變換）的測量誤差0.03% 則儀器的總誤差將則儀器的總誤差將0.05%難點(diǎn)：難點(diǎn)：測量電路（含量程變換）的電壓測量誤差應(yīng)小于的電壓測量誤差應(yīng)小于0.03%0.03% 根椐經(jīng)驗(yàn)積累及以上分配原則，根椐經(jīng)驗(yàn)積累及以上分配原則，“a”項(xiàng)誤差指標(biāo)分配如下：項(xiàng)誤差指標(biāo)分配如下：0V至2.5V作品達(dá)標(biāo)三要素：作品達(dá)標(biāo)三要素：設(shè)計(jì)、布線、調(diào)試設(shè)計(jì)、布線、調(diào)試. .測量電路的分析及調(diào)試方法：u 分別對(duì)測量電路、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換器電路進(jìn)行調(diào)試。u 整機(jī)調(diào)試：分別調(diào)整好500、5k、50k三檔量程的精度。 仔細(xì)調(diào)整RS1RS3的阻值（

25、串并聯(lián)電阻或加電位器），使作品測量 的顯示數(shù)據(jù)與五位半數(shù)字多用表測量的顯示一致（前五位）。u 整機(jī)調(diào)試可以糾正各個(gè)部分電路調(diào)試時(shí)的偏差.0V至2.5V作品達(dá)標(biāo)三要素：作品達(dá)標(biāo)三要素：設(shè)計(jì)、布線、調(diào)試設(shè)計(jì)、布線、調(diào)試. .測量電路的分析及調(diào)試方法：u 500量程的分辨率為0.01（滿流程顯示為500.00 ），因而由導(dǎo)線電阻和接觸電阻對(duì)測量結(jié)果影響較大。解決方案：四線法.u 50k量程的恒定電流為0.05mA,因而運(yùn)放的輸入偏置電流將影響電阻測量精度。解決方法：挑選輸入偏置電流的運(yùn)放，并認(rèn)真調(diào)整RS3的阻值。實(shí)測結(jié)果：在34位參賽學(xué)生中，5位學(xué)生的成績達(dá)到了90分左右 時(shí)間頻率測量儀器設(shè)計(jì)時(shí)間頻

26、率測量儀器設(shè)計(jì) 測量方法：測量方法：l 電子計(jì)數(shù)器法（傳統(tǒng)方法）電子計(jì)數(shù)器法（傳統(tǒng)方法） 測量誤差與被測信號(hào)的頻率有關(guān)測量誤差與被測信號(hào)的頻率有關(guān)l 倒數(shù)計(jì)數(shù)器法（等精度測量方法）倒數(shù)計(jì)數(shù)器法（等精度測量方法） 測量誤差較小，且與被測信號(hào)的頻率無關(guān)測量誤差較小，且與被測信號(hào)的頻率無關(guān)p 能完成頻率、周期、時(shí)間間隔、相位、占空比、上升時(shí)間等參數(shù)測量的能完成頻率、周期、時(shí)間間隔、相位、占空比、上升時(shí)間等參數(shù)測量的一類儀器統(tǒng)一稱為時(shí)間頻率測量儀器。一類儀器統(tǒng)一稱為時(shí)間頻率測量儀器。p 頻率和周期是其中最基本的兩個(gè)參數(shù)。頻率和周期是其中最基本的兩個(gè)參數(shù)。3設(shè)計(jì)舉例設(shè)計(jì)舉例分析分析頻率測量實(shí)現(xiàn)原理（傳統(tǒng)

27、方法）頻率測量實(shí)現(xiàn)原理（傳統(tǒng)方法）被測信號(hào)被測信號(hào)( (f fx x) )測量結(jié)果測量結(jié)果( () )閘門時(shí)間閘門時(shí)間(T)(T) 若取若取T=1秒，該信號(hào)秒，該信號(hào)在秒內(nèi)重復(fù)了在秒內(nèi)重復(fù)了N次，則次，則該信號(hào)的頻率為：該信號(hào)的頻率為： fx NT 時(shí)間頻率測量儀器設(shè)計(jì)時(shí)間頻率測量儀器設(shè)計(jì)被測信號(hào)被測信號(hào)( (T Tx x) )測量結(jié)果測量結(jié)果( () )時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)( ( T T0 0 ) )若所選時(shí)標(biāo)為若所選時(shí)標(biāo)為T0，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值為值為N，則被測信號(hào)的周期為：，則被測信號(hào)的周期為： Tx NT0周期測量實(shí)現(xiàn)原理（傳統(tǒng)方法）周期測量實(shí)現(xiàn)原理（傳統(tǒng)方法） 時(shí)間頻率測量儀器設(shè)計(jì)

28、時(shí)間頻率測量儀器設(shè)計(jì)p 時(shí)間頻率測量儀器一般采用相對(duì)誤差形式表示；時(shí)間頻率測量儀器一般采用相對(duì)誤差形式表示；p 時(shí)間頻率測量儀器的測量誤差由以下三種類型誤差合成。時(shí)間頻率測量儀器的測量誤差由以下三種類型誤差合成。 ：計(jì)數(shù)誤差。其中：計(jì)數(shù)誤差。其中1 1，計(jì)數(shù)過程中不可避免的誤差，計(jì)數(shù)過程中不可避免的誤差 ：標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差：標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差。由晶振輸出頻率不穩(wěn)定引起，其值為由晶振輸出頻率不穩(wěn)定引起，其值為 . 0.32. 0.3210-R/20：觸發(fā)誤差。其中為信噪比，產(chǎn)生閘門信號(hào)時(shí)發(fā)生觸發(fā)誤差。其中為信噪比，產(chǎn)生閘門信號(hào)時(shí)發(fā)生時(shí)間頻率儀器測量誤差的表示時(shí)間頻率儀器測量誤差的表示NN00TT00ff0

29、0TTNNffxx20/001032.0RxxTTNNTT頻率測量誤差公式頻率測量誤差公式周期測量誤差公式周期測量誤差公式 標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差：目前，不帶溫補(bǔ)的晶振準(zhǔn)確度可以達(dá)到10-510-6。當(dāng)儀器總誤差大于10-5，且設(shè)計(jì)中采用了晶振時(shí)，該項(xiàng)誤差可以忽略。 觸發(fā)誤差：觸發(fā)誤差：在周期測量時(shí)，若被測信號(hào)由信號(hào)發(fā)生器提供，該項(xiàng)誤差可以忽略；但在外部被測信號(hào)的信噪比較差時(shí)，需要考慮該項(xiàng)誤差。在目前電賽題目中，總誤差僅僅考慮了計(jì)數(shù)誤差。在目前電賽題目中，總誤差僅僅考慮了計(jì)數(shù)誤差。計(jì)數(shù)誤差（計(jì)數(shù)誤差（ ）分析）分析p 頻率測量時(shí)，計(jì)數(shù)誤差與被測信號(hào)頻率成反比。例如，如果閘門時(shí)間T=1s，則當(dāng)兩個(gè)被測信號(hào)

30、頻率分別為10Hz、100kHz時(shí)，其計(jì)數(shù)誤差分別為10-1、10-5。p 周期測量時(shí)，計(jì)數(shù)誤差與被測信號(hào)頻率成正比（與周期成反比）。例如，如果時(shí)標(biāo)取T0=1s，則當(dāng)被測信號(hào)周期分別為10s（f =100kHz ）、100ms（ f =10Hz）時(shí)，其計(jì)數(shù)誤差分別為10-1、10-5。NN在測量頻率時(shí)，為了提高測量精度，當(dāng)被測信號(hào)頻率很高時(shí)，直接測其頻率；當(dāng)被測信號(hào)頻率很低時(shí)，通常測其周期，然后再換算其頻率值。由于N =1 總是存在，為了減小計(jì)數(shù)誤差 ，應(yīng)該使計(jì)數(shù)值N盡量大。NN1，頻率測量，頻率測量 a信號(hào)波型：方波、正弦波；信號(hào)波型：方波、正弦波； b幅度范圍：幅度范圍：0.5V5V； c

31、頻率范圍：頻率范圍：0.1Hz10MHz d測量誤差：測量誤差：10-4 （最大閘門時(shí)間（最大閘門時(shí)間10s 時(shí)）；時(shí)）； e進(jìn)一步減小被測信號(hào)的幅度。進(jìn)一步減小被測信號(hào)的幅度。 2，周期測量（略），周期測量（略） 3，脈沖寬度測量（略），脈沖寬度測量（略） 4，具有自校功能，時(shí)標(biāo)信號(hào)頻率為，具有自校功能，時(shí)標(biāo)信號(hào)頻率為1MHz。 5，自行設(shè)計(jì)并制作滿足本設(shè)計(jì)任務(wù)要求的穩(wěn)壓電源。，自行設(shè)計(jì)并制作滿足本設(shè)計(jì)任務(wù)要求的穩(wěn)壓電源。 舉例：舉例：19971997年全國電賽年全國電賽B B題題 ：簡易數(shù)字頻率計(jì)：簡易數(shù)字頻率計(jì) 時(shí)間頻率測量儀器設(shè)計(jì)時(shí)間頻率測量儀器設(shè)計(jì) a信號(hào)波型：方波、正弦波；信號(hào)波型

32、：方波、正弦波； b幅度范圍：幅度范圍：0.5V5V； c頻率范圍：頻率范圍：0.1Hz10MHz； d測量誤差：測量誤差：10-4 （最大閘門時(shí)間（最大閘門時(shí)間10s 時(shí)）；時(shí)）； e進(jìn)一步減小被測信號(hào)的幅度（例如進(jìn)一步減小被測信號(hào)的幅度（例如0.05V）。）。 與信號(hào)幅度相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的解讀：與信號(hào)幅度相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的解讀： 設(shè)計(jì)一個(gè)信號(hào)幅度范圍為設(shè)計(jì)一個(gè)信號(hào)幅度范圍為0.5V5V （0.05V5V ）的寬帶輸入通道電路。）的寬帶輸入通道電路。本題可分解為兩個(gè)主要問題（難點(diǎn)）：本題可分解為兩個(gè)主要問題（難點(diǎn)）： 與頻率測量誤差相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的解讀：與頻率測量誤差相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的解讀： 要求信號(hào)在頻

33、率范圍（要求信號(hào)在頻率范圍（0.1Hz10MHz）內(nèi)均能達(dá)到）內(nèi)均能達(dá)到10-4的測量精度。的測量精度。舉例：簡易數(shù)字頻率計(jì)（頻率測量部分）舉例：簡易數(shù)字頻率計(jì)（頻率測量部分） 時(shí)間頻率測量儀器設(shè)計(jì)時(shí)間頻率測量儀器設(shè)計(jì) 與信號(hào)幅度相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的分析：與信號(hào)幅度相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的分析： 設(shè)計(jì)一個(gè)信號(hào)幅度范圍為設(shè)計(jì)一個(gè)信號(hào)幅度范圍為0.5V5V （0.05V5V ）的寬帶輸入通道電路。）的寬帶輸入通道電路。p 放大器的帶寬最低不能低于10MHz，考慮波形適應(yīng)性，帶寬應(yīng)大于30MHz。p 放大器的放大倍數(shù) ，放大倍數(shù)的準(zhǔn)確度沒嚴(yán)格要求，可適當(dāng)增大。p 整形電路一般采用比較器，注意比較器芯片的速度及壓擺率

34、等參數(shù)。1520.05V1輸入靈敏度整形級(jí)觸發(fā)電平G 調(diào)整電路一般由阻抗變換器、AC/DC選擇電路、衰減器等組成。整形電路一般采用電壓比較器，比較器所要求的輸入電壓一般在0.5V1V之間。1，采用傳統(tǒng)頻率（周期）測量方法 當(dāng) fx = 1 Hz，T（閘門時(shí)間）=10s，則頻率計(jì)數(shù) N=10（顯示1.0 Hz ） 由于計(jì)數(shù)誤差N =1 總是存在，則 （ N N）10010 當(dāng) fx = 0.1 Hz，T（閘門時(shí)間）=10s，則頻率計(jì)數(shù) N=1 由于N =1 ，則 （ N N）100100 結(jié)論結(jié)論: :在頻率范圍低端，頻率測量不能滿足測量誤差在頻率范圍低端，頻率測量不能滿足測量誤差1010-4-

35、4 的要求。的要求。 同理證明，在頻率高端，周期測量不能滿足誤差同理證明，在頻率高端，周期測量不能滿足誤差1010-4-4 的要求的要求頻率（周期）測量方案論證:2，頻率范圍高端采用頻率測量；信號(hào)頻率范圍低端先采用周期測量方法，然后再將測的的周期值換算成頻率值。 計(jì)算證明，該方法可行（例如，中介頻率取計(jì)算證明，該方法可行（例如，中介頻率取1kHz1kHz）。但該方法在硬件和軟）。但該方法在硬件和軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)會(huì)很麻煩。件實(shí)現(xiàn)時(shí)會(huì)很麻煩。 與信號(hào)頻率相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的分析：與信號(hào)頻率相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的分析： 要求被測信號(hào)在要求被測信號(hào)在0.1Hz0.1Hz10MHz10MHz范圍內(nèi)測量誤差均范圍內(nèi)測量誤差均

36、1010-4-4。計(jì)數(shù)器對(duì)被測信號(hào)fX 進(jìn)行計(jì)數(shù)，由于同步電路，不存在1誤差。但實(shí)際閘門時(shí)間 T 不準(zhǔn)。計(jì)數(shù)器對(duì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘 f0 進(jìn)行計(jì)數(shù)，用來確定實(shí)際閘門時(shí)間T的大小。存在1誤差，但時(shí)鐘頻率高，1影響很小。 0fNNfBAx3，采用等精度頻率測量方法頻率（周期）測量方案論證:等精度頻率測量電路方案 若晶振頻率為10MHz，閘門時(shí)間取1s，則由1字誤差引人的誤差為10-7。由于晶體振蕩器準(zhǔn)確度一般不低于10-5，儀器達(dá)到要求的測量誤差指標(biāo)。 主門2事事 件件 計(jì) 數(shù) 器 時(shí) 鐘 通 道 時(shí) 間間 計(jì)計(jì) 數(shù) 器主門1T0P0T1同步控制門P1.0P1.2P1.18 80 03 31 1顯示及接口鍵

37、盤及接口CKDQSDP1.389C52被測信號(hào) 當(dāng)年全國共有當(dāng)年全國共有1111個(gè)參賽作品獲得全國一等獎(jiǎng)，只有成績前個(gè)參賽作品獲得全國一等獎(jiǎng)，只有成績前2 2名的學(xué)生作品采用了名的學(xué)生作品采用了等精度頻率測量方案！ 本題要求儀器測量誤差的指標(biāo)為本題要求儀器測量誤差的指標(biāo)為1010-4-4，因此應(yīng)該采用，因此應(yīng)該采用5 5位數(shù)字顯示，晶振位數(shù)字顯示，晶振頻率準(zhǔn)確度達(dá)到頻率準(zhǔn)確度達(dá)到1010-5-5。 5 5位數(shù)字頻率計(jì)實(shí)際顯示范圍為：位數(shù)字頻率計(jì)實(shí)際顯示范圍為：1.00001.0000（HzHz） 9.99999.9999（MHzMHz）。其中，）。其中，小數(shù)點(diǎn)及單位能根據(jù)數(shù)據(jù)的大小自動(dòng)設(shè)置。為

38、了確保儀器的測量精度在任何小數(shù)點(diǎn)及單位能根據(jù)數(shù)據(jù)的大小自動(dòng)設(shè)置。為了確保儀器的測量精度在任何讀數(shù)都能達(dá)到讀數(shù)都能達(dá)到1010-4-4，最高顯示位不能為，最高顯示位不能為“0”0” 例如，若例如，若 f fx=1.123456Hzx=1.123456Hz，由于，由于HzHz的的1010-4 -4 為為0.0001Hz0.0001Hz，則允許的，則允許的顯示數(shù)為顯示數(shù)為1.12331.12331.1235 1.1235 三者之一。即其中最后一位數(shù)含有誤差。三者之一。即其中最后一位數(shù)含有誤差。 如果選擇顯示位數(shù)為如果選擇顯示位數(shù)為4 4位及以下，則不能體現(xiàn)儀器能達(dá)到位及以下，則不能體現(xiàn)儀器能達(dá)到10

39、10-4-4的精度。的精度。 如果選擇顯示位數(shù)如果選擇顯示位數(shù)6 6位及以上，則數(shù)據(jù)最后位及以上，則數(shù)據(jù)最后2 2位均含有誤差，無意義。位均含有誤差，無意義。顯示位數(shù)的確定顯示位數(shù)的確定儀器數(shù)字顯示位數(shù)應(yīng)該與儀器的精度相關(guān)。學(xué)生電賽作品在確定顯示位數(shù)方儀器數(shù)字顯示位數(shù)應(yīng)該與儀器的精度相關(guān)。學(xué)生電賽作品在確定顯示位數(shù)方面存在混亂，普遍選的過多。面存在混亂，普遍選的過多。確定原則：若要求設(shè)計(jì)精度達(dá)到確定原則：若要求設(shè)計(jì)精度達(dá)到1010-N-N，則其顯示位數(shù)原則上應(yīng)為，則其顯示位數(shù)原則上應(yīng)為N+1N+1位，位，晶振晶振頻率準(zhǔn)確度達(dá)到頻率準(zhǔn)確度達(dá)到1010- -（N+1N+1）。 信號(hào)發(fā)生器是為電子測

40、量提供符合一定技術(shù)要求電信號(hào)的儀器設(shè)備。嚴(yán)格地說，信號(hào)發(fā)生器不是測量儀器，但它是基本電子電子儀器之一。 信號(hào)發(fā)生器一般由信號(hào)產(chǎn)生電路、輸出電路、控制器三部分組成。n 由一般RC振蕩器或LC振蕩器構(gòu)成的信號(hào)發(fā)生器n 基于專用信號(hào)發(fā)生器IC芯片的信號(hào)發(fā)生器（例，MAX038等）n 基于DDS的信號(hào)發(fā)生器（頻率穩(wěn)定度高、頻率步進(jìn)小時(shí)首選） 采用可編程器件D/A轉(zhuǎn)換器 采用DDS集成芯片（例，AD9851等）信號(hào)產(chǎn)生電路方案：n 寬帶放大電路（寬帶放大電路（PLCPLC）步進(jìn)衰減電路功率放大電路）步進(jìn)衰減電路功率放大電路n 程控寬帶放大電路（含衰減電路）功率放大電路程控寬帶放大電路（含衰減電路）功率放

41、大電路n 運(yùn)用運(yùn)用D/AD/A轉(zhuǎn)換器的程控寬帶放大電路功率放大電路轉(zhuǎn)換器的程控寬帶放大電路功率放大電路輸出電路方案： 信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)輸出電平范圍：可預(yù)置步進(jìn)值：輸出電平誤差：負(fù)載電阻： 輸出信號(hào)波形失真度輸出頻率范圍：可預(yù)置步進(jìn)值：輸出頻率誤差：調(diào)制特性方面:與信號(hào)產(chǎn)生電路相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)與輸出電路相關(guān)的技術(shù)指標(biāo) 信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)舉例舉例1：2005年全國電賽年全國電賽A題，經(jīng)整理改寫如下題，經(jīng)整理改寫如下1，設(shè)計(jì)制作一個(gè)正弦信號(hào)發(fā)生器：（62分） （1）正弦波輸出頻率范圍：1kHz10MHz； （2）具有頻率設(shè)置功能，頻率步進(jìn)：100Hz； （3）輸出信號(hào)頻率穩(wěn)定度：

42、優(yōu)于10-4； （4）輸出電壓幅度：在50 負(fù)載電阻上的電壓峰-峰值達(dá)到6V1V； （5）失真度：用示波器觀察時(shí)無明顯失真。2，產(chǎn)生模擬幅度調(diào)制(AM)信號(hào)。（10分）3，產(chǎn)生模擬頻率調(diào)制(FM)信號(hào)。（13分）4，產(chǎn)生二進(jìn)制PSK、ASK信號(hào)。（10分）5，其他。（62分） 信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)（1）正弦波輸出頻率范圍：1kHz10MHz；（2）具有頻率設(shè)置功能，頻率步進(jìn)：100Hz； （3）輸出信號(hào)頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于10-4；（4）輸出電壓幅度：在50負(fù)載電阻上的電壓峰-峰值達(dá)到6V1V； （5）失真度：用示波器觀察時(shí)無明顯失真。輸出電路的設(shè)計(jì)方案信號(hào)產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)方案 由于題目要求

43、輸出信號(hào)頻率穩(wěn)定度優(yōu)于10-4，頻率步進(jìn)為100Hz，所以學(xué)生作品幾乎都采用了基于DDS的信號(hào)發(fā)生器方案。 采用可編程器件D/A轉(zhuǎn)換器 采用DDS集成芯片（例，AD9954、AD9851等） 題目僅要求輸出電壓峰-峰值在50負(fù)載電阻上能達(dá)到6V1V即可，不需要對(duì)幅度進(jìn)行程控，對(duì)輸出電壓幅度的準(zhǔn)確度也未提出要求。 所以該題輸出電路采用一個(gè)比較單純的帶寬為10MHz，后級(jí)具有一定驅(qū)動(dòng)能力的寬帶放大器即可滿足題目要求。DDS技術(shù)和可編程技術(shù)的普及。設(shè)計(jì)舉例設(shè)計(jì)舉例2： 20042004年湖北電賽年湖北電賽“簡易綜合測試儀簡易綜合測試儀”改寫改寫 信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)輸出頻率范圍：20Hz1M

44、Hz 可預(yù)置步進(jìn)值：10Hz，100Hz，1kHz，10kHz。輸出頻率誤差：10-4。輸出電平范圍：-30dB+20dB，步進(jìn)值為10dB（共六種輸出電平）。輸出電平誤差：0.3dB。負(fù)載電阻：600。 輸出信號(hào)波形無明顯失真。n 寬帶放大電路（寬帶放大電路（PLCPLC）步進(jìn)衰減電路功率放大電路）步進(jìn)衰減電路功率放大電路n 程控寬帶放大電路（含衰減電路）功率放大電路程控寬帶放大電路（含衰減電路）功率放大電路n 運(yùn)用運(yùn)用D/AD/A轉(zhuǎn)換器的程控寬帶放大電路功率放大電路轉(zhuǎn)換器的程控寬帶放大電路功率放大電路輸出電路方案：各級(jí)增益指標(biāo)的分配各級(jí)增益指標(biāo)的分配峰峰值峰峰值1 V1p輸出電平：輸出電平

45、：-30dB、-20 dB、 -10dB 、0dB、+10dB、+20dBp輸出電平誤差：輸出電平誤差：0.3dB（相當(dāng)于相當(dāng)于= 3.5%= 3.5%）p輸出阻抗：輸出阻抗：600p輸出信號(hào)波形無明顯失真。輸出信號(hào)波形無明顯失真。方案方案1:1:寬帶放大電路（寬帶放大電路（PLCPLC）步進(jìn)衰減電路輸出電路）步進(jìn)衰減電路輸出電路 20dB 10dB 0 dB-10dB-20dB-30dB幅度控制與輸出電路相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)與輸出電路相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)21.9許多廠家生產(chǎn)的信號(hào)發(fā)生器輸出電路都采用這種方案許多廠家生產(chǎn)的信號(hào)發(fā)生器輸出電路都采用這種方案20dB（峰峰值（峰峰值21.9V）p 要求寬帶放大

46、器（或PLC）輸出電平為穩(wěn)定的7.76V(20dB)。p 步進(jìn)電阻衰減網(wǎng)絡(luò)每個(gè)節(jié)點(diǎn)分壓比均由411和190分壓決定，即分壓比為 0.316 (-10dB)。p 功率放大器主要提高帶負(fù)載能力，同時(shí)兼顧隔離和阻抗匹配的功能 K1K2K3K4K5K6寬帶放大寬帶放大（或（或PLCPLC）7.76V7.76V(20dB)(20dB)輸入輸入輸出輸出功率放大功率放大方案方案1:1:寬帶放大電路（寬帶放大電路（PLCPLC）步進(jìn)衰減電路輸出電路）步進(jìn)衰減電路輸出電路方案方案1:1:寬帶放大電路（寬帶放大電路（PLCPLC）步進(jìn)衰減電路功率放大電路）步進(jìn)衰減電路功率放大電路方案方案2:2:寬帶放大電路（寬帶

47、放大電路（PLCPLC）步進(jìn)衰減電路功率放大電路）步進(jìn)衰減電路功率放大電路方案方案3:3:運(yùn)用運(yùn)用D/AD/A轉(zhuǎn)換器的程控寬帶放大電路功率放大電路轉(zhuǎn)換器的程控寬帶放大電路功率放大電路 將DDS輸出信號(hào)送到高速D/A芯片的基準(zhǔn)電壓端，通過單片機(jī)控制D/A芯片的Data端，實(shí)現(xiàn)信號(hào)幅度的數(shù)控衰減。V VREFREFV VO OD D0 0D D7 7（幅度控制）運(yùn)用運(yùn)用D/AD/A轉(zhuǎn)換器構(gòu)成程控放大電路的原理轉(zhuǎn)換器構(gòu)成程控放大電路的原理D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器輸入信號(hào)輸入信號(hào)輸出信號(hào)輸出信號(hào)輸入信號(hào)輸入信號(hào)輸出信號(hào)輸出信號(hào)R Rf f電阻網(wǎng)絡(luò)電阻網(wǎng)絡(luò)等效電路等效電路 +_D3D2D1D0 VREF

48、RRR2R2R2R2R2RRf V0II3I2I1I0l 數(shù)字示波器的發(fā)展日新月異，學(xué)生應(yīng)重點(diǎn)掌握好最基本的數(shù)字示波器的設(shè)計(jì)方法；l 2003年的“簡易數(shù)字存儲(chǔ)示波器”或2007年的“數(shù)字示波器”可以直接作為學(xué)生的訓(xùn)練題。l 2007年的“數(shù)字示波器”的內(nèi)容涵蓋了“簡易數(shù)字示波器”的內(nèi)容。u 高速的數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)（高速的數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)（DMADMA方式）方式）u 同步的波型顯示（數(shù)據(jù)與地址的對(duì)應(yīng)）同步的波型顯示（數(shù)據(jù)與地址的對(duì)應(yīng)） u 數(shù)字示波器的控制（單片機(jī)數(shù)字示波器的控制（單片機(jī)+FPGA+FPGA） 數(shù)字示波器設(shè)計(jì)（評(píng)述）數(shù)字示波器設(shè)計(jì)（評(píng)述）u 等效采樣等效采樣技術(shù)技術(shù)、u 高速取樣技

49、術(shù)、高速取樣技術(shù)、u 寬帶低噪放大器設(shè)計(jì)寬帶低噪放大器設(shè)計(jì)“簡易數(shù)字存儲(chǔ)示波器簡易數(shù)字存儲(chǔ)示波器”涵蓋的主要知識(shí)點(diǎn)：涵蓋的主要知識(shí)點(diǎn)：“數(shù)字示波器數(shù)字示波器”新增加的知識(shí)點(diǎn)新增加的知識(shí)點(diǎn)20072007年年“數(shù)字示波器數(shù)字示波器”的主要技術(shù)指標(biāo)如下：的主要技術(shù)指標(biāo)如下：（1）頻率范圍10Hz10MHz。（2）掃描速度含20ms/div、2s/div、100ns/div三檔，波形周期測量誤差5%。水平顯示分辨率20點(diǎn)/ div。（ A/D轉(zhuǎn)換采樣率限定為1MSa/s ）（3）垂直分辨率為8bits，垂直靈敏度含1V/div、0.1V/div、2mV/div 三檔。電壓測量誤差5%。在2mV/di

50、v檔，輸入短路時(shí)的輸出噪聲峰-峰值小于2mV。p 設(shè)計(jì)一個(gè)采用實(shí)時(shí)采樣方式的數(shù)字示波器，要求最高采樣率為設(shè)計(jì)一個(gè)采用實(shí)時(shí)采樣方式的數(shù)字示波器，要求最高采樣率為1MSa/s1MSa/s，頻率范圍為頻率范圍為10Hz10Hz50KHz50KHz，并具有，并具有“存儲(chǔ)存儲(chǔ)/ /調(diào)出調(diào)出”、“單次觸發(fā)單次觸發(fā)”等功能。等功能。p 設(shè)計(jì)一個(gè)采用等效采樣方式的數(shù)字示波器，要求最高等效采樣速率為設(shè)計(jì)一個(gè)采用等效采樣方式的數(shù)字示波器，要求最高等效采樣速率為200MSa/s200MSa/s，輸入信號(hào)頻率，輸入信號(hào)頻率 50KHz50KHz10MHz10MHz。p 設(shè)計(jì)一個(gè)放大倍數(shù)為設(shè)計(jì)一個(gè)放大倍數(shù)為125125

51、倍、帶寬為倍、帶寬為10MHz10MHz的寬帶放大器（如果的寬帶放大器（如果A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器最大輸入電壓范圍為器最大輸入電壓范圍為0 02V2V）經(jīng)分析，本題可分解為如下三個(gè)主要問題：經(jīng)分析，本題可分解為如下三個(gè)主要問題：獲全國一等獎(jiǎng)的作品前兩個(gè)問題都能完成，區(qū)別僅在完成第三個(gè)問題的程度獲全國一等獎(jiǎng)的作品前兩個(gè)問題都能完成，區(qū)別僅在完成第三個(gè)問題的程度方案一：方案一： A/D選用MAX118：采樣率為1MS/s，輸入電壓范圍為05V垂直靈敏垂直靈敏度度2 mV/div2 mV/div0.1 V/div0.1 V/div1 V/div1 V/div放大器增放大器增益益312.5312.56

52、.256.250.6250.625312.5（兩級(jí)）（兩級(jí)）阻抗轉(zhuǎn)換阻抗轉(zhuǎn)換6.25.625測試結(jié)果：測試結(jié)果： 2 mV/div 檔垂直靈敏度的誤差超標(biāo)！說明增益為檔垂直靈敏度的誤差超標(biāo)！說明增益為312的寬帶放大器未達(dá)指標(biāo)！的寬帶放大器未達(dá)指標(biāo)！方案二：方案二：A/D選用選用AD7822，輸入電，輸入電壓范圍為壓范圍為 02V垂直靈敏度1V/div0.1V/div2mV/div理論增益0.252.5125實(shí)際增益0.1150問題：作品實(shí)際放大倍數(shù)為問題：作品實(shí)際放大倍數(shù)為 0.1，1，50 。然后在調(diào)試時(shí)，通過微調(diào)模擬示。然后在調(diào)試時(shí)，通過微調(diào)模擬示波器的垂直靈敏度來保證波型顯示波器的垂直

53、靈敏度來保證波型顯示8格。格。4.5110.11阻抗轉(zhuǎn)換阻抗轉(zhuǎn)換 方案二：方案二：A/D選用選用AD7822，輸入電，輸入電壓范圍為壓范圍為 02V垂直靈敏度1V/div0.1V/div2mV/div理論增益0.252.5125實(shí)際增益0.1150問題：作品實(shí)際放大倍數(shù)為問題：作品實(shí)際放大倍數(shù)為 0.1，1，50 。然后在調(diào)試時(shí)，通過微調(diào)模擬示。然后在調(diào)試時(shí)，通過微調(diào)模擬示波器的垂直靈敏度來保證波型顯示波器的垂直靈敏度來保證波型顯示8格。格。三檔量程的電壓測量誤差5%，系統(tǒng)模擬帶寬大于10MHz。示波器的實(shí)際垂直分辨率低于7bit，相當(dāng)于使用了一只低于7位 A/D轉(zhuǎn)換器。未達(dá)要求儀器分辨率為8

54、bit的預(yù)定指標(biāo)。測評(píng)結(jié)果：測評(píng)結(jié)果：原因分析：原因分析：做好電子設(shè)計(jì)競賽工作的體會(huì)做好電子設(shè)計(jì)競賽工作的體會(huì) 制定一個(gè)周密的賽前訓(xùn)練計(jì)劃制定一個(gè)周密的賽前訓(xùn)練計(jì)劃訓(xùn)練計(jì)劃應(yīng)該以知識(shí)點(diǎn)為核心，并且注意系統(tǒng)性。不要過度猜題。訓(xùn)練時(shí)間要予以保證（12年），注意循序漸進(jìn)。不要過度強(qiáng)調(diào)專業(yè)方向。訓(xùn)練的重心應(yīng)該是基本電子電路的設(shè)計(jì)。注意倡導(dǎo)理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng)。目前要特別注意忽視理論的傾向！嚴(yán)格地說，缺乏理論推導(dǎo)及工程計(jì)算，不進(jìn)行方案論證及指標(biāo)分析的設(shè)計(jì)，不能稱其為設(shè)計(jì)！ 電子設(shè)計(jì)競賽目標(biāo)：培養(yǎng)具有堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)，能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決專業(yè)問題的能力，具有一定的創(chuàng)新思想的電子信息技術(shù)人才。而不是培養(yǎng)僅靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行

55、設(shè)計(jì)的“工匠式”人才。部分作品存在盲目使用高性能芯片的現(xiàn)象。映射出部分學(xué)部分作品存在盲目使用高性能芯片的現(xiàn)象。映射出部分學(xué)生不能很好的掌握按照指標(biāo)要求選擇器件的基本能力。生不能很好的掌握按照指標(biāo)要求選擇器件的基本能力。殺雞不要用牛刀。最貴的器件并非是最恰當(dāng)?shù)钠骷?。?xùn)練殺雞不要用牛刀。最貴的器件并非是最恰當(dāng)?shù)钠骷?。?xùn)練中，應(yīng)該加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生熟練閱讀器件數(shù)據(jù)手冊（中，應(yīng)該加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生熟練閱讀器件數(shù)據(jù)手冊（DatasheetDatasheet）的能力，使學(xué)生對(duì)使用器件的性能有較準(zhǔn)確的理解。的能力，使學(xué)生對(duì)使用器件的性能有較準(zhǔn)確的理解。 電賽作品不要追求豪華，應(yīng)該越樸素越好電賽作品不要追求豪華，應(yīng)該越樸

56、素越好單純拼器件不計(jì)成本的作品不是好作品。實(shí)際上，大部分電賽作品可單純拼器件不計(jì)成本的作品不是好作品。實(shí)際上，大部分電賽作品可以在百元左右完成。以在百元左右完成。目前，全國專家組在命題中，已經(jīng)在部分題目增加了性價(jià)比、功耗等目前，全國專家組在命題中，已經(jīng)在部分題目增加了性價(jià)比、功耗等指標(biāo)的要求。指標(biāo)的要求。做好電子設(shè)計(jì)競賽工作的體會(huì)做好電子設(shè)計(jì)競賽工作的體會(huì) 總成績總成績:120:120分分 制作制作( (基本部分基本部分): 50): 50分分 制作制作( (發(fā)揮部分發(fā)揮部分): 50): 50分分 寫作寫作( (設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)報(bào)告): 20): 20分分 注意注意“設(shè)計(jì)與總結(jié)報(bào)告設(shè)計(jì)與總結(jié)報(bào)告

57、”的重要性的重要性100100分分( (進(jìn)一步提高很困難進(jìn)一步提高很困難) ) 稍加注意，即可獲較好成績稍加注意，即可獲較好成績 在電賽測評(píng)中，在電賽測評(píng)中，“設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)報(bào)告”的成績有時(shí)會(huì)在總分中起到的成績有時(shí)會(huì)在總分中起到了很重要的作用。了很重要的作用。做好電子設(shè)計(jì)競賽工作的體會(huì)做好電子設(shè)計(jì)競賽工作的體會(huì)隊(duì)號(hào)測試總分設(shè)計(jì)報(bào)告總分總分排序測試排序A195.00 17.67 112.67 1 3 A2 94.00 18.50 112.50 2 5 A3 93.00 18.33 111.33 3 13 A4 94.00 17.00 111.00 4 4 A5 93.00 17.83 110.83 5 10 A6 92.00 18.50 110.50 6 15