电气测量实验报告——实验四

电子科技大学

标

准

实

验

报

告

学生姓名：钟治瑶

学号： 2014080204026

指导教师：李晓宁

一、实验室名称： 工训中心三楼西门子实验室 二、实验项目名称： 虚拟频率计设计实验 三、实验原理：

1．过零计数法测频原理

频率是单位时间内的振动次数。振动既包括机械振动，也包括电信号的振动，其数学表达式为

N

f t

=

(1-1) 式中f ——振动频率；N ——振动次数；t ——产生振动所需要的时间。

不含直流分量的正弦波每个周期内都应有两个过零点。因此，可以根据过零点次数来判断振动次数N 。由于采样时间间隔是由数据采集卡决定的，t ∆是一个确定值，所以可以得到正弦波的周期为N t ⨯∆；从而可以计算出频率f

[11]

。确定过零点有不同的方法：

1）确定正过零点

对被测信号()x t 进行数据采集，得到被测信号序列为(),1,2,

x n n k =。我们把该信

号序列中上次采样为负值、本次采样为正值的点记为正过零点，两个正过零点时间间隔t 为：

t k t =∆ (1-2) 式中 t ∆——采样时间隔；k ——两次过零点时间内采样的次数；t ——两个正过零点之间的时间间隔，也即

11

f t k t

==∆ (1-3) 2）线性插值确定过零点

在相邻两个采样时刻12,t t 的采样值由负变正或由正变负时，在12,t t 之间存在信号()x t 的过零点1z t ，如图4-1所示。根据线性插值公式可求得过零点1z t 的时间坐标值为：

()1

112112

z x t t t t x x =+-+ (1-4)

式中1x ：为1t 时刻的采样值；2x 为2t 时刻的采样值。

同理，可求出第2个过零点2z t ,第3个过零点3z t 的计算公式为：

()3

334333

z x t t t t x x =+-+ (1-5)

式中：3x 为3t 时刻的采样值；4x 为4t 时刻的采样值。

图4-1 用线性插值法求过零点 于是可得信号()x t 的频率计算式为

31

z z f

f t t =- (1-6)

将式(1-4)，(1-5)代入式(1-5)整理得

13

1233

s

f f x x k x x x x =

+-

++ (1-7)

式中：1

s

f t

=

∆ 为采样频率； ()()4321t t t t t ∆=-=-为采样间隔；k 为在31t t -时间内的采样数。 从式(1-7)与(1-2)比较来看，当认为

13

1233

x x x x x x =

++时，式(1-7)与式(1-2)完全相同。

2．采集系统的一般组成及各部分功能描述

DAQ 虚拟仪器又称PC —DAQ 仪器系统，其组成如图4-2所示。它由一台PC 机和基于标准总线的采集卡（仪器卡）构成，同时还配备有仪器驱动软件来支持硬件工作。各种仪器卡按标准化、模块化的要求实现，同样，驱动各种仪器的软件也是按标准化、模块化的要求设计。DAQ 仪器是一种最基本、最典型的虚拟仪器，它的出现和发展与微型计算机紧密相连。这种系统以微型计算机为平台，将计算机硬件（包含测试功能的数据采集卡）与计算机软件（虚拟仪器软件）结合起来，实现特定的仪器测量功能，实质上是一种具有测试功能的微机应用系统。在数据采集之前，程序将对采集板卡初始化，板卡上和内存中的缓冲(buffer)是数据采集存储的中间环节。需要注意的两个问题是是否使用缓冲和是否使用外触发启动、停止或者同步一个操作。

图4-2 数据采集结构图

DAQ 卡

A/D

Buffer (FIFP)

驱动程序

虚拟仪器软件

显示

Buffer

内存硬件

信号

PC 机

t

()

x t 1

z t 2

z t 3

z t ()

11,t x ()

22,t x ()

33,t x ()

44,t x 1

t 2

t 3

t 4

t O

2 .USB2832数据采集卡

USB2832 数据采集卡是一种基于 USB 总线的数据采集卡，可直接和计算机的 USB 接口相连，构成实验室、产品质量检测中心等各种领域的数据采集、波形分析和处理系统，也可构成工业生产过程监控系统。基于其完备的功能体系，USB2832 数据采集卡广泛应用于电子产品质量检测、信号采集、过程控制、伺服控制等场合。USB2832数据采集卡元件布局图如图4-6所示。USB2832 数据采集卡的AD 模拟量输入功能主要性能参数如下所述： 转换器类型：AD7321 输入量程：±10V 、±5V 、±2.5V 、±0~10V 转换精度：13 位(Bit)，第 13 位为符号位

采样速率(Frequency)：AD 芯片转换频率最高 500KHz 物理通道数：32 通道（单端 SE ），16 通道（双端 DI ） 模拟量输入方式：单端模拟输入和双端模拟输入

采样通道数：软件可选择，通过设置首通道(First Channel)和末通道(Last Channel)

3..37芯D 端子板

接线端子是为了方便导线的连接而应用的， 37芯D 型插头的定义：

图4-3 USB2832数据采集卡

图4-4 37芯D 型插头的定义

表4-1 37芯D 型插头的定义

4 .AD

模拟量输入的信号连接方法

管脚信号名称

管脚特性

管脚功能定义

注释

AI0~AI31 Input AD 模拟量输入管脚，分别对应于32个模拟单端通道，当为双端时，其AI0~AI15分别于AI15~AI31构成信号输入的正负两端，即AI0~AI15接正端，AI15~AI31接负端。

AGND GND 模拟信号地，当输入输出模拟信号时用它作为参考地