Федеральное агентство по образованию
Бийский технологический институт (филиал)
государственного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Алтайский государственный технический университет
им. И.И. Ползунова»
Е.В. Сыпин, Е.С. Повернов, Е.В. Берестова
ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЦИФРОВЫХ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Методические рекомендации к лабораторным работам
для студентов специальности 200106
«Информационно-измерительная техника и технологии»
Бийск
Издательство Алтайского государственного технического
университета им. И.И. Ползунова
2010
УДК 621.382.08 (035.5)
| Рецензент: | доцент кафедры ИУС БТИ АлтГТУ Г.С. Ломакин |
Работа подготовлена на кафедре методов и средств
измерений и автоматизации
Сыпин, Е.В.
| Принципы построения цифровых измерительных приборов: мето-дические рекомендации к лабораторным работам для студентов специальности 200106 «Информационно-измерительная техника и технологии» / Е.В. Сыпин, Е.С. Повернов, Е.В. Берестова; Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. – Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2010. – 33 с. |
В методических рекомендациях приведены задания к лабораторным работам по курсу «Цифровые измерительные устройства». Представлена подробная информация обо всех изучаемых методах построения цифровых измерительных устройств. Приведены алгоритмы выполнения лабораторных работ и образец отчёта.
УДК 621.382.08 (035.5)
Рассмотрены и одобрены
на заседании кафедры МСИА.
Протокол № 59 от 12.11.2009 г.
| © Сыпин Е.В., Повернов Е.С., Берестова Е.В., 2010 |
| © БТИ АлтГТУ, 2010 |
СОДЕРЖАНИЕ
| ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………. | 4 |
| 1 ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ…………… | 4 |
| 2 ВОЗМОЖНЫЙ ВАРИАНТ ОТЧЁТА О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ………………………………………………………………... | 5 |
| 3 ЗАДАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ……………………. | 5 |
| ПРИЛОЖЕНИЕ А. Измерение постоянного напряжения и тока времяимпульсным методом………………………………………….. | 9 |
| ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Измерение ёмкости и сопротивления методом дискретного счёта…………………………………………………….. | 14 |
| ПРИЛОЖЕНИЕ В. Измерение частоты методом электронно-счётного частотомера………………………………………………… | 18 |
| ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Метод измерения сдвига фаз с времяимпульсным преобразованием………………………………... | 22 |
| ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Логический анализатор………………………… | 24 |
| ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Лабораторный стенд для изучения метода измерения напряжения и тока. Схема электрическая принципиальная………………………………………………………. | 27 |
| ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. Лабораторный стенд для изучения метода измерения ёмкости и сопротивления. Схема электрическая принципиальная………………………………………………………. | 28 |
| ПРИЛОЖЕНИЕ И. Лабораторный стенд для изучения метода измерения частоты. Схема электрическая принципиальная……….. | 29 |
| ПРИЛОЖЕНИЕ К. Лабораторный стенд для изучения метода измерения фазового сдвига. Схема электрическая принципиальная… | 30 |
| ПРИЛОЖЕНИЕ Л. Лабораторный стенд для изучения принципов работы логических анализаторов. Схема электрическая принципиальная……………………………………………………….. | 31 |
| ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………………. | 32 |
ВВЕДЕНИЕ
Развитие цифровой электроники, низкая стоимость цифровых устройств, удобство и скорость изменения алгоритма работы – всё это привело к тому, что область применения цифровых устройств стремительно расширяется.
Развитие цифровой электроники затронуло и сферу измерений. Это позволило создать принципиально новые измерительные устройства, в которых, используя достижения цифровой микропроцессорной техники, удаётся получить более высокие технические характеристики по сравнению с аналоговыми измерительными приборами. Математическая обработка результатов измерения, программная коррекция систематической погрешности, запоминание результатов измерения и построение измерительных систем с применением персональных компьютеров – далеко не полный список появившихся возможностей в цифровых измерительных устройствах.
Широкое использование цифровой техники для построения измерительных приборов привело к появлению новых методов измерений. Изучение этих методов является необходимым условием для подго-товки грамотного специалиста по информационно-измерительной тех-нике.
Лабораторный комплекс на основе внутрисхемного эмулятора микроконтроллеров промышленного стандарта MCS-51 позволяет освоить наиболее распространённые методы построения различных цифровых измерительных приборов, провести измерения, используя эти методы, обработать результаты измерений. Использование микроконтроллера в качестве ядра устройства управления прибора является наиболее типичным программно-аппаратным подходом к построению цифровых измерительных устройств.
При выполнении лабораторных работ следует пользоваться методическими указаниями [2].
1 ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
1) Изучить цель лабораторной работы.
2) Изучить задание к лабораторной работе.
3) Изучить теоретические сведения по методу построения цифрового измерительного прибора, который исследуется в лабораторной работе (Приложения А–Л).
4) Изучить схему, реализующую данный метод (см. Приложе-ния А–Л). Следует помнить, что все приведённые схемы подключаются к внутрисхемному эмулятору микроконтроллера промышленного стан-дарта MCS-51.
5) Разработать блок-схему алгоритма программы для выполнения задания к лабораторной работе.
6) По блок-схеме алгоритма написать программу на языке
АССЕМБЛЕРА для микроконтроллера промышленного стандарта MCS-51 [2].
7) Отладить программное обеспечение на лабораторном стенде, используя методические указания [2]. Убедиться, что разработанная программа позволяет выполнить задание к лабораторной работе.
8) Написать отчёт о проделанной работе (возможный вариант отчёта приведён в разделе 2).
2 ВОЗМОЖНЫЙ ВАРИАНТ ОТЧЁТА
О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
В отчёте о выполненной лабораторной работе необходимо отразить следующие пункты (пункты приведены в рекомендуемой последовательности):
– номер и название лабораторной работы;
– номер варианта;
– цель лабораторной работы;
– задание на лабораторную работу;
– план выполнения лабораторной работы (см. раздел 1);
– ход лабораторной работы, в частности, блок-схему алгоритма программы, текст программы, полученные результаты выполнения программы;
– вывод.
3 ЗАДАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ
3.1 Лабораторная работа № 1
Изучить электрическую принципиальную схему лабораторного стенда и метод для измерения напряжения и тока. В соответствии с изученным разработать программное обеспечение (ПО), реализующее данный метод на лабораторном стенде.
Используя вольтметр, установить измеряемое напряжение от внутреннего источника на уровень 3,7 В. Выполнить измерение напряжения, применяя разработанное ПО. Рассматривая лабораторный стенд как рабочее средство измерения напряжения, а вольтметр как образцовое, рассчитать относительную и случайную погрешности стенда и доверительный интервал.
Аналогичную последовательность действий выполнить при значениях измеряемого напряжения 2,5 В и 3 В.
Составить отчёт о проделанной работе.
3.2 Лабораторная работа № 2
Изучить электрическую принципиальную схему лабораторного стенда и метод для измерения сопротивления и ёмкости. В соответствии с изученным разработать ПО, реализующее данный метод на лабораторном стенде.
Рассматривая в качестве образцового резистор R6, выполнить измерение ёмкости конденсатора C1, применяя разработанное ПО. Рассматривая в качестве образцового конденсатор C2, выполнить измерение сопротивления резистора R7.
Сопоставить полученные значения с номинальными значениями измеряемой ёмкости и сопротивления соответственно. Обосновать несоответствие номинальных и полученных значений. Выполнить анализ возможных погрешностей стенда и метода измерения. Привести способы уменьшения этих погрешностей.
Составить отчёт о проделанной работе.
3.3 Лабораторная работа № 3
Изучить электрическую принципиальную схему лабораторного стенда и метод для измерения сопротивления и ёмкости. В соответствии с изученным разработать ПО, реализующее данный метод на лабораторном стенде.
Рассматривая в качестве образцового резистор R7, выполнить измерение ёмкости конденсатора C2, применяя разработанное ПО. Рассматривая в качестве образцового конденсатор C1, выполнить измерение сопротивления резистора R6.
Сопоставить полученные значения с номинальными значениями измеряемой ёмкости и сопротивления соответственно. Обосновать несоответствие номинальных и полученных значений. Выполнить анализ возможных погрешностей стенда и метода измерения. Привести способы уменьшения этих погрешностей.