全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練培訓(xùn)講義教材

電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練

2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練題型分析組成原理相關(guān)知識(shí)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)實(shí)例分析

訓(xùn)練要點(diǎn)

2024/6/5題型分析

電子線路類：

單元電路為主，側(cè)重指標(biāo)實(shí)現(xiàn)，強(qiáng)調(diào)參數(shù)數(shù)控和數(shù)顯測(cè)量。

儀器儀表類：綜合電子系統(tǒng)為主，包括實(shí)時(shí)處理類和普通綜合類，側(cè)重功能與實(shí)現(xiàn)方法，工作量較大；

電氣控制類：

電力電子、機(jī)電一體化、自動(dòng)控制題目分類2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有題型分析多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)字式工頻有效值多用表頻率特性測(cè)試儀簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器低頻數(shù)字式相位測(cè)量?jī)x簡(jiǎn)易邏輯分析儀簡(jiǎn)易頻譜分析儀音頻信號(hào)分析儀數(shù)字示波器信號(hào)處理類題目2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有

包含信號(hào)產(chǎn)生、采集、存儲(chǔ)、分析、處理、顯示、控制等信號(hào)處理環(huán)節(jié)中的大部分或全部。

分為時(shí)域分析處理和頻域分析處理兩大類。

強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)性、處理能力、顯示性能等。

需要通過構(gòu)建新技術(shù)硬件平臺(tái)及運(yùn)用信號(hào)處理算法來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)中的部分任務(wù)需要在訓(xùn)練階段完成。

題型分析信號(hào)處理類題目特點(diǎn)2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有組成原理信號(hào)產(chǎn)生變換信號(hào)采集存儲(chǔ)信號(hào)變換調(diào)理信號(hào)緩沖調(diào)理信號(hào)分析處理人機(jī)接口通信接口電源信號(hào)處理類題目系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有組成原理調(diào)理放大抗混疊濾波ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換MCU+FPGA信號(hào)處理算法DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)模轉(zhuǎn)換抗鏡頻濾波鍵盤圖形顯示放大驅(qū)動(dòng)實(shí)時(shí)信號(hào)處理信號(hào)流圖2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有第一屆：題目二多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1．基本要求

（1）現(xiàn)場(chǎng)模擬信號(hào)產(chǎn)生器

（2）八路數(shù)據(jù)采集器（3）主控器：通過串行傳輸線路對(duì)各路數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和顯示2．發(fā)揮部分

（1）利用電路補(bǔ)償或其它方法提高可變電阻值變化與輸出直流電壓變化的線性關(guān)系；

（2）盡可能減少傳輸線數(shù)目；

（3）其它功能的改進(jìn)（例如：增加傳輸距離，改善顯示功能）。現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)產(chǎn)生器八路數(shù)據(jù)采集器主控器地址顯示地址顯示地址、數(shù)據(jù)、時(shí)鐘組成原理2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有信號(hào)產(chǎn)生變換信號(hào)采集存儲(chǔ)信號(hào)變換調(diào)理信號(hào)緩沖調(diào)理信號(hào)分析處理人機(jī)接口通信接口第一屆：題目二多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)信號(hào)產(chǎn)生變換電源組成原理2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有第二屆：題目二

實(shí)用信號(hào)源的設(shè)計(jì)和制作1．基本要求

（1）正弦波信號(hào)源（2）脈沖波信號(hào)源2．發(fā)揮部分

（1）正弦波和脈沖波頻率步長(zhǎng)改為1Hz。

（2）正弦波和脈沖波幅度可步進(jìn)調(diào)整，調(diào)整范圍為100mV～3V，步長(zhǎng)為100mV。

（3）正弦波和脈沖波頻率可自動(dòng)步進(jìn)，步長(zhǎng)為1Hz。

（4）降低正弦波非線性失真系數(shù)。組成原理2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有信號(hào)產(chǎn)生變換信號(hào)采集存儲(chǔ)信號(hào)變換調(diào)理信號(hào)緩沖調(diào)理信號(hào)分析處理人機(jī)接口通信接口第二屆：題目二實(shí)用信號(hào)源的設(shè)計(jì)和制作電源組成原理2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有第三屆：B題簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)1．基本要求

（1）頻率測(cè)量、周期測(cè)量、脈沖寬度測(cè)量

（2）十進(jìn)制數(shù)字顯示，顯示刷新時(shí)間、具有自校功能

（3）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2．發(fā)揮部分

（1）擴(kuò)展頻率測(cè)量范圍

（2）測(cè)量并顯示周期脈沖信號(hào)

（3）小信號(hào)的頻率測(cè)量，提出并實(shí)現(xiàn)抗干擾的措施。組成原理2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有信號(hào)產(chǎn)生變換信號(hào)采集存儲(chǔ)信號(hào)變換調(diào)理信號(hào)緩沖調(diào)理信號(hào)分析處理人機(jī)接口通信接口第三屆：B題簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)電源組成原理2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有第四屆：B題數(shù)字式工頻有效值多用表1．基本要求

（1）交流電壓、交流電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)

（2）功能選擇：用按鍵選擇測(cè)量與顯示。2．發(fā)揮部分

（1）最大值、最小值測(cè)量，電壓基波及總諧波的有效值測(cè)量與顯示。

（2）具有量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能。電壓變換器電流變換器檢測(cè)處理控制顯示器鍵盤多用表組成原理2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有信號(hào)產(chǎn)生變換信號(hào)采集存儲(chǔ)信號(hào)變換調(diào)理信號(hào)緩沖調(diào)理信號(hào)分析處理人機(jī)接口通信接口第四屆：B題數(shù)字式工頻有效值多用表電源組成原理2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有第四屆：C題頻率特性測(cè)量?jī)x1、基本要求（1）制作幅頻特性測(cè)試儀：手動(dòng)、自動(dòng)步進(jìn)測(cè)量；LED顯示，并能打印輸出。（2）制作被測(cè)網(wǎng)絡(luò)電路型式為阻容雙T網(wǎng)絡(luò)、中心頻率5kHz、帶寬±50Hz、計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)的幅頻和相頻特性，并繪制相位曲線；用所制作的幅頻特性測(cè)試儀測(cè)試自制的被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性。2、發(fā)揮部分（1）制作相頻特性測(cè)試儀（2）在示波器上同時(shí)顯示幅頻和相頻特性；信號(hào)源被測(cè)網(wǎng)絡(luò)檢波及顯示部分組成原理2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有信號(hào)產(chǎn)生變換信號(hào)采集存儲(chǔ)信號(hào)變換調(diào)理信號(hào)緩沖調(diào)理信號(hào)分析處理人機(jī)接口通信接口第四屆：C題簡(jiǎn)易頻率特性測(cè)試儀電源雙T型網(wǎng)絡(luò)組成原理2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有第五屆：B題簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器

1．基本要求（1）單次、內(nèi)觸發(fā)方式，上升沿觸發(fā)、觸發(fā)電平可調(diào)、觸發(fā)存儲(chǔ)顯示方式，

（2）輸入阻抗，頻率范圍、波形失真、垂直分辨率，設(shè)置水平分辨率、掃描速度、垂直靈敏度。

2．發(fā)揮部分（1）連續(xù)觸發(fā)存儲(chǔ)顯示方式

（2）雙蹤示波功能，能同時(shí)顯示兩路被測(cè)信號(hào)波形。

（3）增加水平移動(dòng)擴(kuò)展顯示功能，增加存儲(chǔ)深度。

輸入電路A/D轉(zhuǎn)換觸發(fā)電路控制部分RAMD/A轉(zhuǎn)換D/A轉(zhuǎn)換（Y輸入）普通示波器（X輸入）（Z輸入）組成原理輸入信號(hào)2024/6/5信號(hào)產(chǎn)生變換信號(hào)采集存儲(chǔ)信號(hào)變換調(diào)理信號(hào)緩沖調(diào)理信號(hào)分析處理人機(jī)接口通信接口第五屆：B題簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器電源組成原理2024/6/5第六屆：C題低頻數(shù)字式相位測(cè)量?jī)x

1．基本要求（1）設(shè)計(jì)并制作一個(gè)相位測(cè)量?jī)x

（2）制作一個(gè)模擬移相網(wǎng)絡(luò)

2．發(fā)揮部分（1）設(shè)計(jì)數(shù)字式移相信號(hào)發(fā)生器

（2）擴(kuò)展相位測(cè)量范圍及精度移相輸入U(xiǎn)1（移相網(wǎng)絡(luò)）A＇輸出B＇輸出數(shù)字顯示相位測(cè)量A輸入B輸入

（相位測(cè)量?jī)x）數(shù)字顯示數(shù)字式移相信號(hào)發(fā)生器A輸出B輸出（數(shù)字式移相信號(hào)發(fā)生器）組成原理2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有信號(hào)產(chǎn)生變換信號(hào)采集存儲(chǔ)信號(hào)變換調(diào)理信號(hào)緩沖調(diào)理信號(hào)分析處理人機(jī)接口通信接口第六屆：C題低頻數(shù)字式相位測(cè)量?jī)x電源模擬移相網(wǎng)絡(luò)組成原理2024/6/5第六屆：D題簡(jiǎn)易邏輯分析儀

1．基本要求（1）制作數(shù)字信號(hào)發(fā)生器

（2）制作簡(jiǎn)易邏輯分析儀

2．發(fā)揮部分（1）能在示波器上顯示

（2）增加字觸發(fā)功能

8位數(shù)字信號(hào)發(fā)生器邏輯狀態(tài)與波形顯示8位輸入電路RAM控制電路微控制系統(tǒng)跳接線Q1Q2Q8組成原理2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有信號(hào)產(chǎn)生變換信號(hào)采集存儲(chǔ)信號(hào)變換調(diào)理信號(hào)緩沖調(diào)理信號(hào)分析處理人機(jī)接口通信接口第六屆：D題簡(jiǎn)易邏輯分析儀電源組成原理2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有第七屆：C題簡(jiǎn)易頻譜分析儀

1、基本要求（1）10MHz~30MHz頻譜分析、可設(shè)置中心頻率和掃頻寬度；（2）借助示波器顯示被測(cè)信號(hào)的頻譜圖及頻標(biāo)。2、發(fā)揮部分（1）擴(kuò)展頻率測(cè)量范圍（2）具有識(shí)別調(diào)幅、調(diào)頻和等幅波信號(hào)及測(cè)定其中心頻率的功能。混頻器放大器示波器本機(jī)振蕩器掃頻發(fā)生器信號(hào)處理電路顯示電路輸入XY檢波器濾波器組成原理2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有信號(hào)產(chǎn)生變換信號(hào)采集存儲(chǔ)信號(hào)變換調(diào)理信號(hào)緩沖調(diào)理信號(hào)分析處理人機(jī)接口通信接口第七屆：C題簡(jiǎn)易頻譜分析儀電源組成原理2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有第八屆：A題音頻信號(hào)分析儀

1．基本要求（1）輸入阻抗、輸入信號(hào)電壓范圍、輸入信號(hào)包含的頻率成分范圍、頻率分辨力。（2）檢測(cè)輸入信號(hào)的總功率和各頻率分量的頻率和功率。（3）分析時(shí)間：5秒。應(yīng)以5秒周期刷新分析數(shù)據(jù)，信號(hào)各頻率分量應(yīng)按功率大小依次存儲(chǔ)并可回放顯示，同時(shí)實(shí)時(shí)顯示信號(hào)總功率和至少前兩個(gè)頻率分量的頻率值和功率值，并設(shè)暫停鍵保持顯示的數(shù)據(jù)。2．發(fā)揮部分（1）擴(kuò)大輸入信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍及輸入信號(hào)包含的頻率成分范圍，提高靈敏度。（2）增加頻率分辨力20Hz檔，判斷輸入信號(hào)的周期性，并測(cè)量其周期。（3）測(cè)量被測(cè)正弦信號(hào)的失真度。組成原理2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有信號(hào)產(chǎn)生變換信號(hào)采集存儲(chǔ)信號(hào)變換調(diào)理信號(hào)緩沖調(diào)理信號(hào)分析處理人機(jī)接口通信接口第八屆：A題音頻信號(hào)分析儀電源組成原理2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有第八屆：C題數(shù)字示波器

設(shè)計(jì)并制作具有實(shí)時(shí)采樣方式和等效采樣方式的數(shù)字示波器組成原理2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有信號(hào)產(chǎn)生變換信號(hào)采集存儲(chǔ)信號(hào)變換調(diào)理信號(hào)緩沖調(diào)理信號(hào)分析處理人機(jī)接口通信接口第八屆：C題數(shù)字示波器電源組成原理2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有

鎖相頻率合成：

PLL+VCO+m/n,用于產(chǎn)生較高頻率的正弦信號(hào)，如本振信號(hào)。直接數(shù)字合成：DDS,用于任意波形發(fā)生、基帶信號(hào)產(chǎn)生、調(diào)

制信號(hào)發(fā)生。直接數(shù)字頻率合成：

DDFS：集DDS與鎖相技術(shù)于一體，可產(chǎn)生寬

頻率范圍、高精度、幅度、相位可控的任意波形?，F(xiàn)代信號(hào)產(chǎn)生技術(shù)相關(guān)知識(shí)2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有

鎖相頻率合成原理相關(guān)知識(shí)2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有

相關(guān)知識(shí)直接數(shù)字合成原理2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有

相關(guān)知識(shí)現(xiàn)代信號(hào)產(chǎn)生技術(shù)處理器DDS芯片抗鏡頻濾波處理器FPGAD/A驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)抗鏡頻濾波DDS方案1：DDS方案2：2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有

采樣定理：

全帶采樣，抗混疊濾波

帶通采樣、等效采樣，跟蹤濾波

過采樣、欠采樣采樣率：周期性采樣、隨機(jī)采樣，采樣率控制存儲(chǔ)深度：

單、多通道存儲(chǔ)深度變換控制采集控制：觸發(fā)方式、觸發(fā)條件、觸發(fā)電平/觸發(fā)字設(shè)置幅度控制：靈敏度、量程、帶寬控制信號(hào)實(shí)時(shí)采集與存儲(chǔ)技術(shù)相關(guān)知識(shí)2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有

信號(hào)實(shí)時(shí)采集與存儲(chǔ)技術(shù)相關(guān)知識(shí)放大調(diào)理存儲(chǔ)器處理器FPGAA/D抗混疊/跟蹤濾波實(shí)現(xiàn)方案變換調(diào)理觸發(fā)控制2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有

示波器顯示方式：YT、XY、YTZ、XYZ圖形顯示體制：光柵掃描體制（點(diǎn)陣）、隨機(jī)掃描體制（矢量）一次信息顯示：波形形成與回放二次信息顯示：刻度、符號(hào)、參數(shù)顯示基于示波器的波形顯示技術(shù)相關(guān)知識(shí)2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有

基于示波器的波形顯示技術(shù)相關(guān)知識(shí)示波器處理器FPGAD/A實(shí)現(xiàn)方案時(shí)基D/AD/A緩沖緩沖緩沖存儲(chǔ)器XYZ2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有

信號(hào)分析處理技術(shù)相關(guān)知識(shí)處理窗口：

數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)與分析精度相關(guān)算法實(shí)現(xiàn)：硬件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性強(qiáng)、軟件實(shí)現(xiàn)靈活性強(qiáng)算法分類：頻域分析處理算法、時(shí)域分析處理算法加窗處理：應(yīng)用窗函數(shù)加窗處理可提高性能2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有

常用信號(hào)分析處理算法相關(guān)知識(shí)幅度分析：

幅值、有效值、平均值、峰峰值、最大最小值計(jì)算；濾波處理：平滑濾波、低通、帶通、高通濾波；FIR/IIR結(jié)構(gòu)，群延時(shí)與線性相位,加窗處理;頻譜分析：DFT、FFT，頻率特性、相位特性、失真度分析相關(guān)分析：自相關(guān)、互相關(guān)、譜估計(jì)、鑒頻/鑒相基帶處理：調(diào)制與編碼、解調(diào)與解碼信號(hào)分析處理技術(shù)2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有

數(shù)字信號(hào)處理的FPGA實(shí)現(xiàn)相關(guān)知識(shí)信號(hào)分析處理技術(shù)2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽信號(hào)處理類題目訓(xùn)練》郭萬有

數(shù)字信號(hào)處理的FPGA實(shí)現(xiàn)相關(guān)知識(shí)信號(hào)分析處理技術(shù)2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有

MCU+FPGA為處理核心支持DDS信號(hào)產(chǎn)生支持信號(hào)的高速實(shí)時(shí)采集支持在示波器上顯示圖形支持LCD/OLED點(diǎn)陣圖形顯示支持在線調(diào)試、下載，脫機(jī)燒錄其它信號(hào)處理類題目平臺(tái)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有MCUFPGAKeyBoardLCD/OLEDRS232/CANMemoryADCDACDDS/DDFSI/OInterface信號(hào)處理類題目平臺(tái)方案實(shí)現(xiàn)平臺(tái)2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有信號(hào)處理類題目平臺(tái)實(shí)例實(shí)現(xiàn)平臺(tái)2024/6/5《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有指導(dǎo)信號(hào)處理類題目獲獎(jiǎng)情況實(shí)例分析多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1994年一等獎(jiǎng)數(shù)字式工頻有效值多用表1999年一等獎(jiǎng)?lì)l率特性測(cè)試儀1999年一等獎(jiǎng)簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器2001年一等獎(jiǎng)低頻數(shù)字式相位測(cè)量?jī)x2003年一等獎(jiǎng)簡(jiǎn)易頻譜分析儀2005年一等獎(jiǎng)音頻信號(hào)分析儀2007年一等獎(jiǎng)數(shù)字示波器2007年一等獎(jiǎng)數(shù)字式工頻有效值多用表實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5數(shù)字式工頻有效值多用表實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/51．基本要求

（1）交流電壓、交流電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)

（2）功能選擇：用按鍵選擇測(cè)量與顯示。2．發(fā)揮部分

（1）最大值、最小值測(cè)量，電壓基波及總諧波的有效值測(cè)量與顯示。

（2）具有量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能。電壓變換器電流變換器檢測(cè)處理控制顯示器鍵盤多用表數(shù)字式工頻有效值多用表實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5

摘要

采用積分法和

DFT法對(duì)工頻交流電的電壓有效值、電流有效值、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電壓基波、總諧波及失真度等電量參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。由AT89C52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)測(cè)量控制、數(shù)據(jù)分析處理、顯示和量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換等功能；由CPLD器件和高速A/D芯片組成雙通道高速同步數(shù)據(jù)采集電路；由鎖相倍頻電路實(shí)現(xiàn)工頻周波內(nèi)均勻等間隔采樣，保證了測(cè)量精度。

用自制移相網(wǎng)絡(luò)實(shí)測(cè)表明，DFT法精度更高。

關(guān)鍵詞：電量測(cè)量

DFT法積分法

鎖相倍頻技術(shù)

EDACPLD高速同步采集數(shù)字式工頻有效值多用表實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5Vi鎖相倍頻A/D控制電路I/O接口89C52單片機(jī)顯示鍵盤A/D整形程控放大程控放大移相VV硬件結(jié)構(gòu)數(shù)字式工頻有效值多用表實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5

1．基于時(shí)域分析的積分法

輸入的交流信號(hào)經(jīng)A/D采樣后，在基波周期內(nèi)等間隔取出采樣點(diǎn)，根據(jù)有效值、有功功率、無功功率的定義，采用積分法計(jì)算。即

電壓有效值

U= （1）電流有效值

I= （2）

平均有功功率

P= （3）無功功率

Q= （4）功率因數(shù)

（5）

這種方法當(dāng)諧波分量較小時(shí)精度比較高,但是，這種方法不能分析諧波，當(dāng)輸入交流信號(hào)畸變嚴(yán)重時(shí)，會(huì)有較大的誤差。數(shù)字式工頻有效值多用表實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/52．基于頻域分析的離散傅里葉變換法（DFT）

==

數(shù)字式工頻有效值多用表實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5軟件結(jié)構(gòu)頻率特性測(cè)試儀實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5頻率特性測(cè)試儀實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/51、基本要求（1）制作幅頻特性測(cè)試儀：手動(dòng)、自動(dòng)步進(jìn)測(cè)量；LED顯示，并能打印輸出。（2）制作被測(cè)網(wǎng)絡(luò)電路型式為阻容雙T網(wǎng)絡(luò)、中心頻率5kHz、帶寬±50Hz、計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)的幅頻和相頻特性，并繪制相位曲線；用所制作的幅頻特性測(cè)試儀測(cè)試自制的被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性。2、發(fā)揮部分（1）制作相頻特性測(cè)試儀（2）在示波器上同時(shí)顯示幅頻和相頻特性；信號(hào)源被測(cè)網(wǎng)絡(luò)檢波及顯示部分實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5

摘要：

作品以89C52小系統(tǒng)為核心，由正弦波發(fā)生器、數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)、處理、顯示、打印等功能模塊組成。其中，信號(hào)發(fā)生電路采用FPGA和DDS技術(shù)實(shí)現(xiàn)，被測(cè)網(wǎng)絡(luò)采用有源帶通雙T網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。

作品通過鍵盤控制來實(shí)現(xiàn)幅頻和相頻特性的測(cè)量，包括參數(shù)預(yù)置、點(diǎn)測(cè)結(jié)果的顯示與打印，以及幅頻、相頻特性曲線的顯示與打印。

關(guān)鍵詞:

DDS雙T網(wǎng)絡(luò)

FPGA有源濾波

數(shù)字鑒相數(shù)據(jù)采集

EDA頻率特性測(cè)試儀實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5硬件結(jié)構(gòu)示波器Y軸DDS正弦波發(fā)生器8255過零比較過零比較雙T網(wǎng)絡(luò)鑒相器ADC0809峰值檢波DAC0800計(jì)數(shù)器DAC0800波形疊加顯示鍵盤打印機(jī)RAM89c52單片機(jī)X軸鋸齒波發(fā)生示波器X軸P1.6圖1系統(tǒng)總體框圖頻率特性測(cè)試儀實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5圖2DDS信號(hào)源框圖頻率特性測(cè)試儀實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5

圖6雙T網(wǎng)絡(luò)及其幅相特性頻率特性測(cè)試儀實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5

圖9峰值檢波電路頻率特性測(cè)試儀實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5

（a）(b)

圖10相頻特性測(cè)試原理框圖及其鑒相特性圖11相位極性判別電路頻率特性測(cè)試儀實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5

清零89C52計(jì)數(shù)器DACDAC疊加X軸Y軸P1.6單片機(jī)

P1.7圖13特性曲線顯示原理示意圖頻率特性測(cè)試儀實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5軟件結(jié)構(gòu)頻率特性測(cè)試儀圖15主程序流程圖實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5軟件結(jié)構(gòu)頻率特性測(cè)試儀（a）點(diǎn)頻掃描(b)掃頻測(cè)量(c)幅值測(cè)量(d)相位測(cè)量圖16子程序流程圖實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器

1．基本要求（1）單次、內(nèi)觸發(fā)方式，上升沿觸發(fā)、觸發(fā)電平可調(diào)、觸發(fā)存儲(chǔ)顯示方式，

（2）輸入阻抗，頻率范圍、波形失真、垂直分辨率，設(shè)置水平分辨率、掃描速度、垂直靈敏度。

2．發(fā)揮部分（1）連續(xù)觸發(fā)存儲(chǔ)顯示方式

（2）雙蹤示波功能，能同時(shí)顯示兩路被測(cè)信號(hào)波形。

（3）增加水平移動(dòng)擴(kuò)展顯示功能，增加存儲(chǔ)深度。

輸入電路A/D轉(zhuǎn)換觸發(fā)電路控制部分RAMD/A轉(zhuǎn)換D/A轉(zhuǎn)換（Y輸入）普通示波器（X輸入）（Z輸入）實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5摘要：

作品借助示波器作為顯示終端，由前端處理，觸發(fā)，采集，數(shù)據(jù)融合處理，波形顯示和操作面板等功能模塊組成。采用CPLD實(shí)現(xiàn)控制邏輯，并使該儀器在示波器的XY方式下顯示。作品擴(kuò)充了觸發(fā)源選擇及觸發(fā)方式，具有邊沿和最大幅度的條件觸發(fā)功能等。設(shè)置了掉電保護(hù)、水平/垂直自動(dòng)設(shè)置、波形打印等功能，并制作了供系統(tǒng)使用的線性穩(wěn)壓電源。

關(guān)鍵詞：數(shù)字存儲(chǔ)示波器CPLDX-Y顯示方式簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器存儲(chǔ)深度M采樣率fs與掃描速度S垂直靈敏度調(diào)理電路增益A/D位數(shù)的選擇A/D轉(zhuǎn)換速度計(jì)算

參數(shù)分析與計(jì)算實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5

簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器通道調(diào)理電路實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5

簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器采集存儲(chǔ)邏輯實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5

簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器觸發(fā)位置控制實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5

簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器XY方式顯示控制邏輯實(shí)例分析2024/6/5簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器軟件結(jié)構(gòu)《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5低頻數(shù)字式相位測(cè)量?jī)x實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5低頻數(shù)字式相位測(cè)量?jī)x1．基本要求（1）設(shè)計(jì)并制作一個(gè)相位測(cè)量?jī)x

（2）制作一個(gè)模擬移相網(wǎng)絡(luò)

2．發(fā)揮部分（1）設(shè)計(jì)數(shù)字式移相信號(hào)發(fā)生器

（2）擴(kuò)展相位測(cè)量范圍及精度移相輸入U(xiǎn)1（移相網(wǎng)絡(luò)）A＇輸出B＇輸出數(shù)字顯示相位測(cè)量A輸入B輸入

（相位測(cè)量?jī)x）數(shù)字顯示數(shù)字式移相信號(hào)發(fā)生器A輸出B輸出（數(shù)字式移相信號(hào)發(fā)生器）實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5摘

要：

作品由數(shù)字式移相信號(hào)發(fā)生器、模擬移相網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字相位測(cè)量以及人機(jī)接口等模塊組成。數(shù)字式移相信號(hào)發(fā)生器采用雙路時(shí)統(tǒng)DDS技術(shù)，基于FPGA實(shí)現(xiàn)。

相位測(cè)量部分采用基于相位—時(shí)間變換的等精度測(cè)量技術(shù)，由單片機(jī)控制CPLD實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：等精度相位測(cè)量時(shí)統(tǒng)DDS多路信號(hào)產(chǎn)生低頻數(shù)字式相位測(cè)量?jī)x實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5硬件結(jié)構(gòu)低頻數(shù)字式相位測(cè)量?jī)x雙T網(wǎng)絡(luò)1雙T網(wǎng)絡(luò)2雙T網(wǎng)絡(luò)3網(wǎng)絡(luò)選擇單片機(jī)

2FPGA數(shù)字移相邏輯幅度控制D/A波形存儲(chǔ)器D/A低通濾波器前端調(diào)理電路CPLD測(cè)相邏輯A1B1A2B2CPLD相位測(cè)量部分模擬移相部分?jǐn)?shù)字移相部分信號(hào)輸入單片機(jī)

1實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5參數(shù)分析與計(jì)算低頻數(shù)字式相位測(cè)量?jī)x數(shù)字移相信號(hào)發(fā)生器參數(shù)

相差控制字P

頻率控制字K

存儲(chǔ)深度M

時(shí)基頻率f0精度公式模擬移相網(wǎng)絡(luò)參數(shù)

網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)、各頻點(diǎn)元件參數(shù)表數(shù)字相位測(cè)量參數(shù)

頻率測(cè)量公式

相差測(cè)量公式

測(cè)量精度公式

實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5

數(shù)字式移相信號(hào)發(fā)生器低頻數(shù)字式相位測(cè)量?jī)x單片機(jī)相位增量寄存器（PIR）移相鎖存器相位累加器地址寄存器波形存儲(chǔ)器AD/A轉(zhuǎn)換器A2低通濾波D/A轉(zhuǎn)換器A1相差加法器分頻波形存儲(chǔ)器BD/A轉(zhuǎn)換器B2D/A轉(zhuǎn)換器B1低通濾波KP波形產(chǎn)生幅度控制FPGAVo1Vo2NA1NA2晶振fxfCLk實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5

模擬式移相網(wǎng)絡(luò)低頻數(shù)字式相位測(cè)量?jī)x實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5

數(shù)字鑒相器低頻數(shù)字式相位測(cè)量?jī)x周期鎖存相差鎖存周期/相差計(jì)數(shù)器時(shí)間閘門時(shí)間基準(zhǔn)實(shí)例分析2024/6/5軟件結(jié)構(gòu)《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有低頻數(shù)字式相位測(cè)量?jī)x開始系統(tǒng)初始化是否打印從CPLD讀數(shù)據(jù)打印數(shù)據(jù)均值濾波數(shù)據(jù)處理送顯YESNO開始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)功能鍵判斷F1設(shè)置頻率F2F3F4F5F9F6.F7設(shè)置相差設(shè)置A路幅度設(shè)置B路幅度頻率步進(jìn)相差步進(jìn)相差遞減頻率遞減掃頻輸出實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5簡(jiǎn)易頻譜分析儀1、基本要求（1）10MHz~30MHz頻譜分析、可設(shè)置中心頻率和掃頻寬度；（2）借助示波器顯示被測(cè)信號(hào)的頻譜圖及頻標(biāo)。2、發(fā)揮部分（1）擴(kuò)展頻率測(cè)量范圍（2）具有識(shí)別調(diào)幅、調(diào)頻和等幅波信號(hào)及測(cè)定其中心頻率的功能?；祛l器放大器示波器本機(jī)振蕩器掃頻發(fā)生器信號(hào)處理電路顯示電路輸入XY檢波器濾波器實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5摘

要：

作品結(jié)合了傳統(tǒng)模擬頻譜分析儀與數(shù)字信號(hào)處理的優(yōu)點(diǎn)，采用高中頻超外差混頻技術(shù)、頻譜分析技術(shù)、窄帶采樣和數(shù)字解調(diào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。作品以“混頻器＋DSP＋FPGA”為平臺(tái)，采用專用DDS產(chǎn)生本振信號(hào)，進(jìn)行高中頻超外差混頻；用FPGA完成對(duì)模擬信號(hào)的窄帶采樣，實(shí)現(xiàn)頻譜搬移，使得系統(tǒng)能在低頻段分析高頻鏡像；用DSP完成DFT算法，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的高分辨率譜分析及數(shù)字解調(diào)。

關(guān)鍵字：高中頻超外差混頻

FPGADSP帶通采樣

數(shù)字解調(diào)

簡(jiǎn)易頻譜分析儀實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5信號(hào)流圖簡(jiǎn)易頻譜分析儀實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易頻譜分析儀實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5本振參數(shù)本振頻率范圍計(jì)算時(shí)基頻率頻率控制字

頻率步進(jìn)精度采集分析窄帶采樣率存儲(chǔ)深度頻率分辨率

窗函數(shù)

參數(shù)分析與計(jì)算簡(jiǎn)易頻譜分析儀實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5本振頻率范圍選擇簡(jiǎn)易頻譜分析儀實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5窄帶采樣技術(shù)---采樣率選擇簡(jiǎn)易頻譜分析儀實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5混頻濾波放大簡(jiǎn)易頻譜分析儀實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5窄帶采樣電路簡(jiǎn)易頻譜分析儀實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5

DDS本振信號(hào)產(chǎn)生器簡(jiǎn)易頻譜分析儀實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5

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基于FPGA的NCO及FIR濾波器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易頻譜分析儀實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有2024/6/5

示波器終端電路簡(jiǎn)易頻譜分析儀實(shí)例分析2024/6/5軟件結(jié)構(gòu)《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》郭萬有簡(jiǎn)易頻譜分析儀開始系統(tǒng)初始化有用戶操作？YN功能選擇采集頻譜數(shù)據(jù)分析頻譜示波器、LCD顯示結(jié)束參數(shù)設(shè)置全頻段掃描休眠狀態(tài)實(shí)例分析《電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)》