《电子测量与仪器》 范泽良 吴政江 编著 课后习题答案.doc 14页

'《电子测量与仪器》习题参考答案清华大学出版社《电子测量与仪器》习题参考答案习题1习题2一、填空题1．正弦信号发生器；脉冲信号发生器；函数信号发生器。2．主振级；调制级；内调制振荡器；输出级；监视器。3．RC文氏电桥振荡；稳幅；负。4．外界条件；电路及元件内部的噪声；元件老化等产生的寄生相移。5．频率合成器。6．鉴相器（PD）；环路低通滤波器（LPF）；电压控制振荡器（VCO）。7．先产生正弦波再得到方波和三角波；用施密特电路产生方波，然后经变换得到三角波和正弦波；先产生三角波再转换为方波和正弦波。二、选择题1．B2．A3．C4．A5．C6．D。三、简答题1．答：高频信号发生器主要由主振级、调制级、内调制振荡器、输出级、监视器和电源等六部分组成。各部分的功能是：（1）主振级。其作用是产生高频等幅载波信号，也叫高频振荡器。（2）调制级。将主振级产生的高频等幅载波信号与调制信号发生器产生的音频调制信号（400Hz或1KHz）同时送到调制级后，从调制级输出的就是载有音频信号的已调波了。（3）内调制振荡器。其作用是产生内调制信号的，也叫内调制振荡器，一般的高频信号发生器产生的内调制信号有400Hz和1kHz两种。（4）输出级。其作用主要是对已调信号进行放大和滤波，然后在此基础上通过衰减器对输出电平进行较大范围的调节和输出阻抗的变换，以适应各种不同的需要。（5）监视器。监视器主要用来测量输出信号的载波的电平和调幅系数，显示输出信号的频率、幅度、波形等，对输出信号进行监视。（6）电源。电源供给各部分所需的直流电压。2．答：正弦波形通常是令三角波经非线性成形网络，用分段折线逼近的方法来产生。电路图2-17所示为一种实际的正弦波形成电路。其功能是将三角波整形为近似的正弦波输出。电路中使用了6对二极管。+2V、-2V直流电源和电阻R1~R6及R1’~R6’为二极管提供适当的偏压，以控制三角波逼近正弦波时转折点的位置。随着输入三角波信号电压升高或降低的变化，6对二极管依次导通或截止，并把电阻R8~R12依次接入电路或从电路中断开。多导通一个二极管将多增加一条电阻并联支路，因而输出电压斜率会降低，形成一段折线。相反，若多截止一个二极管将多减少一条电阻并联支路，因而输出电压斜率会升高，同样也将形成一段折线。总之，电路中每个二极管可产生一个转折点。在正半周时，一对二极管可获得三段折线；在负半周时也产生三段折线。这样使用1对二极管就可获得6段折线。以后每增加一对二极管，正负半周可各增加二段。因此整个电路可产生26段折线。由这种正弦波形成网络所获得的正弦波信号失真小。用5对二极管时失真度可小于1%，用6对时可小于0.25%。3．答：频率合成的方法一般有两种：直接合成法与间接合成法。直接合成法的优点是频率的稳定度高，频率转换速度快，频谱纯度高，频率间隔小，可以做到0.1Hz第13页，共14页 《电子测量与仪器》习题参考答案清华大学出版社以下。缺点是它需要大量的混频器、滤波器、分频器及倍频器等，电路单元多，设备复杂，体积大而显得笨重，造价贵。间接合成法也称为锁相合成法，它通过锁相环来完成频率的加、减、乘、除（即完成频率的合成）。锁相环具有滤波作用，其通频带可以做得很窄，且中心频率易调，又能自动跟踪输入频率，因而可以省去直接合成法中所使用的大量滤波器、混频器及分频器等，有利于简化结构，降低成本，易于集成。4．答：锁相环路是间接合成法的基本电路，它是完成两个电信号相位同步的自动控制系统。基本锁相环由鉴相器（PD）、环路低通滤波器（LPF）和电压控制振荡器（VCO）等三部分组成。其工作原理是：将输出信号Uo中的一部分反馈回来与输入信号Ui共同加到鉴相器PD上进行相位比较，其输出端的误差电压UФ同两个信号的瞬时相位差成比例。误差电压UФ经环路低通滤波器LPF滤掉其中的噪音以后，用来控制压控振荡器VCO，使其振荡频率向其输入频率靠拢，直至锁定。此时，两信号的相位差保持某一恒定值，因而，鉴相器的输出电压也为一直流电压，振荡器就在此频率上稳定下来。也就是说，锁相环路的最终输出信号频率就是其输入信号频率，因而可以把锁相环看成是一个以输入频率为中心的窄带滤波器。5．答：脉冲信号发生器主要由主振级、延迟级、形成级、整形级和输出级等五个部分组成。各部分的原理如下：（1）主振级。主振级的作用是形成一个频率稳定度高、调节性能良好的周期信号，作为下一级电路的触发信号。主振级一般由多谐振荡器组成，其特点是电路简单，频率连续可调，既可工作在内触发状态，也可工作在外触发状态。当“内触发”时，主振级是一个多谐振荡器；当“外触发”时，主振级就相当于一个单稳态电路了。（2）延迟级。脉冲信号发生器除了具有主脉冲输出外，一般还要求有“同步”外部设备或仪器的同步脉冲输出。而主脉冲和同步脉冲之间需要有一定的延迟。延迟级就是为了完成这种延迟作用而设置的。（3）形成级。脉冲形成级的作用是形成脉冲宽度稳定性好，具有良好宽度调节性能的矩形脉冲波。其宽度一般为2.5ns~1s。脉冲形成级的电路一般采用单稳态触发器和脉冲加、减电路。（4）整形级。为了使输出的脉冲波更趋近矩形，通常要求脉冲波形的前、后沿要陡峭，而整形级能充分改善矩形脉冲的形状并具有电流放大作用。脉冲整形级主要由电流开关电路组成。而延迟级、形成级、整形级又构成脉冲形成级。（5）输出级。输出级的作用是对输出脉冲信号进行幅度放大，并通过衰减器输出各种幅度的脉冲波形。通常包括有脉冲放大器、倒相器等，输出信号的幅度、极性等在输出级进行调节。四、综合题1．解：根据U实＝U示/衰减倍数。（1）当“输出衰减”旋钮置于40dB时，衰减倍数为100倍，所以当U示＝1V时，U实＝U示/衰减倍数＝1V/100＝10mV。同理，当U示＝3V、5V时，U实＝30mV、50mV。（2）当U示＝5V，若“输出衰减”旋钮置于20dB时，衰减倍数为10倍，所以U实＝U示/衰减倍数＝5V/10＝500mV。同理，若“输出衰减”旋钮置于40dB、60dB时，衰减倍数为100倍、1000倍，U实＝50mV、5mV。2．解：调节步骤如下：第1步，弹出输出波形转换开关S，使仪器输出为正弦信号。第2步，将波段选择开关置于Ⅳ波段，此时kHz指示灯亮；然后分别调节三个频率调节旋钮，从左至右分别置于“5”、“0”和“0”刻度；此时数码显示出5.00，即5.00kHz。输出频率即为5kHz。第3步，调节输出细调旋钮使电压读数为“1”；再调节输出衰减旋钮，使其置于“40”，即衰减40dB，由表2-1可知，衰减了100倍（即为原值的0.01）；输出有效电压则为1V×0.01＝10mV。第13页，共14页 《电子测量与仪器》习题参考答案清华大学出版社习题3一、填空题1．电子枪；偏转系统。2．电场；磁场。3．阴极；第一栅极；第二栅极。4．动能；光能；热能。5．垂直系统；水平系统。6．取样；高频；中频或低频；10MHz。7．1/10。8．实时采样；顺序采样。9．；。10．×10；÷5。二、选择题1．C2．A3．B4．B5．A6．B7．C8．A三、简答题1．答：在电子枪中，电子运动经过聚焦形成电子束，电子束通过垂直和水平偏转板打到荧光屏上产生亮点，亮点在荧光屏的垂直或水平方向上偏转的距离，正比于加在垂直或水平偏转板上的电压，即亮点在屏幕上的移动的轨迹，是加到偏转板上的电压信号的波形。示波器显示图形或波形的原理是基于电子与电场之间的相互作用原理进行的。2．答：探头的作用主要有两个，即提高示波器的输入阻抗，降低分布电容对波形的影响。3．答：双踪示波器中电子开关在每一次扫描结束时转换。若第一扫描周期显示A波形，则第二扫描周期显示B波形，第三次显示A波形……，这种方式称为交替工作方式，它适用于被显示波形频率较高的情况。如此交替地断续扫出A，B波形的方式称为断续工作方式，它适用于被显示波形频率较低的情况。4．答：⑴垂直移位、水平移位旋钮。⑵聚集、辅助聚集、亮度旋钮。⑶Y轴偏转因数选择（V/div）。⑷扫描速度微调旋钮或同步调节。四、综合题1．答：示波器上显示的波形如题图3-1所示。2．答：示波器上显示的波形如题图3-2所示。第13页，共14页 《电子测量与仪器》习题参考答案清华大学出版社题图3-1题图3-23．答：（1）一个周期水平距离为8div÷2＝4div，扫描因数为0.20ms/div，则，一个周期时间为T＝0.20ms/div×4div＝0.8ms则，信号频率（2）相位差＝1.5div÷4div×2＝0.754．答：①VP-P＝1V/div×5div＝5V②5V×10＝50V5．答：f＝10MHz，则有T＝0.1us，显示两个周期，则有2T＝0.2us；屏幕宽10cm，故扫描速度为10cm/0.2us＝5cm/us，扫描因数为0.2us/10cm＝0.02us/cm＝20ns/cm习题4一、填空题1．电流；电压。2．直接测量法；间接测量法。3．为消除温度变化所引起的零点飘移。4．2M。5．S＝1/Ifs；越小。6．检波－放大式；外差式。7．-23dB。8．14.14；10。9．放大器带宽；内部噪声。10．；10uV。二、选择题1．A2．C3．D4．B5．C6．D7．B8．A三、简答题1．答：一个交流电压的幅度特性可用峰值、平均值、有效值三个基本参数和与之相关的波形因数、波峰因数两个派生参数来表征。对于理想的交流电压，UP＝Um，，对于理想的正弦交流电压，有2．答：第13页，共14页 《电子测量与仪器》习题参考答案清华大学出版社3．答：仪表中有两个线圈，一个是固定的，另一个是活动的，两个线圈串联相接。其中一个线圈通入负载电流，称为电流线圈；另一个线圈通入与负载电压有关的电流，称为电压线圈。因而仪表指针偏转量与通过电流线圈和电压线圈的电流之积成正比关系。4．答：显示位数，显示位数是指能显示0～9十个完整数码的位数；分辨率，分辨率是指数字万用表能够显示输入电压的最小变化值，即显示器末位跳动一个数字所需的最小电压变化值；输入阻抗；抗干扰能力；测量速率是在单位时间内以规定的准确度完成的测量次数，或一次完整测量所需的时间。5．答：在同一个测量周期内，首先对被测直流电压Ux在限定时间（T1）内进行定时积分，然后切换积分器的输入电压为基准电压﹙-Ux＜0时，Ur＞0；-Ux＞0时，Ur＜0），再对Ur进行定值反向积分，直到积分器输出电压等于零为止。合理选择电路参数可把被测电压Ux变换成反向积分的时间间隔，再利用脉冲计数法对此时间间隔进行数字编码，从而得出被测电压数值。整个过程是两次积分，将被测电压模拟量Ux变成与之正比的计数脉冲个数，从而完成A/D转换。6．答：逐次逼近比较式A/D转换器的工作原理非常类似于天平称质量过程。天平在称物质的质量时使用一系列的砝码，根据称量过程中天平的平衡情况，逐次增加或减少砝码，使天平最终趋于平衡。逐次逼近比较式A/D转换器，在转换过程中用被测电压去与基准电压按指令进行比较，依次按二进制递减规律减小，从数字码的最高位开始，逐次比较到最低位，使Uo逐次逼近Ux。四、综合题1．解：Rv1＝20KΩ/V×5V＝100KΩRv2＝20KΩ/V×10V＝200KΩ2．解：对于正弦波对于方波对于三角波3．解：对于正弦波第13页，共14页 《电子测量与仪器》习题参考答案清华大学出版社对于方波对于三角波4．解：（1）显示为9999的是四位数字万用表，显示为19999的是位数字万用表。（2）分辨率为200mV／20000＝0.01mV＝10μV5．解：误差的表示形式有：；。这里a＝0.008，b＝0.001。已知Um＝10V，可以演变为以下形式：因为位DVM在10V量程的最大显示值为1.99999V，末位跳1个字是50μV，正好是其满度误差值0.0001V/2，所以可以用2个字来表示。6．一逐次逼近比较式A/D转换器采用12位二进制，其内部的A/D转换最高位为2048mV，最低位输出为1mV，设输入电压为1893mV。其转换结果为多少？试说明其逐次逼近比较的过程。解：由题意可知各对应的二进制位的值如下表（单位为mV）b11b10b9b8b7b6b5b4b3B2b1b0204810245122561286432168421其比较过程为：（1）2048＞1893，故b11＝0，余数为1893；（2）1024＜1893，故b10＝1，余数为1893－1024＝869；（3）512＜869，故b9＝1，余数为869－512＝357；（4）256＜357，故b8＝1，余数为357－256＝101；（5）128＞101，故b7＝0，余数为101；（6）64＜101，故b6＝1，余数为101－64＝37；（7）32＜37，故b5＝1，余数为37－32＝5；（8）16＞5，故b4＝0，余数为5；（9）8＞5，故b3＝0，余数为5；（10）4＜5，故b2＝1，余数为5－4＝1；（11）2＞1，故b1＝0，余数为1；第13页，共14页 《电子测量与仪器》习题参考答案清华大学出版社（12）1＝1，故b0＝1，余数为1－1＝0。比较完成，比较结果为011101100101。习题5一、填空题1．电阻；消耗；电抗；存储。2．无穷大；无穷小。3．电压模值；Q。4．振荡电路；谐振电路。5．串联形式；并联形式。6．清除存在于测量电缆或测量夹具上的杂散电抗；开路清零；短路清零。7．反比；越慢；越高。8．8次/秒；测试速度。9．基极阶梯波信号发生器；集电极扫描电压发生器。10．电阻测量法；电压测量法；信号注入法。二、选择题1．B2．B3．D4．A5．B6．C三、简答题1．答：（1）RB-E＝低，RB-C＝低，该管为NPN型，故RC-E＝低；而题目条件为RC-E＝高，故不能正常工作。（2）RB-E＝高，RC-E＝高，该管为PNP型，则RC-B＝低，RB-C＝高，这与题目条件相反，故，管子不能正常工作。2．答：有：①电桥法。优点：精度高，使用不同电桥可以得到的频率范围宽，价格低缺点：需要手动平衡，单台仪器的频率覆盖范围较窄。②谐振法。优点：可测很高的Q值。缺点：需要调谐到谐振，阻抗测量精度低。③电压电流法。优点：可测量接地器件，适用于探头类测试需要。缺点：工作频率范围受使用探头的变压器的限制。3．答：晶体管特性图示仪由基极阶梯信号发生器、集电极扫描电压发生器、测试转换与控制电路、显示处理电路和显示器组成。各部分功能为：①基极阶梯波信号发生器：用以提供必需的基极电流。②集电极扫描电压发生器：用以提供从零开始的、可变的集电极电源电压。③测试转换和控制电路：用以转换和控制不同的测试接法和不同类型的半导体器件的特性曲线和参数。④显示电路：用以显示被测器件的特性曲线，其作用和原理与示波器相当。四、综合题1．答：C为b极，B为e极，A为c极，为PNP管。第13页，共14页 《电子测量与仪器》习题参考答案清华大学出版社2．答：习题6一、填空题1．测量频率；测量周期；测量时间。2．石英晶体振荡器；分频；倍频。3．频率低；其周期TB；频率高。4．NT0。5．时标误差；计数误差；触发。6．多周期。7．增大闸门开启时间T0；被测信号的频率fx越高。8．中界频率；。9．施密特触发器的触发电平设置不当；被测信号中的干扰（噪声）；反；大。二、选择题1．C2．D3．B4．B5．A6．D7．A三、简答题1．答：电子计数器的标准时间信号，具有两个显著的特点：一是有很高的精度，因为在电子计数器中总是采用高精度的石英晶体振荡器来产生标准时间信号；二是多值性，即能够产生多种不同的频率。为了适应不同频率和时间的测量需要，通用计数器一般都有多种不同的标准时间，这些不同的标准时间信号是石英晶体振荡器通过分频或倍频所得，供时基选择电路选用。分频电路一般采用与十进制数相同的电路，倍频电路一般采用非线性LC选频放大器。为了保证分频或倍频后时基信号的精度，可以采用门控分频或锁相倍频等方法来改进电路。2．答：电子计数器输入电路的作用是将各种不同形状、不同幅度和不同极性的输入信号加工成具有一定形状、一定幅度和一定极性的、计数器所必须的波形，通常是将输入信号整形为脉冲信号，以便于计数电路计数。3．答：电子计数器测量频率的基本原理如下：①被测信号ƒx经过放大整形后成为计数脉冲，加在主控门的输入端。②晶体振荡器产生的振荡信号经过分频器分频后去触发门控电路，使其产生宽度为T0的门控信号（或叫闸门信号）。③主控门在T0内打开，使得计数脉冲通过，其余时间关闭，不让计数脉冲通过。④通过主控门的计数脉冲列由十进制计数器计数，计数结果N在显示器中显示出来。⑤实质上，电子计数器测频的基本原理是比较法。以Tx与T0相比较，也就是ƒx同ƒ0相比较：在时间T0内，通过的脉冲数为N，每一个脉冲的周期为Tx，故而T0＝N×Tx，即N＝T0/Tx。简单地说，计数器得到时间T0内通过的脉冲个数N，而主控门的开启时间T0则确定了计数器所显示数字的单位。两者结合在一起即得到被测频率值ƒx＝N/T0。4．答：电子计数器自校原理框图如图6-15所示。它一方面把时基信号经过m倍分频、扩大其周期后，作为闸门信号去控制主控门的开启时间；另一方面，又把时基信号经过n倍倍频后，作为计数脉冲由输入通道A第13页，共14页 《电子测量与仪器》习题参考答案清华大学出版社送入计数器进行计数。也就是说，在给定的时间内对已知的标准信号进行频率计数，其结果也是已知的。即。由于分频系数m和倍频系数n是已知的，所以根据上式就可以检查整机的工作是否正常。例如m＝106，n＝100，则计数器显示应为N＝106×100＝108。如果每次测量的显示值在N＝100000000±1以内，就说明整机工作正常。否则，整机工作不正常，应作相应的校正。四、综合题1．解：测频分辨力＝Tx/T0＝（1/100kHz）/1s＝0.00001Hz量化误差＝同理，当闸门时间为10s时，量化误差＝±0.000%2．解：(1)测频时的量化误差＝测周时的量化误差＝(2)中界频率：当fx≤fm＝1KHz时，采用测周期法；而当fx＞fm＝1KHz时，采用测频率法。习题7一、填空题1．电调谐带通滤波器或混频器。2．点频（静态）；扫频（动态）。3．差频。4．电路网络的幅频特性；电信号的频率响应。5．减少寄生调幅。6．恒带宽分析式频谱仪；恒百分比带宽分析式频谱仪。7．基波抑制。二、选择题1．D2．B3．C4．B5．A6．D三、简答题1．答：信号的频域测量和频谱分析是研究电路网络或电信号中各频率分量的幅度u与频率f的关系，即在频域内观察和分析电路网络或电信号。这时幅度u是频率f的函数，可表示为u＝F（f）。通常以频率f为水平轴，幅度u为垂直轴，所得的图形就称为幅频特性或频谱图。频域测量主要包括：①频率特性测量：主要对电路网络的频率特性进行测量，包括幅频特性、相频特性、带宽及回路Q值等特性的测量。②选频测量：利用选频电压表，通过调谐滤波的方法，选出并测量信号中某些频率分量的大小。③频谱分析：用频谱分析仪分析信号中所含的各个频率分量的幅值、功率、能量和相位关系，以及振荡信号源的相位噪声特性、空间电磁干扰等。④调制度分析测量：对各种频带的射频信号进行解调，恢复调制信号，测量其调制度，如调幅波的调幅系数、调频波的频偏、调频指数以及它们的寄生调制参量等。⑤第13页，共14页 《电子测量与仪器》习题参考答案清华大学出版社谐波失真度测量：信号通过非线性器件都会产生新的频率分量，俗称非线性失真。这些新的频率分量包括谐波和互调两种类型。2．答：幅频特性的测试方法有点频测量法和扫频测量法两种方法。点频测量法的优点是测量时不需要特殊仪器，测量方法简单，测量准确度比较高，能反映出被测网络的静态特性，是工程技术人员在没有频率特性测试仪的条件下，进行现场测量研究和分析的基本方法之一。但由于测试频率点是不连续的，因而这种方法的缺点是操作繁琐、工作量大、测量速度也较慢且容易漏测某些突变点，不能反映出被测网络的动态特性。而扫频测量法的优点是测量过程简单，速度快，也不会产生漏测现象，还能边测量边调试，大大提高了调试工作效率。扫频法反映的是被测网络的动态特性，测量结果与被测网络实际工作情况基本吻合，这一点对于某些网络的测量尤为重要，如滤波器的动态滤波特性的测量等。扫频测量法的不足之处是测量的准确度比点频测量法低。3．答：当被测网络内部没有检波器时要用检波探头；而当被测网络内部带有检波器时就不用检波探头。4．答：超外差频谱分析仪是利用超外差接收机的原理，将频率可变的扫频信号与被分析信号进行差频，再对所得的固定频率信号进行测量分析，由此依次获得被测信号不同频率成分的幅度信息。实质上，超外差频谱仪是一种具有扫频和窄带宽滤波功能的超外差接收机，与其他超处差接收机原理相似，只是用扫频振荡器作为本机振荡器，中频电路有频带很窄的滤波器，按外差方式选择所需频率分量。这样，当扫频振荡器的频率在一定范围内扫动时，与输入信号中的各个频率分量在混频器中产生差频（中频），使输入信号的各个频率分量依次落入窄带滤波器的通带内，被滤波器选出并经检波器加到示波器的垂直偏转系统，即光点的垂直偏转正比于该频率分量的幅值。由于示波器的水平扫描电压就是调制扫频振荡器的调制电压（由扫描发生器产生），所以水平轴已变成频率轴。因此屏幕上显示的就是输入信号的频谱图。5．答：谐波失真度定义为信号的全部谐波能量与基波能量之比的平方根值,对于纯电阻性负载,则定义为全部谐波电压(或电流)有效值与基波电压(或电流)有效值之比。谐波失真度的测量方法有多种，目前最常用的方法是基波抑制法。所谓基波抑制法，就是将被测信号中基波分量滤除，测量出所有谐波分量总的有效值，再确定与被测信号总有效值相比的百分数即为谐波失真度值。大多数的失真度分析仪都是根据这个原理制成的。四、综合题1．解：接被测网络时的总衰减量B1＝0dB+3dB＝3dB将扫频输出与检波探头对接时的总衰减量B2＝20dB+5dB＝25dB因为B1＜B2，所以被测网络为衰减器。其衰减倍数为：B2-B1＝25dB－3dB＝22dB2．解：在频率为20Hz时失真度分析仪指示值Kr＝26.5%，根据可得信号的失真度为同理，当失真度分析仪指示值分别为22.5%、19.8%时，信号的失真度分别为23.09%、20.20%。3．解：根据谐波失真度的定义得第13页，共14页 《电子测量与仪器》习题参考答案清华大学出版社习题8一、填空题1．固定型故障；暂态型故障；桥接型故障；延迟型故障。2．故障检测；故障定位；故障处理。3．穷举测试法；结构测试法；功能测试法；随机测试法。4．组合触发；延迟触发；毛刺触发；手动触发与外触发。5．数字系统硬件的调试与检测；数字系统软件的测试。6．序列触发。7．同步取样。8．扫描设计技术；内建自测试技术；边界扫描测试技术。9．数字信号源；被测数字系统；测试仪器。二、选择题1．A2．C3．B4．B5．D6．D7．C三、简答题1．答：数据域测量是测试数字量或电路的逻辑状态随时间变化而变化的特性，其被测系统的信息载体主要是二进制数据流。其理论基础是数字电路和逻辑代数。数据域测量具有以下几个特点：（1）数字信号通常是按时序传递的；（2）数字系统中信号的传递方式多种多样；（3）数字信号往往是单次或非周期性的；（4）被测信号的速率变化范围很宽；（5）数字信号为脉冲信号；（6）被测信号故障定位难。2．答：逻辑笔主要用于判断数字电路中某一端点的逻辑状态是高电平还是低电平。其结构主要由输入保护电路；高、低电平比较器；高、低电平脉冲扩展电路、指示驱动电路以及高、低电平指示电路等五部分组成。3．答：逻辑状态分析仪内部没有时钟发生器，它用被测系统时钟来控制记录速度，其状态数据的采集是在被测系统的时钟（对逻辑分析仪来说，称为外时钟）控制下实现的。即逻辑状态分析仪与被测系统是同步工作的。逻辑状态分析仪主要用于数字系统软件的测试。逻辑定时分析仪内部有时钟发生器，在内部时钟控制下采集、记录数据。即逻辑定时分析仪与被测系统是异步工作的。逻辑定时分析仪主要用于数字系统硬件的调试与检测。4．答：逻辑分析仪由数据捕获和数据显示两部分组成。数据捕获部分用于快速捕获并存储要观察的数据。而数据显示部分则是将存储在数据存储器里的数据进行处理并以多种显示方式（如定时图、状态图、助记符、ASCII码等等）显示出来，以便对捕获的数据进行观察和分析。逻辑分析仪的工作过程是数据采集、数据触发、数据存储、数据显示的过程。因而逻辑分析仪的应用首先应选择合适的方式进行数据采样。其次，为了将感兴趣的数据存入存储器中，必须选择恰当的触发方式，完成对观察对象进行捕获。最后，应针对不同的测试对象，选择合适的显示方式，将捕获的数据在显示器上显示出来。5．答：逻辑分析仪主要有以下几种触发方式：（1）组合触发：是指将逻辑分析仪各通道的输入信号与各通道预置的触发字（0、1或任意X）进行比较，当全部吻合时，即产生触发信号的触发方式。几乎所有的逻辑分析仪都采用这种触发产生方式，因此也称为基本触发方式。它又可分为始端触发与终端触发两种方式。（2第13页，共14页 《电子测量与仪器》习题参考答案清华大学出版社）延迟触发。在延迟触发方式中专门设置了一个数字延迟电路，当捕获到触发字后，延迟一段时间再停止数据的采集、存储，这样在存储器中存储的数据既包括了触发点前的数据，又包括了触发后的数据。延迟计数器的值可在一定范围内任意设定，这样，在不改变触发字的情况下，只要选择适当的延迟数便可实现对数据序列进行逐段观察。（3）毛刺触发。毛刺触发是利用滤波器从输入信号中取出一定宽度的干扰脉冲作为触发信号，然后存储毛刺出现前后的数据流，以利于观察和寻找由于外界干扰而引起的数字电路误动作的现象和原因。（4）手动触发与外触发。在测量时，利用人工方式可以在任何时候加以触发或强制显示测量数据，也可以由外部输入脉冲充当触发信号，这就是手动触发与外触发。（5）序列触发。序列触发是为了检测复杂分支程序而设计的一种重要触发方式。它由多个触发字按预先确定的顺序排列，只有当被测试的程序按触发字的先后次序出现时，才能产生一次触发。（6）限定触发。限定触发是对设置的触发字加限定条件的触发方式。如有时选定的触发字在数据流中出现较为频繁，为了有选择地捕捉、存储和显示特定的数据流，可以附加一些约束条件。这样，只要数据流中未出现这些约束条件，即使触发字频繁出现，也不能进行有效的触发。（7）计数触发。在较复杂的软件系统中常有循环嵌套，为此可用计数触发对循环进行跟踪。当触发字出现的次数达到预置值时才产生触发。四、综合题1．答：模拟示波器和逻辑分析仪都是常用的测量仪器，但它们的应用领域、测量对象、测量方法、显示方式、触发方式等都是不同的。（1）应用领域：逻辑分析仪主要用于数字系统的硬件、软件测试。而模拟示波器主要用于模拟、数字信号的波形显示。（2）检测方法和范围：逻辑分析仪利用时钟脉冲进行采样，可显示触发前、后的逻辑状态，显示范围等于时钟脉冲周期乘以存储器容量。而模拟示波器只能显示触发后扫描时间设定范围内的波形。（3）记忆功能：逻辑分析仪内有高速存取存储器RAM，具有记忆功能，而模拟示波器没有记忆功能。（4）输入通道：逻辑分析仪容易实现多通道，通常为34~68个，而模拟示波器多为2通道。（5）触发方式。逻辑分析仪的触发方式有以下特点：①数字方式触发；②多通道逻辑组合触发，容易实现与系统动作同步触发，触发条件可编程；③可以用随机的窄脉冲进行触发；④可以进行多级按顺序触发；⑤具有驱动时域仪器的能力。而模拟示波器采用模拟触发方式，根据特定的输入信号进行触发，很难实现与系统动作同步触发。（6）显示方式。逻辑分析仪的显示方式有以下特点：①数据高速存入存储器后，低速读出进行显示；②把输入信号变换成逻辑电平后加以显示；③能用与被测系统同样的方法处理和显示数据；④显示方式多样，有状态、波形、图形和助记符等。而模拟示波器只能原封不动地实时显示输入波形。逻辑分析仪由数据捕获和数据显示两部分组成。数据捕获部分又包括数据采集、数据存储、触发产生、时钟选择等部分。主要用于快速捕获并存储要观察的数据。其原理为被测数字系统的多路并行数据经数据采集探头进入逻辑分析仪。其中数据输入部分将各通道采集到的信号转换成相应的数据流；触发产生部分根据设定的触发条件在数据流中搜索特定的数据字（也叫触发字），当搜索到特定的触发字时，就产生触发信号去控制数据存储器；数据存储器部分根据触发信号开始存储有效数据或停止存储数据，以便将数据流进行分块,存储原则为先进先出(FIFO)；时钟选择部分用于选择内部时钟或外部时钟来控制数据存储器存储数据的速度。数据显示部分又包括显示发生器、CRT显示器等部分。其主要作用是将存储在数据存储器里的数据进行处理并以多种显示方式（如定时图、状态图、助记符、ASCII码等等）显示出来，以便对捕获的数据进行观察和分析。其原理为显示发生器将数据存储器输出的二进制数据转换为能驱动CRT显示器显示的模拟电压或电流信号，然后送到CRT显示器中显示出人眼能够观察的光信号。2．答：（1）同步取样：是指时钟脉冲来自于被测系统的取样方式，只有当被测系统时钟到来时逻辑分析仪才储存输入数据。主要用于状态分析。（2）异步取样：是指取样时钟由逻辑分析仪内部产生或由外部的脉冲发生器提供，而与被测系统的时钟无关的取样方式。内部时钟频率可以比被测系统时钟频率高得多，这样可以使每单位时间内获取的数据更多，显示的数据更精确。主要用于定时分析。第13页，共14页 《电子测量与仪器》习题参考答案清华大学出版社（3）同步取样与异步取样除了取样时钟脉冲的来源不同外，同步取样对于相邻两系统时钟边沿之间产生的毛刺干扰是无法检测到的。同时，同步取样也无法反映各通道输入数据间的时间关系。异步取样时，由于使用逻辑分析仪的内部时钟采集数据，只要频率足够高，就能获得比同步取样更高的分辨力。它不仅能采集输入数据的逻辑状态，还能反映各通道输入数据间的时间关系。毛刺宽度往往很窄，如果在相邻两时钟之间，就无法检测出。但是，逻辑定时分析仪内部时钟可高达数百兆，通过锁定功能，它可以检测出最小宽度仅几纳秒的毛刺。习题9一、填空题1．电子技术；微处理器；微机内藏式；微机扩展式。2．串行；不大于15m；20Kb/s。3．板间总线或系统；数据总线；地址总线。4．控制总线；总线控制权；VI0。5．硬件设计；软件设计；系统调试。6．硬件；软件。7．数据传输率高；100Mb/s。8．24；数据总线；挂钩线。9．以太网技术；LAN触发；LXI触发。10．12Mb/s；每帧1ms；4；127；不超过5m。二、选择题1．A2．D3．C4．B5．B三、简答题1．答：插板式即将所配用的模拟量输入通道以印刷板（PCB）的插板形式直接插入PC机箱内的空槽中，此法最方便。但由于插槽数目有限，很难扩展更多的功能，因而发展了插件箱式。此方法是将各种功能插件集中在一个专用的机箱中，机箱备有专用的电源，必要时也可有自己的微机控制器，这种结构适用于多通道、高速数据采集或一些特殊要求的仪器。随着硬件的完善，标准化插件不断增多，如果能够实现模块化组合，则组成PCI的硬件工作量有可能减少，从计算机的角度看，不同的测量仪器，其区别仅在于应用软件的不同。2．答：RS-232C串行接口是微机系统中常用的外部总线标准接口，它以串行方式传送信息，是用于数据通信设备（DCE）和数据终端设备（DTE）之间的串行接口总线。它是一种数据的ASCII码串行通信标准。接口标准包括机械特性、功能特性和电气特性等内容。RS-232C串行接口总线适用于设备之间的通信距离不大于15m；传送速率最大为20Kb/s；负逻辑电平。“1”：－15V～－5V；“0”：+5V～+15V。由于TTL电平的“1”和“0”分别为2.7V和0.8V，因此采用RS-232C总线进行串行通信时需外接电平转换电路。在发送端用驱动器将TTL电平转换成RS-232C电平，在接收端用接收器将RS-232C电平再转换成TTL电平。3．答：这种结构设计使各种信号流和数据流尽可能平等并具有最短路径，可大大提高处理响应速度，减少分布参数的干扰。4．答：所谓虚拟仪器（VI第13页，共14页 《电子测量与仪器》习题参考答案清华大学出版社），就是用户在通用计算机平台上，根据需求定义和设计仪器的测试功能，使得使用者在操作这台计算机时，就像是在操作一台他自己设计的测试仪器一样。虚拟仪器的独特优点是在必要的数据采集硬件和通用计算机支持下，通过软件来实现仪器的部分或全部功能。“软件就是仪器”是虚拟仪器概念最简单，也是最本质的表述5．答：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言来编写程序，产生的程序是框图的形式。四、综合题1．答：主要参数有有效电源和可用电源。有效电源是电源提供的额定值，可用电源是指实际能传送给VXI模块的电压值，它精确地反映了VXI框架在每一个实际应用中如何去工作。当要比较不同框架之间的电源情况时，应比较可用电压而不是有效电压。如果VXI系统的实际使用电压小于有效电压是合理的，因为当VXI框架不是以全部有效电压供电时，它的使用寿命将会延长。2．答：自动测试系统主要体现以软件控制、以功能组合方式实现的合成仪器自动测试技术，以高速A/D、D/A和DSP芯片为基础组成通用测试仪器硬件系统，而测试/测量任务的实现以及系统升级完全依靠软件来实现。自动测试系统的组成如下图所示。主要包括以下五部分：题4-2图典型的GPIB自动测试系统（1）控制器。主要是计算机，如小型机、个人计算机、微处理机、单片机等，是系统的指挥及控制中心。（2）程控仪器设备。包括各种程控仪器、激励源、程控开关、执行元件，以及显示、打印、存储记录等方面的器件，能完成一定的具体测试及控制任务。（3）总线与接口。是连接控制器与各程控仪器、设备的通路，完成消息、命令、数据的传输与交换，包括插卡、插槽及电缆等。（4）测试软件。为了完成系统测试任务而编制的、在控制器上运行的各种应用软件，如测试主程序、驱动程序、数据处理程序，以及输入/输出软件等。（5）被测对象。随测试任务的不同，被测对象往往是千差万别的，由操作人员通过测试电缆，接插件、开关等与程控仪器和设备相连。第13页，共14页'