時間：2023-05-30 09:15:22
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇示波器的原理和使用，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
1脈沖計量的量值傳遞與溯源
按功能來分，脈沖計量器具主要包括示波器、脈沖發(fā)生器、脈沖電壓表、示波器校準(zhǔn)儀、電磁兼容用干擾脈沖發(fā)生器等。在脈沖計量參數(shù)中，最能體現(xiàn)計量儀器設(shè)備的計量特性的是脈沖上升時間參數(shù)。包括階躍脈沖源的源輸出信號躍變上升時間和示波器的脈沖上升沿的建立時間。一般來說，脈沖標(biāo)準(zhǔn)分為源標(biāo)準(zhǔn)和表標(biāo)準(zhǔn)兩種，即：源的上升時間由表來驗證，而表的上升時間有源來溯源，以上兩種溯源的方法中，標(biāo)準(zhǔn)器的上升時間要比被校準(zhǔn)儀器的上升時間的1/3要小。但是，在源和表的技術(shù)分別發(fā)展到一定極限時，就難以找到與之相適應(yīng)的溯源工具了。據(jù)報道，目前，美國Agilent公司推出的采用磷化銦技術(shù)的取樣示波器的模擬帶寬已經(jīng)超過100GHz，如果計算其相應(yīng)的脈沖波形建立時間，將會小于等于3.5ps，按照目前的技術(shù)手段，很難找到與之相適應(yīng)的脈沖源作為計量標(biāo)準(zhǔn)器。國內(nèi)的脈沖國家標(biāo)準(zhǔn)通過三臺取樣示波器對接，采用基于Nose-to-Nose的校準(zhǔn)技術(shù)來建立。Nose-to-Nose校準(zhǔn)技術(shù)最早被Hewlett-Packard（Agilent的前身）公司的Rush和比利時人Verspecht提出。當(dāng)他們把三臺取樣示波器兩兩對接，對直流進行采樣時，會生成三組kick-out沖擊響應(yīng)脈沖，通過聯(lián)立方程組求解，并通過反卷積技術(shù)，可以得出該沖擊響應(yīng)。這樣，就可以實現(xiàn)對取樣示波器的自我校準(zhǔn)，無需外加標(biāo)準(zhǔn)脈沖源。如圖2為Nose-to-Nose技術(shù)的原理圖。
2脈沖計量器具的檢定和校準(zhǔn)
對脈沖計量器具進行的定期的檢定和校準(zhǔn)的目的是確保其量值溯源性。以下按照脈沖計量器具的分類分別來介紹：（1）示波器。示波器（Oscilloscope）是一種能夠顯示電壓信號動態(tài)波形的常用電子測量儀器。它能夠?qū)r變的電壓信號，轉(zhuǎn)換為時間域上的曲線，原來不可見的電氣信號，就此轉(zhuǎn)換為在二維平面上直觀可見光信號，因此能夠分析電氣信號的時域性質(zhì)。如果加入數(shù)字信號處理技術(shù)，示波器也能夠?qū)斎氲臅r間信號，進行簡單FFT頻譜分析，反映輸入信號的頻域特性。示波器按照原理和功能又可以分為模擬示波器和數(shù)字示波器、取樣示波器和實時示波器、時域示波器和矢量示波器等等。在示波器的檢定和校準(zhǔn)方面，大都使用示波器校準(zhǔn)儀來進行。（2）示波器校準(zhǔn)儀。示波器校準(zhǔn)儀功能多，包含參數(shù)也頗為豐富。在其計量檢定和校準(zhǔn)中，使用到的計量標(biāo)準(zhǔn)器有高精度數(shù)表、頻率計數(shù)器、功率計和取樣示波器。在后續(xù)的章節(jié)中，本文會重點介紹關(guān)于自動檢定和校準(zhǔn)示波器校準(zhǔn)儀的詳細(xì)內(nèi)容。（3）電磁兼容用干擾脈沖發(fā)生器。國際電工委員會IEC61000系列標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了若干個干擾脈沖。此類儀器的特點是輸出電壓高，一般為kV級別、準(zhǔn)確度指標(biāo)在3~10%之間、時間參數(shù)較大。所以一般帶寬在500MHz～2GHz的數(shù)字示波器即可滿足其檢定和校準(zhǔn)的需要。值得注意的是，由于示波器本身的電壓量程較低，需要選擇適當(dāng)?shù)氖静ㄆ魈筋^來擴充量程，此時精確計量的關(guān)鍵就轉(zhuǎn)移到了探頭上。
3結(jié)束語
傳統(tǒng)的示波器檢定/校準(zhǔn)工作效率低。隨著計算機高級語言的發(fā)展和普及、計算機的應(yīng)用范圍的擴大，示波器自動檢定/校準(zhǔn)系統(tǒng)也越來越多的被關(guān)注，國內(nèi)外很多機構(gòu)已經(jīng)開發(fā)出了多種示波器自動檢定/校準(zhǔn)工作。（1）國內(nèi)外示波器生產(chǎn)廠家對示波器自動校準(zhǔn)的現(xiàn)狀。目前國外主要的示波器生產(chǎn)廠家是泰克、安捷倫、力科、橫河，國內(nèi)的生產(chǎn)廠家主要為普源、綠楊。國外廠家有自己的示波器自動校準(zhǔn)軟件，但并不對外公開，只公開校驗的方法、使用的設(shè)備等；而國內(nèi)的生產(chǎn)廠家示波器性能相對較低，標(biāo)配數(shù)據(jù)總線接口的示波器型號較少，基本沒有示波器自動校準(zhǔn)軟件。（2）國內(nèi)科研院所對示波器自動檢定或校準(zhǔn)的研究。國內(nèi)對示波器自動檢定或者校準(zhǔn)的科研院所，主要有中國工程物理研究院北京研究所、電子科技大學(xué)、裝備指揮技術(shù)學(xué)院等。他們對示波器的自動化檢定進行了研究，實現(xiàn)了軟件自動校準(zhǔn)或半自動校準(zhǔn)。校準(zhǔn)軟件主要基于Windows平臺和VB或者VC++實現(xiàn)，主要功能示波器指定項目的檢定、存儲、數(shù)據(jù)輸出、報表生成以及報告生成與打印。但是隨著最新技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字示波器的性能越來越高，其技術(shù)指標(biāo)越來越多，部分技術(shù)指標(biāo)如動態(tài)有效位數(shù)、信噪比、直流增益等項目并為包含在軟件中，且自動校準(zhǔn)軟件的實際應(yīng)用大部分停留在實驗室，實際應(yīng)用較少。（3）國內(nèi)計量行業(yè)對于數(shù)字示波器自動化校準(zhǔn)的現(xiàn)狀。數(shù)字示波器的校準(zhǔn)規(guī)范將在不久，其中引入了要使用計算機才能完成的數(shù)據(jù)處理，因此自動校準(zhǔn)是示波器校準(zhǔn)的發(fā)展方向。目前中國計量科學(xué)研究院以實現(xiàn)了示波器校準(zhǔn)儀的自動化校準(zhǔn)，示波器的自動化校準(zhǔn)。其他計量技術(shù)機構(gòu)實現(xiàn)數(shù)字示波器自動校準(zhǔn)的幾為空白。（4）數(shù)字示波器的發(fā)展方向更加趨向于高性能，高帶寬，可編程，多項目，多參數(shù)，多通道。其技術(shù)指標(biāo)多達(dá)20多項，不采用自動化檢定或校準(zhǔn)，其工作量超乎想象，隨著數(shù)字示波器校準(zhǔn)規(guī)范的，實現(xiàn)示波器的自動化校準(zhǔn)勢在必行。
作者：常志方 劉文剛 韓保 單位：廣東省計量科學(xué)研究院
關(guān)鍵詞： 倍頻電路 Multisim8 仿真波形
引言
《通信電子線路》課程是通信技術(shù)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，其教學(xué)內(nèi)容理論性較強，概念抽象，學(xué)生感到學(xué)習(xí)過程枯燥無味，學(xué)習(xí)內(nèi)容難懂。為幫助職業(yè)學(xué)校學(xué)生克服學(xué)習(xí)困難，提高學(xué)習(xí)信心和樂趣，筆者借助EDA（Electronic Design Automation，電子設(shè)計自動化）工具輔助教學(xué)，模擬實驗，使教學(xué)過程生動形象、直觀，提高了學(xué)習(xí)效率。
1.Multisi8的優(yōu)點
Multisi8是繼Multisim2001、Multisim7后，由加拿大的IIT公司于2005年推出的升級版。Multisim8是一個能進行電路原理設(shè)計、對電路功能進行測試分析的仿真軟件。它的元器件庫提供數(shù)千種電路元器件供仿真選用，提供的虛擬測試儀器儀表種類齊全，還有較為詳細(xì)的電路分析功能，仿真速度更快。它將實驗過程中創(chuàng)建的電路原理圖、使用到的儀器、電路測試分析后結(jié)果的顯示圖表等全部集成到同一個電路窗口中，具有直觀、方便、實用和安全的優(yōu)點。
2.倍頻器的作用、基本原理和分類
倍頻器是《通信電子線路》課程學(xué)習(xí)內(nèi)容中的一個重要單元電路。倍頻器廣泛應(yīng)用于無線電通信發(fā)射機或其它電子設(shè)備的中間級。倍頻器的作用是將輸入信號頻率值成整數(shù)倍（2倍、3倍…n倍）增加的電路。若輸入頻率為fi，則輸出頻率為f0=nfi，其中系數(shù)n為任意正整數(shù)，稱倍頻次數(shù)。
倍頻器是非線性電路，按工作原理的不同，晶體管倍頻器分為兩大類：一類是利用丙類放大器電流脈沖中的諧波經(jīng)選頻回路獲得倍頻，稱為丙類倍頻器；另一種是利用晶體管的結(jié)電容隨電壓變化的非線性來獲得倍頻，叫做參量倍頻器（即變?nèi)荻O管、階躍二極管倍頻）。當(dāng)工作頻率不超過MHz時，主要采用丙類倍頻器；當(dāng)工作頻率超過100MHz時，主要采用參量倍頻器。
3.丙類倍頻器的工作原理和仿真
丙類倍頻器的工作原理是利用晶體管的非線性電阻效應(yīng)，將正弦波轉(zhuǎn)變?yōu)檎颐}波，正弦脈波含有豐富的諧波分量，然后用選頻回路將它的某次諧波選出，完成倍頻的作用。
晶體管諧振放大器工作在丙類時，其集電極電流脈沖中含有豐富的諧波分量，若將集電極諧振回路調(diào)諧在二次諧波或三次諧波頻率上，放大器的輸出只有二次諧波電壓或三次諧波電壓。這樣丙類放大器就變成為二倍頻器或三倍頻器。
倍頻器的輸入正弦波電壓瞬時值可寫為ui（t）=Uim sinωt，輸出電壓瞬時值可寫為uo（t）=Uonm sin（nω）t，其中Uonm為輸出電壓的n次諧波電壓振幅。
為教好倍頻器電路部分的教學(xué)內(nèi)容，適應(yīng)職業(yè)學(xué)校學(xué)生的認(rèn)知特點和學(xué)習(xí)需求，筆者嘗試采用Multisim8仿真軟件進行教學(xué)。
用Multisim8進行仿真分析的一般步驟為：（1）根據(jù)原理電路，創(chuàng)建仿真電路；（2）設(shè)置電路圖中各元器件的參數(shù)和有關(guān)選項；（3）調(diào)用仿真儀器，設(shè)定仿真分析方法（4）打開仿真開關(guān)，啟動Multisim8仿真，仿真結(jié)果將展示在計算機的窗口中。
下面是丙類二倍頻器和三倍頻器的仿真教學(xué)過程。
3.1丙類二倍頻器的仿真
（1）在Multisim8中創(chuàng)建仿真電路如下圖1所示。電路中為使晶體管工作在丙類采用了0.4v小的正偏壓，圖中V1為正弦波信號，其參數(shù)設(shè)置為電壓振幅為1V，頻率為1MHz；電感L1和電容C1組成諧振回路，具有選頻作用，其調(diào)諧在信號的二次諧波頻率上，參數(shù)設(shè)置完畢后，保存該電路。另外，圖中示波器XSC1用于觀察輸入信號和輸出信號的波形。
（2）打開仿真開關(guān)，雙擊示波器圖標(biāo)，在示波器Timebase區(qū)設(shè)置X軸合適的時基掃描時間，在Channel A和Channel B區(qū)分別設(shè)置A、B通道輸入信號在Y軸適當(dāng)?shù)娘@示刻度，可得仿真波形如圖2所示。比較兩個游標(biāo)之間的輸入信號和輸出信號的波形可見：輸出信號周期為輸入信號的1/2，根據(jù)頻率與周期成反比的關(guān)系，可知輸出頻率為輸入頻率的2倍，即實現(xiàn)了二倍頻。
3.2丙類三倍頻器的仿真
（1）在Multisim8中創(chuàng)建仿真電路如圖1所示，不同的是諧振回路L1C1的數(shù)值有改變（L1=22nH，C1=0.125μH），使其調(diào)諧在信號的三次諧波頻率上。
（2）啟動仿真開關(guān)，雙擊示波器圖標(biāo)，給示波器設(shè)置合適的狀態(tài)，仿真波形如圖3所示。
同樣比較兩個游標(biāo)之間的輸入信號和輸出信號的波形可見：輸出信號周期為輸入信號的1/3，即輸出頻率為輸入頻率的3倍，即實現(xiàn)了三倍頻。
另外從圖2和圖3可見：在同樣的輸入信號幅度時，三倍頻器的輸出電壓明顯減小。
為了提高輸出功率和效率，單級丙類倍頻器一般只作為二倍頻器或三倍頻器使用。若要提高倍頻次數(shù)，可以采用多級丙類倍頻器來實現(xiàn)。例如，要獲得六次倍頻可將一個二倍頻器和一個三倍頻器級聯(lián)起來使用。
通過仿真教學(xué)，將倍頻電路原理和波形直觀的展現(xiàn)出來，使抽象的理論和概念形象化，有助于學(xué)生提高學(xué)習(xí)興趣和積極性，提高課堂教學(xué)效果。
結(jié)語
現(xiàn)在職業(yè)學(xué)校的學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較差，而現(xiàn)代社會對職業(yè)工作者要求卻不斷提高，學(xué)生在校學(xué)習(xí)期間應(yīng)掌握好專業(yè)理論基本知識，為將來踏入工作崗位打下扎實的專業(yè)基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的教學(xué)方法顯然已不適應(yīng)時代需求了。教師可以嘗試在專業(yè)課程的理論教學(xué)中采用計算機軟件進行仿真的教學(xué)方法，將抽象難懂的理論和概念直觀、易懂、清晰明了地展示出來，讓學(xué)生在課堂上就能感受到實驗才有的測量效果，克服傳統(tǒng)理論教學(xué)的不足。教學(xué)實踐表明，在專業(yè)課程的理論教學(xué)中，借助Multisim仿真軟件輔助教學(xué)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，學(xué)習(xí)效率提高了。教無定法，學(xué)無止境。為適應(yīng)學(xué)生的認(rèn)知需求，教師必須采用不同的教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量和效果，達(dá)到教學(xué)目的。
參考文獻：
［1］王冠華等.Multisim8電路設(shè)計及應(yīng)用［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2006.
［2］謝沅清等.通信電子線路［M］.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2000.
【關(guān)鍵詞】大學(xué)物理 開放實驗 素質(zhì)培養(yǎng)
從培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)出發(fā)，物理實驗的類型不能僅僅只停留在操作型、驗證性實驗的水平上，而要按學(xué)生能力形成的不同階段，在實驗教學(xué)中實行分層次教學(xué)，做到既有基本實驗的訓(xùn)練，也有體現(xiàn)知識、能力、素質(zhì)培養(yǎng)的綜合性，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、綜合運用知識、創(chuàng)新等適應(yīng)科研工作能力的實驗，即綜合性、設(shè)計性實驗。從人才培養(yǎng)的角度看，大學(xué)物理實驗課程從多方面培養(yǎng)學(xué)生的思維和能力，在人才科學(xué)素質(zhì)和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)中起到了重要的作用。根據(jù)學(xué)生由淺入深、循序漸進的認(rèn)知規(guī)律，綜合設(shè)計性實驗是在基礎(chǔ)性實驗之后開設(shè)的。學(xué)生已經(jīng)了解了課程特點，學(xué)習(xí)了大學(xué)物理實驗的基本方法和基本技能，因此，在綜合設(shè)計性實驗中，對學(xué)生的素質(zhì)培養(yǎng)提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求。作為教學(xué)的實施者，首要任務(wù)就是明確本階段中所涉及的素質(zhì)培養(yǎng)目標(biāo)。結(jié)合實驗教學(xué)的實施，學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)目標(biāo)歸納為以下幾個方面：
1、良好心理素質(zhì)的培養(yǎng)
設(shè)計性物理實驗一個很重要的特點就是以學(xué)生為主體，需要每個學(xué)生充分發(fā)揮其自身的聰明才智和主觀能動性去解決問題而完成整個實驗。與傳統(tǒng)的那種從實驗原理、實驗方法到實驗儀器、步驟全都由教師設(shè)計的物理實驗而言，良好的心理素質(zhì)是取得勝利的重要武器。從學(xué)生的開放實驗階段的表現(xiàn)來看，部分同學(xué)的受挫折能力還是有待提高的。當(dāng)完成實驗步驟而沒有得到相應(yīng)現(xiàn)象時，部分同學(xué)會焦慮不安、慌忙地重新開始實驗，而不能冷靜地分析失敗原因。種種現(xiàn)象表現(xiàn)了學(xué)生在做實驗的過程中，對結(jié)果預(yù)期過高，過程的實施預(yù)期太簡單，一旦遇到問題，便不能沉著應(yīng)對，情緒不穩(wěn)定，甚至有退縮的心理，嚴(yán)重影響了學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)效果。所以，實驗中對學(xué)生百折不撓精神的培養(yǎng)尤為重要。另外在教學(xué)指導(dǎo)過程中發(fā)現(xiàn)， 部分學(xué)生在做光學(xué)實驗時，眼高手低，看到實驗步驟簡單就缺乏耐心。比如：在金屬絲楊氏模量測定的實驗中，有的學(xué)生在尺子成像不是太清晰的情況下，就開始記錄數(shù)據(jù)，缺乏耐心細(xì)致的調(diào)節(jié)，缺乏科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒瀾B(tài)度。在實驗結(jié)果處理部分，不能實事求是地分析存在的原因。因此，在設(shè)計性開放實驗階段，一定要嚴(yán)格要求學(xué)生，使之形成耐心細(xì)致、實事求是的良好習(xí)慣，獨立完成實驗，擺脫心理依賴。
2、探索能力的培養(yǎng)
大學(xué)物理的基礎(chǔ)實驗部分都有相應(yīng)的詳細(xì)講義或教材，里面包括有實驗?zāi)康摹嶒炘怼嶒瀮x器、實驗步驟等，這種實驗可操作性強，由于實驗的集體過程較為明確，對訓(xùn)練學(xué)生掌握基本的實驗操作能力，掌握基本的物理實驗測量手段和方法有較好的效果，而設(shè)計性物理實驗則大不相同，在設(shè)計性實驗中，僅由教師提出任務(wù)和要求，然后進行一系列的提出問題、明確問題、提出假設(shè)、驗證假設(shè)的思維過程，在教師所提出的任務(wù)與要求下去探索實驗所涉及到的諸多方面，例如，實驗原理的探究，方案的形成，最佳測量方法的選取，實驗儀器的選擇。實驗條件的選擇以及實驗步驟的逐步修改、形成等，這一整個過程是一個不斷提出問題、解決問題過程的邏輯思維活動，學(xué)習(xí)者需要不斷地探索和加工記憶中的信息，積極地進行嚴(yán)密而有序的推理和判斷。
3、分析能力的培養(yǎng)
對實驗進行分析是熟練使用儀器，獨立完成實驗操作的基礎(chǔ)。分析能力的訓(xùn)練有助于鍛煉學(xué)生解決問題的能力和思維，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神和科學(xué)素養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。實驗課的教學(xué)是實踐性的教學(xué)，實驗原理的理解、實驗儀器結(jié)構(gòu)及使用方法的掌握、實驗結(jié)果及誤差分析、實驗結(jié)論、思考題等環(huán)節(jié)都離不開分析過程。例如：在利用阿基米德原理進行密度測量實驗時，用游標(biāo)卡尺測量水槽的直徑這一步，如果不能透徹理解實驗原理和設(shè)計，不能做出全面分析的話，有的學(xué)生就不知道應(yīng)該測量水槽的內(nèi)徑還是外徑。綜合設(shè)計性實驗階段應(yīng)在多個方面進行教學(xué)設(shè)計，更加注重分析能力的培養(yǎng)。例如：在基礎(chǔ)性實驗階段，學(xué)生們學(xué)習(xí)示波器的使用時，用的是模擬示波器，而為了培養(yǎng)學(xué)生舉一反三的分析能力，在綜合實驗階段將模擬示波器全部換成數(shù)字示波器供學(xué)生使用。
4、創(chuàng)造能力的培養(yǎng)
創(chuàng)造性是設(shè)計性物理實驗的一個很重要的特征"設(shè)計性實驗中，要求學(xué)生大膽假設(shè)、多方求異。突破傳統(tǒng)思維束縛，創(chuàng)造性地提出解決問題的方法和途徑。無論是實驗原理、方法的策劃，還是實驗儀器、實驗步驟的選擇，都需要學(xué)生有一定的創(chuàng)新的精神。在設(shè)計性實驗中，比如說實驗原理的設(shè)計、實驗儀器的選擇、實驗測量的創(chuàng)新等，這些都要求學(xué)生能沿著不同的方向去選取與重組信息，不墨守成規(guī)，多方尋求變異，從多方面尋求解決設(shè)計實驗的方法與途徑。實際上，構(gòu)思和設(shè)計實驗的過程，就是從發(fā)散思維到集中思維，再從集中思維到發(fā)散思維的多次循環(huán)，就是一個創(chuàng)造性活動的全過程。
[關(guān)鍵詞] 虛擬儀器 LabVIEW 電子電路實驗 示波器
引 言
實驗教學(xué)在高職教育中起著相當(dāng)重要的作用，但是長期以來實驗設(shè)備和實驗教學(xué)方法的落后在很大程度上制約了實驗教學(xué)的質(zhì)量。基于傳統(tǒng)儀器的電子實驗教學(xué)不僅在設(shè)備購置上成本較高，而且在設(shè)備維護上工作量也較大[1]。另外，傳統(tǒng)儀器是由專業(yè)廠家生產(chǎn)，功能固定而且單一，在一個實驗項目中往往需要多臺儀器配合使用， 如信號源、示波器、電壓表等。這不僅增加了設(shè)備的投入和維護成本，而且傳統(tǒng)儀器較大的體積也增加了對實驗場地的需求。虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)給現(xiàn)代測試技術(shù)及儀器行業(yè)帶來了一場革命[2]。它充分利用了計算機軟、硬件技術(shù)發(fā)展的成就， 將其與測試技術(shù)相融合， 實現(xiàn)了測量儀器的軟件化、智能化、多樣化和網(wǎng)絡(luò)化， 而且使用維護方便，開放性、可擴展性好，綜合成本低，在很多領(lǐng)域大有取代傳統(tǒng)儀器的趨勢，成為當(dāng)代儀器技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。
虛擬儀器技術(shù)的特點
虛擬儀器(Virtual Instrument)的概念是美國國家儀器公司(NI)于上世紀(jì)80年代中期提出來的。這一概念的核心是以計算機作為儀器的硬件支撐，充分利用計算機的運算、存儲、回放、調(diào)用、顯示以及文件管理等智能式的功能，把傳統(tǒng)儀器的專業(yè)化功能軟件化，使之與PC 機結(jié)合起來融為一體，這樣便構(gòu)成了一臺從外觀到功能都完全與傳統(tǒng)硬件儀器相同，同時又充分享用了PC 機智能資源的全新的儀器系統(tǒng)[3]。虛擬儀器技術(shù)是將計算機技術(shù)、儀器技術(shù)和通信技術(shù)三者的有機結(jié)合，利用良好的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺和數(shù)據(jù)采集卡，可以在屏幕上虛擬出與傳統(tǒng)儀器相似的顯示面板， 用戶通過點擊這個顯示面板， 來調(diào)控虛擬儀器的性能。與傳統(tǒng)儀器相比，雖然虛擬儀器也需要硬件支持， 但硬件僅僅是為了解決信號的輸入輸出，軟件才是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵。也正是由于軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵， 所以當(dāng)基本硬件確定以后， 就可以通過不同的軟件實現(xiàn)不同的功能。正是因為軟件就是儀器，所以用戶可以根據(jù)自己的需要，設(shè)計自己的儀器系統(tǒng)， 滿足多種多樣的應(yīng)用要求。另一方面，利用計算機豐富的軟、硬件資源，不僅可以大大突破傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)的處理、表達(dá)、傳遞、儲存等方面的限制，達(dá)到傳統(tǒng)儀器無法比擬的效果，而且為數(shù)據(jù)的快速共享提供了可能。
基于聲卡的虛擬示波器的設(shè)計
示波器是電子實驗室最為廣泛的測量儀器之一。傳統(tǒng)示波器外型笨重，功能單一，一些高性能的示波器加工工藝復(fù)雜，技術(shù)要求高，價格昂貴。隨著虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展，基于虛擬儀器技術(shù)的示波器也應(yīng)運而生[4]。虛擬示波器充分利用計算機的信息處理能力，能夠?qū)崿F(xiàn)對多路輸入信號的實時采集和存儲，并且可以進行數(shù)據(jù)的離線分析和處理。
1.硬件實現(xiàn)
虛擬示波器的硬件核心是數(shù)據(jù)采集卡。目前市售的數(shù)據(jù)采集卡價格與性能基本成正比，一般比較昂貴。隨著DSP(數(shù)字信號處理)技術(shù)走向成熟，PC機聲卡可以成為一個優(yōu)秀的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其數(shù)字信號處理器包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，ADC用于采集音頻信號，DAC用于重現(xiàn)這些數(shù)字聲音，轉(zhuǎn)換率達(dá)到44.1KHz。 在采樣頻率要求不高的情況下，可以利用計算機的聲卡作為數(shù)據(jù)采集的輸入和輸出。目前，聲卡已成為多媒體計算機的一個標(biāo)準(zhǔn)配置，利用聲卡進行采樣與輸出，就不需要購買專門的采集卡可以降低虛擬儀器的開發(fā)成本，且在音頻范圍內(nèi)可以完全滿足實驗要求。由于計算機在各個高校已經(jīng)普及，采用聲卡研制虛擬儀器能以很低的成本、在較短的時間內(nèi)更新和擴充實驗室設(shè)備，在全新的實驗平臺上開發(fā)綜合性和設(shè)計性的實驗。
麥克風(fēng)的工作原理是通過聲音振動的強弱來改變其結(jié)構(gòu)，以輸出強弱不等的連續(xù)電流。在前面的系統(tǒng)中，麥克風(fēng)的作用相當(dāng)于一個傳感器，它將聲音的振動信號轉(zhuǎn)換成微弱的電信號后，流入聲片的輸入端。連續(xù)電流經(jīng)過聲片的A/D轉(zhuǎn)換后，被采集到系統(tǒng)中加以動態(tài)顯示和分析。
經(jīng)過以上分析得知：聲波的振動信號是經(jīng)過麥克風(fēng)轉(zhuǎn)換為電信號以后輸入聲片的。這樣就為通過聲片采集電信號提供了契機。為了保護聲片，在實際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)充分估計被測信號的大小。如果被測信號的幅度很小或者很大，就不能直接進入聲片，而是先經(jīng)過一個信號調(diào)理電路，對信號進行“放大或限幅、濾波”等處理，經(jīng)過處理后，幅度和頻率降到一定范圍內(nèi)的信號才能輸入聲片。
聲卡一般有Line In和MIC In兩個信號輸入插孔，聲音傳感器(本文采用通用的麥克風(fēng))信號可通過這兩個插孔連接到聲卡。若由MIC In輸入，由于有前置放大器，容易引入噪聲且會導(dǎo)致信號過負(fù)荷，實際中常使用Line In，其噪聲干擾小且動態(tài)特性良好。本文使用Line In作為輸入端，引出兩根電纜，分別與信號發(fā)生器的兩個輸出端相連接。它可以接收幅值超過1.5 V的信號。
2.軟件設(shè)計
LabVIEW是一種基于G語言的圖形化虛擬儀器開發(fā)工具，主要用于數(shù)據(jù)的采集、分析、處理和表達(dá)，總線接口、VXI儀器以及GPIB與串口儀器的驅(qū)動程序編制和虛擬儀器驅(qū)動。它與C、Pascal等傳統(tǒng)編程語言有著諸多相似之處，如相似的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)流控制結(jié)構(gòu)、程序調(diào)試工具等。與傳統(tǒng)高級編程語言最大的差別在于編程方式一般高級語言采用文本編程，而LabVIEW采用圖形化編程語言(即各種圖標(biāo)、圖形符號、連線等)，以框圖的形式編寫程序。采用這種圖形化的編程方式，再加上大量專業(yè)控件(Controls)和函數(shù)(Functions)的提供，使之具有極高的編程效率和優(yōu)秀的編程效果。
(1)虛擬示波器的前面板設(shè)計
前面板用來提供用戶與虛擬示波器的接口，通過一個友好的圖形界面，模擬傳統(tǒng)儀器操作，實現(xiàn)對虛擬示波器的控制，并且顯示數(shù)據(jù)處理結(jié)果。本文設(shè)計的虛擬示波器前面板如所示。根據(jù)儀器的功能，在虛擬示波器前面板上設(shè)置實時圖形顯示窗口(包括波形圖、頻譜圖)，數(shù)據(jù)采集配置按紐(包括聲卡初始化配置、通道配置、觸發(fā)參數(shù)配置)、波形顯示調(diào)節(jié)按紐(水平調(diào)節(jié)、垂直調(diào)節(jié)、游標(biāo)顯示)、參數(shù)動態(tài)顯示按紐(波形平均值、峰峰值、頻率)、錯誤信息顯示窗口、幫助窗口、暫停按鈕、保存按鈕、回讀按紐、停止按鈕等。
(2)程序框圖設(shè)計
程序設(shè)計的原理是讓信號通過聲卡采集進虛擬器中，通過聲卡的基本設(shè)置，設(shè)置聲卡的一些基本參數(shù)，聲卡的采樣頻率不能太低，如果頻率太低，采集過程中，不能連續(xù)地采集，示波器的輸出就會中斷。聲卡采集完信號數(shù)據(jù)后，聲卡開始讀取數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的讀取，虛擬示波器把波形顯示出來；在波形顯示的過程中，虛擬示波器還能通過頻譜分析，對波形的幅頻和相頻分析，顯示虛擬示波器的幅頻特性和相頻特性；最后再把頻率、幅頻、相頻的數(shù)據(jù)通過數(shù)組的分析，也顯示出來。在讀取過程中，還能把虛擬示波器的周期平均、峰峰值、負(fù)峰值、正峰值、周期均方根、直流、均方根的數(shù)值也顯示出來。而聲卡的讀取過程是通過一個While循環(huán)把這所有的過程連接起來。讀取過程完后，經(jīng)過聲卡的清理后，再進行下一次的讀取過程。在聲卡的讀取過程中，如果聲卡觸發(fā)有差錯的話，聲卡的讀取就會停止，聲卡直接停止，While循環(huán)也就結(jié)束了。
3.虛擬示波器的測試
虛擬示波器測試時采用了固緯（Good Will）GFG—8250A函數(shù)信號發(fā)生器作為外部模擬信號輸入，用設(shè)計的虛擬示波器顯示正弦波的波形。測試結(jié)果表明虛擬示波器采集的信號與傳統(tǒng)函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的信號吻合，參數(shù)測量精確，波形控制和觸發(fā)控制響應(yīng)迅速，顯示正確，說明用LabVIEW開發(fā)的虛擬示波器的結(jié)果與傳統(tǒng)示波器結(jié)果相一致。
結(jié) 語
利用虛擬儀器技術(shù)，是高職院校改革實驗教學(xué)的一個全新發(fā)展方向。虛擬儀器系統(tǒng)的高利用率和低成本，在實驗教學(xué)中具有傳統(tǒng)儀器無可比擬的優(yōu)勢，使用虛擬儀器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的儀器以很好地解決高校實驗經(jīng)費緊缺的現(xiàn)狀，對節(jié)約實驗成本，提高實驗質(zhì)量意義重大。同時虛擬儀器的應(yīng)用能更好地培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計電路和創(chuàng)新的能力，鞏固、加強學(xué)生對測試技術(shù)基本理論的理解和掌握，同時還接觸到先進的技術(shù)，從一個更高的起點面對未來。
參考文獻:
[1]周密.基于聲卡的虛擬儀器在電路實驗中的應(yīng)用[J].襄樊職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2010（9）.
[2]曹才開.虛擬技術(shù)在實踐教學(xué)中的地位[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2002，24(1).
[3]楊樂平,李海濤等.LabVIEW程序設(shè)計與應(yīng)用 [M].北京:電子工業(yè)出版社，2004.
1 教學(xué)背景分析
該課采用中等職業(yè)教育課程改革國家規(guī)劃新教材《電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能》，該講課內(nèi)容為其中項目六“直流穩(wěn)壓電源的制作”中的第一節(jié)內(nèi)容―整流電路。
該次授課對象是軌道交通技術(shù)專業(yè)二年級學(xué)生。在知識技能方面，具備整流和半波整流電路的知識；會用電子實驗箱搭接半波整流電路；對半波整流電路有一定的分析能力。在學(xué)習(xí)中存在邏輯思維能力較弱，分析能力不強、計算能力較弱的學(xué)習(xí)障礙。
在行為特征上，他們好奇心強，模仿能力強，善于動手實踐，喜歡交流經(jīng)驗，并有很強地展現(xiàn)自我的欲望。
2 教學(xué)目標(biāo)與重難點
結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)情分析，制訂如下三維教學(xué)目標(biāo)：
（1）知識目標(biāo)：掌握橋式整流電路的組成；理解橋式整流電路的工作原理。
（2）能力目標(biāo)：能使用萬用表、示波器完成橋式整流電路輸入電壓、輸出電壓和波形的測量；會分析橋式整流電路中常見故障對電路的影響；會運用橋式整流電路輸入、輸出電壓的公式進行計算。
（3）情感態(tài)度價值觀目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作能力；增強安全意識和愛護設(shè)備意識。
依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)兼顧以工作過程為導(dǎo)向的課程體系改革職教理念確定教學(xué)重點，結(jié)合學(xué)生具備的知識和能力，設(shè)立難點和教學(xué)關(guān)鍵點。
（1）重點：橋式整流電路的組成；整流電路輸出電壓、電流的計算。
（2）難點：橋式整流電路的工作原理及故障分析。
3 教學(xué)方法及教學(xué)環(huán)境
采用教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的任務(wù)驅(qū)動教學(xué)方式，借助信息化技術(shù)，讓學(xué)生帶著任務(wù)進行合作、探究學(xué)習(xí)，突出“做中學(xué)、做中教”的職業(yè)教育教學(xué)特色。
實訓(xùn)環(huán)境：理實一體實訓(xùn)室。教學(xué)資源：學(xué)習(xí)平臺、情境視頻、任務(wù)單、電子電路仿真軟件Multisim、PPT、無線投影、在線練習(xí)題、錄像設(shè)備等。
4 教學(xué)過程設(shè)計
環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境 引入項目。
教師展示半波整流電路的波形圖動畫并提出問題：半波整流電路的缺點。學(xué)生通過觀察課件中示波器的波形，并參閱教材共同討論回答。然后教師展示橋式整流電路的輸出波形圖動畫并提問如果現(xiàn)在需要給手機充電，整流電路部分應(yīng)選擇哪一個？
學(xué)生觀察分析后，闡述它們的不同點，從而引起學(xué)生興趣，使學(xué)生的思維很快進入課堂學(xué)習(xí)狀態(tài)，同時引入該次課內(nèi)容。
環(huán)節(jié)二：分組操作 實施任務(wù)。
教師講解該節(jié)課的任務(wù)，確認(rèn)橋式整流電路的實施方案。學(xué)生小組合作，接受學(xué)習(xí)任務(wù)，確定實施步驟。利用電子電路仿真軟件Multisim，模擬橋式整流電路的組成，繪制橋式整流電路圖。
步驟一：搭接橋式整流電路，該步驟包含兩個小活動。活動1：認(rèn)識電路組成。學(xué)生在學(xué)習(xí)材料和動畫中通過彩色圖片，逐一將元件展示。二人合作，迅速將電路所需元部件在實驗箱面板上找出，在任務(wù)單中記錄操作時間。活動2：搭接電路。學(xué)生借助平臺資源“橋式整流電路組成”，搭接電路。此過程中，教師強調(diào)電路搭接過程中的注意事項，并即時錄像學(xué)生操作過程，以備評價。
步驟二：測量整流電路輸入輸出電壓。小組成員分工合作，完成橋式整流電路輸入、輸出電壓的測量，填寫任務(wù)單。通過實際的動手操作，強化理論知識，使學(xué)生熟練使用萬用表測電路輸入電壓和輸出電壓。在此過程中，教師對學(xué)生操作情況進行實錄，以備評價。
步驟三：用示波器觀察波形。借助平臺資源中的示波器教學(xué)視頻，學(xué)生組內(nèi)合作，用示波器觀察電路輸入輸出波形并記錄在任務(wù)單上，教師即時錄像學(xué)生操作過程。
步驟四：分析電路，該步驟包含三個小活動。活動1：分析電路工作原理。學(xué)生借助學(xué)習(xí)平臺中的“電路原理”動畫，通過動畫分析u2正半周、負(fù)半周時橋式整流電路的工作過程，并填寫學(xué)習(xí)任務(wù)單。活動2：計算輸出電壓和電流。學(xué)生觀看學(xué)習(xí)平臺動畫并結(jié)合步驟二和步驟三的學(xué)習(xí)成果，理解并記住橋式整流電路的輸出電壓、電流計算公式，通過做習(xí)題進一步強化計算方法。這樣可以有效地幫助學(xué)生對該次課重點知識的掌握。活動3：故障分析。學(xué)生利用電子電路仿真軟件Multisim觀察故障現(xiàn)象，分析故障主要原因。通過典型電路故障的原因分析，讓學(xué)生進一步掌握橋式整流電路的組成，這是該課重點之一。對典型電路故障進行匯總，能有效地引導(dǎo)學(xué)生進行分析、思考，理解橋式整流電路的工作原理，提高學(xué)生電路分析能力。
環(huán)節(jié)三：展示交流 效果評價。
整個學(xué)習(xí)過程采用過程評價、結(jié)果評價、學(xué)生自評、學(xué)生互評、教師評價等多種評價手段，使學(xué)生增強自信心，培養(yǎng)表達(dá)能力和評價能力。
環(huán)節(jié)四：鞏固知識 自測練習(xí)。
學(xué)生利用平臺資源的自測練習(xí)環(huán)節(jié)，獨立完成自測練習(xí)，鞏固所學(xué)知識。通過這種方式，學(xué)生既能看到自己的進步，也看到不足，有利于下一輪教學(xué)的開展和課改思路的延續(xù)及深入進行。
環(huán)節(jié)五：課后調(diào)查 拓展任務(wù)。
關(guān)鍵詞：電子測量與儀器；峰值；平均值；有效值
引言
電子測量與儀器課程是測控及相關(guān)專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要運用電子科學(xué)的原理、方法和設(shè)備對各種電量及電路元件的特性和參數(shù)進行測量。使學(xué)生掌握電子測量的基本概念，測量誤差理論及數(shù)據(jù)處理方法，掌握基本電參量的測量原理，方案設(shè)計及結(jié)果分析方法[1]。
在各基本電參量中，電壓是描述電信號的重要參數(shù)。電壓表是測量電壓的重要儀器，而正確理解和掌握電壓表測量電壓的原理往往對初學(xué)者來說不是一件容易的事情。
1 電壓參數(shù)的測量原理
電信號可以分為直流信號和交流信號。對于直流信號而言，其電壓是一個恒定不變的值，測量相對比較簡單，沒有必要做太多的討論。而對于交流信號，其電壓大小是可以時刻變化的，可以用電壓的瞬時值來描述電壓的大小和變化。示波器可以測量信號的瞬時值并通過圖形的方式直觀的展現(xiàn)在屏幕上。但是示波器價格昂貴，不方便攜帶，因此在很多場合不適用。
圖1 電壓表測量原理圖
電壓表是測量電壓的重要儀器。其測量原理如圖1所示。首先被測的交流信號先要經(jīng)過檢波電路進行檢波，轉(zhuǎn)換成直流信號，再由直流電壓表對該直流信號的電壓進行測量，將測量值乘以一個系數(shù)之后得到測量結(jié)果在顯示器上顯示。
檢波電路的檢波方式通常有三種，平均值檢波、有效值檢波和峰值檢波，分別對應(yīng)于平均值電壓表、有效值電壓表和峰值電壓表。
設(shè)被測交流電壓的瞬時值為u（t），則：
電壓平均值為： （1）
有效值為：（2）
波形因數(shù)為：（3）
波峰因數(shù)為：（4）
交流信號都可以看成是一系列不同頻率和幅值的正弦波的疊加。因此，正弦波是一種典型的交流信號。由于被測交流電壓大多數(shù)是正弦電壓，而且人們通常只希望測量其有效值，故除非特別說明，交流電壓表都是以正弦波為測量對象，并按有效值定度，即表頭示值是被測電壓為正弦電壓時的有效值[2]。
因此，在測量正弦電壓時，對有效值電壓表，其檢波電路的輸出就是電壓的有效值，可直接當(dāng)做讀數(shù)進行顯示，如式（5）所示。
U=？琢 （5）
對平均值電壓表，其檢波電路的輸出就是電壓的平均值，而要得到有效值，需要按式（6）進行換算才能得到正確的讀數(shù)。其中KF為正弦波的波形因數(shù)。
對峰值電壓表，其檢波電路的輸出就是電壓的峰值，而要得到有效值，需要按式（7）進行換算才能得到正確的讀數(shù)。其中KP為正弦波的波峰因數(shù)。
Up=Kp?？琢 （7）
而在測量非正弦電壓時，有效值電壓表的讀數(shù)就是波形的有效值，該讀數(shù)是正確的。而對于平均值表，讀數(shù)是按式（6）換算的。但它無法自動識別出輸入波形的波形因數(shù)，因而其中的KF仍然是正弦波的波形因數(shù)，因此讀數(shù)是錯誤的。由于同樣的原因，峰值表的讀數(shù)也是錯誤的。
所以，通過以上的分析可以得到，在測量非正弦信號時，只有有效值電壓表的讀數(shù)是正確的，可直接使用。而平均值表和峰值表的讀數(shù)是錯誤的，如果要使用，則必須使用對應(yīng)被測信號的波形因數(shù)或波峰因數(shù)進行修正。
2 實驗方案的設(shè)計
為了讓學(xué)生能夠更好地掌握電壓表測量電壓的原理，我們設(shè)計了“電壓表波形相應(yīng)研究”的實驗。目的是幫助學(xué)生分析幾種典型電壓波形對不同檢波特性電壓表的影響，進一步明確用不同檢波特性電壓表測量各種電壓波形所得測量結(jié)果的物理意義，掌握測量結(jié)果的處理方法。
首先，為了體現(xiàn)電壓表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，加深學(xué)生對測量原理的理解，利用模塊化設(shè)計的思想[3]，我們將檢波電路（有效值檢波、平均值檢波和峰值檢波）單獨設(shè)計到實驗板上，作為三個獨立的模塊，如圖2所示。
a.有效值檢波模塊 b.平均值檢波模塊 c.峰值檢波模塊
圖2 檢波電路模塊圖
給各個模塊供電后，在輸出端就能分別得到輸入信號的有效值、平均值和峰值。這些值可以通過直流電壓表直接測量得到。
設(shè)計表格如表1所示。要求學(xué)生調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器，輸出頻率為2KHz，輸出幅度為1V（用示波器監(jiān)視）。分別輸出正弦波、三角波和方波，用平均值、有效值和峰值檢波模塊測量各輸出波形，記錄讀數(shù)并填入表1中。根據(jù)測量結(jié)果，計算被測電壓的有效值，并進行分析說明。其中，由于三種波形的輸出幅度是相同的，因而峰值檢波的三個讀數(shù)應(yīng)該相同。而表格中的最后三行要求將每個檢波模塊的輸出換算成有效值，則要求學(xué)生能夠?qū)㈦妷罕淼膶崿F(xiàn)過程與圖1中的原理框圖完全對應(yīng)起來，進一步加深對測量原理的理解。
3 結(jié)束語
該實驗和相關(guān)實驗板在我院2012和2013級測控專業(yè)與自動化專業(yè)中進行了使用，取得了較好的實驗效果。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）將不同檢波方式的電壓表內(nèi)部結(jié)構(gòu)通過若干主要模塊體現(xiàn)出來，充分體現(xiàn)出電壓表測量電壓的測量原理，有助于學(xué)生的進一步理解。（2）通過實驗完成等幅度測量的數(shù)據(jù)表格，有助于學(xué)生靈活運用所學(xué)知識，從設(shè)計者的角度思考問題，主動運用測量原理來解決問題。
參考文獻
[1]陳尚松，郭慶.電子測量與儀器（第二版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.
關(guān)鍵詞：醫(yī)用物理學(xué)；虛擬實驗；實驗教學(xué)；Flash
中圖分類號：G642，O4-39 文獻標(biāo)識碼：A 論文編號：1674-2117（2017）09-0064-04
由于醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生對醫(yī)用物理學(xué)認(rèn)知不足，普遍對基礎(chǔ)課程實驗興趣較低，教學(xué)效果大打折扣。為了增強學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率，我們可利用Flas可交互的特點[1，2]，設(shè)計虛擬實驗，將醫(yī)用物理學(xué)實驗的內(nèi)容及過程和相關(guān)知識形象生動、淺顯易懂地表現(xiàn)出來，顯示在計算機屏幕上。[3]在實驗前進行虛擬實驗操作，可以讓學(xué)生了解本實驗的測量原理和測量過程。在實驗過程中運用虛擬技術(shù)分析實驗的重點和難點，演示實驗數(shù)據(jù)處理的方法，展示實驗結(jié)論，能有效地提高實驗課的教學(xué)質(zhì)量。
為此，筆者專門設(shè)計了5個虛擬實驗，用于課堂和實驗課的教學(xué)，并取得了不錯的成效。
虛擬實驗《旋光儀的使用》
虛擬實驗《旋光儀的使用》目的是測量旋光溶液濃度和旋光度的關(guān)系，實驗界面如圖1所示，包括試管選擇、刻度盤調(diào)整、視野顯示、角度x數(shù)等幾個部分。
實驗中刻度盤可以快速調(diào)整也可以細(xì)調(diào)。在刻度盤圓環(huán)上單擊并拖動鼠標(biāo)可以快速轉(zhuǎn)動刻度盤。刻度盤細(xì)調(diào)按鈕可以接受鼠標(biāo)單擊和雙擊。單擊按鈕調(diào)整0.05度，雙擊調(diào)整0.5度，而刻度盤快速調(diào)整最小單位也是0.5度。調(diào)整時刻度盤會有旋轉(zhuǎn)動畫，同時左右游標(biāo)示數(shù)和目鏡中三蔭片視野各條紋亮暗程度也會相應(yīng)地做同步變化。在刻度盤圓環(huán)上單擊并拖動鼠標(biāo)左鍵，調(diào)用下面這個函數(shù)：
通過選擇空白試樣、標(biāo)準(zhǔn)試樣和待測試樣，調(diào)整刻度盤使視野在暗視場狀態(tài)下出現(xiàn)三蔭片的條紋間邊界消失（此時各條紋亮度相同），讀取刻度盤讀數(shù)，與空白試樣的讀數(shù)相減，可以獲得標(biāo)準(zhǔn)試樣和待測試樣的旋光度，從而測得待測試樣的濃度。每次啟動這個虛擬實驗，待測試樣的濃度值會隨機設(shè)定，測得的數(shù)值都不一樣。
虛擬實驗《超聲聲速測定實驗》
《超聲聲速測定實驗》在介紹了駐波法和相位法測聲速的原理后，可以在雙蹤示波器上設(shè)定雙蹤方式（駐波法）或者X-Y方式（相位法）兩種測量方式，實驗裝置如圖2所示，主要包括頻率顯示、聲速測定儀的調(diào)整和刻度顯示、示波器波形選擇和顯示等三個部分。
測量界面的示波器、聲速測定儀、信號源間已經(jīng)正確連接完成。單擊聲速測定儀的接收探頭左移或右移按紐，示波器上的波形就會做相應(yīng)的改變，在駐波法方式下可以獲得一系列波形最高時的接收探頭的位置讀數(shù)，而在相位法時也可獲得李薩如圖形為正斜率直線時接收探頭的一系列位置讀數(shù)，利用逐差差處理數(shù)據(jù)，可得兩種測量方法下空氣中的聲波波長和波速。探頭移動有時需要慢速精確進行，有時需要快速進行。持續(xù)按住探頭左移或右移按鈕不松開，探頭移動速度逐漸加快，直到10倍于最初速度。
虛擬實驗《用分光計測量衍射光的波長》
在《用分光計測量衍射光的波長》實驗中，光柵在界面中央，分光計望遠(yuǎn)鏡可以繞光柵旋轉(zhuǎn)，角度游標(biāo)可同時顯示望遠(yuǎn)鏡位置，如圖3所示。
汞燈發(fā)出的復(fù)色光經(jīng)光柵衍射后獲得不同衍射角的單色光，移動望遠(yuǎn)鏡到合適位置，在望遠(yuǎn)鏡目鏡的視野中用能顯示衍射條紋，游標(biāo)讀數(shù)為目鏡視野中央單色光的衍射位置，如此可以測量這些光的衍射角。分光計望遠(yuǎn)鏡的移動采用按鈕形式，利用鼠標(biāo)中間的滾輪也可以移動望遠(yuǎn)鏡，這就大大增加了操作的便利性。
當(dāng)望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動到某一條衍射光位置時，視野內(nèi)觀察到的衍射條紋會相應(yīng)地動態(tài)移入分劃板中心，同時主尺刻度盤配合左右游標(biāo)也能獲得相應(yīng)的讀數(shù)。望遠(yuǎn)鏡動態(tài)移動的實現(xiàn)方式是利用setInterval函數(shù)設(shè)置轉(zhuǎn)動函數(shù)wyj_rota_to的自動運行時間間隔，使望遠(yuǎn)鏡在到達(dá)目的角度phi之前按setp距離連續(xù)增加，緩慢移動，到達(dá)目的角度后執(zhí)行cleraInterval，使函數(shù)wyj_rota_to停止自動運行。
望遠(yuǎn)鏡視野的衍射條紋的移動也可用同樣的方法實現(xiàn)，如此實現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡和望遠(yuǎn)鏡視野都緩慢移動到目的位置，使虛擬實驗更逼真，界面更友好。由此可以讀出±1級、±2級和±3級衍射光的衍射角（各種色光的每一級衍射光都有上下兩條光線，望遠(yuǎn)鏡分別在上下兩個位置可以觀察到它們，測得的衍射角需要求出平均值），利用光柵方程就可得到這些光的波長。
虛擬實驗《測定液體的黏度》
《測定液體的黏度》根據(jù)已知的蒸餾水的黏度用比較法測量無水乙醇的黏度，實驗裝置如圖4所示，主要包括烏氏黏度計和電子秒表兩個部分。選擇一種液體注入黏度計（蒸餾水或者無水乙醇），單擊“打氣”按鈕（未注入液體或注入液體未完成則“打氣”按鈕不可用），黏度計內(nèi)的液體充滿B、C兩個支管。給黏度計打氣后，“打氣”按鈕文字變成“放氣”。單擊“放氣”按鈕，C支管液體立即落下，B支管液面緩慢下降。通過一個下降的遮罩矩形實現(xiàn)液體液面的下降這個動作，遮罩矩形下降的速度依據(jù)液體截面的大小進行調(diào)整。
B管液面在m、n刻線之間啟動和停止秒表，可得一次測量數(shù)據(jù)。水浴溫度數(shù)據(jù)設(shè)計為在14～20攝氏度之間隨機取值，之后每一次為黏度計液體打氣，有一定概率使溫度上升0.1攝氏度，表示水浴溫度隨環(huán)境緩慢上升。實驗中使用到的水的黏度和密度、乙醇的密度，可以在單擊“查附表”按鈕后顯示。這樣用戶可以用內(nèi)插法獲得整數(shù)帶一位小數(shù)位的攝氏溫度下的黏度和密度數(shù)值，就可以進行實驗數(shù)據(jù)的計算了。
虛擬實驗《長度測量實驗》
關(guān)鍵詞：虛擬仿真；Matlab；電力電子技術(shù)；實驗實訓(xùn)
中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）02-0134-02
一、引言
電力電子技術(shù)是目前最活躍、發(fā)展最快的一門新興學(xué)科，且廣泛應(yīng)用于工業(yè)、交通、IT、通信、國防以及民用電器、新能源發(fā)電等領(lǐng)域，它的應(yīng)用領(lǐng)域幾乎涉及國民經(jīng)濟的各個工業(yè)部門。
二、電力電子技術(shù)課程教學(xué)現(xiàn)狀
當(dāng)前高職院校基本都采取理論教學(xué)加實踐操作的模式進行電力電子技術(shù)課程的教學(xué)。首先，講解電力電子器件的工作原理、特性以及使用方法；然后對各種變流電路（包括整流、逆變、斬波和交流變換等）的電路構(gòu)成、工作原理和波形等進行分析；最后在實驗實訓(xùn)臺上進行實操、搭建電路、觀察波形等進行驗證。
電力電子技術(shù)課程本身屬于電類各專業(yè)課程中較難的課程之一，教學(xué)對象又為高職學(xué)生，他們理論基礎(chǔ)差，計算能力弱，因此教學(xué)重心一定偏向?qū)嵅佟Ｈ缓螅趯﹄娏﹄娮与娐愤M行實驗實訓(xùn)分析的過程中，由于電力電子器件具有非線性等特點以及電力電子電路的復(fù)雜性，造成實驗實訓(xùn)結(jié)果不明顯，單從示波器顯示波形不能很好地檢測電路的正確性。而且電力電子技術(shù)的實驗實訓(xùn)都涉及到220V或者380V的高電壓，具有一定的危險性。往往造成學(xué)生實驗實訓(xùn)項目做得迷迷糊糊，不知道結(jié)果是否正確，即使知道錯誤了也很難進行排故，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣減低，形成惡性循環(huán)。
三、虛擬仿真技術(shù)在電力電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用
虛擬仿真技術(shù)是近年來隨著計算機技術(shù)迅猛發(fā)展而逐步形成的一類實驗研究的新技術(shù)，它在各類專業(yè)各種類型的課程當(dāng)中被廣泛應(yīng)用。虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)點主要有：（1）實驗硬件門檻低，基本不需要專業(yè)的實驗設(shè)備，只需要普通計算機即可；（2）實驗過程安全可靠，不涉及高電壓、高電流；（3）實驗過程迅速、結(jié)果清晰明顯，能快速地在計算機屏幕上顯示所需要的所有結(jié)果，一目了然；（4）糾錯排故簡單，基本的仿真實驗修改只需要在仿真環(huán)境下進行器件或者連接的修改。
鑒于以上優(yōu)點，虛擬仿真技術(shù)在電力電子技術(shù)課程實驗當(dāng)中進行應(yīng)用十分合適，并能有效地提高電力電子技術(shù)課程的教學(xué)效果。目前，可對電力電子電路及系統(tǒng)進行虛擬仿真的軟件較多，如Matlab、Pspise、Saber以及Multisim等。這些模擬仿真軟件的出現(xiàn)，為電力電子電路及系統(tǒng)的分析提供了方便、有效的手段，大大簡化了電力電子電路及系統(tǒng)的設(shè)計和分析過程。其中Matlab軟件由于其Simulink環(huán)境下提供的SimPowerSystems工具箱在電力系統(tǒng)分析、電力電子電路分析中令人滿意的表現(xiàn)、友好的界面和模塊化的形式受到廣大用戶的青睞。
根據(jù)電力電子技術(shù)課程教學(xué)的要求，結(jié)合課程實驗操作內(nèi)容，我們設(shè)計、建立并實現(xiàn)了涵蓋高職教學(xué)要求的十五個電力電子技術(shù)Matlab仿真項目。下面以直流升壓斬波電路為例，詳細(xì)介紹使用Matlab軟件進行模擬仿真的方法和步驟。
四、仿真實例
本節(jié)以直流升壓斬波電路為例，詳細(xì)介紹使用Matlab軟件進行電力電子電路仿真的方法和步驟。直流升壓斬波電路是典型的直流斬波電路之一，它通過電容、電感元件的儲能以及電力電子器件（此處使用IGBT）的通斷控制，使負(fù)載上得到比電源電壓高的電壓，其電路原理圖如下所示。
根據(jù)電路原理圖，在Matlab的Simulink中建立直流升壓斬波電路仿真模型，步驟如下：
1.仿真平臺建立。啟動MATLAB，進入MATLAB環(huán)境，點擊工具欄中的Simulink選項，進入所需的仿真環(huán)境，點擊File/New/Model新建一個仿真平臺。
2.模塊提取。在Simulink環(huán)境中拉取所需要的模塊到仿真平臺中，具體做法是點擊左邊的器件分類，電力電子仿真實驗一般只用到Simulink和SimPowerSystems兩個，分別在它們的下拉選項中找到我們所需的模塊，用鼠標(biāo)左鍵點擊所需的模塊不放，然后直接拉到仿真平臺中。本電路圖所需要的模塊及提取路徑如下表所示。
3.仿真模型建立。將提取的各模塊，按照原理圖布局好位置并進行連線。具體做法是移動鼠標(biāo)到一個模塊的連接點上，會出現(xiàn)一個“+”字型光標(biāo)，按住鼠標(biāo)左鍵不放，一直拉到所要連接的另一個模塊的連接點上，放開左鍵，連線就完成了。本電路圖的仿真模型如下圖所示。
4.參數(shù)設(shè)置。參數(shù)設(shè)置分為模塊參數(shù)設(shè)置和仿真參數(shù)設(shè)置。模塊參數(shù)設(shè)置如下：直流電壓源的幅值設(shè)置為100V。電阻負(fù)載設(shè)置為1Ω。控制脈沖電壓由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生，電壓幅值設(shè)置為3V，周期設(shè)置為0.001S，脈沖寬度比的大小設(shè)置可改變輸出負(fù)載電壓的大小。IGBT、功率二極管、信號分解器、電感和電容可保持默認(rèn)設(shè)置。示波器根據(jù)需要輸出的波形個數(shù)設(shè)置輸入端口數(shù)。仿真參數(shù)設(shè)置如下：將開始時間設(shè)置為0，終止時間設(shè)置為0.01，算法設(shè)置為ode23tb。
5.仿真。完成以上步驟后便可以開始仿真，仿真結(jié)束后雙擊示波器觀察波形。直流升壓斬波電路在控制脈沖電壓寬度比為80%和40%時的仿真波形如圖3所示，與理論分析值一致。
五、小結(jié)
虛擬仿真技術(shù)隨著計算機技術(shù)的發(fā)展在近些年得到了長足的發(fā)展，越來越多的課程在教學(xué)中引入了虛擬仿真技術(shù)，它對課程教學(xué)效果的提供具有較大的作用。文章在分析教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，引入了使用Matlab軟件的虛擬仿真技術(shù)，并以直流升壓斬波電路為例，詳細(xì)介紹使用Matlab軟件進行電力電子電路仿真的方法和步驟。
參考文獻：
[1]王波.虛實結(jié)合、理實一體的電力電子技術(shù)課程改革的探索與實踐[J].時代教育，2015，（7）.
關(guān)鍵詞：頻率特性；MINI2440；AD9851；AD8302
中圖分類號：TP311文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2011)01-0249-02
An Amplitude-frequency and Phase-frequency Characteristics Analysiser Based on MINI2440
LING Yun1,2, GE Zhen-tong3
(1.Information Engineering School of Nanchang University, Nanchang 330000, China; 2.Information Engineering Department, Jiangxi University of Science and Technology Nanchang Campus, Nanchang 330013, China; 3.Economic Information Centre of Nanchang, Nanchang 330038, China)
Abstract: Author introduces the principle of Amplitude-frequency and Phase-frequency characteristics measurement, use MINI2440, ad9851 and ad8302 designed a frequency analyzer. The hardware block diagram of the system, programming algorithm and display interface are given in the papers.
Key words: amplitude-frequency characteristics; phase-frequency characteristics MINI2440; AD9851; AD8302
頻率特性測試儀是用來測量電路幅頻特性和相頻特性的儀器，又稱掃頻儀，常用于測量放大電路、濾波器的工作帶寬、增益衰減特性，負(fù)載的特性阻抗，天線的諧振頻率和駐波比等參數(shù)，是一種非常重要的測量儀器，被廣泛應(yīng)用于廣播、電視、通信等領(lǐng)域。以往的頻率特性測試儀基于模擬電路實現(xiàn)，使用示波管顯示測量結(jié)果，電路復(fù)雜、體積大、功耗高、測量結(jié)果顯示不直觀、數(shù)據(jù)處理不方便。
筆者結(jié)合當(dāng)今流行的嵌入式技術(shù)，以MINI2440開發(fā)板作為平臺設(shè)計了一個頻率特性測試儀。該測試儀具備體積小、功耗低、讀數(shù)直觀、數(shù)據(jù)處理方便等特點。
1 頻率特性測量原理
借助信號發(fā)生器以及示波器可以獲得待測網(wǎng)絡(luò)的幅頻、相頻特性，圖1是測量原理示意圖。信號發(fā)生器產(chǎn)生一個單頻點正弦信號送到待測網(wǎng)絡(luò)，示波器的A蹤和B蹤分別接到待測網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出端，從示波器讀出兩路信號幅值和相位差，計算并記錄信號幅值之比，有規(guī)律地改變信號發(fā)生器輸出信號的頻率，重復(fù)前面的操作得到多組測量數(shù)據(jù)，描點作圖可以得到待測網(wǎng)絡(luò)的頻率特性曲線。測量時如果頻率間隔越小，測試次數(shù)越多，頻率特性曲線越接近實際情況，當(dāng)頻率間隔趨于無窮小時相當(dāng)于頻段內(nèi)所有的頻率都掃描了一次，所以頻率特性測試儀也稱為掃頻儀。
2 硬件設(shè)計
圖2是頻率特性測試儀的硬件結(jié)構(gòu)圖。如圖所示，頻率特性測試儀由頻率特性擴展板和MINI2440開發(fā)板組成。頻率特性擴展板上的頻率合成電路、低通濾波電路用于提供頻率特性測試儀工作所需的掃頻信號SRF，幅頻/相頻檢測電路用于獲得待測網(wǎng)絡(luò)的輸出信號SOUT和輸入信號SIN的幅值比與相位差。頻率特性擴展板經(jīng)扁平線連接到MINI2440開發(fā)板的擴展接口CON4，CON4包含了本設(shè)計所需要的IO口、AD轉(zhuǎn)換模塊，還可以給頻率特性擴展板提供電源。MINI2440開發(fā)板上的LCD屏用于顯示待測網(wǎng)絡(luò)的幅頻/相頻曲線，按鍵用于設(shè)置掃頻的范圍和頻率間隔。
2.1 頻率合成電路
常見的頻率合成技術(shù)有鎖相環(huán)（PLL）和直接數(shù)字合成（DDS）這兩種方式。DDS頻率合成方式相對于鎖相環(huán)方式具有電路結(jié)構(gòu)簡單、相位連續(xù)、頻率精度高、頻率轉(zhuǎn)換速度快等優(yōu)點，因此本設(shè)計選用DDS頻率合成芯片AD9851實現(xiàn)頻率合成。
頻率合成電路如圖3所示，外接的30MHz的有源晶體產(chǎn)生的正弦波信號經(jīng)AD9851內(nèi)部的時鐘6倍頻器倍頻后得到信號fr，fr作為DDS頻合的參考時鐘；頻率控制字FCW以串行方式送入AD9851，DDS_DATA、DDS_CLK、DDS_UPDATE分別是串行數(shù)據(jù)信號、串行移位時鐘信號、頻率更新使能信號，它們經(jīng)MINI2440開發(fā)板擴展接口CON4的9腳、10腳、11腳分別接到S3C2440A的GPF0、GPF1、GPF2。頻率合成輸出信號SOUT經(jīng)低通濾波電路濾波后得到SRF。
頻率合成電路輸出信號頻率fout、參考時鐘頻率fr、頻率控制字FCW三者滿足關(guān)系：fout=(FCW×fr)/232 把上面的表達(dá)式進行整理后得：FCW=(fout×232)/fr。
2.2 幅頻/相頻檢測電路
幅頻/相頻檢測電路如圖4所示，AD8302是RF/IF增益和相位差檢測芯片，它將測量幅度和相位的能力集中在一塊集成電路內(nèi)，由它構(gòu)成的系統(tǒng)可精確地測量從低頻到2.7GHz頻率范圍內(nèi)兩個信號之間的幅值比和相位差。
待測網(wǎng)絡(luò)的輸出信號SOUT和輸入信號SIN分別經(jīng)電容耦合到INPA和INPB引腳，經(jīng)內(nèi)部電路處理后直接從VMAG引腳和VHPS引腳輸出兩信號的幅值比與相位差。幅值比與VMAG引腳的電壓VMAG成正比，比例常數(shù)為30mV/dB；相位差與VHPS引腳的電壓VHPS成正比，比例常數(shù)為10mV/Degree。VMAG和VPHS經(jīng)MINI2440開發(fā)板擴展接口CON4的5腳、6腳接到S3C2440A的模擬量輸入通道AIN0和AIN1。
3 軟件設(shè)計
3.1 幅頻/相頻測量子程序
幅頻/相頻測量子程序是本設(shè)計的核心程序，結(jié)合前面介紹的頻率特性測試原理和硬件電路可得該程序工作過程如下：調(diào)用頻率控制字轉(zhuǎn)換函數(shù)得到掃頻信號SRF的頻率控制字FCW，調(diào)用頻率設(shè)置函數(shù)把FCW送至AD9851以產(chǎn)生相應(yīng)頻率的掃頻信號，調(diào)用AD轉(zhuǎn)換函數(shù)對VMAG和VPHS進行AD轉(zhuǎn)換，得到待測網(wǎng)絡(luò)在相應(yīng)頻率上的幅頻特性和相頻特性。
頻率控制字轉(zhuǎn)換函數(shù)中，預(yù)先計算好10MHz,1 MHz,100KHz，10KHz和1KHz所對應(yīng)的頻率控制字，在整個系統(tǒng)中用BCD碼表示頻率值，這樣在進行頻率控制字計算時僅僅出現(xiàn)加法和乘法運算，這樣可以提高整個系統(tǒng)的測量速度。頻率設(shè)置函數(shù)需要模擬AD9851的串行接口時序，它的接口時序與74LS595類似。AD轉(zhuǎn)換函數(shù)可以直接使用MINI2440開發(fā)板自帶的程序。
3.2 人機接口設(shè)計
頻率特性測試儀使用MINI2440開發(fā)板自帶的320×240 TFT LCD屏顯示測量結(jié)果，LCD左側(cè)240×240區(qū)域為圖形顯示區(qū)顯示掃頻范圍內(nèi)的幅頻/相頻特性曲線，右側(cè)240×80區(qū)域為文字顯示區(qū)顯示中心頻點的各參數(shù)，顯示效果參考圖5。掃頻范圍使用MINI2440開發(fā)板上的按鍵S0~S5設(shè)置，按下S0和S1可以在1KHz～10MHz內(nèi)循環(huán)調(diào)節(jié)步進值，按下S2或S3中心頻率以當(dāng)前步進值增加或減小，S4和S5調(diào)節(jié)相鄰像素點的頻率間隔。
4 結(jié)束語
本文設(shè)計的頻率特性測試儀測量結(jié)果精確、使用方便。以其作為調(diào)試設(shè)備縮短了高頻放大器、晶體濾波器等電路的調(diào)試時間，提高了工作效率。
參考文獻：
[1] 沙占有,劉阿芳,王科.基于AD8302的單片寬頻帶相位差測量系統(tǒng)的設(shè)計[J].國外電子元器件,2006(1).
[2] CMOS 180MHz DDS/DAC Synthesizer AD9851, .
計算機硬件實驗室是高校實驗室的重要組成部分，承擔(dān)著硬件教學(xué)、科研等任務(wù)。針對日常使用與管理中存在不規(guī)范、不合理問題，從軟硬件、使用人員、環(huán)境和安全管理等多角度進行了分析研究，結(jié)合本院硬件實驗室的具體情況，提出相應(yīng)的管理方式與做法，以促進和提高硬件實驗室管理水平。
【關(guān)鍵詞】
硬件實驗室；軟硬件；安全；管理
0引言
隨著我國高等教育改革與發(fā)展，實驗室作為高等教育的重要組成部分，是教學(xué)科研的重要基地，是學(xué)科建設(shè)和教學(xué)工程正常運行的保障[1]。如何有效發(fā)揮實驗室的積極作用，利用實驗室的資源和平臺為教學(xué)科研、學(xué)科發(fā)展和人才培養(yǎng)服務(wù)，將是決定實驗室管理工作的成功關(guān)鍵[2]。而硬件實驗室是高校計算機專業(yè)實驗室的重要組成部分，具有設(shè)備型號多、復(fù)雜度高和維護難度大等特點。科學(xué)規(guī)范、有效的實驗室管理與維護，以更好的使用狀態(tài)服務(wù)于師生，是非常有必要的。以下結(jié)合自身多年的計算機硬件實驗室管理經(jīng)驗，以我們學(xué)院的硬件實驗室實際使用與管理角度，談?wù)効捶ā?/p>
1硬件實驗室管理內(nèi)容
實驗室管理的目標(biāo)是要出效益、出教學(xué)科研成果和人才培養(yǎng)效益。規(guī)范、科學(xué)的實驗室管理是其可持續(xù)發(fā)展的基本保證。復(fù)雜的管理會導(dǎo)致操作難度大，管理成本高[3]。因此，硬件實驗室管理必須秉承科學(xué)、系統(tǒng)和高效的管理理念。管理內(nèi)容主要包括微機、實驗設(shè)備、投影、網(wǎng)絡(luò)等軟硬件的管理與維護，以及實驗室使用人員、環(huán)境與安全管理等內(nèi)容。
1.1軟硬件管理
硬件設(shè)備管理與維護是實驗室管理的重要部分，直接影響著計算機硬件實驗室能否有效運轉(zhuǎn)，也影響著計算機實驗教學(xué)的正常進行[4]。軟硬件設(shè)備的日常使用與維護，是實驗室管理的重點。目前我們學(xué)院建設(shè)有計算機組成原理、微機原理與接口、單片機技術(shù)、嵌入式等計算機硬件實驗室，室內(nèi)基本布局。實驗室配備有31套實驗設(shè)備，每套包含有微機、硬件實驗箱、示波器、萬用表等設(shè)備。另外還安裝有投影機、黑板等教學(xué)設(shè)施。配備儲物柜，用于存放微機配件、實驗箱配套的實驗?zāi)K、示波器表筆、電子元器件等物品，方便取用。
1）為保證硬件設(shè)備的正常使用，保障實驗教學(xué)的正常開展，實驗室采取定期維護與隨機維護相結(jié)合的管理策略。
定期維護是根據(jù)每學(xué)期的實驗課程安排情況，選擇課余時間對軟硬件設(shè)備進行維護，時間固定，頻率是每周一次；隨機維護則是根據(jù)實驗設(shè)備使用情況，對隨時出現(xiàn)故障、影響使用的設(shè)備進行維護，若條件不允許或者維護難度較大，則在其它時間進行維護。這種維護方式主要是考慮到實驗設(shè)備數(shù)量比較有限、實驗班級人數(shù)較多等情況。隨著設(shè)備使用年限的增加，出現(xiàn)故障率高、穩(wěn)定性下降等問題，以及設(shè)備使用率高、實驗學(xué)時增加等情況，都必須提高維護頻度，盡量做到及時維護，以滿足實驗對設(shè)備的需求。同時，在每學(xué)期實驗課程結(jié)束后，安排一次大檢修，對軟硬件設(shè)備進行全面檢查維護。
2）硬件管理維護
以“預(yù)防為主，防治結(jié)合”為原則[5]。實驗室硬件設(shè)備有微機、實驗箱、示波器、萬用表、投影機、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及線路等，這些設(shè)備都需要做日常維護，出現(xiàn)故障時要及時維修。微機除了做好各種故障的維修之外，需要定期對機箱內(nèi)部進行除塵，以延長微機使用壽命，提高工作穩(wěn)定性。實驗箱的維修，是硬件實驗室的管理難點，其具有工作原理復(fù)雜、維修難度大等特點，對管理員提出了較高的專業(yè)技術(shù)要求，除了將故障的實驗箱返回廠家維修、積極尋求廠家技術(shù)支持之外，還需要管理員能動手對實驗箱常見故障進行維修，比如芯片、電源、模塊的更換等，以提高維修和管理效率。示波器主要檢查開機、標(biāo)準(zhǔn)波形、面板各功能旋鈕、表筆是否正常等方面。萬用表除了檢查開機、表筆是否正常之外，需要注意電池是否有電、使用時間、有效期等方面的檢查，避免因電池漏液腐蝕電路造成損壞。投影機每學(xué)期需要進行除塵維護，該項工作管理員可以進行，或者聯(lián)系商家售后進行。出現(xiàn)投影顯示效果模糊、畫面暗、影響觀看等情況，需要更換投影機燈泡。投影機注重科學(xué)使用和保養(yǎng)，避免長時間使用投影機，關(guān)機后待散熱完畢后再斷電。網(wǎng)絡(luò)維護方面相對簡單，定期檢查交換機和網(wǎng)線，出現(xiàn)水晶頭金屬觸點氧化，水晶頭需要重新制作，提高網(wǎng)絡(luò)可靠性。做好硬件維護維修工作之外，結(jié)合期末全面檢修及下學(xué)期本實驗室課程開設(shè)情況，利用期末時間申購備用件，以便維修時使用更換。常用的備件如微機硬盤、電源、鍵盤、鼠標(biāo)等部件，實驗箱用的電子元器件、芯片，示波器表筆等。
3）軟件維護
實驗室除了做好硬件維護維修之外，還需要做好軟件的維護工作。軟件維護，主要是結(jié)合被稱為“增霸卡”的硬盤保護卡進行。硬盤保護卡也稱硬盤還原卡，它可以使計算機硬盤在病毒、誤改、誤刪、故意破壞硬盤內(nèi)容等非物理損壞的情況下，恢復(fù)到最初設(shè)定狀態(tài)，給實驗室管理和維護帶來了極大的方便[6]。保護卡可以實現(xiàn)系統(tǒng)軟件還原、提供CMOS保護、多個硬盤分區(qū)保護、系統(tǒng)安裝、網(wǎng)絡(luò)拷貝、自動修改IP地址和計算機名等實用功能，大大提高了維護效率。在操作系統(tǒng)安裝方面，使用保護卡的分區(qū)功能，分出超過兩個以上可引導(dǎo)的系統(tǒng)分區(qū)，用于安裝windows操作系統(tǒng)，兩個系統(tǒng)均安裝同樣軟件，做同樣設(shè)置，當(dāng)其中一個系統(tǒng)損壞時，另一系統(tǒng)還可以繼續(xù)使用，不影響實驗教學(xué)，其它多余的可引導(dǎo)系統(tǒng)分區(qū)做為備用；同時需要再劃分出幾個普通分區(qū)，用于學(xué)生存放文件與數(shù)據(jù)。要注意的是，系統(tǒng)分區(qū)需要在保護卡參數(shù)設(shè)置中設(shè)為“立即還原”模式，保證不會因為學(xué)生實驗時修改或者誤操作等行為，影響系統(tǒng)可用性。系統(tǒng)需要還原時，只需將微機進行重新啟動，系統(tǒng)立即還原為初始保護狀態(tài)。另外，普通分區(qū)一般設(shè)置為“不保護”模式，文件數(shù)據(jù)不會隨系統(tǒng)還原而被清除，當(dāng)然也可以根據(jù)需要，將分區(qū)設(shè)置為“隨啟動盤還原”模式，或定期進行數(shù)據(jù)清除等。根據(jù)使用情況，不定期對系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件進行更新與安裝，比如windows系統(tǒng)補丁升級、瀏覽器升級、應(yīng)用軟件安裝等。
1．2人員管理
在實驗室使用管理中，應(yīng)樹立“以人為本，科學(xué)管理”的新理念。管理理念的創(chuàng)新要引進“人本管理”，其核心要素是“人”，它將“人”的創(chuàng)新能力作為其核心價值，把維護人的尊嚴(yán)和價值當(dāng)做管理的最高目標(biāo)，注重“人”的發(fā)展[7]。實驗教師、學(xué)生是實驗室的主要使用人員，管理員需要增強服務(wù)意識，做好服務(wù)和溝通工作，避免出現(xiàn)誤解與埋怨。由于硬件實驗的特殊性，實驗教師需要用硬件實驗室進行實驗準(zhǔn)備和備課等工作，實驗員需要做好實驗協(xié)助配合工作；實驗過程中，輔助實驗教師、指導(dǎo)學(xué)生完成實驗，做好實驗指導(dǎo)工作。同時，硬件實驗室要建立健全各項規(guī)章制度，以規(guī)范實驗室使用人員的行為，做到有章可循，有據(jù)可依。對學(xué)生要嚴(yán)格管理、嚴(yán)格要求，使實驗室管理制度在師生間達(dá)成一種共識，形成一個良性的循環(huán)。比如，要求學(xué)生實驗時對號入座，做好設(shè)備使用登記，對惡意破壞、偷盜硬件等行為按照規(guī)章制度進行處罰；對帶食品進入實驗室、亂扔垃圾等不文明行為要進行勸告批評。
1．3安全管理
安全管理，這項工作雖然技術(shù)含量不高，但是責(zé)任重大。用電安全一直是實驗室的重點問題，要提醒學(xué)生注意用電安全，管理員要經(jīng)常檢查線路、空氣開關(guān)是否有破損、發(fā)熱等現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)異常后及時聯(lián)系電工維修。禁止學(xué)生操作電源開關(guān)，在相應(yīng)位置設(shè)立警示標(biāo)志。遇到雷電等特殊天氣，暫時關(guān)閉實驗室總電源，防止遭受雷擊[8]。幾年前在我院曾經(jīng)發(fā)生過實驗室被雷擊事件，造成多臺交換機和微機損壞。在實驗室關(guān)閉前，確認(rèn)所有電源均已斷開，做到人走斷電。定期檢查窗戶、防盜門是否正常，定期檢查滅火器壓力表和生產(chǎn)日期，保證在關(guān)鍵時刻能正常使用。由于硬件實驗室安裝有靜電地板，需要注意地板有無塌陷、松動等情況。除了實驗時要求學(xué)生嚴(yán)格對號入座、做好使用登記之外，還需要在學(xué)生實驗結(jié)束時，檢查硬件設(shè)備是否完整無缺。實驗結(jié)束時，實驗教師與實驗員需要維持秩序，避免學(xué)生進出時實驗室發(fā)生安全事故。
1．4環(huán)境管理
實驗室的環(huán)境問題是不應(yīng)忽視的。實驗室環(huán)境管理主要從這幾方面展開：一是，實驗室衛(wèi)生問題，每周定期組織一至兩次實驗室大清理，做到實驗室衛(wèi)生整潔，這項工作主要是由管理員組織實驗室使用班級和勤工儉學(xué)的學(xué)生進行；二是，定期檢查實驗桌椅是否有損壞缺失情況，及時更換與維修，檢查窗戶是否會漏水、陽光照射等情況，及時報修與安裝厚窗簾進行遮光；三是，定期檢查日光燈、風(fēng)扇、空調(diào)等設(shè)施工作狀況，空調(diào)需要定期清理與加制冷液，確保實驗室溫度在合理范圍，給師生一個舒適的實驗環(huán)境，保障實驗設(shè)備正常使用。
2結(jié)語
以上從軟硬件設(shè)備、使用人員、環(huán)境與安全管理等方面結(jié)合我們學(xué)院具體情況做了初步探討。計算機硬件實驗室的管理，是一項嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致和科學(xué)的工作，需要實驗教師與管理員結(jié)合當(dāng)前實驗室發(fā)展形式，不斷學(xué)習(xí)新的管理方式和方法，結(jié)合高校自身實驗室情況，總結(jié)適合的管理方式，以更好的實驗環(huán)境滿足教學(xué)與科研需求。
作者：葉宗海 單位：福建師范大學(xué)閩南科技學(xué)院
【參考文獻】
［1］曾榮華,羅一帆.探索綜合與創(chuàng)新實驗室的建設(shè)、開放和管理[J].實驗技術(shù)與管理,2010,27(9):24.
［2］謝安建,王禮貴.高校實驗室管理工作的創(chuàng)新性探索[J].實驗室研究與探索,2012,31(4):271.
［3］陳六平.關(guān)于當(dāng)前實驗室管理及實驗教學(xué)中若干問題[J].實驗室研究與探索,2009,28(1):153.
［4］董愛武.論高校計算機實驗室的管理[J].太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2004,2:37.
［5］張文平.計算機硬件維護原則與方法問題探討[J].煤炭技術(shù),2012,31(1):252.
［6］宋京紅,陳曉東,王軍濤.計算機公共機房硬盤保護卡的應(yīng)用[J].北華航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報,2010,20(4):16.
關(guān)鍵詞： L波段雷達(dá)；常見故障；檢查方法；解決方法
中圖分類號：P41 文獻標(biāo)識碼：A
引言
探測資料完整、準(zhǔn)確，實現(xiàn)了該地高空氣象探測的數(shù)字化和自動化。L波段雷達(dá)目前在新疆地區(qū)探空臺站已經(jīng)全面運行， 但是受到各個方面的影響和限制，對雷達(dá)進行實時保護的任務(wù)顯得更加艱巨，而L波段雷達(dá)的正常運行也是關(guān)系探空資料的采集和是否準(zhǔn)確的關(guān)鍵。因此，對雷達(dá)進行全面、仔細(xì)的檢修與維護是探空站的重要工作。
1 L波段雷達(dá)
L波段雷達(dá)是我國新型高空氣象探測雷達(dá)，它探測精度和自動化程度高、體積小而且安裝簡易。它能夠準(zhǔn)確的探測高空溫度、氣壓、濕度等氣象要素和高空風(fēng)向、風(fēng)速的變化。且操作簡單，處理數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確，工作效率高，能夠為天氣預(yù)報提供準(zhǔn)確的高空氣象資料。它的探測任務(wù)主要是由探空氣球攜帶的探空儀來完成的。探空儀是由多種靈敏的感應(yīng)元件組成，感應(yīng)元件的電參量隨空氣中壓、溫度、濕度的變化而變化。由此可見這一新型儀器給氣象探測帶來的便利，但是由于對雷達(dá)的維護相對要求也較高，而探空站配備的設(shè)備不齊全，對人員技術(shù)要求高等條件的限制對雷達(dá)的維護維修增大了難度。
2 雷達(dá)工作狀態(tài)判斷
2.1 在無信號輸入的狀態(tài)下
軟件操作面板上的增益（在輸入功率相等的條件下，實際天線與理想的輻射單元在空間同一點處所產(chǎn)生的信號的功率密度之比。它定量地描述一個天線把輸入功率集中輻射的程度）應(yīng)該處在自動狀態(tài)，顯示值為110dB，頻率指數(shù)在正常狀態(tài)下（1675±6MHz），雷達(dá)通訊指示燈紅色亮起，這些基本上可以判斷雷達(dá)的主要部件處于正常。
2.2 在有信號輸入時
首先將基測箱和探空儀相接，并把雷達(dá)天線和頻率調(diào)整到最佳狀態(tài)，使雷達(dá)可以接收到探空儀信號，這時在探空訊號接收區(qū)應(yīng)該有所顯示，藍(lán)色的雷達(dá)指示燈呈現(xiàn)動態(tài)，并伴隨在脈沖指示區(qū)顯示有脈沖運動。這些特征基本可以判斷雷達(dá)接收系統(tǒng)正常，可以進行正常的通訊。
3 常見的故障現(xiàn)象
在判斷了雷達(dá)正處在工作狀態(tài)后，一些常見的故障還是會影響雷達(dá)的正常工作。雖然雷達(dá)本身裝有智能的自我檢測系統(tǒng)，但是在實際工作中，多部位的故障還是會使雷達(dá)的檢測功能受到挑戰(zhàn)，各種五花八門的故障還是要依靠人工檢測。
3.1 小發(fā)射機出現(xiàn)自激信號
小發(fā)射機工作時如果出現(xiàn)自激信號，則有可能是小發(fā)射機或者是前置高放的問題，這時要切斷小發(fā)射機的電源，如果自激信號消失，恢復(fù)正常，則故障部位為小發(fā)射機，只要針對小發(fā)射機進行維修即可。如果自激信號依然存在，則故障部位即為前置高放，再對前置高放進行更換即可。
3.2 磁控管效能降低
如果在雷達(dá)工作過程中發(fā)現(xiàn)發(fā)射機的功率無故降低，那么故障的原因可能是磁控管的效能降低而導(dǎo)致的，這時只要對磁控管進行更換即可恢復(fù)正常。
3.3 如果示波器上2km精掃基線消失
故障可能為沒有2km精掃觸發(fā)，這時打開雷達(dá)故障顯示的開關(guān)，若精掃觸發(fā)顯示燈亮起叉號，則這時更換主控箱里面的測距裝置就可以解決故障。
3.4 當(dāng)茅草低于標(biāo)準(zhǔn)值時
可能是高頻組件性能指標(biāo)降低，對高頻組件進行維修或者更換高頻組件即可解決；若是高頻電纜的接插件接觸不好，那么對電纜的插頭重新加橡皮圈緊固即可排除故障。
3.5 攝像機和防雨罩發(fā)生短路
當(dāng)調(diào)整攝像頭時，上面的焦距、距離、亮度按鈕沒有反應(yīng)，無法調(diào)整攝像機，這種情況可能是攝像機和防雨罩發(fā)生了短路，只要拆下兩者相連接的螺釘，重新將攝像頭進行固定，再蓋上防雨罩就可以恢復(fù)正常了。
3.6 校正好的光電軸突然偏離很大，四條亮線參差不齊
由于L波段雷達(dá)是天線控制，當(dāng)雷達(dá)自動跟蹤正常時，即使調(diào)好了探空儀發(fā)現(xiàn)方波幅度還是有點偏差。故障的原因可能是天線座和差箱的開關(guān)上的二極管接觸不好。這時打開天線座和差箱，將和差箱內(nèi)的器件重新進行固定，即可排除故障。在放球的過程中，如果亮線也是出現(xiàn)參差不齊，原因可能是零點漂移或者分硬件故障。解決的方法是：當(dāng)雷達(dá)將天控改為手動控制，轉(zhuǎn)動天線四條亮線可以搖齊屬仰角方位零點漂移，如果不能搖齊，則這種情況屬于硬件的故障。
程序方波已經(jīng)產(chǎn)生，但沒有送到和差箱上去，這可能是線路上出現(xiàn)問題了。這可以通過萬用表測量程序方波的對地電阻（往和差箱端測量），正常情況下它對地正向（黑表筆接地）應(yīng)該有電阻，（紅表筆接地）反向應(yīng)該開路。如果發(fā)現(xiàn)有一路正反向都沒有電阻，說明這一路線路有問題，這時對照框圖進行判斷便能解決問題。解決方法是找出線路在哪段出了問題，將線路恢復(fù)正常。
程序方波已經(jīng)送達(dá)和差箱，但和差箱里的開關(guān)管套出了問題，這時可以通過萬用表對開關(guān)管套（接在和關(guān)差箱上）進行測量，看程序方波上、下、左、右正向?qū)Φ氐碾娮枋遣皇且粯樱绻皇且粯拥膭t是不正常的。如果發(fā)現(xiàn)其中有一路正向?qū)Φ仉娮韬推渌牟灰粯樱蔷驼f明這一路開關(guān)管套有問題，這種情況故障可能就是開關(guān)管套有問題，當(dāng)然也有可能是裝在開關(guān)管套上的二極管VK105有問題，解決辦法是：通過對VK105的測量則可以很快就判斷出好壞與否。將VK105進行更換即可排除故障，恢復(fù)正常。
3.7 仰角方位零點漂移的調(diào)整
示波器探頭接CH2，掃描旋鈕調(diào)直至出現(xiàn)掃描線，并且將示波器調(diào)到顯示正中狀態(tài)，“VOLTS/DIV”旋鈕調(diào)至0.1檔，示波器探頭調(diào)至1∶1，CH2輸入信號和垂直放大器的藕合方式調(diào)至“DC”檔。
用探頭測芯片D20（1角），出現(xiàn)一寬亮線，亮線偏離示波器中間基線，調(diào)天控板11-6上RP6電位器（仰角），亮線調(diào)回中間即可。
用探頭測芯片D20（7角），出現(xiàn)一寬亮線，亮線偏離示波器中間基線，調(diào)天控板11-6上RP5電位器（方位），亮線調(diào)回中間即可。
4 結(jié)語
在L波段雷達(dá)工作的過程中不僅要對各個部件的故障進行實時關(guān)注，它的日常維護和清潔也是保證雷達(dá)正常工作性能良好的重要一點。在實際中，灰塵、腐蝕等外界因素引起的故障也會是雷達(dá)失去原來性能的重要原因。因此，在雷達(dá)的日常檢查中應(yīng)當(dāng)仔細(xì)、認(rèn)真的對其進行規(guī)范的清潔，以減少故障發(fā)生，將故障排除在初級階段。經(jīng)過一些經(jīng)驗的總結(jié)，對L波段雷達(dá)的檢修在于清楚它的使用規(guī)范，了解它的工作原理和基本構(gòu)造；再者，對雷達(dá)的檢修要認(rèn)真、耐心，讓檢修能力得到提升，使雷達(dá)能夠正常有效地發(fā)揮它的作用，為氣象探測工作做出貢獻，為氣象現(xiàn)代化建設(shè)做出貢獻，為國家、人民做出貢獻。
參考文獻
[1] 湯潔旺.L波段雷達(dá)故障隔離及排除方法集錦[J].廣西氣象，2006.
關(guān)鍵詞： PXI總線； 彈載模塊； 測試系統(tǒng)； 設(shè)計
中圖分類號： TN911.7?34 ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ；文獻標(biāo)識碼： A ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ；文章編號： 1004?373X（2014）23?0094?03
Design and implementation of testing system for missile?borne module
ZHANG Jing， ZHANG Yang， PENG Gang?feng， ZHANG Wei， REN Li?zi
（AVIC Xi’an Aeronautics Computing Technique Research Institute， Xi’an 710119， China）
Abstract： According to the characteristics of the missile?borne module， a design scheme of missile?borne testing system based on PXI bus was formulated. Its working principle was elaborated. The PXI bus structure was adopted in the testing system. The whole system has strong fault diagnosis ability and high reliability. It has been put into mass production for some missile?borne module. Practical application proves that the design of system has met the requirements of users.
Keywords： PXI bus； missile?borne module； testing system； design
彈載計算機是現(xiàn)代導(dǎo)彈制導(dǎo)與控制系統(tǒng)的核心裝置，其性能的好壞直接關(guān)系到精確制導(dǎo)的精度和殺傷目標(biāo)的概率。而彈載模塊作為彈載計算機的主要組成部分，對自動測試系統(tǒng)的要求更加高，要求其系統(tǒng)具有較強的故障診斷能力、可移植性和健壯性，且操作界面簡單，能夠代替人進行精確測量。
1 ；PXI測試方案的確定
PXI是一種專為工業(yè)數(shù)據(jù)采集和自動化應(yīng)用量身定制的模塊化平臺，具備機械、電氣與軟件等多方面的專業(yè)特性， 是一個模塊化的平臺。PXI總線儀器具有體積小、成本低、性能高、可擴展性強、適用測量和自動化系統(tǒng)平臺等特點，比臺式PC提供的I/O擴展槽更多，更加緊湊，而且更節(jié)省空間，并且有較強的抗撞擊與振動的優(yōu)點。基于以上特點，彈載測試設(shè)備選用基于PXI總線的測試系統(tǒng)來實現(xiàn)測試和控制功能。
2 測試系統(tǒng)的原理和組成
2.1 測試系統(tǒng)的功能
本文研制的測試系統(tǒng)是某彈載模塊的專用測試設(shè)備，實現(xiàn)的主要功能包括：
（1） 為彈載模塊提供多路電源及供電檢測；
（2） 對彈載模塊進行測試， 能夠模擬導(dǎo)彈系統(tǒng)中的控制、故檢，并對彈載模塊的群信號進行采集、顯示、存儲、自動判讀及打印， 用于調(diào)試、檢驗彈載模塊的性能；
（3） 在彈載測試系統(tǒng)進行測試時提供信號源（模擬控制、故檢、利用系統(tǒng)發(fā)送信號）。
對彈載模塊性能測試的重點是能夠模擬導(dǎo)彈控制系統(tǒng)、利用系統(tǒng)、故檢系統(tǒng)給彈載模塊發(fā)送多路脈沖信號，對變換后的群信號進行采集。
2.2 測試系統(tǒng)的工作原理
通過對某彈載模塊性能測試要求的研究與分析，結(jié)合計算機測控技術(shù)的發(fā)展趨勢、實現(xiàn)和成本控制兩方面考慮，測試設(shè)備在硬件上采用了工控機+PXI平臺+適配器的組成模式，在測試軟件上采用了上位機+下位機（即目標(biāo)機，在此指彈載模塊）配合測試的組成模式并采用模塊化設(shè)計。測試設(shè)備在結(jié)構(gòu)上采用19英寸標(biāo)準(zhǔn)機柜一體化安裝方式。
根據(jù)彈載模塊各種被測項的測試要求，測試設(shè)備通過三種技術(shù)實現(xiàn)方式完成檢測任務(wù)：由測試設(shè)備輸出激勵信號，啟動目標(biāo)機測試程序?qū)斎爰钚盘栠M行采集處理，并將結(jié)果回送上位機；由測試設(shè)備發(fā)指令啟動目標(biāo)機測試程序?qū)υ诎骞δ茈娐芳敖涌谶M行內(nèi)檢，并將結(jié)果回送上位機；由測試設(shè)備發(fā)指令啟動目標(biāo)機測試程序控制在板功能電路及接口輸出特征信號，再送測試設(shè)備的上位機或通用儀器進行采集并進行結(jié)果判讀。
測試過程以測試設(shè)備為主控設(shè)備，由測試設(shè)備發(fā)出測試命令，被測試對象響應(yīng)并將結(jié)果返回給測試設(shè)備，測試設(shè)備負(fù)責(zé)測試結(jié)果評估。即測試設(shè)備為“主”，被測產(chǎn)品為“從”，測試設(shè)備發(fā)出的測試控制命令和被測產(chǎn)品響應(yīng)的應(yīng)答數(shù)據(jù)通過測試設(shè)備與被測產(chǎn)品中的專用控制通道（RS 232/RS 422）在兩者之間進行傳遞。
2.3 測試系統(tǒng)的組成
測試設(shè)備主要包括測控平臺、供電及適配器單元和測試軟件。其功能組成框圖見圖1。
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圖1 系統(tǒng)功能組成圖
測試設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用19英寸機柜式結(jié)構(gòu)，機柜內(nèi)包含信號源、示波器、供電及適配器單元、KVM鍵盤/顯示器組合、PXI機箱、工控機部件、附件箱等。
3 系統(tǒng)硬件的設(shè)計
測試系統(tǒng)的硬件主要由PXI測控平臺、供電及適配器單元等組成。
3.1 測控平臺
測控平臺是系統(tǒng)的核心，控制整個測試過程，產(chǎn)生測試所需的激勵信號，接收被測試設(shè)備產(chǎn)生的輸出信號，對測試結(jié)果進行分析判斷。測控平臺由PXI平臺（含功能模塊）、工控機部件（含功能模塊）、通用儀器（示波器、信號源等）組成。PXI平臺采用外部控制方式，工控機作為外部控制器通過MXI套件與PXI平臺相連。
PXI平臺由PXI機箱、功能模塊、遠(yuǎn)程控制卡套件及連接電纜組成。PXI機箱選用8槽機箱，型號為PXI?1042。功能模板包括16通道（16?Bit）D/A輸出卡PXI?6704、24通道復(fù)用矩陣開關(guān)PXI?2501、多功能卡PXI?6251、4端口RS 422接口卡PXI?8431/4，用于被測產(chǎn)品激勵信號的產(chǎn)生及輸出信號的檢測，同時完成測試時的數(shù)字通信功能。遠(yuǎn)程控制卡套件選用PXI?PCI8361，配1 m銅纜對接工控機和PXI平臺。連接電纜用于功能模板和信號匹配電路板的對接，包括屏蔽電纜SH68?68?D1兩根，長度為1 m，用于PXI?6704和PXI?2501板卡的對接；SHC68?68?EPM一根，長度為1 m，用于PXI?6251板卡的對接；S8串行電纜一根，長度為1 m，用于PXI?8431/4板卡的對接。
工控機部件選用研華IPC?610機箱，基本配置為雙核CPU、1 GB內(nèi)存和1 TB硬盤，具有雙網(wǎng)口和一個RS 232串口，網(wǎng)口用于示波器和信號源的LXI接口，串口用于和信號匹配電路板的測試通信。
通用儀器包括信號源和示波器，信號源選用安捷倫公司雙通道20 MHz信號源，型號為33522A，用于彈載模塊的高速A/D輸入信號模擬；示波器選用安捷倫公司四通道350 MHz帶寬示波器，型號為DSOX3034A，用于彈載模塊PWM輸出信號檢測顯示和讀寫時序的監(jiān)測顯示。
3.2 供電及適配器單元
供電及適配器單元用于為被測產(chǎn)品提供工作電源并檢測，實現(xiàn)測控平臺輸入輸出信號和被測產(chǎn)品對外連接信號的匹配。供電及適配器單元由AC/DC電源、信號匹配電路板、產(chǎn)品供電電源監(jiān)測儀表、控制面板及信號匹配電路板滑動機構(gòu)組成。
AC/DC電源選用朝陽電源4NIC系列產(chǎn)品，提供彈載模塊的工作電源和信號匹配電路板工作電源。
信號匹配電路板是測試設(shè)備的重要組成部分和信號中樞，主要功能包括與被測目標(biāo)板對接、目標(biāo)板供電監(jiān)測電路實現(xiàn)、目標(biāo)板測試所需外部資源配置、測控平臺（PXI平臺、工控機部件、通用儀器）與目標(biāo)板間測試信號的轉(zhuǎn)接和調(diào)理等。
產(chǎn)品供電電源監(jiān)測儀表用于目標(biāo)板直流供電電壓及電流的檢測顯示，3塊目標(biāo)板共計6路直流供電，儀表區(qū)共有6塊數(shù)字電壓表和6塊數(shù)字電流表。
控制面板用于電源開關(guān)、復(fù)位開關(guān)、BNC射頻同軸連接器（信號源及示波器信號轉(zhuǎn)接用）。
信號匹配電路滑動機構(gòu)采用抽屜式結(jié)構(gòu)，測試前，將信號匹配電路板從機柜中拉出，便于被測目標(biāo)板通過專用的印制板接插件與信號匹配電路板對接；對接好后，可保持原位或?qū)⑿盘柶ヅ浒逋苹貦C柜進行產(chǎn)品測試，滑動機構(gòu)的行程為100 mm。
被測目標(biāo)板通過專用的印制板接插件與適配器電路板對接。適配器的主要功能包括目標(biāo)板供電、目標(biāo)板外部存儲配置、測試信號的轉(zhuǎn)接和調(diào)理等。
4 ；系統(tǒng)軟件的設(shè)計
該測試系統(tǒng)采用Windows XP操作系統(tǒng)，Lab Windows/CVI軟件開發(fā)環(huán)境。
測試軟件由上位機測試軟件和目標(biāo)機測試軟件組成。上位機測試軟件配置于工控機部件上，目標(biāo)機測試軟件配置于被測產(chǎn)品上，兩組軟件依據(jù)測控需求和硬件資源，從便于測試角度合理劃分功能，配合完成對被測產(chǎn)品的功能及性能測試。上位機測試軟件組成框圖見圖2，彈載模塊內(nèi)置測試軟件見圖3。
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圖2 上位機測試軟件組成框圖
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圖3 目標(biāo)要測試軟件組成框圖
測試軟件提供自動和手動兩種測試方法。自動測試按照測試方案對用戶指定的被測產(chǎn)品接口通道進行測試，測試過程自動完成，無需用戶干預(yù)；手動測試根據(jù)用戶命令對特定通道進行測試，測試軟件允許用戶根據(jù)被測產(chǎn)口的接口情況進行測試通道的參數(shù)設(shè)置，以滿足多種被測產(chǎn)品的測試需求。測試結(jié)果存儲在數(shù)據(jù)庫中，提供測試結(jié)果查詢和報表打印功能。同時，為了保證測試設(shè)備的測試準(zhǔn)備性，軟件還提供測試設(shè)備接口自測試功能。
5 ；結(jié) ；語
該設(shè)備設(shè)計中遵循了標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、通用化的設(shè)計準(zhǔn)則，通過上位機和下位機配合測試方法，實現(xiàn)了被測產(chǎn)品的自動化測試和深層次測試。測試可靠度和可信度較高，尤其是針對大批量的彈載模塊生產(chǎn)，節(jié)省了時間，提高了測試效率；而且該測試設(shè)備操作界面簡單，適合生產(chǎn)線測試和檢驗人員使用，能出色完成被測產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)檢查及產(chǎn)品技術(shù)保障任務(wù)。
該測試設(shè)備較好地體現(xiàn)了“管理集中、控制分散”的集散式計算機測控系統(tǒng)的設(shè)計思想，符合當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展趨勢，體現(xiàn)了設(shè)備的技術(shù)先進性。
參考文獻
[1] 崔玉江，陳娣，李丹佳，等.基于PXI總線的遙測數(shù)字量變換器測試臺的研制[J].測控技術(shù)，2013，32（4）：140?142.
[2] 陳亞，劉文波，王昌金.自動測試系統(tǒng)自檢方案設(shè)計[J].測控技術(shù)，2012，31（3）：112?118.
[3] 張靜，李悅，張娟，等.基于PXI總線彈載模塊自動測試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].航空計算技術(shù)，2010，40（3）：119?122.
[4] 孫國偉，湯霞清，楊國振.基于PXI 總線的坦克炮控自動測試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機測量與控制，2010，18（10）：2335?2336.
[5] 張勇，毛凱，楊光，等.基于PXI 總線的多功能模塊設(shè)計[J].國外電子測量技術(shù)，2005（11）：30?32.
[6] 李行善，左毅，孫杰.自動測試系統(tǒng)集成技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.
