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典型自编教材目录

教材：

1) 声学测量

实验指导书：

1)现代电力电子技术实验指导书

2)声学测量实验指导书

3)单片机原理实验指导书

4)传感器原理及应用实验指导书

5)现代信号处理概论实验指导书

6)统计信号处理基础实验指导书

7)信息安全政策与法规实验指导书

8)高速 DSP 原理与应用实验指导书

9)水声学原理与换能器基阵实验指导书

10)测控技术实验指导书

11)通信原理实验指导书

12)控制系统仿真实验指导书

13)工程测试技术实验指导书

14)水雷兵器原理实验指导书

15)自导系统实验指导书

16)数字信号处理实验指导书

17)电子测量实验指导书

18)单片机应用与设计实验指导书

19)信息对抗理论与技术实验指导书

20)声纳原理实验指导书

21)环境信息系统实验指导书

22)振动与噪声控制实验指导书

23)声学基础实验指导书

24)实用计算机工具软件及应用

25)噪声与振动测量实验指导书

26)单片机原理与应用实验指导书

《现代电力电子技术》实验指导书

西北工业大学航海学院

2011. 3

2

目录

实验 1 SCR、MOSFET、IGBT 电力电子器件特性实验 5

一、实验目的...............................................................................................................................5 二、实验所需挂件及附件 ...........................................................................................................5 三、工作原理...............................................................................................................................5 四、实验内容...............................................................................................................................5 五、预习要求...............................................................................................................................5 七、实验方法...............................................................................................................................5 八、实验报告...............................................................................................................................6 九、注意事项...............................................................................................................................6

实验 2 MOSFET、IGBT 驱动与保护电路实验 7

一、实验目的...............................................................................................................................7 二、实验所需挂件及附件 ...........................................................................................................7 三、实验线路及原理 ...................................................................................................................7 四、实验内容...............................................................................................................................7 五、实验方法...............................................................................................................................7 六、实验报告...............................................................................................................................8 七、注意事项...............................................................................................................................8 八、思考题...................................................................................................................................8

实验 3 单相半波可控整流电路实验 9

一、实验目的...............................................................................................................................9 二、实验所需挂件及附件 ...........................................................................................................9 三、工作原理...............................................................................................................................9 四、实验内容...............................................................................................................................9 五、预习要求...............................................................................................................................9 六、实验方法...............................................................................................................................9 (1)单结晶体管触发电路的调试 .............................................................................................9 (2)单相半波可控整流电路接电阻性负载 .............................................................................9 (3) 单相半波可控整流电路接电阻电感性负载 .................................................................10

七、实验报告.............................................................................................................................10 八、注意事项.............................................................................................................................10

实验 4 三相桥式全控整流电路实验 11

一、实验目的.............................................................................................................................11 二、实验所需挂件及附件 .........................................................................................................11 三、工作原理.............................................................................................................................11 四、实验内容.............................................................................................................................11 五、思考题.................................................................................................................................11

3

六、实验方法.............................................................................................................................11 (1)PE-11 上的“触发电路”调试 ........................................................................................11 (2)三相桥式全控整流电路 ...................................................................................................12

七、实验报告.............................................................................................................................12 八、注意事项.............................................................................................................................12

实验 5 三相交流调压电路实验 13

一、实验目的.............................................................................................................................13 二、实验所需挂件及附件 .........................................................................................................13 三、工作原理.............................................................................................................................13 四、实验内容.............................................................................................................................13 五、预习要求.............................................................................................................................13 六、实验方法.............................................................................................................................14 (1)DJK02 和 DJK02-1 上的“触发电路”调试 ....................................................................14 (2)三相交流调压器带电阻性负载 .......................................................................................14

七、实验报告.............................................................................................................................14 八、注意事项.............................................................................................................................14

实验 6 三相半波可控整流电路实验 15

一、实验目的.............................................................................................................................15 二、实验所需挂件及附件 .........................................................................................................15 三、实验原理.............................................................................................................................15 四、实验内容.............................................................................................................................15 五、预习要求.............................................................................................................................15 六、思考题.................................................................................................................................15 七、实验方法.............................................................................................................................15 (1)PE-11 上的“触发电路”调试 ........................................................................................15 (2)三相半波可控整流电路带电阻性负载.............................................................................16

八、实验报告.............................................................................................................................16 九、注意事项.............................................................................................................................16

实验 7 直流斩波电路的性能研究（四种典型线路） 17

一、实验目的.............................................................................................................................17 二、实验所需挂件及附件 .........................................................................................................17 三、实验线路及原理 .................................................................................................................17 (1)主电路 ...............................................................................................................................17 (2)控制与驱动电路 ...............................................................................................................18

四、实验内容.............................................................................................................................19 五、思考题.................................................................................................................................19 六、实验方法.............................................................................................................................19 七、实验报告.............................................................................................................................19 八、注意事项.............................................................................................................................19

实验 8 半桥型开关稳压电源的性能研究 20

一、实验目的.............................................................................................................................20

4

二、实验所需挂件及附件 .........................................................................................................20 三、工作原理.............................................................................................................................20 四、实验内容.............................................................................................................................20 五、思考题.................................................................................................................................20 六、实验方法.............................................................................................................................20 (1)控制与驱动电路的测试 ...................................................................................................20 (2)主电路开环特性的测试 ...................................................................................................21

七、实验报告.............................................................................................................................21

实验 9 全桥斩波电路实验 22

一、实验目的.............................................................................................................................22 二、实验所需挂件及附件 .........................................................................................................22 三、实验线路及原理 .................................................................................................................22 (1)PWM 的生成原理 ...............................................................................................................22 (2)H 桥逆变电路结构原理 ...................................................................................................22

四、实验内容.............................................................................................................................22 五、思考题.................................................................................................................................22 六、实验方法.............................................................................................................................22 (1)输出为正、负电压时 H 桥开关器件控制波形的观测： .............................................22 (2)负载为电阻 .......................................................................................................................23 （3）负载为直流电机 ...........................................................................................................23

七、实验报告.............................................................................................................................23

5

实验 1 SCR、MOSFET、IGBT 电力电子器件特性实验一、实验目的

（1）掌握SCR、MOSFET、IGBT的特性。

（2）掌握各器件对触发信号的要求。

二、实验所需挂件及附件

（1）PE-01 电源控制屏，该控制屏包含“单相自藕调压器”，“整流滤波”等几个模

块。

（2）PE-14 功率器件驱动与保护电路(一)，该挂件包含“IGBT”以及“MOSFET”等。

（3）PE-25 实验元器件或 PE-11 挂件

（4）万用表

三、工作原理

将SCR、MOSFET、IGBT分别和负载电阻R串联后接至直流电源的两端，由控制屏上的正给

定电压作为驱动电压信号，给定电压从零开始调节，直至器件触发导通，从而可测得在上述

过程中器件的V/A 特性。

测试原理图

图中的电阻R用电源控制屏上的可调电阻负载，可以用90Ω的固定电阻替代；直流电压

和电流表可从电源控制屏上获得，实验最大电压为40V，电力电子器件分别从挂箱上获得；

直流电源从电源控制屏的单相交流调压器输出接整流滤波单元电路，从而得到一个输出可以

由调压器调节的直流电压源，实验线路的具体接线如图所示。

四、实验内容

(1)晶闸管（SCR）特性实验。

(2)功率场效应管（MOSFET）特性实验。

(3)绝缘双极性晶体管（IGBT）特性实验。

五、预习要求

阅读电力电子技术教材中有关电力电子器件的章节。

六、思考题

各种器件对触发脉冲要求的异同点？

七、实验方法

(1)按图5-1 接线，首先将晶闸管（SCR）接入主电路，在实验开始时，将给定电位器RP1

6

沿逆时针旋到底，S1拨到“正给定”侧，S2拨到“工作”侧；单相调压器旋钮逆时针调到底，

确保输出为零；按下电源控制屏上的“启动”按钮，然后缓慢调节调压器，同时监视电压表

的读数，当直流电压升到40V时，停止调节单相调压器(在以后的其他实验中，均不用调节)；

调节给定电位器RP1从零开始，逐步增加给定电压，监视电压表及电流表的读数，当电压表

指示接近零（表示该器件完全导通），停止调节给定电压，记录给定电压Ug 调节过程中回

路电流Id 以及器件的管压降Uak 于下表中。

Uak

Id

(2)按下控制屏的“停止”按钮，将SCR换成功率场效应管（MOSFET），给定电位器调回

到零，重复上述步骤，并记录数据。

Udc

Id

(3)按下控制屏的“停止”按钮，将MOSFET 换成绝缘双极性晶体管（IGBT），给定电位

器调回到零，重复上述步骤，并记录数据。

Uce

Id

八、实验报告

根据得到的具体数据，绘出各器件的输出特性。

九、注意事项

(1)在接通主电路前，必须先将给定电压Ug调到零，且将负载电阻结为90欧姆；接通主

电路后，才可逐渐加大控制电压Ug，避免电流对器件的冲击。

(2)为保证功率器件在实验过程中避免出现功率击穿，应保证管子的功率损耗(即功率器

件的管压降与器件流过的电流乘积)小于8W。

7

实验 2 MOSFET、IGBT 驱动与保护电路实验一、实验目的

（1）理解各种自关断器件对驱动与保护电路的要求。

（2）熟悉各种自关断器件的驱动与保护电路的结构及特点。

（3）观测器件开通、关断时 CEV / dsV 的波形。


（1） PE-01 电源控制屏，该控制屏包含“单相自藕调压器”，“整流滤波”等几个模

块。

（2）PE-14 功率器件驱动与保护电路(一)，该挂件包含“IGBT”以及“MOSFET”等。

（3）双踪示波器

（4）万用表

三、实验线路及原理

实验接线及实验原理图如图5-2 所示，图中直流电源可由控制屏上的直流电压提供(小

容量)，或由控制屏上三相交流电源经整流滤波后输出(大容量)，直流电压、电流表及限流

电阻R均从电源控制屏上取，限流电阻90Ω。

控制部分有PWM发生电路、IGBT 驱动保护电路、MOSFET 驱动保护电路。

实验接线及原理图

四、实验内容

(1)MOSFET 的驱动与保护电路实验

(2)IGBT 的驱动与保护电路实验

(3)研究PWM 的工作频率对驱动电路的影响

五、实验方法

(1)MOSFET 的驱动与保护电路实验

把 PE-14 挂件上的PWM 发生电路中的频率选择开关拨至“高频档”。然后调节频率电

位器RP1，使PWM 波输出频率在“2KHz”左右。驱动与保护电路接线时，要注意控制电源及

接地的正确连接。对于MOSFET 器件，采用±15V电源驱动；接线时，将PE-14 上的PWM 波形

输出端接到MOSFET 驱动模块的输入端，它所需的±15V 电源也从PE-14 上取。

实验前应先检查驱动电路的工作情况，在未接通主电路的情况下，打开PE-14 的电源开

关，接通驱动模块的电源，此时可在驱动模块的输出端观察到相应的PWM 波形，调节PE-14 上

PWM波形发生器的占空比电位器RP2，观测驱动输出的PWM 波形与PWM 波形发生器的波形的相

位关系。当驱动电路正常工作后，将占空比电位器RP2 逆时针调到底，然后启动主电路电源

开关，再调节占空比，用示波器观测、记录不同占空比时基极的驱动电压、MOSFET dsV 上的

波形。

8

测定并记录不同占空比 d 时负载的电压平均值 dU 于下表中：

d

dU

(2)IGBT 的驱动与保护电路实验

将 MOSFET 的驱动与保护电路实验中的驱动模块和新器件均改为IGBT，其余部分与

MOSFET实验基本一致。按 MOSFET 实验的方法进行实验，测定并记录不同占空比 d 时负载的

电压平均值 dU 于下表中：

d

dU

(6)调节PWM 发生电路中的频率电位器RP1，将IGBT 和MOSFET 的工作频率从2KHz 增加

到4KHz，重复(1)(2)的实验内容，分析工作频率对器件的影响。

六、实验报告

(1)整理并画出不同自关断器件的基极（或控制极）驱动电压、驱动电流、元件管压降

的波形。

(2)画出 ( )dU f d= 的曲线。

(3)讨论并分析实验中出现的问题。

七、注意事项

(1)双踪示波器有两个探头，可同时观测两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外

壳相连，所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会

通过示波器外壳发生电气短路。为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线

取下或外包绝缘，只使用其中一路的地线，这样从根本上解决了这个问题。当需要同时观察

两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各

接至被测信号，只有这样才能在示波器上同时观察到两个信号，而不发生意外。

(2)连接驱动电路时必须注意各器件不同的接地方式。

(3)实验开始前，必须先加上自关断器件的控制电压，然后再加主回路的电源；实验结

束时，必须先切断主回路电源，然后再切断控制电源。

八、思考题

（1）IGBT、MOSFET关断时为什么会出现尖峰？

（2）IGBT、MOSFET为什么接RC？

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实验 3 单相半波可控整流电路实验一、实验目的

（1）掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。

（2）掌握单相半波可控整流电路在电阻负载及电阻电感性负载时的工作情况。

（3）了解续流二极管的作用。


（1）PE-01 电源控制屏，该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。

（2）PE-12 晶闸管触发电路，该挂件包含“单结晶体管触发电路”模块。

（3）双踪示波器

（4）万用表

三、工作原理

将PE-12挂件上的单结晶体管触发电路的输出端“G”和“K”接到PE-25挂件面板上的任

意一个晶闸管的门极和阴极，具体接线如图所示，图中的负载R用两个900Ω接成并联形式；

直流电压表及直流电流表均从控制屏下面板上得到。

测试原理图

四、实验内容

(1)晶闸管（SCR）特性实验。

(2)单相半波整流电路带电阻性负载时特性测定。

(3)续流二极管作用的观察。

五、预习要求

阅读电力电子技术教材中有关单结晶体管的内容。

六、实验方法

(1)单结晶体管触发电路的调试

接通PE-12电源，打开电源开关，这时挂件中所有的触发电路都开始工作；用双踪示波

器一路探头观测60V的同步电压信号，另一路探头观察单结晶体管触发电路，经半波整流后

“1”点的波形，经稳压管削波得到“2”、“3”点的波形，调节移相电位器RP1，观察“4”

点锯齿波的变化及“5”点的触发脉冲波形；观测输出的“G、K”触发电压波形。

(2)单相半波可控整流电路接电阻性负载

触发电路调试正常后，按图测试原理图接线 (注意接线时，要先将控制屏主电路输出切

断)；按下控制屏上的“启动”按钮，用示波器观察负载电压Ud、晶闸管VT两端电压UVT的波

形，调节单结晶体管触发电路处的电位器RP1，观察α =30°、60°、90°、120°及150°

10

时Ud、UVT的波形，并测量直流输出电压Ud和电源电压U2，记录于下表中。

理论计算公式：Ud=0.45U2(1+cosα)/2

(3) 单相半波可控整流电路接电阻电感性负载

将原电路上负载电阻R改成电阻电感性负载（由电阻器与平波电抗器Ld串联而成）；暂

不接续流二极管VD1，重复上述步骤，并记录数据。

七、实验报告

(1)画出α=90°时，电阻性负载和电阻电感性负载的Ud、UVT波形。

(2)画出电阻性负载时Ud/U2=f(α)的实验曲线，并与计算值Ud的对应曲线相比较。

八、注意事项

(1)双踪示波器有两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上。

(2)在主电路未接通时，首先要调试晶闸管触发电路，才可以接通主电路完成实验。

(3)在接通主电路前，必须先将控制电压Uct调到零，且将负载电阻调到最大阻值处。

(4)要保证晶闸管正常工作，负载电流必须大于50mA以上。

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实验 4 三相桥式全控整流电路实验一、实验目的

（1）加深理解三相桥式全控整流的工作原理。

(2)了解KC系列集成触发器的调整方法和各点的典型波形。


（1）PE-01 电源控制屏，该控制屏包含“三相电源输出” ， “直流电源”等几个

模块。

（2）PE-11 三相可控整流电路。

（3）双踪示波器。

（4）万用表。

三、工作原理

三相桥式全控整流主电路由三相晶闸管及负载组成，实验线路见图4-8，触发电路为

PE-11的集成触发电路，可输出经高频调制后的双窄脉冲，图中的可调电阻R、电感Ld、直流

电压及电表均在电源控制屏上，电阻R将两个900Ω接成并联形式；电感选用700mH。

四、实验内容

(1)三相桥式全控整流电路。

(2)在整流下，观测主电路的各电压波形。

五、思考题

(1)如何解决主电路和触发电路的同步问题?在本实验中，主电路三相电源的相序可任意设定

吗?

(2)在本实验的整流时，对α角有什么要求?为什么?

六、实验方法

(1)PE-11上的“触发电路”调试

①打开PE-01电源控制屏上的总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指

12

示”开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。

②打开PE-11电源开关，拨动 “触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”处的发光管亮。

③用双踪示波器观察A、B、C三相的锯齿波，并调节A、B、C三相锯齿波斜率调节电位

器（在各观测孔左侧），使三相锯齿波斜率尽可能一致。

④将控制屏下面的“给定”输出Ug直接与PE-11上的移相控制电压Uct相接，将给定开关

S2拨到接地位置（即Uct=0），调节PE-11上的偏移电压电位器，用双踪示波器同时观

察A相同步电压信号和“双脉冲观察孔” VT1的输出波形，使α=170°。

⑤适当增加给定Ug的正电压输出，观测PE-11上“脉冲观察孔”的波形，此时应观测到

双窄触发脉冲。

⑥用20芯的扁平电缆，将PE-11的“触发脉冲输出”端与“触发脉冲输入”端相连，并

将PE-11“触发脉冲控制”上的六个钮子开关拨至“通”侧，用示波器观察VT1～VT6

晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。

(2)三相桥式全控整流电路

按图4-8接线，将控制屏上的 “给定”正给定输出调到零(RP1电位器逆时针旋到底)，可调

电阻器R放在最大阻值处，按下“启动”按钮，逐步调节给定电位器，增大移相电压，使α

角在30°～150°范围内调节，同时，根据需要不断调整负载电阻R,使得负载电流Id保持在

0.6A左右(注意Id不得超过0.82A)。用示波器观察并记录α=30°、60°及90°时的整流电压

Ud和晶闸管两端电压Uvt的波形，并记录相应的Ud数值于下表中。

α 30˚ 60˚ 90˚ U2

Ud(记录值)

Ud(计算值)

计算公式:

Ud=2.34U2cosα (0～60˚)

Ud=2.34U2[1+cos(α+3π

)] (60˚～120˚)

七、实验报告

(1)画出电路的移相特性Ud =f(α)。

(2)画出α=30°、60°、90°、120°时的整流电压Ud。根据得到的具体数据，绘出各

器件的输出特性。

八、注意事项

(1)可参考实验一的注意事项。

(2)为了防止过流，启动时必须将负载电阻R调至最大阻值位置。

(3)有时会发现脉冲的相位只能移动120°左右就消失了，这是因为KC04 触发电路的原

因，KC04触发电路要求电源相位关系严格按A、B、C的排列顺序，如果 A、C两相相位接反，

结果就会如此，此时对整流实验无影响，但在逆变时，由于整个调节范围只能到120°，实

验效果不明显用户可自行将四芯插头内的A、C 相两相的导线对调，就能保证有足够的移相

范围。

13

实验 5 三相交流调压电路实验一、实验目的

（1）了解三相交流调压触发电路的工作原理。

（2）加深理解三相交流调压电路的工作原理。


（1）PE-01 电源控制屏，该控制屏包含“三相电源输出”，“励磁电源”等几个模块。

（2）PE-11 三相可控整流电路。

（3）双踪示波器。

（4）万用表。

三、工作原理

三相交流调压电路由三路单相调压电路组合而成，触发脉冲即可以用双窄脉冲或宽脉

冲进行触发，本实验中使用双窄脉冲，具体实验线路如图4-19所示。

图中6个晶闸管均在PE-11上，所用的负载及交流电压、电流表均从控制屏上取，负载电

阻选用三个900Ω。

图4-19 三相交流调压实验线路图

四、实验内容

(1)三相交流调压器触发电路的调试。

(2)三相交流调压电路带电阻性负载。

五、预习要求

(1)阅读电力电子技术教材中有关交流调压的内容，掌握三相交流调压的工作原理。

(2)如何使三相可控整流的触发电路用于三相交流调压电路。

14

六、实验方法

(1)DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试



②打开PE-11电源开关，拨动“触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”处的发光管亮。

③用双踪示波器观察A、B、C 三相的锯齿波，并调节A、B、C三相锯齿波斜率调节电位

器（在各观测孔左侧），使三相锯齿波斜率尽可能一致。


S2拨到接地位置（即Uct=0），调节PE-11上的偏移电压电位器，用双踪示波器同时观察A相

同步电压信号和“双脉冲观察孔” VT1的输出波形，使α=170°。




将PE-11“触发脉冲控制”上的六个钮子开关拨至“通”侧，用示波器观察VT1～VT6晶闸管

门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。

(2)三相交流调压器带电阻性负载

使用晶闸管VT1～VT6，按图4-19连成三相交流调压主电路，其触发脉冲已通过内部连

线接好，只要将正桥脉冲的6个开关拨至“接通”，即在晶闸管的门极和阴极加上触发脉冲，

接通主电源，用示波器观察并记录α=30°、 60°、 90°、 120°及150°时单个电阻上

的输出电压波形，并记录相应的输出电压有效值，填入下表:

α 300 60

0 90

0 120

0150

0

U

七、实验报告

(1)整理并画出实验中记录的波形，作U=f(α)的曲线。

(2)讨论、分析实验中出现的各种问题。

八、注意事项

调节阻抗角时，要注意不要使回路中的电流超过电抗器的最大电流，否则电抗器会进入

饱和区。

15

实验 6 三相半波可控整流电路实验一、实验目的

了解三相半波可控整流电路的工作原理，研究可控整流电路在电阻负载和电阻电感性

负载时的工作情况。


PE-01 电源控制屏,，该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块；

PE-11 三相可控整流电路；

双踪示波器、万用表。

三、实验原理

三相半波可控整流电路用了三只晶闸管，与单相电路比较，其输出电压脉动小，输

出功率大。不足之处是晶闸管电流即变压器的副边电流在一个周期内只有1/3 时间有电流流

过，变压器利用率较低。实验原理图见图1所示。

图 1 实验电路原理图图1中晶闸管用 PE-11中的三个，电阻 R用控制屏上的可调电阻，将两个 900Ω接成并

联形式，Ld 电感用控制屏下面板上的700mH，其三相触发信号由PE-11内部提供，只需在其

外加一个给定电压接到Uct 端即可，直流电压、电流表由控制屏上获得。实验电路的具体连

接按图1操作。

四、实验内容

(1)研究三相半波可控整流电路带电阻性负载。

(2)研究三相半波可控整流电路带电阻电感性负载。

五、预习要求

阅读电力电子技术教材中有关三相半波整流电路的内容。

六、思考题

如何确定三相触发脉冲的相序，主电路输出的三相相序能任意改变吗？

七、实验方法

(1)PE-11上的“触发电路”调试



②打开PE-11电源开关，拨动 “触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”处的发光管亮。

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③用双踪示波器观察A、B、C三相的锯齿波，并调节A、B、C三相锯齿波斜率调节电位器

（在各观测孔左侧），使三相锯齿波斜率尽可能一致。


S2拨到接地位置（即Uct=0），调节PE-11上的偏移电压电位器，用双踪示波器同时观察A相

同步电压信号和“双脉冲观察孔” VT1的输出波形，使α=170°。




将PE-11 “触发脉冲控制”上的六个钮子开关拨至“通”侧，用示波器观察VT1～VT6晶闸管

门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。

(2)三相半波可控整流电路带电阻性负载按图4-5接线，将电阻器放在最大阻值处，按下“启动”按钮，电源控制屏上的“给定”

从零开始，慢慢增加移相电压，使α 能从150°到30°范围内调节，用示波器观察并且记录

α =30°、60°、90°、120°及150°时整流输出电压Ud 波形，并记录相应的电源电压U2及

Ud的数值于下表中。 α 30° 60° 90° 120° 150°

2U

Ud （记录值）

Ud （计算值）

Ud的计算公式为：

1.17U2cos , [0 ~ 30 ]U

0.675U2[1+cos( + )], [30 ~ 150 ]6

d

α απα α

⎧ ∈⎪= ⎨

∈⎪⎩

o o

o o

三相半波整流带电阻电感性负载

将电源控制屏上 700mH 的电抗器与负载电阻 R(选用 900Ω)串联后接入主电路，观察

不同移相角α 时Ud 、 dI 的输出波形，并记录相应的电源电压 2U 及 Ud、 dI 值。

α 30° 60° 90° 120°

2U Ud Id

八、实验报告

绘出当 90α = o时，三相半波整流电路供电给电阻性负载、电阻电感性负载时的Ud 及 dI

的波形，并进行分析讨论。

九、注意事项

(1)可参考实验一的注意事项。

(2)整流电路与三相主电源连接时，一定要注意相序，必须一一对应，否则实验无法顺

利完成。

17

实验 7 直流斩波电路的性能研究（四种典型线路）一、实验目的

(1)熟悉直流斩波电路的工作原理。

(2)熟悉各种直流斩波电路的组成及其工作特点。

(3)了解 PWM 控制与驱动电路的原理及其常用的集成芯片。


（1）PE-01 电源控制屏，该控制屏包含 “三相电源输出” ， “励磁电源”等几个模块。

（2）PE-19 直流斩波实验。

（3）慢扫描示波器。

（4）万用表


(1)主电路

①降压斩波电路(Buck)

降压斩波电路(Buck Chopper)的原理图及工作波形如图1所示。图1中V为全控型器件，选用

IGBT。D为续流二极管。负载电压的平均值为：

on ono i i i

on off

t tU U U Ut t T

α= = =+

式中 ont 为 V处于通态的时间， offt 为V处于断态的时间，T 为开关周期，α为导通占空比，

/ont Tα = 。

②升压斩波电路(Boost)

升压斩波电路(Boost Chopper)的原理图及工作波形如图2所示。电路也使用一个全控

型器件V。

1on off i

o i ioff off

t t UTU U Ut t α+

= = =−

图 1降压斩波电路(Buck)

图 2升压斩波电路(Boost)

18

③升降压斩波电路(Boost-Buck)

升降压斩波电路(Boost-Buck Chopper)的原理图及工作波形如图3所示，输出电压为：

1on on

o i i ioff on

t tU U U Ut T t

αα

= = =− −

若改变导通比α，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当 0<α<1/2 时为

降压，当 1/2<α<1 时为升压。

④Cuk 斩波电路

Cuk 斩波电路的原理图如图4所示，输出电压为：

1on on

o i i ioff on

t tU U U Ut T t

αα

= = =− −

若改变导通比α，则输出电压可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当 0<α<1/2 时为

降压，当 1/2<α<1 时为升压。

(2)控制与驱动电路

图 3升降压斩波电路(Boost-Buck)

图 4 Cuk 斩波电路

图 5 PWM产生电路

19

控制电路以 SG3525 为核心构成，SG3525 为美国 Silicon General公司生产的专用

PWM 控制集成电路，其内部电路结构及各引脚功能如图5所示，详细的工作原理与性能指标

可参阅相关的资料。

四、实验内容

四种直流斩波器的测试

五、思考题

(1)为什么在主电路工作时不能用示波器的双踪探头同时对两处波形进行观测？

六、实验方法

直流斩波器的测试(使用一个探头观测波形)

斩波电路的输入直流电压 iU 由三相调压器输出的单相交流电经电源控制屏上的桥式整

流及电容滤波后得到。接通交流电源，观测 iU 波形，记录其平均值(注：本装置限定直流输

出最大值为 50V，输入交流电压的大小由调压器调节输出)。按下列实验步骤依次对四种典

型的直流斩波电路进行测试。

①切断电源，根据主电路图，利用面板上的元器件连接好相应的斩波实验线路，并接上

电阻负载，负载电流最大值限制在 200mA 以内。将控制与驱动电路的输出“V-G” 、 “V-E”

分别接至V的G和E端。

②检查接线正确，尤其是电解电容的极性是否接反后，接通主电路和控制电路的电源。

③用示波器观测 PWM 信号的波形、 GEU 的电压波形、 CEU 的电压波形及输出电压 oU

和二极管两端电压 DU 的波形，注意各波形间的相位关系。

④调节 PWM 脉宽调节电位器改变 Ur，观测在不同占空比(α)时，记录 iU 、 oU 和α

的数值于下表中，从而画出 oU =f(α)的关系曲线。

rU (V) 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.5

占空比α (%)

iU (V)

oU (V)

七、实验报告

(1)整理各组实验数据绘制各直流斩波电路的 i oU /U -α曲线，并作比较与分析。

(3)讨论、分析实验中出现的各种现象。

八、注意事项

(1)在主电路通电后，不能用示波器的两个探头同时观测主电路元器件之间的波形，否则会

造成短路。

(2)用示波器两探头同时观测两处波形时，要注意共地问题，否则会造成短路，在观测高压

时应衰减 10 倍，在做直流斩波器测试实验时，最好使用一个探头。

20

实验 8 半桥型开关稳压电源的性能研究一、实验目的

（1）熟悉典型开关电源主电路的结构，元器件和工作原理。

（2）了解PWM控制与驱动电路的原理和常用的集成电路。

（3）了解反馈控制对电源稳压性能的影响。


（1）PE-01电源控制屏，该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。

（2）PE-18半桥型开关稳压电源。

（3）双踪示波器、万用表。

三、工作原理

(1)半桥型开关稳压电源的电路原理和各元器件均已画在PE-18 挂箱的面板上。

主电路的原理线路如图1所示：

图1 线路原理图

(2)逆变电路采用全控型MOSFET管。两只MOSFET管与两只电容C1、C2组成一个逆变桥，

在两路PWM信号的控制下DC-DC变换。

(3)控制与驱动电路：控制电路以SG3525为核心构成。调节Ur的大小，在A、B两端可输

出两个幅度频率相等、相位相互错开180 度、占空比可调的PWM信号。

四、实验内容

(1)主电路开环特性的测试。

(2)主电路闭环特性测试。

五、思考题

(1)利用闭环控制达到稳压的原理是什么？

(2)为什么在主电路工作时，不能用示波器的双踪探头同时对两只管子栅源之间的波形

进行观测？

六、实验方法

(1)控制与驱动电路的测试

21

开启PE-18控制电路电源开关；接通开关K，使系统处于开环状态，用双踪示波器的两个

探头同时观测11脚和14脚的输出波形，调节PWM脉宽调节电位器，观测两路输出的PWM信号，

并观测两路PWM信号之间的“死区”时间tdead。

(2)主电路开环特性的测试

①在逆变输出端装入220V/25W的白炽灯，在直流输出两端接入负载电阻R=90Ω，并将主

电路的输入接至控制屏上的单相交流调压器的输出端。逐渐将输入电压Ui从0调到200V，使

白炽灯有一定的亮度。调节占空比。用双踪示波器的两个探头同时观测变压器副边输出和直

流输出的波形,改变脉宽，观察这些波形的变化。

②在直流电压输出侧接入直流电压表和电流表。在Ui=200V时,在一定的脉宽下,作电源

的负载特性测试，即调节可变电阻负载R，测定直流电源输出端的伏安特性：Uo=f(I)；

令Ur=2.2V

占空比(%)

Uo (V)

I (A)

③在一定的脉宽下，保持负载不变，使输入电压Ui在200V左右调节，测量直流输出电压

Uo，测定电源电压变化对输出的影响。设定Ur=2.2V

Ui(V) 120 140 160 180 200 220 240

占空比(%)

UO (V)

I (A)

④上述各实验步骤完毕后，将输入电压Ui调回零位。

(3)主电路闭环特性测试

A、断开控制与驱动电路中的开关K；

B、将主电路的反馈信号Uf接至控制电路的Uf端，使系统处于闭环控制状态。

重复主电路开环特性测试的各实验步骤。

①设定Ui=200V，调节负载R:

占空比(%)

Uo (V)

I (A)

②保持负载R=90Ω,调节输入电压Ui:

Ui(V) 120 140 160 180 200 220 240

占空比(%)

UO (V)

I (A)

七、实验报告

(1)整理实验数据和记录的波形；

(2)分析开环与闭环时负载变化对直流电源输出电压的影响；

(3)分析开环与闭环时电源电压变化对直流电源输出电压的影响；

实验 9 全桥斩波电路实验一、实验目的

了解全桥变换的工作原理。二、实验所需挂件及附件

1） PE-01 电源控制屏，该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。 2） PE-17 DC/DC变换电路。 3）双踪示波器、万用表。


(1)PWM 的生成原理

PWM 调制器用于产生一路PWM脉冲波,它是由专用芯片SG3525产生，其内部原理图可参考相

关内容。

(2)H 桥逆变电路结构原理

H 桥 DC/DC 变换电路的结构如图所示。

本实验系统的主电路采用单极性PWM控制方式，其中主电路由四个 IGBT 构成H桥结构，G1～

G4分别由PWM产生电路产生后经过驱动电路，再送到IGBT相应的栅极，用以控制 IGBT管的通断。

单极性的控制方式：输出正电压时，VG1采用PWM信号控制，VG4 恒为正，VG2、VG3 恒为0，即使

VT4恒通，VT2、VT3 截止，其输出电压 0ABV > ；当VG3采用PWM信号控制，VG2 恒为正，VG1、

VG4 恒为0；即使VT2恒通，VT1、VT4 截止，其输出电压 0ABV < 。

四、实验内容

(1)SG3525 驱动电路触发脉冲的观测。

(2)电枢回路电流波形的观测。

五、思考题

H 桥变换器的单极式工作模式与双极式工作模式相比有哪些特点？

六、实验方法

(1)输出为正、负电压时 H 桥开关器件控制波形的观测：

用示波器观测 SG3525 输出的 PWM 脉冲，通过调节给定电压调节电位器，使输出脉冲占空

比为ρ=100%，用万用表测量此时的 Ug=Ugmax，并记录之。

给定电压 Ug由最小值0逐渐上调使 Ug 逐渐上升至Ugmax，将此过程中 G1-E1、G2-E2、

G3-E3、G4-E4 的占空比变化过程填入下表：

输出正电压时：

主电路结构

A B

23

G1-E1

输出负电压时：

G3-E3

(2)负载为电阻

将直流电压 220V 接入主电路的输入端，输出接电阻负载 R(将两个 900Ω并联)，观测占

空比变化和输出电压关系

Ug

电压 ABV

电压 BAV

（3）负载为直流电机

将直流电机励磁绕组接220V直流电压，将电枢绕组连接到A、B两点，改变Ug的值,将此过程

中电动机电枢回路电流Id和电机转速的变化记录于下表中：

Ug

电枢电流Id

电机转速（r/min）

七、实验报告

（1）负载为电阻时，输出电压与占空比关系，

（2）负载为直流电机时，电机转速与占空比、电流关系。

G-E

占比

空 Ug

G-E

占比

空 Ug

1

声学测量

实验指导书


2006 年 10 月

2

目录

实验一噪声声级测量实验.......................................................................................................... 7

一、实验目的.......................................................................................................................... 7 二、实验要求.......................................................................................................................... 7 三、实验环境.......................................................................................................................... 7 四、实验原理与方法.............................................................................................................. 7

1.噪声的客观物理度量................................................................................................... 7 2.噪声的主观评价........................................................................................................... 8 3.噪声的频率分析..........................................................................................................11 4.倍频带声压级与计权声级的转换关系 ..................................................................... 12 5.噪声测量与分析方法................................................................................................. 13

五、实验内容及步骤............................................................................................................ 15 六、实验报告要求及计录、格式........................................................................................ 16 七、实验注意事项................................................................................................................ 16 八、讨论、思考题................................................................................................................ 16

实验二声级计的使用（时间计权）........................................................................................ 17 一、实验目的........................................................................................................................ 17 二、实验要求........................................................................................................................ 17 三、实验环境........................................................................................................................ 17 四、实验测量原理、方法.................................................................................................... 17 五、实验内容、步骤............................................................................................................ 18 六、实验报告要求及计录、格式........................................................................................ 19 七、实验注意事项................................................................................................................ 19 八、讨论、思考题................................................................................................................ 19

实验三声级计的使用（频率分析）........................................................................................ 20 一、实验目的........................................................................................................................ 20 二、实验要求........................................................................................................................ 20 三、实验环境........................................................................................................................ 20 四、实验测量原理、方法.................................................................................................... 20 五、实验内容、步骤............................................................................................................ 21 六、实验报告要求及计录、格式........................................................................................ 23 七、实验注意事项................................................................................................................ 23 八、讨论、思考题................................................................................................................ 23

实验四多声源噪声级测量........................................................................................................ 24 一、实验目的........................................................................................................................ 24 二、实验要求........................................................................................................................ 24 三、实验环境........................................................................................................................ 24 四、实验原理、方法............................................................................................................ 24 五、实验内容、步骤............................................................................................................ 25 六、实验报告要求及测量数据计录.................................................................................... 26 七、实验注意事项................................................................................................................ 26

3

八、讨论、思考题................................................................................................................ 26 实验五纯音响度测量实验........................................................................................................ 27

一、实验目的........................................................................................................................ 27 二、实验要求........................................................................................................................ 27 三、实验环境........................................................................................................................ 27 四、实验测量原理、方法.................................................................................................... 27 五、实验内容、步骤............................................................................................................ 28 六、实验报告要求及计录、格式........................................................................................ 28 七、实验注意事项................................................................................................................ 29 八、讨论、思考题................................................................................................................ 29

实验六声信号采集及 Spectra 软件应用 .................................................................................. 30 一、实验目的................................................................................................................ 30 二、实验要求................................................................................................................ 30 三、实验环境................................................................................................................ 30 四、实验内容、步骤.................................................................................................... 30 五、实验报告要求及记录格式.................................................................................... 31 六、实验注意事项........................................................................................................ 31 七、讨论思考题............................................................................................................ 31

实验七城市区域环境噪声测量................................................................................................ 32 一、实验目的........................................................................................................................ 32 二、实验要求........................................................................................................................ 32 三、实验环境........................................................................................................................ 32 四、实验内容、步骤............................................................................................................ 32 五、实验报告要求及计录、格式........................................................................................ 33 六、实验注意事项................................................................................................................ 33 七、讨论、思考题................................................................................................................ 34

实验八城市交通噪声测量........................................................................................................ 35 一、实验目的........................................................................................................................ 35 二、实验要求........................................................................................................................ 35 三、实验环境........................................................................................................................ 35 四、实验内容、步骤............................................................................................................ 35 五、实验报告要求及计录、格式........................................................................................ 36 六、实验注意事项................................................................................................................ 37

实验九自由场法测量声功率.................................................................................................... 38 一、实验目的................................................................................................................ 38 二、实验要求................................................................................................................ 38 三、实验环境................................................................................................................ 38 四、实验内容、步骤.................................................................................................... 38 五、实验报告要求及记录格式.................................................................................... 40 六、实验注意事项........................................................................................................ 41 七、讨论思考题............................................................................................................ 41

实验十混响室法测量声功率.................................................................................................... 42 一、实验目的................................................................................................................ 42 二、实验要求................................................................................................................ 42

4

三、实验环境................................................................................................................ 42 四、测量内容、步骤.................................................................................................... 42 五、实验报告要求及记录格式.................................................................................... 47 六、实验注意事项........................................................................................................ 47 七、讨论思考题............................................................................................................ 47

实验十一声强扫描法测量声功率............................................................................................ 48 一、实验目的................................................................................................................ 48 二、实验要求................................................................................................................ 48 三、实验环境................................................................................................................ 48 四、实验内容、步骤.................................................................................................... 48 五、实验报告要求及记录格式.................................................................................... 52 六、实验注意事项........................................................................................................ 52 七、讨论思考题............................................................................................................ 52

实验十二混响室法测量声学材料吸声系数 ............................................................................ 53 一、实验目的................................................................................................................ 53 二、实验要求................................................................................................................ 53 三、实验环境................................................................................................................ 53 四、实验内容、步骤.................................................................................................... 53 五、实验报告要求及记录格式.................................................................................... 55 六、实验注意事项........................................................................................................ 55 七、讨论思考题............................................................................................................ 55

实验十三阻抗管法测量声学材料吸声系数 ............................................................................ 56 一、实验目的................................................................................................................ 56 二、实验要求................................................................................................................ 56 三、实验环境................................................................................................................ 56 四、实验内容、步骤.................................................................................................... 56 五、实验报告要求及计录、格式 ................................................................................ 59 六、实验注意事项........................................................................................................ 59 七、讨论、思考题........................................................................................................ 59

实验十四构件隔声量测试........................................................................................................ 60 一、实验目的........................................................................................................................ 60 二、实验要求........................................................................................................................ 60 三、实验环境........................................................................................................................ 60 四、实验内容、步骤............................................................................................................ 60 五、实验报告要求及计录、格式........................................................................................ 62 六、实验注意事项................................................................................................................ 63 七、讨论、思考题................................................................................................................ 63

实验十五传声器灵敏度测量.................................................................................................... 64 1．测量原理.................................................................................................................. 64

(4)额定灵敏度.............................................................................................................................. 66 (5)特性灵敏度.............................................................................................................................. 66

传声器的频率响应........................................................................................................ 66 (1)指向性图案测量...................................................................................................................... 68 (2)指向性频率特性测量.............................................................................................................. 69

5

实验十六扬声器电声特性测量................................................................................................ 71 一、实验目的........................................................................................................................ 71 二、实验要求........................................................................................................................ 71 三、实验环境........................................................................................................................ 71 四、实验测量原理、方法.................................................................................................... 71

1．扬声器的阻抗特性——阻抗曲线和额定阻抗 ...................................................... 71 2．扬声器的灵敏度...................................................................................................... 72 3．扬声器的声压频率响应曲线 .................................................................................. 74

五、实验内容、步骤............................................................................................................ 75 六、实验报告要求及计录、格式........................................................................................ 77 七、实验注意事项................................................................................................................ 77 八、讨论、思考题................................................................................................................ 77

附录一测量仪器简介................................................................................................................ 78 1. HS5633 数字声级计.......................................................................................................... 78

一、概要........................................................................................................................ 78 二、主要技术指标........................................................................................................ 78 三、使用方法................................................................................................................ 78 四、注意事项................................................................................................................ 79

2. HS6288 型多功能噪声分析仪.......................................................................................... 79 一、概述...................................................................................................................... 79 二、主要技术性能...................................................................................................... 80

3. HS6020 型声校准器.......................................................................................................... 81 一、概述........................................................................................................................ 81 二、主要技术性能........................................................................................................ 81 三、使用与维护............................................................................................................ 82

4. B&K 4231 型声级校准器 ................................................................................................. 82 一、主要技术指标：.................................................................................................. 82 二、主要特点：............................................................................................................ 82

5. B&K2716 功率放大器 ...................................................................................................... 83 一、概述........................................................................................................................ 83 二、主要技术指标........................................................................................................ 83

6.B&K4296 无指向性声源 .................................................................................................. 84 7. 阻抗管 4206 介绍............................................................................................................. 86

1. 声学材料测试介绍................................................................................................... 86 2. 项目设置................................................................................................................... 87

8. PULSE 声强工具箱 TYPE3599 简介.............................................................................. 89 1.声强传声器对............................................................................................................. 90 2.遥控单元..................................................................................................................... 90 3.技术规范..................................................................................................................... 91 4.声强麦克风对 Type4197........................................................................................... 91

9. VS302USB 双通道声学分析仪 ........................................................................................ 92 一、概述........................................................................................................................ 92 二. VS302USB 双通道声学分析仪的主要功能 .......................................................... 92

10.PULSE 噪声和振动测试系统及 B&K 3560C 前端 ....................................................... 94

6

一、概述........................................................................................................................ 94 二、3560 型 PULSE 多分析仪系特点统..................................................................... 94 三、PULSE 系统操作基础........................................................................................... 95 四、传感器的使用安装方法........................................................................................ 97

7

实验一噪声声级测量实验

一、实验目的

1.测量机器（手电钻）噪声的声压级及声级；

2.了解噪声的基本度量级评价参量；

3.掌握声级计的基本结构原理及其使用方法。

二、实验要求

1.掌握计权声级及等效连续声级的基本概念及意义；

2.了解噪声频率分析及倍频程的概念；

3.掌握噪声测量的一般方法及 HS6288 声级计的基本使用。

三、实验环境

1．HS6288 声级计；

2．声级校准器 BK4321；

3．噪声源：大宇 6060T 手电钻（320W）空（满）载状态。

四、实验原理与方法

1.噪声的客观物理度量

噪声有两种意义：①在物理上指不规则的、间歇的或随机的声振动；②在心

理上指任何难听的、不谐和的声或干扰。噪声可用其强度、频率特性及时间特性

来描述。作为噪声强度的客观物理度量，可以用声压级（声强级和声功率级）来

表示；通过测量频带声压级反映其频谱特性；其时间特性可通过测量噪声信号的

峰值、平均值及有效值等来表示。

声压级定义为:

2

20 0

20lg 10lgpp pLp p

= = (1-1)

其中P 为待测声压， 0p 为参考声压， 50 2 10 ( )p Pa−= × 。

声强级定义为:

8

0

10lgIILI

= (1-2)

其中 I 为待测声强， 0I 为参考声强， 12 20 10 /I W m−= 。

声强级定义为:

0

10 lgWWLW

= (1-3)

其中W 为待测声强， 0W 为参考声强， 120 10W W−= 。

由声强和声功率的关系 WIS

= 以及空气中声强级近似地等于声压级的关系

可得出：

10lgp I WL L L S≈ = −

(1-4)

这就是空气中声强级、声压级与声功率级之间的关系。必须注意的是，式（1-4）

成立的条件必须是自由声场，即除了声源发声外，其他声源的声音和反射声的影

响均小到可以忽略不计的程度。

2.噪声的主观评价

噪声对人影响的大小，要由人的主观感觉来衡量，人耳听声，虽说声压越大，

声音越响，但声压与人耳感觉的响度并不成比例关系，而是近似成对数关系，同时

人耳对于不同频率声音的响度感觉也是不一样的，因此，根据人耳的听觉特性，

引入响度与响度级、计权声级和等效连续声级等主观评价量。

（1）响度与响度级

根据ISO规定，任何声音的响度级在数值上与该声音同样响的1000Hz纯音的

声压级相同。具体说来就是，对于1kHz 的纯音，它的响度级就是这个声音的声

压级，对频率不是1kHz 的纯音，则用1kHz 纯音与这一待定的纯音进行试听比

较，调节1kHz 纯音的声压级，使它和待定的纯音听起来一样响，这时1kHz 纯

音的声压级就被定义为这一纯音的响度级。

响度级的单位是方（phon）。例如60dB、1kHz 纯音的响度级就是60方，而

100Hz 的纯音其声压级要达67dB 才是60方，两者听起来才一样响。对各个频率

的声音都作这样的试听比较，把听起来同样响的各相应声压级按频率连成一条条

曲线，这些曲线就称为等响曲线，如图1.1 所示。同一条曲线上的每个频率的声

9

音在感觉上都一样响，它们的响度级就是这条曲线上1kHz处的声压级值。

图 1.1 等响曲线

声音“响”的程度，叫响度，它与正常听力对声音的主观感受量成正比，

也就是说，响度加倍时，声音听起来也加倍的响。响度记为N ，单位是宋（sone）。

规定响度级为40 方时响度为1宋，经实验得出响度级增加10方则响度增加一倍，

如响度级LN 由40 方增加到50 方时，响度N 加倍，由1宋增加为2宋，当LN 由50

方变到60 时，响度再加倍由2宋增加至4宋，等等。由此可得响度级LN与响度N 的

关系为：

0.1( 40)2 NLN += (1-5)

40 33.3lgNL N= + (1-6)

（2）计权声级

为了用声音的客观物理量来表达人耳听觉的主观感受，可在声学测量仪器中

加入模拟人听觉特性的计权网络，使所接收的声音在人耳敏感的频域加以增强，

人耳不敏感的频域加以衰减，就可从仪器上直接读出反映人耳对噪声感觉的数

值，使主、客观评价量趋于一致。这种通过计权网络读出的声级叫做计权声级。

图 1.2 为 A、B、C、D 等计权网络的响应曲线。

A 计权网络是模仿 40 方等响曲线设计的（倒置）。当声波通过 A 计权网络时，

10

低频声(特别是 500Hz 以下)衰减较大，而对 1000—5000Hz 的声音不衰减，甚至

稍有放大；B 计权

是仿效 70 方等响

曲线，反映人耳对

中强度噪声的响

应，低频有衰减；

C 计权是 100 方等

响曲线的倒置，反

映高强度声音下的

主观感觉，有近似

平直的响应；D 计

权网络是为测量飞

机噪声而设计的。

实践证明，无论噪声高或低，A 都能较好的反应人耳对噪声响度和吵闹的感觉，

因此，在噪声测量仪器(例如声级计)中普遍采用 A 计权。所测得的声级就称作 A

声级，记作 dB（A）。

（3）等效连续声级

A 计权声级对于稳定的宽频带噪声是一种较好的评价方法，但对于一个声

级起伏不定或不连续的噪声，A 计权声级就显得不合适了。对于室外环境噪声，

如交通噪声，噪声级是随时间而变化的，当有汽车通过时，噪声可能是85～90dBA，

但当没有车辆时可能是50～55dBA，这时就很难说这个地方的交通噪声到底是多

少分贝。又如，一台机器虽其声级是稳定的，但它是间歇地工作，而另一台机器

噪声级虽与之相同，但一直连续地工作，那么这两台机器对人的影响就不一样。

因为在相同时间内作用于人的噪声能量不相同。于是，人们提出了用噪声能量按

时间平均的方法来评价噪声对人的影响，即等能量声级，又称等效连续声级，用

符号 AeqL 表示。也就是说，用一个在相同时间内声能与之相等的连续稳定的A声

级来表示该时段内不稳定噪声的声级。

等效连续声级定义为：

2

1

0.1

2 1

110lg 10 At L

Aeq tL dt

t t⎛ ⎞

= ⎜ ⎟−⎝ ⎠∫ (1-7)

式中 AL 为在 t 时刻测量到的 A 计权声级。当测量是等间隔采样测量时， AeqL 可

图 1.2 计权网络频响曲线

11

表示为：

0.1 0.1

1 1

1 110lg 10 10lg 10 10lgAi Ain n

L LAeq

i iL n

n n= =

⎛ ⎞= = −⎜ ⎟

⎝ ⎠∑ ∑ (1-8)

其中 n 为测量次数， AiL 为第 i 次测得的 A 计权声级。当测量值位非连续离散值

时, AeqL 可表示为:

0.11010lg

AiLi

Aeqi

tL

t⋅

= ∑∑ (1-9)

其中 AiL 为第 i 段时间内测得的 A 计权声级， it 为第 i 段测量时间。

3.噪声的频率分析

对噪声作频率分析时，一般并不需要每一个频率上声能量的详细分布。为

方便起见，常在连续频率范围内把它划分为若干个相连的小段，每一小段叫做频

带或频程，常用的频率分析带宽为窄频带宽（恒定频率分析带宽）、倍频程和1/3

倍频程带宽（恒定百分比频率分析带宽）法，恒百分比带宽，中心频率 0f 与带宽

上、下限截止频率 hf 和 lf l f 的关系为:

0 h lf f f= ⋅ (1-10)

2nh lf f= ⋅ (1-11)

式中n 可以为任何值。n = 1，为倍频程带宽，n = 1/ 3，为1/3 倍频程带宽，

图 1.3 倍频程滤波器相对带宽的计算

12

图1.1表示了倍频程和1/3倍频程滤波器相对带宽的计算方法。表1.3是倍频程和

1/3倍频程带宽中各中心频率值与其上、下限截止频率值的对应关系。

表 1.1 中心频率与其上下限截止频率的对应关系

4.倍频带声压级与计权声级的转换关系

若已知噪声的各倍频带声压级，可以将其转换为计权声级。如 Lpi 为测得的

各倍

频带的声压级(dB)，按声压级的定义有：

0

20 lg ipi

pLp

= ，故 / 20

0

10 pLipp

= ，或 2

/10

0

10 pLipp

⎛ ⎞=⎜ ⎟

⎝ ⎠，所以，n 个倍频带的声

压级相加后，总的声压级为：

13

0.1

110 lg 10 p i

nL

pi

L=

⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠∑ (1-11)

由总的倍频带声压级 Lp转换为总的 A计权声压级 LpA有：

0.1(

1

10 lg 10 p i in

L ApA

i

L +

=

⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠∑ (1-12)

式中 Ai为第 i 个频带的 A 计权修正值。一般测量倍频带区 63～8000Hz 八个倍频

程。A计权的修正值见表 1.2。

表 1.2 倍频程 A 计权修正值

中心频率／Hz 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

修正值 Ai／dB -26.2 -16.1 -8.6 -3.2 0 1.2 1.0 -1.1

5.噪声测量与分析方法

图 1.4 是噪声测量仪器系统的构成框图。

实现噪声测量，一种方法是用声级计直接测量，读出声级；另一种方法是通

过磁带记录仅录下噪声信号，再把录下的信号回放，用计算机、分析仪或声级记

录仪进行分析处理，获得相应的声级大小、噪声频谱及时间特性，便于对噪声进

行分析研究。现代的声学测量系统一般由传声器、数据采集系统（前端）、接口

设备和分析器（计算机）组成，采集器可以是多个传声器组成的多通道输入，接

口设备通常为 USB 或网线将数据送入计算机。实际上高性能的声级计，如 BK2260

就相当一个小型声学测量系统，除只有 2通道输入外，几乎可以实现所有的声学

参数测量及分析计算。

14

图 1.4 噪声测量仪器系统的构成框图

噪声现场测量大

都采用声统计声级计

（Sound Level Meter，

简称 SLM），它是一种按

照一定的频率计权和

时间计权测量声音声

压级和声级的仪器。声

级计的种类虽然很多，

但其基本结构是相同

的，一般由传声器、放

大器、频率计权网络、检波器、时间计权单元和指示器等部分组成，如图 1.5 所

示。

声级计一般设有线性计权及 A计权网络，可以测量噪声总声级和计权声级。

功能强的声级计，除具有线性计权及 A 计权外，还具有 B、C 计权及频率分析功

能，可在现场进行频率分析；有的声级计还有“外接滤波器”插孔，可与其他滤

波器连接，实现感兴趣的频带测量； “放大器输出”插孔，可输出交流倍号，

用来与其他仪器配合使用，例如与声级记录仪连用，进行测量的自动记录，也可

与示波器连用，观察被测信号的波形等。用声级计测量噪声时，要合理选择测点，

正确读数和记录以及考虑测量时环境条件的影响。

(1)测点的选择：要根据噪声测量的对象选择不同的测点。如为了评价或

检验机器设备噪声，测点应分布在机器近旁。对于已颁布的一些机器噪声测量标

准，可按规范要求进行布点。一般机器设备可按下述情况选点：对于尺寸不大于

30cm 的小型机器，测点距机器表面 30cm，周围布置 4 个测点；尺寸大于 30cm，

图 1.5 声级计结构原理图

15

但小于 50cm 的中型机器，测点距机器表面 50cm，周围布置 4个测点；尺寸为 0.5～

1m 的大型机器，测点距表面为 1m，周围布置 6 个或 8 个测点。测试结果以大

值(或算术平均值)表示，并在大值测点进行频谱分析。对于特大型或危险性设

备，可取较远的测点。测点高度以机器半高度为宜，但距地面不得小于 0.5m。

(2)时间计权的选择：声级计一般都具有“快”、“慢”计权。在测量噪声时

一殷都使用“快”档。因为“快”档读数近似人耳听觉的生理特性。只有在“快”

档声级起伏超过 3dB 时才用“慢”档。对于离散的冲击声，用脉冲声级计读取脉

冲或脉种保持值；对于间歇噪声，用“快”档读取每次出现的大值，以数次测

量的平均值表示；对于无规则变动噪声，可用“慢”档每隅 5s 读取一次瞬时值，

计算连续其等效连续声级。

(3)测量环境条件的影响：测量噪声时，常受到环境和气象因素的影响。

①测量时要注意传声器附近不能有反射物存在，传声器距反射物一殷应不小于

2m。②测量时若有风吹向传声器时，则将产生湍流，使传声器膜片上压力涨落而

产生噪声，因此测量时应在传声器上安装防风罩。③本底噪声的影响：如果被测

噪声的 A声级及各倍频带声压级均高出本底噪声 10dB，则本底噪声不影响测量。

如果被测噪声与本底噪声的差值小于 10dB，则应按表 1.3 进行修正。为了保证测

量精度，应尽量设法降低本底噪声。

表 1.3 倍频程 A 计权修正值

总声压级与本底声压级之差／dB 10 9 8 7 6 5 4 3

由总声压级扣除的修正量／dB 0.6 0.7 1.0 1.3 1.3 1.7 2.2 3

五、实验内容及步骤

1.用声级计测量环境噪声的 A、C声级并作倍频程频率分析；

2.测量某一机器(如手电钻)在空载运转时的噪声，填写噪声测量记录表(表

1.3)，并对机器噪声频率特性进行分析。

表 1.3 机器设备噪声测量记录表

仪器名称型号校准方法时间计权备注

测

量

仪

器

待仪器名称型号额定功率转速外型尺寸长×寬×高设备实际运转情况

16

测

设

备

情

况

房间尺寸长×寬×

高室内吸声情况设备附近物体分布气象条件测

量

环

境

声级／

dB 倍频带声压级／dB 设备测点示

意图测点

A C 31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

1

2

3

4

平均

本底

年月日测量地点测量者

六、实验报告要求及计录、格式

七、实验注意事项

1.安装样品时，不要和后板之间留有间隙，否则曲线上会出现吸收峰。

2.交叉校准时，完全松开固紧螺栓，轻轻拿出传声器，然后再轻轻放到位后

固紧。

八、讨论、思考题

这种方法测量的吸声系数和混响室法测量的吸声系数有什么区别？各有什

么优缺点？

17

实验二声级计的使用（时间计权）

一、实验目的

1. 掌握声级计BK2239A的使用；

2. 掌握不同类型噪声测量时间计权的选择。

二、实验要求

1．采用三种计权方式测量声级；

2．正确理解时间计权的含义；

3. 掌握峰值因数的测量。

三、实验环境

1．HBK2239A 数字声级计

2. 声级校准器 BK4231

4. 普通收音机

5. 榔头

四、实验测量原理、方法

实验原理：

声级计一般具有“快”和“慢”时间计权，在脉冲声级计中还有“脉冲”和

“保持”时间计权特性，测量时要根据被测噪声特性来选择。例如测量车辆噪声

时规定用“快”计权特性，测量城市环境噪声规定用“慢”计权特性。在没有规

定时，若测量比较稳定的噪声，“快”和

“慢”计权特性会得到相同的测量结果。如

果噪声不稳定，当用“快”计权特性时，若

测量值显示波动较大（如大于 4dB），就应

当用“慢”计权特性。如果要测量某一时间

内的大值，则应当用“快”计权特性。

国际电工委员会（IEC）依据对正弦脉

冲的响应，把时间计权进行了标准化，即各

种时间计权对足够长的正弦脉冲都能给出

相同的输出。时间计权仅对 RMS 信号有效。

“快”计权和 “慢”计权具有相同的上升

时间和衰减时间，分别为 125MS 和 1S，而“脉冲”计权具有较快的上升时间（35MS）

图 11.1 时间计权特性曲线

18

和较慢的衰减时间（1.5S），如图 11.1 所示。

同样，可用非常快的上升时间（us 级）确定信号峰值，这就是精密声级计中

的“保持”功能。该功能一般都配有复位（解除）按钮。因此，对于短暂的脉冲

和冲击声，应当使用“脉冲”计权特性。而要测定某段时间内噪声峰值，可以使

用“保持”特性。

实验方法：

用收音机发出连续噪声，采用“快”、“慢”和“脉冲”三种计权方式，分别

用手动测量及自动测量测出该噪声的有关参数，详见表 11.1 及表 11.2；再用榔

头敲击物体作为声源，通过手动方式测出冲击噪声的有关参数，详见表 11.3；同

时计算出峰值因数。

五、实验内容、步骤

实验内容:

测量不同种类声源的 A 声级

测量步骤：

1、打开 2239 声级计，进行测前校准；

2、设置时间计数为“快”方式，频率计数为 A，测量范围为 30~100dB，预置时

间为“off”；

3、打开收音机并置于适合位置，调节音量开关，使其 1 米处的声级大约为

60~-70dBA；

4、把声级计指向收音机，距收音机 1 米处，并开始测量，大约 1 分钟后停止；

5、使用参数选择按钮，选择下列参数，记录其测量值（参见表 11.1）。表 11.1 连续噪声手动测量记录表

“快”计权 “慢” 计权 “脉冲”计权 MaxP /dB MaxL /dB MinL /dB Leq /dB

6、切换时间计权为“慢”方式及“脉冲”方式，其它不变，重复以上测量，记

录测量数据。

7、自动测量：预置时间设为 1 分钟，分别用“快”、“慢”“脉冲”计权进行自动

测量。数据记入表 11.2；

表 11.2 连续噪声自动测量记录表 “快”计权 “慢” 计权 “脉冲”计权

MaxP /dB MaxL /dB MinL /dB

19

Leq /dB

8、将连续噪声换为冲击噪声，冲击噪声用榔头敲击物体产生，在测量时间内可

敲击 1 次，手动方式控制测量时间（或自动设置），测量时间大约为 5 秒，数

据记入表 11.3；表 11.3 冲击噪声手动测量记录表


9、峰值因数测量：采用“快”方式， C 计权，将传声器指向声源，测量 3 次敲

击之后停止，记录 MaxP,Leq，计算峰值因数。


1.按表 11.1～11.3 记录相应的实验数据并对所测数据进行分析；

2.总结出纯音响度与声压级的关系。


1.实验环境应尽量保持安静。

2.注意与传声器保持一定距离，决不能碰到传声器支架。试听结果应由不同

实验者多次试听的结果来决定。


实验所得结果与《声学测量》书中的等响曲线有何大的差别？原因何在？

20

实验三声级计的使用（频率分析）

一、实验目的

掌握声级计HS6288B的使用。

二、实验要求

1．掌握噪声频率分析的意义；

2．掌握两种常用的带宽分析法；

3. 了解频率分析仪的基本结构，学会用声级计对噪声进行谱分析。

三、实验环境

1．HS6288B 数字声级计

2. 普通收录机（多媒体系统）



实验原理：

现实生活中，噪声信号

的类型多种多样（如图 12.1

所示），但一般来讲都是由

许多频率组成的复合声，不

同类型的声音，所包含的频

率成分及各个频率上的能

量分布是不同的，这种频率

成分与能量分布的关系称

为声音的频谱，声音的频率

特性通常用频谱来描述。

在许多情况下，频谱可

以给出信号更为详细的信

息，这是从时域中无法获得

的，如图 12.2 所示，齿轮

箱在工作中由于振动而产

生噪声，对噪声及振动信号

进行测量及频率分析，可以

图 12.1 噪声信号的类型

图 12.2 齿轮箱声振信号频率分析

Sound

21

发现在时域中各齿轮振动的能量混在一起，但在频域中被明显的分开，因此频谱

给出了齿轮及啮合引起的振动级别，它对定位振源（噪声源）是很有价值的。

声学信号频率分析中常采用倍频程和 1/3 倍频程恆百分比带宽滤波器（CPB

滤波器），如图 12.3 所示，一般而言，频率分辨率越高，越能显示原信号更多

的信息。

实验方法：

在实验室或教室用收录机(或多媒体扬声器)发出语言声、音乐声及手电钻发

出稳态噪声，将声级计设置为滤波器选频测量，分别采用手动方式和自动方式分

别对以上三种声源进行倍频程谱分析测量，记录各频段的等效连续声压级数据

（参见表 12.1）。


实验内容:

1. 测量稳态噪声（手电钻空转）的频谱（倍频程）；

2. 测量语言声频谱（倍频程）；

3. 测量音乐声频谱（倍频程）；

测量步骤：

1. 准备好声源，打开 HS6288B 声级计并进行校准；

2. 测量并记录背景噪声；

3. 按[复位]键使 HS6288B 声级计系统复位，按[计权]键显示“Lin”线性，

图 12.3 倍频程和 1/3 倍频程滤波器示

意图

22

按[频率]键进入滤波器方式，显示出 1/1 中心频率“· ”符号。按[定时]

键设定好每倍频程测量时间，例如在“10s”档，打开手电钻开关，将声

级计指向声源，按[运行]键显示“RUN”，到预定时间后，显示“PAUSE”，

表示对应的中心频率测量结束。若继续测量，再按[频率]键，中心频率依

次选通，按[运行]键进入测量，直到全部测量完成，测量数据以单组数据

形式自动记录在内存中，关闭声源；

4. 按[复位]键使系统复位，按[计权]键显示“Lin”线性，按[频率]键进入滤

波器方式，按[定时]键设定好测量时间，再连续按[频率]键，直到 1/1 中

心频率点全部选通，显示全部的“· ”号，打开声源，此时按[运行]键，

机内 CPU 根据设定的测量时间，自动从

AP→31.5Hz→63Hz→125Hz→500Hz→1kHz→2kHz→4kHz→8kHz 依次选

频测量完，并自动记录数据。若重复测量，只需在 1/1 中心频率全部选通

时，直接按[运行]键即可，并以滤波器自动测量数据方式存储测量结果。

5. 将声源切换成语言声，重复步骤 4，自动测量语言声频谱。

6. 将声源切换成音乐声，重复步骤 4，自动测量音乐声频谱。

7. 输出测量数据，记入表 12.1；

按[输出]键，显示器显示两个数字，接着按[输出]键，前面一个数

字改变，1，2，3，分别表示将内存中的数据送显示，送 HS4784 打印机，

送微机处理；若接着按[↑]键，后面一个数字改变，1，2，3，分别表示

输出单组数据、整时方式数据、自动滤波器方式数据。例如：假设 HS6288B

声级计已存储有 3组单组数据、3组整时数据、3组滤波器测量数据，操

作如下：（按[复位]键，可使显示器复位，退出任何测量方式）。

（1）若要显示单组第 2组数据：在显示 1-1 时，按[运行]键，先显示 3，

表示总组数，按[↑]键显示 2 后，为第 2 组数据，按[运行]键和[选择]

键，显示出该组数据 Leq～L10。按[时钟]键，显示出该组数据起始测量时

间。按[运行]键，退出显示。

（2）若要显示所有单组数据：在显示 1-1 时，按[运行]键，显示 3，按[↑]

键使显示器显示 ALL，再按[运行]键和[选择]键后显示第 1组数据。再按

[运行]键和[选择]键后显示第 2组，依次可调出显示第 3组数据。

（3）若要显示整时方式测量数据（详见说明书）

23

（4）若要显示滤波器测量数据：按[输出]键和[↑]键，使显示器为 1-3，

按[运行]键，显示 3，表示总组数。按[↑]键，选定 1，再按[运行]键，

则显示第一组滤波器数据，接着按 [ 频率 ] 键，显示数据

AP→31.5Hz→63Hz→125Hz→250Hz→500Hz

→1kHz→2kHz→4kHz→8kHz 对应的 Leq 值。

表 12.1 噪声频谱测量记录表（Leq/dB）背景噪声：

31.5Hz 63Hz 125Hz 250Hz 500Hz 1 KHz 2KHz 4 KHz 8 KHz 总级

手电钻(手动) 手电钻(自动)

语言声

音乐声


1.按表 12.1 测量记录实验数据并画出三种噪声的频谱图；

2.根据频谱图及实验过程对所测噪声进行分析。



2.注意测点的选择应符合一般声学测量规定。


可否使用 HS6288B 声级计对冲击噪声进行频率分析？为什么？

24

实验四多声源噪声级测量

一、实验目的

1．掌握多声源噪声级的测量方法。

2．掌握 2239A 数字声级计的使用。

二、实验要求

1．掌握多噪声源声级加减运算方法。

2．了解背景噪声对所测噪声的影响情况。

三、实验环境

1．消声室。

2．2239A 数字声级计。

3．大宇 6060T 手电钻（320W）。

4．两台收音机。

5．1／2 吋传声器延长电缆

6．传声器支架

四、实验原理、方法

一般情况下，两个以上的噪声源产生的声波是不相干的，因此可以用声能量

叠加的概念。若两个声源在被测点单独作用时的声压分别为 1P 及 2P ，则在该点

总的声压 TP 为：

2 2 21 2Tp p p= + （3－1）

如果第一个声源在测点处产生的声压级 1pL ，则由声压级的定义得:

1 / 201 0 10 pLp p= × （3－2）

或 1 /102 21 0 10 pLp p= × （3－3）

所以，总声压级 pTL 为：

25

1 20.1 0.110 lg(10 10 )p pL LpTL = + （3－4）

对于 N个噪声源的情况有：

0.1

1

10 lg 10 piN

LpT

i

L=

⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠∑ （3－5）

在测量噪声的过程中，往往会受到其它外界噪声的干扰，此种噪声称为背景

噪声（或本底噪声）。如果所测得车间内某机器运行时包括背景噪声在内的总声

压级为 pTL ，在机器停止时，测得背景噪声声压级为 pBL ，那么被测机器的噪

声级 pSL 可由式（3－4）导出：

0.1 0.110 lg(10 10 )pT pBL LpSL = − （3－6）

实验方法

用手电钻发出的噪声模拟被测机器噪声，用两个收音机发出的声模拟背景

噪声，先在消声室测出三个声源单独作用时的声压级，再测出共同作用时总的声

压级并进行计算比较；通过音量调节改变被测噪声级与背景噪声级的级差，总结

级差对测量精度的影响。


实验内容：1.多声源噪声级相加测量

2.背景噪声扣除测量

实验步骤：

1．每两人一组到实验室领取声级计，并进行标定。用标准声源标定时，显示

器应指示 94±0.5dB,否则，调节 CAL 电位器使之达到规定值。

2．声源位置选择：被测声源安装消声室中，使测点均处于各声源的远场，声

源之间的距离至少应大于1米。

3．将传声器置三个噪声源形成的声场中央某一点（测点 1），先测出初始背景

噪声，再分别测出每个声源单独作用的声压级和三个声源共同作用的声压

级，记录下该组数据；然后选择测点 2 和 3，重复上述测量，记录下相应

数据，参见表 3.1。

表 3.1 多声源声级测量记录

初始背景噪

声/ dB

收音机1单独

作用/ dB

收音机2单独

作用/ dB

手电钻单独

作用/ dB

3 个声源共同

作用/ dB

pTL 计算值

/ dB

26

测点 1

测点 2

测点 3

4．关闭收音机 2，用收音机 1作为背景噪声源，调节收音机音量旋钮，测出

收音机与手电钻声压级相差 0dB、1dB、2dB、3dB、8dB、10dB、15dB 总的声

压级；

表 3.2 背景噪声影响测量记录

与背景噪声差值/dB 0 1 2 3 8 10 15

总声压级测量值/dB

被测声压级计算值/dB

手电钻单独作用/ dB

初始背景噪声/dB

六、实验报告要求及测量数据计录

1．要求注明实验时间、地点及环境状况，用表格形式记录各测量值；

2．对总声级的测量值与计算值进行比较及误差分析；

3. 根据测量值画出分贝相加及分贝相减，分析背景噪声对测量的影响。


1．测量要求传声器离地面高 1.2M，离墙壁至少 1.5M，并太不可靠近噪声源。

2．使用仪器时要安全可靠，不可掉在地上。数据记录完毕，立即将仪器交还

实验室（交还时也需校准验收）。使用中有问题立即与实验室老师联系。


1．多声源同时发声时，总的声压级为什么不等于各声源单独作用时的声压级

之和？

2．当测出的总声压级 pTL 高出背景噪声 pBL 不到３dB 时，所测的结果是否还

可信，为什么？

27

实验五纯音响度测量实验

一、实验目的

1. 掌握纯音响度测量方法与客观量（声压级）的关系；

2. 掌握声音响度与客观量（声压级）的关系。

二、实验要求

1．掌握 HS6288 数字声级计的使用方法；

2．掌握纯音响度与响度级的换算关系；

3. 进一步理解等响曲线的形成与意义。

三、实验环境

1．HS6288 数字声级计

2. 音频信号源

3. 功率放大器

4. 扬声器

5. 消声室


实验原理：

响度表示声音响与不响的程度，是人耳对声音的主观感觉，它主要取决于声

音强度（声压级的大小），但与声音的频率也有一定联系。可以用响度级把声压

级与频率这两个客观量统一的联系起来。响度级是以1kHz 纯音为基准，对听觉

正常的人进行大量比较试听后定出的。具体说来就是，对于1kHz 的纯音，它的

响度级就是这个声音的声压级，对频率不是1kHz 的纯音，则用1kHz 纯音与这

一待定的纯音进行试听比较，调节1kHz 纯音的声压级，使它和待定的纯音听起

来一样响，这时1kHz 纯音的声压级就被定义为这一纯音的响度级。响度级用L N

表示，单位是方（phon）。响度级是一个相对量，它只能表示被研究的声音与

什么样的声音响度相当，不便于进行直接比较。因而用响度表示声音强弱的绝对

程度。响度用N来表示。单位是宋(sone)，并规定响度级40方时的响度为1宋。响

度与响度级的关系如（9.1）和（9.2）所示。

0.1 ( 40)2 NLN × −= (2－1)

40 33.3lgNL N= + (2－2)

28

实验方法：

由音频信号发生器发出不同频率的纯音信号经功放后推动扬声器产生单频

声，在感受该声音响度的同时用声级计测出其声压级，将各频率的声音响度提高

一倍，再记录相应的声压级，将声音响度再提高一倍，第三次记录相应的声压级，

从而可得出一组数据，由初始音量计算出相应的响度，再由感受到的响度计算相

应的响度级，与所测客观量进行比较，总结其中的关系。


实验内容:

测量不同频率纯音的响度

测量步骤：

1．在消声室按图 9.1 搭建实验系统；

2．测量前，先要测量消声室背景噪声，注意测量过程中要保证被测声音要

高出背景噪声 10dB；

3．调节音频信号源至某一的频率（参见表 9.1），增大输出旋钮（或功放增

益），给出初始音量，感觉其响度，同时记录相应的声压级；

4．改变不同频率，通过调节音频输出保证响度不变，记录下相应声压级；

5．重复步骤 4，按表 9.1 测量所有频率等响下相应的声压级；

6．对应于某一频率，将音量提高 1 倍，记录相应的声压级，将音量再提高 1

倍，再记录相应的声压级；

7．重复步骤 6，按表 9.1 测量所有频率音量连续 2 次加倍情况下相应的声压

级。


1.按表 9.1 测量记录个实验数据并计算出相应的响度及响度级

2.总结出纯音响度与声压级的关系。

功放音频

信号源

图 9.1 消声室测量响度系统连接示

消声室 50.0dB

29



2.注意与传声器保持一定距离，决不能碰到传声器支架。试听结果应由不同

实验者多次试听的结果来决定。



表 9.1 实验数据测试记录

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9

测量频率 20Hz 50Hz 100Hz 200Hz 500Hz 1KHz 2KHz 4KHz 8KHz

初始音量对应的声

压级 /dB

音量提高 1倍对应的

声压级 /dB

音量再提高 1倍对应

的声压级 /dB

初始音量对应的响

度/sone

响度级 /phon

音量提高 1倍对应的

响度/sone

响度级 /phon

音量再提高 1倍对应

的响度/sone

响度级 /phon

30

实验六声信号采集及 Spectra 软件应用

一、实验目的

1. 学会用计算机声卡采集、保存、处理声频信号，并将其存为数据文件；

2. 采集给定设备的噪音信号或语音信号，分析其时域特征及频谱结构；

3. 学习 spectra lab(plus)谱分析软件的使用,用该软件对所采集的声信号进行谱分析。

二、实验要求

1. 熟悉 spectra lab 的应用环境，能够在各种模式下正确操作运行；

2. 能够正确地采集语言、音乐及设备噪声信号，并将其记录成数据文件，同时能用

spectra 软件对这些文件进行时域及频域分析。

三、实验环境

1. 声传感器（microphone）

2. 大宇牌手电钻：250W

3. 通用计算机

4. spectra lab(plus)谱分析软件

5. 有源音箱

四、实验内容、步骤

实验内容：

1. 采集并保存手电转钻空转时的噪音信号，观察其时域信号特点（大值、小值及

均值等）及频谱特征；将其存为.WAV 文件格式，用 Matlab 语言调入后分析频谱结

构，绘出频谱简图。

2. 采集并保存本人的声音信号（唱或朗读），观察其信号实域及频域特点，绘出频谱简图。

实验步骤：

1.将声传感器（microphone）连接到计算机的 mic 输入口。

2.启动计算机，打开 spectra lab(plus)谱分析软件，进行有关设置，如：采样频率/样本

点数/平均次数/抽取比例/显示设置等。

3.模式（Mode）设置

31

(1). 将 Mode 设置为实时（Real time）方式,打开 Run 运行开关，此时输入的信号为

背景噪声，通过时域及频域观察窗可观察到相应的时域及频域波形，通过调节

有关按钮（如频率扩展、压缩、自动量程等），使图形显示适中。

(2). 由声源分别发出单频、多频及扫频声，调节有关按钮，观察相应的时域及频域

波，同时注意观察有信号时和无信号时声级的差别，即背景噪声的大小。

(3). 将 Mode 设置为记录器方式（Rcorder）,由声源分别发出单频、多频及一段音

乐，将其记录为三个.wav 文件，按 Rec 按钮开始记录，同时记时表开始记时，

根据记时表，将所记录将文件长度控制在 4～10 秒。所记录的文件也可在该方

式下播放。

(4). 将 Mode 设置为后处理方式（Post process），分别打开所记录的文件，进行相

应的谱分析。该文件也可用 Matlab 程序打开，做进一步的编辑处理等。

五、实验报告要求及记录格式

1. 根据谱分析结果,画出手电钻空载时的时域及频域图，并分析其频谱特性；

2. 画出所采集的语言声及音乐声时频域图，分析其频谱特点。

六、实验注意事项

1．声音信号采集时注意控制背景噪声（说话、桌面及地面振动等）。

2．设备噪声信号采集时应注意安全。

七、讨论思考题

本试验所用的采集系统有什么优缺点？不同形式的信号听起来有什么区别？

32

实验七城市区域环境噪声测量

一、实验目的

1．监测环境噪声,掌握城市区域环境噪声的基本测量方法。 2．根据所测区域的噪声分布，对该区域进行噪声评定分析。

二、实验要求

1．在校园内选择具有代表性的区域，通过目测进行网格布点，测点应不小于 10 点。 2．要求 2 人一组，相互配合，每个测点记录数据不少于 100 个。

三、实验环境

1．校园内自选具有代表性的区域 2．HS5633 数字声级计 HS5633 数字声级计简介：

该仪器符合国际 IEC651 或 GB3785-83Ⅱ型仪器的要求。能实现一般声级测量并具有大

声级保持功能，其主要技术指标如下： 1）测量范围：40—130dB 2）频率特性：A 计权 3）检波特性：真实有效值 4）动态特性：快和慢 5）传声器： 1/2 英寸驻极体电容传声器


实验内容：城市区域环境噪声测量实验步骤： 1．每两人一组到 302 专业实验室领取声级计，并进行仪器标定。用标准声源标定时，显示

器应指示 94±0.5dB,否则，调节 CAL 电位器使之达到规定值。 2．选择合适的测量区域如各教学区、体育场、生活区等，将其划分为等距网格，确定测点

位置，测点数为 15～20。 3．每隔 5 秒读一瞬时 A 声级，每次每个测点应连续读取 100 个数据。 4．按照下式计算各测点的等效连续声级 LAeq，T。

nL PAiLn

iTAeq lg1010lg10 1.0

1, −⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡= ∑

=

其中 n 为每个测点的数据个数 LPAi为瞬时 A 声级，

5．按照 LAeq，T绘制噪声污染图，一般以 5dB 为以等级，以不同颜色或阴影线表示各噪声污

染等级，如下表所示。噪声带颜色阴影线

35dB 以下浅绿色小点，低密度

36～40dB 绿色中点，中密度

33

41～45dB 深绿色大点，高密度

46～50dB 黄色垂直线，低密度

51～55dB 褐色垂直线，中密度

56～60dB 橙色垂直线，高密度

61～65dB 朱红色交叉线，低密度

66～70dB 洋红色交叉线，中密度

71～75dB 紫红色交叉线，高密度

76～80dB 蓝色宽条垂直线

81～85dB 深蓝色全黑

6．根据城市区域噪声标准 GB3096—93（见下表）进行噪声评定

类别昼间（LAeq dB）夜间（LAeq dB）

0 50 40

1 55 45

2 60 50

3 65 55

4 70 55

各类标准的适用区域： ①．0 类标准适用于疗养院、高级别墅区、高级宾馆等特别需要安静的区域，位于城郊和乡村的

这一类区域分别按严于 0 类标准 5dB 执行。 ②．1 类标准适用于以居住、文教机关为主的区域。乡村居住环境可参照执行该类标准。 ③．2 类标准适用于居住、商业、工业混杂区。 ④．3 类标准适用于工业区。 ⑤．4 类标准适用城市中的道路交通干线两侧区域，穿越城区的内河航道两侧区域。

五、实验报告要求及计录、格式

1．给出各测点的原始记录数据及等效连续声级； 2．绘出所选定的测量区域的噪声分布图，给出该区域的噪声评定结论，并对该区域产生的噪

声进行分析。


1．选择测量区域时要充分考虑测量时的安全性，若中心点的位置不便于测量（如房顶、污

沟、禁区等），可移到旁边能测量的地方进行测量。 2．测量要求传声器离地面高 1.2M，并远离其他反射机构。 3．使用仪器时要安全可靠，不可掉在地上。数据记录完毕，立即将仪器交还实验室（交还

时也需校准验收）。使用中有问题立即与实验室老师联系。

34

七、讨论、思考题

1．如果想了解所测区域噪声的时间分布，应采用声么方法？ 2．如何提高城市区域环境噪声测量精度？

35

实验八城市交通噪声测量

一、实验目的

1．城市交通噪声的测量方法。

2．掌握 HS5633 数字声级计的使用

二、实验要求

1．了解城市交通噪声的基本量值及车流量变化引起交通噪声变化情况。 2．了解道路两侧的交通噪声分布规律。

三、实验环境

1．城市交通干线两侧 2．HS5633 数字声级计 HS5633 数字声级计简介：该仪器符合国际 IEC651 或 GB3785-83Ⅱ型仪器的要求。能实现一般声级测量并具

有大声级保持功能，其主要技术指标如下： 1）测量范围：40—130dB 2）频率特性：A 计权 3）检波特性：真实有效值 4）动态特性：快和慢 5）传声器： 1/2 英寸驻极体电容传声器


实验内容：城市交通噪声测量实验步骤： 1．每两人一组到 302 专业实验室领取声级计，并进行仪器标定。用标准声源标定

时，显示器应指示 94±0.5dB,否则，调节 CAL 电位器使之达到规定值。 2．测点选择：测点应选在两路口之间的交通干线路边的人行道上，离车行道 20CM处，此处距路口应大于 50M，这样该测点的噪声可以代表两路口之间的该段道路

的交通噪声。 3．为调查道路两侧区域的交通噪声分布，在垂直道路方向上由近及远设测点测量

（每隔 1～2M 设一个测点，至少应取 10 个），直到噪声级降到临近道路功能区（混

合区）的允许标准值为止。 4．每个测点在规定的时间内（如 10Min），隔 5 秒读一瞬时 A 声级，连续读

取 200 数据，同时记录下车流量。 5．计算累积百分声级 L10、L50 、L90 及等效效连续声级 LAeq，T。等效连

续声级可按照下式计算。

nL PAiLn


1, −⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡= ∑

=


36

6．按照 LAeq，T或累积百分声级绘制道路两侧的交通噪声分布图，一般以 5dB 为以

等级，以不同颜色或阴影线表示各噪声污染等级，如下表所示。噪声带颜色阴影线














0 50 40

1 55 45

2 60 50

3 65 55

4 70 55

各类标准的适用区域 ①．0 类标准适用于疗养院、高级别墅区、高级宾馆等特别需要安静的区域，位于城郊和乡村的



1．要求注明实验时间、地点及环境状况，绘处所测区道路两侧的交通噪声分布图； 2．给出该段道路交通噪声评定结论，并对交通流量变化引起交通噪声变化情况及道路两侧的

噪声分布进行分析。

37


1．测量时要时刻牢记安全第一，不要阻碍人流车辆的通行，测量要求传声器离地面高 1.2M，

并远离其他反射机构。 2．使用仪器时要安全可靠，不可掉在地上。数据记录完毕，立即将仪器交还实验室（交还时

也需校准验收）。使用中有问题立即与实验室老师联系。

七、讨论、思考题 1．可否以所测路段的噪声代表改城市的噪声水平？ 2．道路两旁的噪声分布符合什么样的规律？

38

实验九自由场法测量声功率

一、实验目的

掌握消声室和半消声室精密法测声功率的原理和方法

二、实验要求

1．在消声室采用半球面作为测量表面。

2．每个测点至少测量 2 次。

三、实验环境

1．消声室（或半消声室）

2．噪声源（以 320W 大宇 6060T 手电钻为例）

3．HS6288B 声级计（2 型）


5．传声器支架


实验内容：测量手电钻空载时的声功率

测量原理：

噪声源的辐射特性通常用指向特性和辐射功率描述。声功率的单位为瓦，如用声功率

级表示，则

120W10L AW += lg (4.1)

式中 AW 为声源辐射功率， WL 为声功率级（dB）；基准声功率为 10－12 W。

1．无指向性声源的声功率测量

若声源是放在自由空间中的无指向性声源，则在声源的远处某个位置上，测量其声压

级或频带声压级就可以计算出声功率。

自由声场（或球面声场）：

)(lg dB11r20LL pW ++= (4.2)

半自由声场（或半球面声场）：

39

)(lg dB8r20LL pW ++= (4.3)

式中 r 是声源与传声器的距离（m）； pL 为距离声源 r 处的声压级（dB）。

实际上测量是在消声室进行的，消声室内各表面的吸声系数要大于 0.99。传声器的位

置选择 2～5 倍于被测声源的尺寸，通常不应小于 1 米。传声器位置离墙面的距离不应小

于被测信号波长的 1／4。

2．指向性声源的声功率测量

对于指向性声源的声功率测量，当声源放在自由场时，必须测量出声源周围固定距离

处假想球面上许多点的声压级，球的半径应该使测量点位于远场。测量点数目不能太少，

测得数值之间的大变化不得超过 6 dB 左右，否则必须在更多的点上进行测量。

确定声源的声功率时，应将假想球面分成与测点数目相同的面积，如果传声器测点占

有的测试球（或半球）的面积相等，可用（4.4）求出表面平均声压级：

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡= ∑

=

N

i

Lp

pi

NL

1

1.0101lg10 （4.4）

式中 pL 是表面平均声压级； piL 是第 i个测点的声压级，N 是测点数目。如果传声器

测点所属的测量表面的面积不相等时，则用（4.5）求表面平均声压级：

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡= ∑

=

N

i

Lip

piSS

L1

1.0101lg10 （4.5）

式中 pL 是表面平均声压级, piL 是第i个测点的声压级，Si是第i个测点所占有的球（或

半球）面积。S 是测量球（或半球）的总面积。这时在自由场中噪声的声功率为：

1pW S10LL lg+= (4.6)

式中 pL 是测试球面上表面平均声压级,2

1 r4S π= 。若测量面为半球面，则被测噪声级的

声功率为：

2pW S10LL lg+= (4.7)

式中2

2 2S rπ= 。下面给出以声源为原点测点的直角坐标（x,y,z），z 轴选择垂直于水平面

向上的方向。

表 4.1 测点直角坐标分布如下:

40

测点号 x/r y/r z/r

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

-0.99

0.50

0.50

–0.45

–0.45

0.89

0.33

–0.66

0.33

0

0

-0.86

0.86

0.77

–0.77

0

0.57

0

-0.57

0

0.15

0.15

0.15

0.45

0.45

0.45

0.75

0.75

0.75

0

通常,机械设备的声功率多数只能放在地面上进行测量,因此常用半自由场计算公式,

方法是自确定的半径为 r 的球面上布置若干个测点，测出各点的声压级，然后由平均声压计

算出声功率级。图 4.1 所示为半球面上测点分布，当然，也有测点数目更多的布置，但因测

量工作量很大而较少采用。

3. 测量步骤：

将 HS 自由场传声器装加在 HS6288B 声级计的

延长电缆上并进行校准，在消声室地面中央处画圆

确定测量表面的位置，将电钻置于圆心，将传声器

夹在支架上，调整支架延伸杆的长度及角度，按图 1

确定测点位置依次测量各点声压级，按公式（4.7）

计算被测电钻的声功率级。


1. 画出实测时的测量表面及测点布置图，注明测量半径及被测声源的尺度。

2. 给出每个测点的原始记录数据及其均值计算表格，计算出被测声源的声功率及测量

不确定度。

图 4.1 半球面测点布置示意

41


1．传声器装夹及移动时要高度注意，绝对不能倒（掉）在地面上。

2．测量时要注意控制背景噪声。


测量半径的大小对测量结果有无影响？如何提高声功率的测量精度？

42

实验十混响室法测量声功率

一、实验目的

掌握混响室法测声功率的原理和方法

二、实验要求

1．正确理解混响场的性质、特点及应用；

2．了解 Pulse 3560C 声振测量系统的基本结构及使用方法。

三、实验环境

1．混响室

2．声源（以空载状态的 320W 大宇 6060T 手电钻为例）

3．HS6288B 声级计（2 型）


5．电容传声器 BSW 及传声器支架 4 套

6．B&K Pulse 声振测量系统 3560C

7．M6K 通用计算机

8．声级校准器 BK4231

四、测量内容、步骤

测量内容：测量手电钻（320W）空载状态下的声功率。测量系统如图 2 所示。

Pulse 声振测试前端

计算机

图 5.1 混响室测量声功率系统连接示意图

混响室

传声器

被测

声源

43

测量原理：

把噪声源放在混响室内，测得室内平均声压级后可以求出噪声源的功率级。在混响室内，

除了非常靠近声源处，离开壁面半波长的其它任何地方的声压级差不多相同。这时声压和声

源总功率的关系为

00

2

4 cpSWA ρ

α= (5.1)

其声功率级为

1.6)lg(10 −+= SLL pW α (5.2)

式中 Sα 为室内总吸收量； pL 为室内平均声压级。公式(5.1)没有考虑空气吸收对高频声

的影响，如作高频空气吸收修正，则可改写为

1.6)4lg(10 −++= mVSLL pW α (5.3)

α2=m 为空气的声强吸声系数，测量时应该使用无规入射传声器。传声器的位置离墙

角和墙边至少 43λ ，离墙面至少 4λ （λ 是低频率声波的波长）；传声器不要太靠近声

源，至少相距 1 米，平均声压级至少要在一个波长的空间内进行。测量位置约 3～8 点，与

噪声源频谱有关，如噪声源有离散频率，就需要更多的传声器测点。

混响室的总吸收量是通过测量混响时间来计算的，这时噪声源声功率用下式计算

148

1lg10lg10 −⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +++=

VS

TVLL pW

λ (5.4)

式中 V 为混响室体积(m3)；T 为混响时间(s)；λ 为相应于测试频带中心频率的声波波长(m)；

S 为混响室内表面的总面积(m2)； pL 为平均声压级。

实验步骤：

1. 混响时间测量：

混响时间是描述封闭空间混响强弱的参量，它的定义是在扩散场中，当声源停止发声

后，从初始声压级降低 60dB 所需要的时间。混响时间可采用多种方法测量，本实验中采用

声源中断法，即用白噪声激励，在混响室产生高声级（约 100dB）的扩散场，然后切断声源

测量其衰减曲线，即可计算出混响时间。此方法在 PULSE 应用程序里有一个测量模板，可

直接给出 1/3 倍频程的混响时间数据表（柱状图），具体操作如下：

44

（1）按图 5.2 搭建测量系统，当采用 PULSE3560C 采集前端时，采集传声器可用 1～4 个，

实验中使用声望公司的 BSWA 型自由场传声器（内部带有前置放大器），对应于

PULSE3560 前端的 4 路输入通道，并应用相应的 4 通道混响时间测量软件；传声器用

双 BNC 电缆与前端相连，用传声器支架夹持（用海绵或软棉布将传声器裹进夹在支架

夹子上），并在混响室进行合理的空间分布在。

（2）用 BK4296 全指向性声源作为激励源，使用连接时用专用驱动电缆与功率放大器

BK2716 对应的输出端相连，功放的输入连至 3560 前端输出端口 1 。

（3）检查各设备的连线确认无误后，将功放 2716 的增益开关放置低档，关闭混响室房

门，打开计算机、功放及 3560 前端电源，在 PULSE 应用软件菜单中，启动 4 通道声

源中断法混响时间测量软件，并按屏幕左侧的任务菜单依次进行。

a. 在测量管理器中删除不用的信号；

b. 在函数管理器中删除不用的信号；

（4）自动量程设置：测量时的第一步是自动量程设置，这会使 PULSE 采用合适的输入

电压范围，防止测量过程中的过载。

a. 点击左侧任务中的“自动量程设置” ；

b. 不用在信号发生器窗检查 Burst 选项；

c. 激活测量模板（F2）；

d. 将功放增益旋至合适位置（提高 1～2 挡），打开信号发生器（shift+F8）,注意：该

步骤在屏幕可能没有反应，此时应该听到来自声源的粉红噪声；

e. 进行自动量程设置（F3），此时，在 PULSE 左下位置会有一个蓝色的状态条，该状

态条会随着室内声级的稳定而有些变化；

f. 一旦自动量程设置完成，关闭信号发生器（F8）；

扬声器

监视传声器声级监视器

HS6288

计算机及采

集计算软件

Pulse 3560C 数据采集前端

混响室

功率

放大器 BK2716


采集传声

45

g. 在信号发生器窗重新使能 Burst，该方式意味着在预置一定时间后会自动关闭。

（5）进行一次测量：在自动量程设置后，即可准备采集数据

a. 在左侧任务栏点击 “采样监视” ；

b.开始测量（F5），信号发生器会自动打开，运行大约 5 秒钟，然后关闭，此时

设置好的 PULSE 自动获取数据；

c. 当信息窗显示“多缓冲器 1”完成时，即表示混响时间数据采集完成；

d. 停止测量（F6）；

e. 存储本次测量（F7）；

f. 用两个特别的符号重新命名所存的测量结果，第 1 个数字代表测量位置，第 2 个

数字代表该测量位置的测量号（次数），这样可以进行多个位置测量，每个位置可测量

多次；

（6）重复步骤 b～f，直到获得所需测量位置及测量次数；例如：有 3 个测量位置，每个位

置进行 2 次测量，则可记为 1.1（第 1 个位置，第 1 次测量）、1.2；2.1、2.2；3.1、3.2 。

（7）计算混响时间：

a. 点击左侧任务栏“混响时间计算”任务钮；

b. 填写测量参数（位置数和每个位置的测次数）；

c. 选择计算方式：自动（推荐）或 T20 方式，注意后向积分是一种用脉冲法测量

混线时间的方法；

e. 点击“计算”，PULSE 会自动创建（在函数管理器）新函数，并显示出所计算的

混响时间结果；在该函数上右击，即可进行 copy／past 到 excel 或作为文件输出。

（8）修改混响时间结果：

以上是通过找出斜率自动计算的，然而在某些情况下，比如多于 4 面墙的房子里，

需要用户手动定义衰减曲线，在 PULSE 混响时间测量方案中，可进行检查和修改混响时

间测量结果。

a. 点击 “修改混响时间”任务钮；

b. 在 Band 设置里点击 updata 钮，这会出现 3 个图形，平均混响时间、衰减斜率和

混响时间（对应某测量位置）；

c. 用两个顶部箭头（drop-down）选择数据进行检验或修改（一个选择信号／测量

位置，另一个选择 1/3 倍频带），这会自动把图形改到合适的衰减斜率及合适的

混响时间；

46

d. 有两种方法改变混响时间的值：①简单的键入新的混响时间值（按 enter）,然后

在视窗底部点击 Aceept 钮，则所有混响时间按此值更新；②用新的“界限”重新

计算，即在衰减曲线上重新定义一个新的始、终点，这可用主标记（红色）及参考

标记（绿色）在衰减曲线上进行定界，红色表示起点，绿色表示终点，移动参考标

记时按按住 shift 键，当标记好以后，点击 updata 钮（位于 Modification updata 区），

然后在视窗底部点击 Accept 钮，所有的混响时间将被更新以适应新值。

2. 测量平均声压级

（1）按图 5.1 连接系统，被测声源以正常安装方式置于混响室中相对于边界面的一个或多

个典型安装位置，如果不另外规定特殊的位置，声源置于地面离任何墙面至少 1.5 米，

如果必须有两个或多个源的位置，则不同位置之间的距离应等于或大于相应于测量的

低中心频率的半波长。在混响室为矩形地面情况下，声源应置于地面上不对称的位

置。

（2）打开BK声学测量软件平台，建立一个声压测量模板，在配置管理器中加入添加各通

道传声器，并进行相应的测量设置，点击SET－UP，在声压测量组插入CPB（FFT）

分析器，并向分析器添加信号组；单击分析仪，在其Setup界面，设置分析仪属性，选

择1/3倍频程分析器，频率范围一般定为50Hz～16KHz，平均方式可选为线性方式，平

均时间选为10秒，频谱菜单中选中声压谱。

（3）激活测量模板按钮（或按F2键）之后，打开Level Meter级值计，来检测输入信号当前

的大小，选择合适的量程可提高测量信噪比。

（4）在函数管理器中插入所测信号的声压谱函数，双击该函数，可观察到相应的声压谱图

（未测量时无数据）。

（5）传声器校准，可用声压校准器分别对各个传声器进行常规校准。校准时打开校准器开

关，点击校准大师按钮即可进行。

（6）模板设置及校准完成后，即可按图 2 所示进行测量，打开电钻开关，关闭混响室门，

点击测量开始按钮，平均 10 秒钟后即可记录一组数据，为了获得更好的空间平均，可

改变传声器的位置，再进行测量，将各传声器的各次测量的声压级按 1/3 倍频带进行

平均，即可得到所需的平均声压级。

（7）测量混响室的几何尺寸，按公式（5.4）计算各频带声功率级，并按式（5.5）计算声功

率总级。

47

0.1

1

10 lg 10 Wi

NL

Wi

L=

⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠∑ （5.5）

式中 N 为频带数， WiL 是第 i 个频带的声功率级。


1.按 1/3 倍频程给出混响室的混响时间；

2.按 1/3 倍频程给出混响室各测点的声压级平均值；

2.按 1/3 倍频程画出声功率与频率的关系图，并给出声功率总级值。


1.传声器装夹及传声器支架移动时，要特别注意，谨防支架倒下损伤传声器；

2.被测声源要按标准规定放置，否则会带来较大的测量误差。


试分析混响法测量声功率和自由场法测量的区别，那种方法测量精度更高？

48

实验十一声强扫描法测量声功率

一、实验目的

1.掌握声强法测声功率的原理和方法；

二、实验要求

1．正确理解声强法测量声功率标准(GB/T16404.2—1999)的基本原则；

2．掌握 Pulse 3560C 声振测量系统的基本功能及使用方法。

三、实验环境

1．声源（以空载状态的 320W 大宇 6060T 手电钻为例）

2． B&K Pulse 声振测量系统 3560C

3． M6K 通用计算机

4． B&K3599 声强探头套件

5． B&K 声学测量软件平台


实验内容: 测量手电钻（320W）空载状态下的声功率。

测量原理、方法：

单位时间内声源所辐射的声能量称为声源的平均声功率，因为声能量是以声速 c0传播

的，因此平均声功率可表示为

0W c Sε= (6.1)

其中ε 为平均声能量密度，S 为垂直声传播方向的面积；它与声强的关系为：

W I S= ⋅ (6.2)

因此，它可以通过测量包围该声源封闭面积 S 上总的声强来测量声功率。由于声强反

映了测量面单位面积上所通过的平均声功率，所以将声强沿曲面的法向分量 nI 在整个封闭

曲面上进行积分，就可以直接求出声源的声功率W 。即：

ns sW I SdA I SdA= ⋅ = ⋅∫∫ ∫∫ （6.3）

49

由声功率的定义式（16）可知，采用声强测量法确定声功率时，首先需要确定一个假想

的测量面。理论上讲，只要曲面内无其它声源或吸声体，任何曲面都可作为测量面，而且测

量面与声源的距离是任意的。图 4 所示

为常用的三中测量面。

第一种矩形表面为简单。不仅测

量表面很容易确定，而且平均声强的测

量也很简单，只要将各表面测出的局部

声功率相加即可求出总声功率。

第二种是半球面。这种测量面所需

测点较少，且对于自由场中的无方向性

声源，球面上各点声强相等。根据

ISO3754，采用此测量面时，少的测量

点数为 10。即在三个截面图上各设三个

测点，另一个设在顶部（见图 1）。如果

10 个测点的声强差别很大，则应增加测

量点数。

第三种是形状同声源相似的测量

面。这种测量面主要用于近场测量，同

时也可用于被测机器的噪声源定位。

确定了测量表面以后，即可采用下

述两种方法对测量面法线方向上的声强进行空

间平均，从而求得平均声强。

1.扫描测量法

扫描测量法是将声强探头在适当长的时间

内，沿测量表面反复扫描。见图 5。这样可测得

一个表面的空间平均声强，再乘以相应的表面积

就得到该表面的声功率值，后将各表面的声功

率相加，就可获得总的声功率。

从理论上讲，扫描（技术）是连续空间平均

较好的数学近似，因而测量精度较高。但应注意探头必须以速扫描均地覆盖被测表面。

图 6.1 三种不同的测量表

图 6.2 表面扫描测量法

50

2.离散点平均测量

这种方法是将所选的测量表面离散化，然

后在每部分测量声强，将每一表面各离散部分所

测得的声强值进行平均，再乘以相应的表面积，

即可求出每一表面所发出的声功率，后求和，

的出总声功率，见图 6，实测中常用绳子或金属

丝做成网格，以便在相应的测点上，将探头精确

定位。

与扫描法相比，该法测量精度略低（可通过

增加测点数加以改善），但重复性较好。实际测

量中可根据不同测量要求加以选择。

测量步骤：

1. 打开B&K3599声强探头套件（参见附录），组装好声强探头，并通过专用电缆与

PULSE3560前端输入通道3、4相连。

2. 打开BK声学测量软件平台，建立一个声强测量模板，在配置管理器中加入声强传声器

对4197，并进行相应的测量设置，点击SET－UP，在声强测量组插入CPB（FFT）分析

器，并向分析器添加信号组；单击分析仪，在其Setup界面，设置分析仪属性，选择1/3

倍频程分析器，频率范围一般定为100Hz～10KHz，平均方式可选为线性方式，平均时

间选为无限大（扫描时由手动控制），频谱菜单中选中声强谱。

3. 激活测量模板按钮（或按F2键）之后，打开Level Meter级值计，来检测输入信号当前的

大小，选择合适的量程可提高测量信噪比。

4. 在函数管理器中插入所测信号的声强谱函数，双击该函数，可观察到相应的声强谱图（未

测量时无数据）。

5. 探头校准，可用专门的声强校准器进行，如果没有声强校准器，也可用声压校准器分别

校准两个传声器，这时需要拆开声强探头，以便将校准器套在传声器上。校准时打开校

准器开关，点击校准大师按钮即可进行。

6. 模板设置及校准完成后，即可按图5所示进行测量，为了方便起见，选择1.2m×1.2m×1.2m

的正方箱体，将被测电钻放置在实验室光滑地板上，并处于箱体底面中心位置，然后用

声强探头对5个测量表面分别进行扫描测量，每个表面连续扫描测量2次，测量时用探头

图 6.3 表面离散点测

51

手柄上的开关控制开始与停止时间，同时记录每个测量面2次测得的声强数据及声强谱

图（可在谱图上右击，使用Ctrl+C拷贝及Ctrl+V粘贴），由于声强具有方向性，因此扫描

过程中要保持探头的方向一致。

7. 声功率级的计算

（1）测量面每个面元的局部声功率的计算

根据下列公式计算每个测量面元每个频带的局部声功率：

i ni iW I S= (6.4)

(1) (2)2

ni nini

I II

⎡ + ⎤⎣ ⎦= (6.5)

式中 iW —第i个面元的局部功率；

niI —第i个测量面元上测量的面元平均法向分量声强的均值；

iS —第i个测量面元面积

(1) , (2)ni niI I —i面元上两次扫描测得的 niI

当i面元的法向声强级为××dB时，则按下式计算Ini的值:

/100 (10 )niI I ××= (6.6)

当i面元的法向声强级为－××dB时，则按下式计算Ini的值:

/100 (10 )niI I ××= − ，其中

12 20 10 /I W m−= (6.7)

（2）噪声源声功率级的计算

按下式计算每个频带的噪声源声功率级。

01

10lgN

iW

i

WL W=

= ∑ (6.8)

式中 iW —第i个面元的局部功率；

N —测量面元总数；

0W —基准声功率

如果任意一个频带的1

N

ii

W=∑ 为负值，则本标准给出的方法不能用于该频带。

（3）噪声源声功率总级的计算

52

计算出频带声功率级后，可按公式（5.5）计算总声功率级。


1.按 1/3 倍频程给出各测量面的法向声强平均值。

2.按 1/3 倍频程给画出声功率与频率的关系图，计算声功率总级值。


1．扫描测量时，要保持探头在一个水平面上，扫描速度均 ,方向一致；

2．在扫描各个测量面的过程中，不要碰撞声源连线，保证声源稳定。


声强法测量声功率有什么优点？测量准确度如何？试和其他两种方法比较。

53

实验十二混响室法测量声学材料吸声系数

一、实验目的

1. 掌握混响时间的测量方法；

2．掌握混响室法测量材料吸声系数的原理和方法。

二、实验要求

1．正确理解混响时间的概念；

2．基本掌握 Pulse 3560C 声振测量的基本功能及使用方法。

三、实验环境

1．混响室

2．被测材料：晴纶地毯，面积 3×4，厚 2.5

3．BK 声学测量平台 9.0

4．自由场传声器 BSWA 型 4 个

5．声级监视器 HS6288

6．Pulse 3560C

7．功率放大器 BK2716

8．全指向性声源 BK4296

9．通用计算机及 M6k

10．声级校准器 4321


实验内容：测量晴纶地毯的无规入射材料吸声系数。测试系统如图 5所示。

测量原理：

混响室测量吸声系数的原理是先测出空房间的混响时间 T1，放入被测材料后再测出相

应的混响时间 T2，然后可通过公式（25）计算得到材料的吸声系数。

由声学理论可知，当混响室内被声源激励时，混响室内被激发出较多的简正振动方式，

使室内建立稳定声场，该声场接近于扩散声场，建立稳态声场所需的时间大致与混响时间相

54

同。

由赛宾公式可知，将吸声材料放入混响室前后，其等效吸声面积 A 值与混响时间的关系

可用下式表示：

0

55.3VA - 4m Vc T

= (7.1)

混响时间的长短和房间的吸声本领及其体积有关，因为前者决定了每次反射所吸收的声

能，后者决定了每秒钟声波的反射次数。所以在房间大小固定后，混响时间只与房间对声音

的吸收本领有关，故吸声材料或吸声物体的吸声系数可在混响室里通过混响时间的测量来进

行。

先测出没有放入声学材料时某频率的混响时间T1，再测出放入声学材料时响应频率的混

响时间T2，则根据公式(22)可推出：

( ) 2 1 2 12 2 1 1

1 1A - A 55. 3V - - 4 m - m Vc T c T

⎛ ⎞= ⎜ ⎟

⎝ ⎠ (7.2)

式中 V 为混响室的体积，c1、 c2 为两次测量时声速，m1,m2为两次测量时的声强吸收系

数（由室内空气的吸收产生），如果两次测量时的室内温度及湿度相差很小，则 c1≈ c2,

21 mm ≈ ,于是(23)式可化简为：

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛==

12012

111355T

-Tc

V. - AAΔA (7.3)

当试件是安装在房间地板、墙壁或天花板上的平面吸声体时，其面积与整个混响室表

面积相比较小，再考虑到被试件覆盖的那部分吸声系数很小，所以有：

扬声器

监视传声器声级监视器 HS6288

计算机及采集计算软件


采集传声器

功率

放大器 BK2716

图 7.1 混响室法吸声系数测量系统连接示意图

地毯

55

sΔAαS

= ⋅ (7.4)

式中 sα 为试件无规入射的吸声系数，S 为表面积。由此可见，吸声系数的测量可以

归结为两次混响时间的测量，混响时间的测量步骤见实验五实验步骤一。

测量步骤：

1. 按实验五实验步骤 1 测量空室的顺向时间 T1 ；

2. 放入被测材料，按上述步骤测量有吸声材料时的混响时间 T2；

3. 数据记录完毕，测量出混响室的几何尺寸，根据公式（7.3）、（7.4）按 1/3 倍频程计算相

应的吸声系数。


1.按 1/3 倍频程给出空室中的混响时间。

2.按 1/3 倍频程给出所测材料吸声系数。


1.实验中传声器装夹及支架移动时，要特别注意，谨防电缆会牵动支架倒地将传声器摔

坏；

2.混响测量声级较高，注意每次测试时要将功放的增益旋至小，以免使声源受到冲击。


试分析混响室法测量材料吸声系数的优缺点。

56

实验十三阻抗管法测量声学材料吸声系数

一、实验目的

掌握用阻抗管法测量吸声材料吸声系数、声阻抗率的原理及操作方法。

二、实验要求

1．了解 BK 阻抗管 4206 型的结构原理及功能；

2．掌握 Pulse 3560C 测量声学材料的吸声系数的程序。

三、实验环境

1．BK4206 阻抗管套件

2．被测材料：海绵样品直径 100

3．BK 声学测量软件平台 9.0

4．Pulse 3560C 前端

5．功率放大器 BK2716C

6．通用计算机及 M6k

7．声级校准器 4321


实验内容：测量海绵样品(纳米材料或自选声学材料)的吸声系数。测量系统如图 8所示。

实验原理与方法：

组抗管测量材料吸声性能的原

理是基于传递函数法。其原理是将

宽带稳态随机信号分解成入射波 pi

和反射波 pr， pi 和 pr 大小由安装在

管上的两个传声器测得的声压决

定，如图 8.2 所示。其中 s 为双传声

器的间距， l 为传声器 2至基准面图 8.1 阻抗管测量吸声系数系统连接示意

57

（测量表面）的距离。入射波声压和反射波声压分别可写为：

0jk xi Ip P e= (8.1)

0jk xr Rp P e−= (8.2)

式中，PI 是基准面上 pi 的幅值，PR

是基准面上 pr 的幅值。

两个传声器位置处的声压分别

为：

0 0( ) ( )1

jk s l jk s lI Rp P e P e+ − += + (8.3)

0 02

jk l jk lI Rp P e P e−= +

(8.4)

入射波的传递函数 Hi 为：

02

1

jk sii

i

pH ep

−= = (8.5)

其中 s 为两个传声器之间的距离, 反射波的传递函数 Hr 为：

02

1

jk srr

r

pH ep

= = (8.6)

总声场的的传递函数 H12可由 p1、p2获得，并有 PR = rPI

0 0

0 0

212 ( ) ( )

1

jk l jk l

jk s l jk s l

p e reHp e re

−

+ − +

+= =

+ (8.7)

使用 Hi、Hr 改写上式

02 ( )12

12

j k s li

r

H Hr eH H

+−=

− (8.8)

反射系数 r 可通过测得的传递函数、距离 s、l 和波数 k0确定。因此，吸声系数和阻抗率分

别为：

21 rα = − (8.9)

图 8.2 阻抗管测量原理示意图

X

58

011

rz cr

ρ+=

− (8.10)

实验步骤：

1. 按图8.1连接并将大管接入系统，将双传声器BK4187与相应的专用测量电缆连接后，

插入阻抗管相应的传声器位置处。安装时，先松开测量管上传感器插孔的锁紧螺母，然

后将传声器轻轻插入孔内到指定位置，并锁紧螺母。传声器A插入位置2，传声器B插入位

置3，不用的插孔用哑元封堵；同时将传声器A接入前端3通道，B接入前端4通道；前端输

出通道1与BK2716C通道1输入端相连，对应得输出接入阻抗管的声源激励端；检查无误后，

打开计算机、功放及前端电源，注意功率放大器增益放至小一档。

2. 在 PULSE 软件平台的应用程序中，选择材料试验程序，点击大管并打开程序，进行相

关设置：

(1) 在Measurent栏输入合适的频率范围，在Front End栏中点击Connect Signal 对输

入通道进行正确配置；

(2) 对使用 Random信号激励声场的FFT分析，建议取较细的频谱分辨率，这样可以增大FFT

分析的数据块长度；

(3) 建议选择100次以上的线性平均以提高信噪比。

3.通道校准(每次必须执行，只在使用同一PULSE项目，同一序列号传声器，同一管子时可

以跳过) 。

取出 4187 麦克风对，使用 4231 校准器，进行常规的幅值增益校准。

4.信噪比测量

分别选择背景噪声测量和信号测量(建议按照先背景后信号的顺序进行)，系统将自动计

算信噪比，如果在测量完成后没有警告出现，即可继续下一步；

在测量时，建议选择Autorange自动定量程以避免发生过载。

5.传递函数修正

分别选择互换麦克风位置测量和正常麦克风位置测量(建议按先互换、后常规的顺序进

行)，系统将自动完成修正(两次测量的传递函数作几何平均)。

如果在测量完成后没有警告出现即可继续下一步(在分析频率范围高达6.4kHz时，一般幅

值误差均能满足容限差，但是可能出现相位误差超出容限值，这时可以返回第一步的设

置栏，调大相位误差容限) 。

在测量时，一般选择Autorange自动定量程。

59

6.样品测量

在Add New Measurnent中添加测量次数和样品名称然后点击Add加入添加信息，之后即

可Meausrment Control栏中选中某个按Start进行测量。

7.后处理

在Average栏可以按照管的类型，输入平均后希望出现的名称，选择某几次测量结果，点

击Average进行平均；

在Combine栏可以组合大管和小管的测量数据后点击Combien进行组合。

( 注意：Tube low表示是测量低频范围――大管，Tube high表示是测量高频范围――小

管，不可以颠倒顺序) 。

在Extract栏可以按照管的类型，从FFT频响法测量结果中合成1/n倍频程方式的结果

后在Result栏，在希望显示的函数名称前打钩，显示图形。

(注意：如果没有数据在图形上显示，可以在图形中央单击右键，选择属性，在Function

页，选择Result函数组，在组中单击要显示的函数 -c 表示数据经过大小管的组合 -e 表

示数据是从FFT线性谱合成为1/n倍频程方式 )

8.报告存储

注意在 Excel 表格的左下角的多表格选项中存有各个函数结果。


1.按 1/3 倍频程绘出两种材料的吸声系数数据及曲线。

2.对测量结果进行分析，提出改进意见。


1.安装样品时，不要和后板之间留有间隙，否则曲线上会出现吸收峰；

2.交叉校准时，完全松开固紧螺栓，轻轻拿出传声器，然后再轻轻放到位后固紧。


这种方法测量的吸声系数和混响室法测量的吸声系数有什么区别？各有什么优缺点？

60

实验十四构件隔声量测试

一、实验目的

掌握构件隔声量的测量原理及测试方法。

二、实验要求

1．正确理解隔声量的定义，熟悉混响室法测隔声量的原理。 2．了解 Pulse 3560C 的基本功能及其应用。

三、实验环境

1．混响室和消声室 2． BK 声学测量平台 9.0 3．自由场传声器 BSWA 4．声级监视器 HS6288 5．Pulse 3560VC 6．功率放大器 BK2716 7．全指向性声源 BK4296 8．通用计算机及 M6k 9．被测构件：航空隔声板 10．声级校准器 4321


实验内容：测量航空隔声板的隔声量。测试系统如下图所示：

实验原理简介：假设发声室有一声源以声功率 W 辐射时，则发声室内混响声能密度

11

4RcW

=ε (6.1)

Pulse 声振测试系统

功

率

放

大

器

扬声器传声器

计算机

混响室消声室

隔声量测量系统连接示意图

61

式中 R1 为发声室中的房间常数，c 为声速。经过计算可得入射到试件上的声功率为

111 41 cSW ε= （Sl 为试件面积） (6.2)

假设试件的传递系数为τ，则透过试件的声功率 W2 为

1112 41 cSWW τετ == (6.3)

于是，接收室内的混响声能密度为

2

22

4cRW

=ε (6.4)

式中 R2 为接收室内的房间常数，利用声能密度与声压有效 p 之间的关系

cpρ

ε2

= (6.5)

根据式(6.2)～式(6.6)，并利用声压级与声压关系，可得到

2

121 lg10

RSLLTL +−= (6.6)

式中 L1，L2 分别为发声室和接收室内的声压级，当接收内壁面吸收系数很小时，式(6.2.7)可用下式表示

ASLLTL 1

21 lg10+−= (6.7)

式中 A 为接收室的等效吸收面积。所以，测得发声室和接收室内的平均声压级即可由式(6.7)计算出试件的传声损失

实验方法和计算 (1) 声源室内声场的产生

声源室内产生的声场应该是稳定的，并且在所考虑的频率范围内有—个连续的频谱。室

内声功率要足够高，使得在接收室内的声压级在任何一个测试频带都比环境噪声级至少高出

10dB。假使声源是多个扬声器，并且同时工作，则扬声器应该装在一个音箱内，它的大

尺寸应不超过 0.7m，各扬声器应该同位相驱动。并合理放置扬声器(箱)，使它产生一个尽可

能扩散的场。并且距实验试件有一定距离，使它对试件的直接辐射不占主要成分。为了满足

这一要求通常把扬声器放在试件对面的角落处。 (2) 测量平均声压级可按下式计算出在室内不同点测量结果的平均声压级

20

222

21

lg10np

pppL n+++

= （dB） (6.8)

式中 p1，p2，…，pn 是室内 n 个不同位置上的有效均方根声压。 μ200 =p Pa 是参考声压，

n 是测点数目。当然，所有的测点和声源之间的距离都应该在声源的扩散距离之外，且和壁

面之间的距离要大于 4λ 。实际测量时可以用许多固定的传声器位置或用一个具有积分 p2

的连续运动的传声器获得平均声压级。所使用的传声器必须是无指向性的。

62

(3) 测量的频率范围应采用 1/3 倍频程的滤波器测量声压级。滤波器的频率特性应该按照 IEC 225 规定。至

少要采用以下中心频率的 1/3 倍频程滤波器，100，125，160，200，250，315，400，500，630，800,1000,1250,1600，2500，3150 Hz。

(4) 测量和计算等效吸收量通过测量混响时间 T，并且用赛宾公式计算得到

TVA 161.0

= (6.9)

式中 A 是等效吸声面积(m2)；V 是接收室体积(m3)，T 是混响时间(s)。 (5) 修正项的讨论式(6.8)是对两室的测点都处于混响声场中而得到的。如果接收点离试件很近，则式(6.7)

的右端第三项需作修正，现分述如下： ① 发声室测点相当接近于试件表面，接收室测点仍在响声场之中。由于隔声试件表面

的吸声系数一般总是比小，可近似看成反射面，所以靠近壁面的声压级比混响室出 3dB，因

此式(6.7)要改成

3lg102

121 −+−=

RSLLTL (6.10)

② 发声室测点在混响声场中，接收室测点靠近试件试件本身就相当于一个声源，所以

在接收室测点附近的声密度应由直达声和混响声两部分声能密度组成，同时考虑从发声室传

来的声波分布在半球面之中，因此式(6.4）改写为

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

21

22

412RSc

Wε (6.11)

于是可求得

341lg10

2

121 +⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++−=

RSLLTL (6.12)

③ 两室测点都靠近试件。可从前述两种情况推得

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++−=

2

121 4

1lg10RSLLTL (6.13)

实验步骤：

1.按要求的仪器连接好测试系统

2.标定，用 4321 声级校准器对每个传声器进行标定

3.调节信号输出幅度（粉红噪声）及功放增益，保证混响声级达到 95dB 以上。

4.设置 Pulse 数据记录软件，记录测量数据；

5.改变发声室及接受室传声器位置 2 次，重复步骤 4，记录下所有数据；

6.测量发声室接受室的有关几何尺寸。


1. 按公式（6.8）计算各室内平均声压级

2. 按公式（6.12）计算各频段的隔声量（其中混响时间用上次实验结果）

3. 按 1／3 倍频程绘出 TL 与频率的关系曲线。

63


1.传声器装夹时，要高度注意，不能将其掉在地板上；

2.测量中声级较高，注意每次测试时要将功放的增益旋至小，以免使声源受到冲击。


本实验中测量隔声量的方法与国家标准（GBJ75-1984）是否一致？其误差如何修正？

64

实验十五传声器灵敏度测量

传声器是一种将声信号转变为相应的电信号的换能器件，它广泛地用于广

播、录音及扩声系统中，主要用来接收声音。它的电声特性决定了录声和扩声系

统的质量，对于测量传声器而言，则影响测量的精度、频率范围甚至使用场合，

为了检验产品的质量和提供研制新产品的可靠依据,必须对传声器的电声性能进

行测量。

1．测量原理

传声器的灵敏度是表征传声器在一定声压作用下能产生多大电输出的一个

物理量。它是传声器的输出电压同该传声器所受声压的复数比.它的数学表达式

为：

0eMp

=

式中，M 为传声器的灵敏度(V／Pa)； 0e 为传声器的开路输出电压(V)；P 为传

声器所受声压(Pa)。上式用对数表示时即为：

20lgref

MMLM

=

其中，M L 为传声器的灵敏度级(dB)；M ref为参考灵敏度(M ref =1V／Pa)。

传声器的灵敏度值是声波频率、声波入射角的函数,也与其输出端的负载以

及声场有关。因此，传声器的灵敏度分为声压灵敏度和声场灵敏度；声场灵敏度

又分为自由场灵敏度和扩散场灵敏度。当传声器接入前置放大器（系统）后的输

出电压与所受声压的比值定义为传声器的有载灵敏度 ML ，相应的没有接入负载

时称为空载灵敏度（开路灵敏度）。有载灵敏度 ML为：

0 0t

Lt i

CM M G K MC C

= ⋅ ⋅ = ⋅+

其中，M0 为空载灵敏度，G 为前置放大器增益，Ct为传声器头电容，Ci为前置

放大器输入电容，K 为相关系数。

(1)自由场灵敏度

65

传声器的自由场灵敏度是指在自由声场中,使其参考轴与声波入射方向平行

时,对某一频率,其开路输出电压与传声器未放入声场前该场点的自由场声压之

比.一般规定用基准频率 1000Hz 时的自由场灵敏度来表示。

比较法：在自由场中将待测传声器和经校准的标谁传声器同时放置在声场中

两个对称的邻近点上,比较两者的开路输出电压值,便可得到待测传声器的灵敏

度值。

假设标准传声器的灵敏度级为 SML （灵敏度为 SM ）,其开路输出电压为 0Se ,

待测传声器的开路输出电压为 0xe ,则待测传声器的灵敏度级 xML（灵敏度为 xM ）

为: 0

0

20lg xx S

S

eML MLe

= +

或 0

0

xx S

S

eM Me

= ⋅

如果采用有载灵敏度表示，用比较法测量时，每个传声器的负载及相应的增

益应一致，只有这样，其输出电压才具有可比性。如果输出电压以 dB 表示（如

通过切换传声器用同一声级计来测量），则当用标准传声器时，其输出读数为 SL ，

换为被测传声器时输出读数为 Lx,则被测传声器的灵敏度级 xML（灵敏度为 xM ）

为: ( )x S x sML ML L L= + −

或 ( ) / 2010 x SL Lx sM M −= ⋅

用比较法测量传声器自由场灵敏度的原理，如图所示。两传声器正对声源，

它们的参考轴与声源的参考轴平行,并对称地置于声源参考轴两恻。两传声器之

间距离的选择,应使它们相互的影响小,一般选择 10cm 左右。间距过小时,相互

影响大,而间距过大,由于同一平面上声压的不均性会使两传声器所在位置上

的声压值的同一性变差。声源到测点的距离应满足远场条件,此距离一般为 lm。

声级记录器功率放

大器

声频信号

发生器

消声室

图 13.4 传声器灵敏度测量示意图

声级记录器

标准传声器

被测传声器

声源

66

②替代法：在上述的比较法中，标准传声器和被测传声器是同时放入声场中，因

此，由于两传声器对声波的散射所带来的相互影响是难于消除的。此外，两传声

器所在位置的声压值也不可能完全相等，会给测量带来误差。采用替代没可以消

除这种系统误差。测量条件与原理图基本上与比较法相同。所不同的是在声场中

选择同一点作为测量点，此点一般选在声源的参考轴上，离声源 lm 处(应满足远

场条件)。声源在测量点产生 1000Hz 的稳定声压，把标淮传声器和被测传声器先

后放在测量点并测量它们的开路输出电压。灵敏度值的计算公式与比较法相同。

在测量过程中应保证两传声器的受声面处在同一位置，传声器的参考轴要与声源

参考铀重合(若消声室内备有良好的传声器支架就能做到这一点)。

(2)声压灵敏度

是指在某指定频率或某一指定额带上，传声器开路输出电压与传声器受声面

上的实际声压之比。对于某些特殊用途的传声器，如探针式传声器(可测量小腔

体内某一点声压)，它们的灵敏度通常在耦合腔内用比较法测量。

(3)扩散场灵敏度

指传声器置于扩散场中，其开路输出电压与传声器未放入该点前的声压之

比。

(4)额定灵敏度

指以基准频率 1000 Hz 为中心频率，在对数刻度的频率坐标上,带宽为 1 个

倍频程内，传声器的灵敏度的算术乎均值。

(5)特性灵敏度

指在传声器的有效频率范围内，用一个同粉红噪声功率谱分布一致的计权网

络进行平均而得到的值。可用下式计算：

1/ 22

1

1 ( )n

c f kk

M Mn =

⎡ ⎤= ⎢ ⎥⎣ ⎦

∑

式中 n为有效频率范围内倍频程或 1／3倍频程数(对于在频率范围的高、低

端不足 1倍频程或 l／3倍频程时，可以把范围扩展到恰好 l倍频程或 I／3倍频

程)， ( )f kM 为第 k 个倍频程或 1/3 倍频程内相应的灵敏度( k ＝1，2，3… n )。

传声器的频率响应

传声器的频率响应是指在某一确定的声场中,声波以按指定方向入射并保持

67

声压恒定时,传声器的开路输出电压(灵敏度)随频率变化的曲线。根据使用的场

合不同可分为自由场频率响应、声压频率响应和扩散场频率响应。

(1)自由场频率响应：

传声器置于自由声场中,其平面自由场灵敏度随频率变化的曲线称为自由场

频率响应。—般常用声波以零度角入射时,即传声器的参考抽和波前垂直时的频

率响应来表示传声器的自由场频率响应。

自由场频率响应的测量原理图，如图 7所示。测量要求与用比较法测量传声

器的灵敏度的方法类同。不同的是为了保持测量点处的声压恒定,即不随频率变

化，在测量系统中应用了声场自动压缩技术，标准传声器的自由场频率特性是很

平直的(在被测传声器的频率范围内，一般都能做到不均度在± 1dB 以内)，而

声源在测量点产生的声压是随频率变化的。因此，声场中标准传声器的输出电压

随声场起伏而变化，将该输出电压从测量放大器输出端反馈给声频信号发生器，

当声场中测量点处的声压高时，传声器的输出增加,通过信号发生器内的压缩系

统使声频信号发生器的输出变小，反之,则变大，以保证测量点处的声压恒定。

由电平记录仪控制声频信号发生器的频率变化，这样可以自动记录被测传声器的

频率响应曲线。

传声器的频率响应曲线也可用点测法进行测量，即直接由测量放大器测量在

各个频率点上传声器的输出电压，这时的声压仍需经标准传声器和压缩系统使之

保持恒定。在测量过程中，遇到明显的峰谷点时，应该在该蜂谷点所在频率附近

多选几点，把有意义的峰谷都测出来。

为了提高测量精度，也可以用替代法。标准传声器和被测传声器交替地放在

声场中同一位位置，分别测出规定频率的被测传声器与标准传声器的开路输出电

压，将前者与后者之比的分贝数标在对数刻度的坐标纸上，即得传声器的自由场

压缩信号

测量放大器功率放

大器

声频信号

发生器

消声室

图 7 用比较法测量传声器自由场频

测量放大器

标准传声器

被测传声器

声源

电平记

录仪

同步

68

频率响应曲线。在测量过程中不要遗漏有意义的峰谷点。

(2)声压频率响应：

当传声器的声压灵敏度与频率之间的关系以声压灵敏度频率响应应曲线来

表示时，称为声压频率响应。传声器的声压频率响应可以在耦合腔内测量。如同

自由场频响测量一样，可采用比较法和替代法。

(3)扩散场频率响应：

传声器的扩散场灵敏度与频率之间的关系，用传声器扩散场灵敏度频率响应

曲线来表示。

4.指向性特性测量

传声器输出电压（灵敏度）随声波入射方向变化的特性称为灵敏度指向特性。

测得一组不同频率的传声器灵敏度指向特性,称为指向性频率特性。这是表示指

向性的—种较简便的方法。

(1)指向性图案测量

用极坐标表示传声器某一频率的灵敏度随声波如射角变化的图形,称指向性图案,

其测量方框如下图所示.

‘ 图 8 传声器指向性图案测量图

点测法测出指向性图案:用手转动转动轴,被测传声器的受声膜片准确放置

在手动转动轴的轴线上,参考点与声源参考点之间的距离保持不变,其距离一般

声源自由场

被测传

声器

被测传

声器

转台

声频信号发

生器功率放

大器

测量放大器

电平记录仪

69

选 1m;声频信号发生器输出某一单频保持不变,而且在测试点上保持声压恒定.

声压大小应满足低灵敏度方向时其信噪比应大于 10dB.

测量时声波入射角q 从 00 度开始,用步进法每 010 或 015 为一级,连续跃变,保

持测量点的声压恒定,测出各q 角的输出电压,在手动传动轴进行连续跃变时,可

以漫漫转动,对输出电压有极大值或极小值的某角处,应增加测量点,测出极大值

或极小值,使指向性图案能真实地反映客观实际.

根据测得数据，求出传声器各q 角的灵敏度与q 角为 00 时灵敏度之比的分贝

数，其表达式为：

( ) ( )( )

20lg0

UN

Uq

q =

式中 ( )U q ——声波入射角为q 时的输出电压；

( )0U ——声波入射角为 00 时的输出电压.

将 N 值依次标在极坐标纸上,得到 N 随q 变化的曲线,就是该频率的指向性图

案.

(2)指向性频率特性测量

测量不同声波入射角的一组传声器频率响应曲线,即称为指向性频率响应特

性.测量方框图和比较法测量传声器自由场频率响应的图 7 一样,而且测量要求

也一样.仅改变声波入射角q ,在一张记录纸上测得不同声入射角时的一组频率

响应曲线,即是该传声器的指向性频率特性.声波入射角q 的选择,应根据被测传

声器的指向性类型来确定.如心型指向性传声器,一般选 00 (正面) 、 090 (侧

70

面) 、和 0180 (背面)三个方向,对超心型指向性,则选 00 , 090 , 0135 三个方向.根

据需要还可以加测 030 、 045 、 060 、 0120 、 0150 等角度的频率特性. 在测灵

敏度较低的入射角频率特性时,应注意本底噪声的影响,这时可以增加测试点的

声压级或调节测量仪器的衰减档进行测量,但后在同一张纸上标出所测得的一

组曲线时,应注意扣除所增减部分.

压缩信号

测量放大器功率放

大器

声频信号

发生器

消声室

图 13.4 传声器灵敏度测量示意图

测量放大器

标准传声器

被测传声器

声源

电平记

录仪

同步

71

实验十六扬声器电声特性测量

扬声器是广泛应用于广播、电影、录音及扩声系统中的电声换能器件，主要

用来播放声音。它的性能好坏直接影响了放声系统、录声和扩声系统的质量。为

了提高扬声器的品质和研制新产品，必须对其电产性能进行测量。

一、实验目的

通过本实验掌握杨声器的主要电声性能的测试方法并熟悉测试仪器和设备。

二、实验要求

1．掌握噪声频率分析的意义；

2．掌握两种常用的带宽分析法；


三、实验环境

1．HS6288B 数字声级计

2. 普通收录机（多媒体系统）



1．扬声器的阻抗特性——阻抗曲线和额定阻抗

扬声器的等效电路如图 13.1 所示。根据机、电、声类比可以得出电动扬声

器的等效输入电阻抗为：

E e eMZ Z Z= + （13－1）

Zs

U

ReLe

C1L1

R1

图13.1 扬声器等效电路图 13.2 扬声器的阻抗曲线

72

式中， eZ 为扬声器的静态阻抗， eMZ 为扬声器输出端总的机械阻抗通过机电

耦合反映导电端的等效阻抗。其中：

e e eZ R j Lω= + （13－2）

1

11 111 2

eMZj C

R j Lω

ω

=+ +

（13－3）

式中， eR 为扬声器音圈的直流电阻， eL 为扬声器音圈的电感，R1、C1、L1

分别为机械系统反映到电端的等效电阻、电容和电感。图 13.1 中的 U为信号源

的电动势，Zs 为信号源内阻。｜ZE｜随频率变化的曲线就是扬声器的阻抗曲线。

如固 13.2 所示。

由图 13.1 可以看出，为了测量｜ZE｜随频率变化的曲线，信号源必须为恒流

源。只要在声频信号发生器的输出端串接一只大电阻 R（R > 10｜ZE｜），则加

到扬声器上的信号源即为一恒流源。因为 AB EU IZ= 。只有当电流 I不随频率变化

时， ABU 才与 ZE成正比，即扬声器两端电压 ABU 随频率变化的曲线才反映｜ZE｜

随频率的变化。

扬声器的等效电阻抗是随频率变化的，在某一频率时，扬声器的机械振动

部分的反射阻抗(动生阻抗)发生并联谐振，这时阻抗达极大值。随着频率的增加，

动生阻抗与杨声器的静态阻抗发生串联谐振，这时阻抗达极小值。一般制造厂把

阻抗极小值定为标称阻抗，或

称为额定阻抗。

测量扬声器阻抗的实验

装置如图 13.3 所示。

设加到扬声器上的信号

源为一恒流源。先由电压表测得扬声器两端电压值．然后在扬声器上并联一只电

阻箱，调节电阻箱值使扬声器两端的电压值为末加电阻箱值的一半，此时电阻箱

上所示值即为扬声器的阻抗。

2．扬声器的灵敏度

声器的灵敏度是指在扬声器的有效频率范围内，馈给它相当于在额定阻抗上

声频信号

发生器

R

电阻箱

V

K1

2

消声室

图13.3 扬声器阻抗测量实验装置

73

有 1W（或单位电压）电功率的窄带(如 1／3 倍频程带宽)噪声信号, 在其参考轴

上离参考点 1m 远处产生的声压，其数学表达式为：

f

V

pS

E= (13－4)

式中，E为馈给扬声器的电压(v)；Pf为距扬声器参考点 1m 远处的声压值

(Pa)。也

可用对数来表示：

0

20 lg VV

SS LS

= （13－5）

式中， VS L 为扬声器的灵敏度级(dB)； 0S 为参考灵敏度( 0S ＝1Pa／v)。 VS

或 VS L 值常用已知灵敏度的来进行测量。因标准传声器器的灵敏级为：

0

20lg VV

MM LM

= （13－6）

式中，Ms 是标准传声器灵敏度（ /s oc fM e p= ），pf是自由场声压(Pa)， oce 是

声器器输出的开路电压(V)，M0为传声器的参考灵敏度(M0＝lV／Pa)。考虑传声器

的灵敏度级，则式(13－5)改写为：

20lg ocV s

eS L M LE

= − + （13－7）

扬声器平均特性灵灵敏度——在扬声器的有效频率范围内，扬声器被馈给相

当于在额定电阻上消耗lw电功率的纯音信号，在其参考轴上离参考点1m处，读

出各规定频率点的声压然后求其算水平均值，这样求得的灵敏度称为平均特性灵

敏度。其数学表达式为：

0 0

22

r rL

e

p pr rMr E rp

= ⋅ = （13.8）

式电 rp 为有效频率范围内各规定频率点的声压的算水平均值(Pa)；r为测试

距离(m)，r0为参考距离(m)，Pe为馈给扬声器的电功率(W)；E为馈给扬声器电压

(v)；Z为扬声器的额定阻抗(Ω)。

所谓有效频率范围—指在场声器的声压频率取向上，于声压级某—值下降一

指定的分贝数处划一水平直线，与频响曲线相交的上下限频率所包含的频率范围

74

称为有效频率范围。在频响曲线上，从哪一点声压级算起，各个国家有不同的规

定。国际电工委员会(IEC)规定，在频响曲线的高声压的区域取一个倍频程的

宽度，求其中的平均声压级，然后从这个声压级算起，下降10dB的一条水平直

线与频响曲线的交点所对应的频率，作为有效频率范围的上下限。点所对应的领

各作为频呐曲线的有效频率范围的—亡F限。对于电动纸盆扬声器，其频率范围

的下限应从其低频机械共振频率算起，因为低于这共振频率部分，扬声器处于劲

度控制，其辐射声功率随频率的降低以每倍频程12dB的速度下降。

3．扬声器的声压频率响应曲线

扬声器的频率响应是指自由场条件下，在恒定电压作用下，扬声器在参考轴

上离参考点 l m 处所产生的声压随频率变化的特性。参考点一般选择在辐射口平

面中心，参考轴则是通过参考点垂直于辐射口平面的一条直线，是扬声器的大

响应轴，通常称为主轴。

扬声器声压频率响应曲线的测量应该在自由场中进行，扬声器安装在标准障

板上，测量传声器应该放在参考轴上，离扬声器的参考点的距离要满足远场条件。

根据声场误差的要求选择测量距离，一般对于 100φ mm以上的扬声器选1m，不足

100φ mm 的扬声器选0.5m。本底噪声级应低于扬声器有效频率范围内平均声压级

30dB。扬声器声压频率响应曲线采用恒压法测量，即馈给扬声器的电压恒定，不

随频率变化。根据馈给扬声器的信号不同(用纯音信号或粉红噪声)，测试用的设

备也不同。

用纯音信号测量扬

声器声压频率响应曲线

的测量装置如图13.4所

示；纯音信号由声频信

号发生器产生，经过功

放加给扬声器，要求馈

给扬声器的电压恒定，

不随频率变化。扬声器的输出由传声器检测，通过声级记录器读出扬声器辐射的

声压随频率变化的情况。

用粉红噪声信号测量声压频率响应曲线的实验装置如图13.5所示。粉红噪声

声级记

录器

功率放

大器声频信

号发生

消声室

图 13.4 扬声器频响测量系统示意图

75

信号发生器发出

等比例带宽能量

相等的连续噪声

信号。经功率放

大器馈给扬声

器，由扬声器辐

射的声压经测量

传声器接收后馈给频率分析仪。在频谱分析仪上可以读出某一频带的输出电压，

由声级记录器记录相应各中心频率（倍频程或1/3倍频程）声压级。

以上两种方法中，甩纯音信号测量是常用的一种，测量设备简单易行．但

真实性差，即与扬声器实际使用时的状态差异较大。由于输入的信号是纯音信号，

扬声器纸盆作分格振动，由于波的相互干涉，在频率响应曲线上会出现很窄的峰

谷。实际使用时，输入到扬声器的信号总是复合音，这时扬声器的频响曲线上就

不会出现这种很窄的峰谷。另外噪声信号的峰值因数与语言或音乐信号的峰值因

数较为接近。因此，用粉红噪声信号模拟复合音来测量，与扬声器实际工作状态

更为接近，测量结果更真实，但是对测量设备的要求高。

实验方法：

在实验室或教室用收录机(或多媒体扬声器)发出语言声、音乐声及手电钻发

出稳态噪声，将用声级计设置为滤波器选频测量，分别采用手动方式和自动方式

分别对以上三种声源进行倍频程谱分析测量，记录各频段的等效连续声压级数据

（参见表 12.1）。


实验内容:

4. 测量稳态噪声（手电钻空转）的频谱（倍频程）；

5. 测量语言声频谱（倍频程）；

6. 测量音乐声频谱（倍频程）；

频谱分析仪

功率

放大器

噪声信

号发生

消声室

图 13.5 扬声器频响测量（粉红噪声）系统

声级

记录器

V

76

测量步骤：

8. 准备好声源，打开 HS6288B 声级计并进行校准；

9. 测量并记录背景噪声；

10. 按[复位]键使 HS6288B 声级计系统复位，按[计权]键显示“Lin”线性，

按[频率]键进入滤波器方式，显示出 1/1 中心频率“· ”符号。按[定时]

键设定好每倍频程测量时间，例如在“10s”档，打开手电钻开关，将声

级计指向声源，按[运行]键显示“RUN”，到预定时间后，显示“PAUSE”，

表示对应的中心频率测量结束。若继续测量，再按[频率]键，中心频率依

次选通，按[运行]键进入测量，直到全部测量完成，测量数据以单组数据

形式自动记录在内存中，关闭声源；

11. 按[复位]键使系统复位，按[计权]键显示“Lin”线性，按[频率]键进入滤

波器方式，按[定时]键设定好测量时间，再连续按[频率]键，直到 1/1 中

心频率点全部选通，显示全部的“· ”号，打开声源，此时按[运行]键，

机内 CPU 根据设定的测量时间，自动从

AP→31.5Hz→63Hz→125Hz→500Hz→1kHz→2kHz→4kHz→8kHz 依次选

频测量完，并自动记录数据。若重复测量，只需在 1/1 中心频率全部选通

时，直接按[运行]键即可，并以滤波器自动测量数据方式存储测量结果。

12. 将声源切换成语言声，重复步骤 4，自动测量语言声频谱。

13. 将声源切换成音乐声，重复步骤 4，自动测量音乐声频谱。

14. 输出测量数据，记入表 12.1；

按[输出]键，显示器显示两个数字，接着按[输出]键，前面一个数

字改变，1，2，3，分别表示将内存中的数据送显示，送 HS4784 打印机，

送微机处理；若接着按[↑]键，后面一个数字改变，1，2，3，分别表示

输出单组数据、整时方式数据、自动滤波器方式数据。例如：假设 HS6288B

声级计已存储有 3组单组数据、3组整时数据、3组滤波器测量数据，操

作如下：（按[复位]键，可使显示器复位，退出任何测量方式）。

（5）若要显示单组第 2组数据：在显示 1-1 时，按[运行]键，先显示 3，

表示总组数，按[↑]键显示 2 后，为第 2 组数据，按[运行]键和[选择]

键，显示出该组数据 Leq～L10。按[时钟]键，显示出该组数据起始测量时

间。按[运行]键，退出显示。

（6）若要显示所有单组数据：在显示 1-1 时，按[运行]键，显示 3，按[↑]

77

键使显示器显示 ALL，再按[运行]键和[选择]键后显示第 1组数据。再按

[运行]键和[选择]键后显示第 2组，依次可调出显示第 3组数据。

（7）若要显示整时方式测量数据（详见说明书）

（8）若要显示滤波器测量数据：按[输出]键和[↑]键，使显示器为 1-3，

按[运行]键，显示 3，表示总组数。按[↑]键，选定 1，再按[运行]键，

则显示第一组滤波器数据，接着按 [ 频率 ] 键，显示数据

AP→31.5Hz→63Hz→125Hz→250Hz→500Hz

→1kHz→2kHz→4kHz→8kHz 对应的 Leq 值。

表 12.1 噪声频谱测量记录表（Leq/dB）背景噪声：


手电钻(手动)

手电钻(自动)

语言声

音乐声


1.按表 12.1 测量记录实验数据并画出三种噪声的频谱图；

2.根据频谱图及实验过程对所测噪声进行分析。



2.注意测点的选择应符合一般声学测量规定。



78

附录一测量仪器简介

1. HS5633数字声级计

一、概要

HS5633 数字声级计，由液晶显示器指示测量结果、具有现场

声学测量的全部功能。它体积小，重量轻，结构简单，操作方便，

其外形如图 F.1 所示。

特点：

（1）除能进行一般声级测量外，HS5633 还有保持大声级和设

定声级测量范围的功能。

（2）HS5633 使用 4 节 5 号干电池工作，并且具有电池检查指示。

二、主要技术指标

（1）适用标准：符合国际 IEC651 或 GB3785－1983II 型

仪器的要求

（2）测量范围：40－130dB

（3）频率特性：A 计权

（4）检波：真实有效值

（5）动态特性：快和慢

（6）显示器：液晶显示器

（7）传声器：1/2 英寸驻极体电容传声器

（8）电源：四节 5 号干电池

（9）外形尺寸：13.0×6.5×3.5cm

（10）重量：290g（带电池）

三、使用方法

1.用前准备

（1）拧松地盖螺丝，拉开电池盒的拉扣，拿出电池盒。

（2）按标记的及形装入 4 节 5 号电池，放入电池盒并联上拉扣。

图 F-1 声级计 HS5633

79

（3）装入电池盖板，拧紧螺钉。

注：电池下降到正常工作以下时，Low Battery 指示灯亮，应换新电池。

2.校准及测量

（1）测量前应进行仪器校准，接通电源使用 HS6020 型或 BK4231 型声级校准器进行校准。

（2）移开仪器侧面标有“CAL”的标签，将声级校准器套在传声器上。

（3）按一下校准器上的开关，仪器应显示 94±0.5dB，否则，调节“CAL”电位器使其显示

94±0.5dB 即可。

（4）测量时，首先接通电源开关，根据被测噪声的特性置时间计权开关到 F（快）或 S（慢），

功能选择开关置“MEASL”。显示器上的读数即为测量结果。

注：测量大声及时，按一下大致保持开关，显示器上出箭头符号，此表示大值测量方

式，其示值表示测量时间内的大值。

四、注意事项

（1）除操作部分外，请勿触摸其他部件，切勿擅自拆卸或修理

（2）如果仪器工作不正常，请检查仪器的工作条件并将电源关闭，请专业人员或厂家维修。

（3）安装电池应注意极性.以期长期不用，应卸下电池，以免电池漏液损坏仪器。

2. HS6288型多功能噪声分析仪

一、概述

HS6288 型多功能噪声分析仪如图 F.2 所示，是一种袖珍式的

智能化噪声测量仪器。符合 IEC651 和 IEC804 对 2 型仪器的要求。

它集积分声级计、噪声统计分析仪、噪声采集器等几种仪器功能

于一机，具有多种用途。内置单片计算机，能按照预先设定的功

能自动进行噪声数据的采集及计算，将计算得到的等效连续声级

Leq、声暴露级 LAE、统计声级 LN（L10 L50 L90）、大声级 Lmax、

小声级 Lmin、标准偏差 SD 等在液晶显示器直接显示，亦可将

数据储存，再经由 RS-232C 口将全部结果在 HS4784 打印机或系

统计算机上输出，实现脱机采集，联机结果输出。过载时，用液

80

晶（“OVER”）记忆显示方式，以便正确测量。

特点：

（1）由于能同测量 Leq LAE SD LN Lmin Lmax ，所以对结果分析时非常方便。

（2）由于能同时测量 Leq LAE SD LN Lmin Lmax ，测量结果时，记忆了这一组

数据的值和测量时间，测量结束后可多次读取，可在现场打印，或事后通过 RS-232 接口连

接到系统计算机上打印出结果，画出统计分布和累积分布曲线，也可由系统计算机对测量数

据作进一步处理，打印或存盘。

（3）Leq、 LAE的自动测量分为 10 秒、1 分、10 分、15 分、20 分、1 小时、8 小时、

24 小时，手动操作可设置任意时间。本仪器还可以进行 24 小时整时噪声测量，每遇整点测

量一次，测量时间可设定，中间停止测量时仪器处于掉电方式。24 小时测量结束，可在现

场或事后通过 4784 打印机或系统计算机打印出每小时 Leq LAE SD LN （10 L50 L90）Lmin

Lmax 及 24 小时总的 Leq LAE Ld Ln Ldn SD LN Lmin Lmax 值。

（4）过载时，用液晶（“OVER”）的记忆显示方式，以便正确地测量。

（5）重量轻、体积小、单手即可操作，使用很简便。

（6）功耗低，用 5 号 LR6 高能碱性电池可连续工作 24 小时，用外接直流稳压器可使

用市电测量，不受场地地限制。

二、主要技术性能

1．传声器：1/2”驻极体测试电容传声器

频率响应：20Hz～12.5kHz

标称灵敏度：约 25mV/Pa

2．声级测量范围：（以 2×10－5Pa 为参考） 35～130dB

3．频率范围：31.5Hz～8kHz

4．检波器特性：

LMS 真有效值

峰值因素：3

5．时间计权特性：F（快）、S（慢）、大值保持

6．功能：

Leq LAE Ld Ln Ldn SD LN L10 L50 L90 Lmin Lmax

7．数字显示：

图 F.2 HS6288 声级计外形图

81

Leq：分辨力 0.1dB，显示周期 0.5 秒一次

LAE：分辨力 0.1dB，显示周期 0.5 秒一次

8．时间测量：

MAN（手控）、10s、 1min、 5min、 10 min、 15min 、20min 、1h 、8h 、24h、 24

小时整时测量

9．过载指示：自锁型：用 LCD 显示“OVER”

10．储存：可储存 127 组测试分析数据

11．输出接口：

RS-232C，可接 HS4784 打印机或系统计算机，打印测量结果，画出统计分布和累积分

布曲线，或 24 小时 Leq 分布曲线

12．校准：使用 ND9 型声级校准器，声级 94dB、频率 1kHz

13．电源：五节 LR6 型高能碱性电池

14．外形尺寸：290×80×30mm

15．质量：0.48kg1/2 吋及 1/4 吋

3. HS6020型声校准器

一、概述

HS6020型声校准器适用于所有HS型传声器和声学测量仪器，用以进行声压灵敏度校准，

体积小，重量轻，使用方便。符合IEC942声校准器中的1级校准器技术要求，其外形如图F.3

所示。


1.声压级：94dB（以2×10－5Pa 为参考）

2．声压级精度：±0.3 dB（20±5），±0.5 dB（0±40）

频率响应：20Hz～12.5kHz

标称灵敏度：约 25mV/Pa

3．频率：1000Hz±2％

4．谐波失真：〈 3％

5.延迟时间：约 1 分钟图 F.3 HS6020 声级校准器外形图

82

三、使用与维护

1.温度范围：0～40

2.相对湿度：〈 80％

3.大气压力：65kPa～100 kPa

4.电池电压：7.5～9V

4. B&K 4231型声级校准器

BK4231 型校准器外形如图 F.4 所示。

一、主要技术指标：

1.符合标准： IEC942(1988) 声压级校准器，1级；ANSI S1.40-1984(R 1997)

2.标称声压级值： 94 ±0.2 dB 或 114 ±0.2dB两档

3.校准频率： 1000Hz ±0.1%

4.适用传声器类型：B&K (或其他公司类似产品) 1/2

和1”的传声器，选配相应的适配器时，也可用于

1/4和1/8的传声器

5.总谐波失真： <1%

6.温度系数： ±0.0015dB/

7.压力系数：＋8*10-5

dB/hPa

8.湿度系数： 0.001dB/%RH

9.供电电池： 2节 1.5V电池 (“AA” 规格) ，建议使用碱性电池；电池工作时间：使用

碱性电池，典型连续工作200小时(20下)

10.自动电池状态检查：当4231只能连续按On/Off按钮才能工作时，表明需要更换电池

11.节电设计：当从接口处去除传声器，校准器5秒后自动关闭。

12. LED指示灯: 两个LED指示灯分别指示 94dB 状态或114dB状态

13. 尺寸：高30 mm , 宽72 mm , 长72 mm (便携式口袋型设计)

14. 自重： 150克(包括电池)

二、主要特点：

校准频率为1000Hz，因各种计权特性在此频率上的衰减都为零，所以它可独立于计权

图 F.4 HS6020 声级校准器外形

83

网络进行校准。高声级档（114dB）可用于背景噪声较大的场合。在设计上4231采用了反

馈技术，反馈环使用了一只电容传声器，而此传声器具有极高的稳定性，不会受静态压力和

温度变化的影响，保证了校准器的声压级标称值非常稳定。

5. B&K2716功率放大器

一、概述

BK2716 功率放大器是一种高性能的功率放大器，主要适用于声学和振动信号的功率放

大，也可作为电声使用的通用功率放大器。该功放有两个均衡的输入通道，通道衰减器可衰

减 80dB（无级），两通道可由桥接器桥接为单通道，输出功率可提高一倍，具有各种先进的

保护功能，如图 F.5 所示。


1. 大输出功率

2.频率范围

f=1KHz 1% THD f=20Hz～20KHz 0.1% THD

单通道 8Ω 110 W 100 W

单通道 4Ω 160 W 150 W

单通道 2Ω 200 W 180 W

单通道 8Ω 320 W 300 W

单通道 4Ω 400 W 400 W

图 F.5 BK2716 功率放大器外形图

84

20Hz～20KHz : ＋0，－1dB

10Hz～100KHz : ±2dB

3. 大输出电压

8Ω 负载 30 rmsV ，峰值电压（无负载）：50V

4.失真

THD 20Hz～20KHz 1W，满功率 0.05%

THD @1KHz －1dB 箝位时 0.03%

5.前面板

增益控制（×2）:通道 A ，B

保护指示器（×2）:黄色 LED

削波指示器（×2）:红色 LED

信号指示器（×2）:绿色 LED，〉满度 25dB 时亮

工作指示器（×2）:绿色 LED，DC 工作电压

6.B&K4296 无指向性声源

B&K4296 无指向性声源是由 12 个扬声器配置在球体

12 个表面上组成的球形声源，如图 F.6 所示。所有的扬声

器经过串并联接以保证阻抗及相位的匹配，全部组合重

14Kg，安装容易，移动方便；可以通过桥接电缆 AQ0621

选用双通道功率放大器 2716 的桥接输出，从而获得 122dB

的声功率，这样高的声功率输出可作为理想的隔声测量。

B&K4296 无指向性声源主要用于建筑声学测量，可用于空气中隔声测量、混响时间测

量及脉冲声测量等。

B&K4296 无指向性声源满足 DIN52210，ISO3382 标准（见图 F.7 和 F.8）的要求。其指

向性如图 F.9、F.10 所示。

图 F.7 是用 2260 Investigator 产生的粉红噪声经功率放大器 2716 放大后发出的大

1/3 倍频程声功率级。



图 F.6 无指向声源 4296

85

图 F.9 是按 ISO140 标准测出的偏离平均值的大偏差,上下两条曲线是相应的公差。

图 F.10 是按 ISO3382 标准测出的偏离平均值的大偏差,上下两条曲线是相应的公差。

图 F.8 1/1 倍频程大声功率级

图 F.9 4296 指向性（ISO140）

图 F.10 4296 指向性（ISO3382）


86

7. 阻抗管 4206介绍

阻抗管4206是一种用来测量材料声功能学性能

的设备，其外部结构如图F.11所示，有大管、小管和

中管三种形式，其测量的频率范围有所不同。

1. 声学材料测试介绍

与阻抗管相配的PULSE 7758 应用软件，通过使

用 4187 型双麦克风，测量4206 阻抗管内声源发出

的白噪声的法向入射(即正入射,这与混响室法测量

时的无规入射或称为随机入射不同)和反射成分来计

算吸声系数、反射系数( 频率范围 50 Hz to 6 .4

kHz)。

管内噪声的反射成分由样品的声学特性决定。系

统使用的4187传声器及其放大器经过特别设计、符合

严格的相位匹配要求，并采用 3560C 数据采集系统输入模块的后两个通道――也经过特

别的设计、符合严格的相位匹配要求－－来测量。

阻抗管的内部结构如图F.12所示。

注意：

在测量时对4206中不使用的Holder要插入哑元进行密封，在取出4187传声器前要松

开卡紧螺母，在重新插入后要锁上螺母。

声源输入端的频域加权模拟滤波器选项：

高通--适用于小管进行的高频测量

低通--适用于大管(大间距)进行的低于100HZ以下频测量

线性--适用于大管测量

测试样品制作要求：

大管内样品直径100mm；中管内

样品直径63.5mm；小管内样品

直径29mm ；样品表面尽量保证是

一个平面，不需要太松与管子内径

形成间隙，也不需要太紧压迫样品

图 F.11 阻抗管 4206 外部结构示意图

图 F.12 阻抗管内部结构示意图

87

的中心；如果不能保持表面为平面，可以截取材料的两块典型表面进行两次测量取平

均样品的背面最好也是平面，否则可以在推杆和样品背面中间填充以橡皮泥，这样两者

之间没有间隙。

2. 项目设置

对应不同频率范围的测量有三种标准的配置方案，如图F.13所示。

(1)首先根据测量的频率范围选择大小管，在PULSE项目中选择合适的管件；

- 小管: 500 Hz to 6.4 kHz

- 大管: 50 Hz to 1.6 kHz

- 大管(宽间距): 50 Hz to 1.6 kHz ，在100Hz以下能给出更好的互相干结果,测量更准确。

大管小管适用于ISO10534-2 标准，中管适用于美国ASTM标准)；延长管主要用于测试较厚的

材料。

(2) 然后在Measurent栏输入合适的频率范围，在Front End栏中点击Connect Signal 对输

入通道进行正确配置；

(3) 对使用 Random信号激励声场的FFT分析，建议取较细的频谱分辨率，这样可以增大FFT

分析的数据块长度；

(4) 建议选择100次以上的线性平均以提高信噪比。

(5) 通道校准(每次必须执行，只在使用同一PULSE项目，同一序列号传声器，同一管子时可

以跳过)

取出4187麦克风对，使用4231校准器，进行常规的幅值增益校准。

图 F.13 阻抗管 4206 的不同组合 (a) 小管 (b) 大管 (c) 大管(宽间距)

88

(6)信噪比测量

分别选择背景噪声测量和信号测量(建议按照先背景后信号的顺序进行)，系统将自动计

算信噪比，如果在测量完成后没有警告出现，即可继续下一步,在测量时，建议选择Autorange

自动定量程以避免发生过载。

(7)传递函数修正

分别选择互换麦克风位置测量和正常麦克风位置测量(建议按先互换、后常规的顺序进

行)，系统将自动完成修正(两次测量的传递函数作几何平均)。如果在测量完成后没有警告

出现即可继续下一步(在分析频率范围高达6.4kHz时，一般幅值误差均能满足容限差，但是

可能出现相位误差超出容限值，这时可以返回第一步的设置栏，调大相位误差容限)，在测

量时，一般选择Autorange自动定量程。

(8)样品测量

在Add New Measurnent中添加测量次数和样品名称然后点击Add加入添加信息，之后即可

Meausrment Control栏中选中某个按Start进行测量

(9)后处理

在Average栏可以按照管的类型，输入平均后希望出现的名称，选择某几次测量结果，点击

Average进行平均；

在Combine栏可以组合大管和小管的测量数据后点击Combien进行组合，( 注意：Tube

low表示是测量低频范围――大管，Tube high表示是测量高频范围――小管，不可以颠倒顺

序) ；

在Extract栏可以按照管的类型，从FFT频响法测量结果中合成1/n倍频程方式的结果

后在Result栏，在希望显示的函数名称前打钩，显示图形(注意：如果没有数据在图形上

显示，可以在图形中央单击右键，选择属性，在Function页，选择Result函数组，在组中单

击要显示的函数 -c 表示数据经过大小管的组合 -e 表示数据是从FFT线性谱合成为1/n倍

频程方式 )。

(10)报告存储

注意在Excel表格的左下角的多表格选项中存有各个函数结果。

参考:

1、对于多孔材料，最低可用的吸声频率范围受1/4波长的限制，即为了吸收低频声，材料

不得不做的很厚,如：对152.4mm 厚的材料只能有效吸收565Hz以上的声频信号；

2、实际使用吸声材料时，如果能在吸声材料与墙面或者天花板之间存在空气间隙，可以大

89

大提高材料对低频声的吸收；

3、参考标准一：ISO 10534　2: Acoustics 　 Determination of sound absorption

coefficient and impedance in impedance tubes 　 Part 2: Transfer-function method ；

4、参考标准二：ASTM E 1050　98: Standard Test Method for Impedance and Absorption

of Acoustical Materials using a Tube, Two Microphones and a Digital Frequency

Analysis System .

8. PULSE声强工具箱 TYPE3599简介

Type3599是用于声强测量的双传声器探头工具箱，，如图F.14所示，专为BK的声强分析

仪设计的。探头组件包括ZH0632遥控单元、1/2”声强麦克风对4197（1/3倍频程中心频率：

20Hz～6.3KHz，用声压校准器时，1/3倍频程中心频率可达10 KHz）。组装好的声强探头如

图F.15所示。

应用：

声强测量：用双传声器技术，根据IEC1043

标准1；

声功率测量：根据ISO9614－1，ISO9614

－2；ECMA160 及 ANSIS12－12

声强地图

特性：

相位及幅度严格匹配的传声器对；图 F15 声强探头结构示

图 F14 BK3599 声强探头工具箱

90

分别进行校准的数据；

1/3倍频程中心频率范围：

20Hz～10KHz(修正)

20Hz～6.3KHz(按IEC1043)

小的掩蔽及衍射效应；

明确的传声器间距；

与分析仪相配的遥控单元。

1.声强传声器对

1/2"传声器对Type 4197的相位匹配在20Hz～250Hz之间优于0.05°，在高频时优于

f/5000度，此处，f为频率。装在4197传声器上的积分式相位修正器可达到这种结果。规格

化的传声器频率响应在1KHz内小于0.2dB，在7.1KHz内小于0.4dB。

Type4197带有8.5，12和50的分隔器。所提供的校准数据（如图F.16所示）包括

上限达6.3KHz的1/3倍频带的相位差，250Hz时传声器灵敏度及单个自由场频率响应（安装在

1/4"前置上）。

2.遥控单元

与Type3599相配的遥控单元ZH0632有4个控制按钮及4个LED指示器，这些控制按钮和

指示器的功能由分析仪所用的应用软件所确定。

遥控单元配备有可分离的电缆，既可可传送控制信号，又能传送麦克风信号。工具箱内

包括两种电缆：一种是用2个7芯LEMO和1个9芯SUB—D连接器连接便携式3560C；另一种是

用18芯LEMO输入（例如：Type 2144,2143 和 3560）连接遥控单元到分析仪。该电缆也用

作3560C电缆的延长电缆。

图 F.16 Type4197 校准数

91

3.技术规范

匹配的声强麦克风对

声强自由场频率响（1/3倍频程中心频率，用1/2"麦克风4197连接到双通道前置

Type2683）：

8.5分隔器：250Hz～6.3KHz（ δpi0 > 15.3dB）

12.5分隔器：250Hz～5.0KHz（ δpi0 > 16.8dB）

50分隔器：250Hz～1.25KHz（ δpi0 > 23dB）

声强自由场频范围（用1/4"麦克风Type 4178）

6分隔器：大 10KHz

12分隔器：大 5KHz

尺寸：

延伸杆长度：42（16.5英寸）

宽度：43（1.7英寸）

重量：

包含手柄：0.35，箱体：6.5

4.声强麦克风对 Type4197

直径：1/2"

极化电压（V）：200

开路灵敏度：11.2 mv/Pa (-39dB re 1V/Pa)

自由场频响（0°入射）：±1dB(5 Hz～12.5KHz), ±2dB(0.3Hz～20KHz)

共振频率：34KHz

频率低限（－3dB）：0.14 Hz

动态范围上限（失真 < 3%,100Hz）：162dB SPL

温度系数(－10～＋50,250Hz)：: -0.002dB/

环境压力系数(250Hz): -0.00dB/Kpa

湿度系数（100%RH）：< 0.1dB

振动灵敏度（1m/s2）：65.5dB SPL

磁场灵敏度（50Hz,80A/m）：6～34dB SPL

92

前置安装螺纹：5.7～60 UNS

附件包括：8.5分隔器 UC5439, 12分隔器 UC5269,50分隔器 UC5270

9. VS302USB双通道声学分析仪

一、概述

BSWA VS302USB 是由数据采集、数字信号处理和计算机等部分组成的虚拟仪器系统，

其采集前端如图 F.17 所示。各种声学测量分析功能均通过软件来实现，根据测量原理及算

法编成的程序，被加载到数字

信号处理系统中运行。分析的

结果由计算机来显示，保存并

打印；计算机是 BSWA VS302USB 硬件的核心组成

部分，几乎所有的分析计算工

作都是由它来完成。分析的结

果由计算机来显示，保存并打

印。

二. VS302USB 双通道声学分析仪的主要功能

1. 双通道频域分析

测量频率范围 20 ~ 20 kHz，或自定义，

512, 1024, 2048, …, 65536 点 FFT

动态范围：96 dB （ 16 位 A/D， D/A ）

窗函数：矩形，三角, Hamming , Hanning , Blackman , Barlett, Kaiser,

Parzen

平均方式：线性平均，指数平均，瞬态显示

分析结果显示（两通道）：

• 时间序列

• 幅频特性，

• 相位频率特性

• 声谱

• 3D Surface

• 频谱分析（自谱，互谱，传递函数，相关函数）

图 F.17 VS302USB 双通道声学分析仪系统前端

93

1/1, 1/3 倍频程谱分析

频率范围（中心频率）：20 Hz ~ 20 k Hz

计权方式：线性及 A，B，C 计权

平均方式：线性平均，指数平均，瞬态显示

2. 瞬态信号采集

双通道同时采集

采集长度：自定义, 数据直接存入硬盘

触发电平可调

触发前采用循环缓冲区记录数据

可在屏幕上显示数据的波形，相当于记忆示波器的功能

形成数据文件，可供用户对数据作进一步处理

有后处理模块，可对记录数据进行分析处理

3.信号发生功能：

白噪声

粉红噪声

1kHz 单频信号

自定义单频或多频信号

扫频信号

扫振辐信号

方波

三角波

脉冲信号

自定义函数发生器

三、安装步骤

1、计算机须有一个可用的标准 USB 接口，用 USB 线连接计算机和 MC112 USB。

2、启动计算机，安装时可能需要 Windows98/2000 的安装盘。

3、当设备接入计算机时，Windows98/2000 即插即用功能会找到这个新设备。计算机会

提示找到‘USB Composite Device’，点击‘下一步’。

4、选定‘搜索设备的新驱动程序’，点击‘下一步’。

5、选定‘搜索软盘驱动器’，插入‘USB DRIVER DISK’，点击‘下一步’。

94

6、选定‘某一其他驱动程序’，点击‘查看列表’，选定‘USB Composite Device’，点‘确定’。

7、点击‘下一步’，此时需要 Windows98/2000 的安装光盘。

8、上述安装完成后，计算机会找到‘USB Audio Device’设备。

9、再次‘搜索软盘驱动器’，插入‘USB DRIVER DISK’，点击‘下一步’。

10、选定‘升级驱动程序 ST190-RCA’，点击‘下一步’，完成安装。

11、安装完成后，可用下述方法确认，点击‘控制面板’->‘系统’，选取‘设备管理器’页面，

确定在‘声音、视频和游戏控制器’栏下有 USB Audio Device。

12、运行 SpectraPlus ，在 Options 菜单中 Device 项，将 Input Device 改为 USB Audio

Device。

10.PULSE噪声和振动测试系统及 B&K 3560C前端

一、概述

PULSE 系统是丹麦 B&K 公司于 1996 年推出的世界上首个噪声和振动多分析仪系统，

能够进行多通道、实时的、FFT、CPB、总级值等分析，目前的高版本为 10.0 。

PULSE系统的平台包括软硬件两个部分：硬件和软件部分。

硬件部分为3560 B/C/D/E型智能数据采集前端，如图F.14所示，前端中的模块可以按照用户

的测量和分析需求选择。

软件部分为7700型平台软件(7700型还可以细分为7770型FFT分析和7771型CPB分析)。

与PULSE平台上的其他应用软件相结合，可以满足用户在数据记录与管理、结构动力学分析

(如模态分析)、机械故障诊断(如包络分析、阶次分析)、声品质、声学材料测试、电声测试

等方面的多种要求。

实验中 PULSE 系统的硬件配置为 3560C,如图 F.18 所示。

二、3560 型 PULSE

多分析仪系特点统

1. PULSE 多分析仪系

统在 Windows 2000

图 F.18 B&K PULSE 声振测量系统前端 3560C 面板及外观结构图

95

或 Windows 2000XP 系统下工作。

2. 每个通道分析带宽可达 204.8KHz,每个通道独立使用 24 位 A/D 转换（B&K 3560C 前端具

有 4 路输入通道及两路输出通道，每路输入通道具有 BNC 及 lemo 两种输入方式），如图

F.18 所示。

3. 对同一输入信号同时进行多种分析，减少了测试所需时间。

4. 同时使用多种分析仪和采用多个同类型分析仪作不同参数分析.

5. 支持外部悾件和数据导出（OLE 自动化和 Axtive 悾件），很容易通过 VB 、VC、

Delphi 等常用的编程语言进行二次开发；内置 VBA（Visiual Basic for Application），不

安装任何额外的编程语言也可方便的对 PULSE 进行编程控制。

6. 利用 MS Word 快速及自动生成测量报告。

7. 自动检测前端硬件，自动检测带传感器电子数据表的传感器（IEEE1445.4 标准，

即插即用）。

8. 标准输入配置包括电压、恒流源驱动 CCLD、传声器和电荷型选件。

9. 采集前端的数据通过 LAN 传至 PC 时，通讯距离可达 150 米（用无线 LAN 时更远），

由此可减少传感器长度。

三、PULSE 系统操作基础

一个PULSE项目涵盖整个测量过程，并可包含许多不同的任务和分析。PULSE的设置主要

在Organizer菜单的三个部分完成：Configuration Organizer (配置管理器), Measurement

Organizer （测量管理器）和 Function Organizer (函数管理器)。

Configuration Organizer：用于设置传感器，定义测量信号名。

Measurement Organizer：用于设置所用的分析仪及其属性。

Function Organizer：用于对测量数据进行后处理。

下面分别介绍这三个管理器的设置

1 .Configuration Organizer (用于对通道选择

传感器，对信号命名)

本步骤对使用智能型传感器，如4190L和4508B，

时可以省略

打开 Organizer->Configuration，展开机箱

和模块图标（见图 F.19），单击 input 通道,从

图 F.19 配置管理器通道设置

96

右键菜单中 Select Transducer,在传感器数据库中选择传感器,之后，通道图标会变成一

个传感器的形状。

在传感器数据库的右半页中，点击Find,选择对应传感器的Serial Number

如果通道下没有信号名，可以单击通道,右键选择Add Signal；

在完成以上工作后，为了便于记忆关于测量的信息，可以编辑信号名。

2. Measurement Organizer(添加分析仪并设置分析仪、信号的属性)

(1)打开Organizer->Measurement，弹出测量管理器菜单，点击测量模板 (默认为Working )，

右键选择Get Configuration 将Configuration Organizer中的设置读取到Measurement

Organizer中来,

(2)单击”Groups”,右键选择“New Group”,向信号组“Insert Signal”

信号编组的目的在于: a. 可在一次设置组中所有信号的属性,而不需要对每个信号单独设

置 b. 分析仪以信号组为单位来分析信号 c. 计算信号之间的互谱CrossSpectrum时需要用

到一个组或不同组中的不同信号

(3)点击 Set-Up, Insert 所需要的分析仪，并向分析仪添加信号组

FFT分析仪适合于对谐波成分丰富信号,找出纯音的频率；

CPB分析仪适合于对声音信号进行等百分比带宽分析；

Recorder分析仪用于记录原始时域数据(需要7701软件的授权)

(4)之后向分析仪加入信号组

(5)单击分析仪，右键选择属性，在其Setup页面,设置分析仪的属性(第4章有这些属性的详

细解释)

(6)激活，然后选择合适量程

激活测量模板（或按F2键）,之后可以打开Level Meter级值计，如图F.20

所示 (或从View菜单下选择Show Level Meter) 来监测输入信号当前的大小，从而判断量程

是否合适，合适的量程能够提高测量的信噪比。

测量微弱信号，如消声室本底噪声、仪器本底噪声，一定要用小量程7mV测量。

级值表的一大优点就是可方便的为非稳态信号定量程：在进行实测之前，进行一次试测，然

后点击级值表的第二个菜单项系统自动调整到合适的量程，即可进行正式的测量.

如下图所示。当取得合适的量程时，信号显示为绿色，如 Sound 信号的大小约占该量

程满刻度的 1/2 至 2/3 。Acc 信号过载显示红色，需要提高量程。级值计显示的其他颜色中，

97

黄色代表信号大小接近该量程满刻度，蓝色代表信号量级远低于量程。

3. Function Organizer (对测量数据进行后处理)

(1) 打开Organizer->Function,在Function Group中添加函数，单击函数的图标，可以选择

该函数的类型，双击该函数，可以得到该函数的图形(未点击Start之前，函数图形为空白)。

(2)点击 Start （或按 F5 键）开始测量，即可观察函数图形

按以上步骤建立测量项目，并可以保存该项目中的全部设置,包括该次测量的所有结果,保存

之后的文件名后为“.pls”。下一次可以直接打开此文件，激活，待 Level Meter 级值表中显

示值稳定即可直开始测量。

四、传感器的使用安装方法

1.传感器数据库

如果所选择的传感器不在Transducer Database 中，那么在打开Configuration

Organizer的前提下，打开PULSE程序界面菜单栏的Configuration 菜单项，选择Transducer

Database 项 (倒数第5个菜单选项)，进入传感器编辑界面，添加所设置传感器的信息.

可以在传感器数据库的左半个界面中先选择相应的传感器类型，然后在序列号栏输入该传感

器的序列号(不能有重复序列号)、在Accredit Calibration下的灵敏度栏输入该传感器的灵

敏度—Accredit Calibration下的灵敏度比Nom .Sensitivity下的灵敏度优先权高。

如果传感器灵敏度单位的加速度单位m/s2无法输入，请使用重力加速度g，或者将Windows

的区域设置改为USA

2. 前端中通道的工作方式(也是传感器工作方式)

图 F.20 被测信号级值表

98

在Configuration Organizer

中对通道选择了正确的传感器后，

好不要改动信号属性Channel

页的 Input项，该项表示传感器的

输入方式，如果改错了，将显示过

载或者测量结果不对，如图F.21

所示，Input共有三种输入方式：

Direct / CCLD / Preamp

• Direct –可接入直接电压信号或

者经过理调后的信号，注意电压单

峰值在通道的量程以下，如3109，

3032A模块通道量程均为7V峰值，注意这时需要编辑通道的灵敏度，否则测得结果将只显示

电压值

• CCLD - Constant Current Line Drive恒流源线驱动工作方式，该方式需要为传感器内部

或外部的放大电路提供电源，电流为 4mA，电压24V.使用内置放大电路的B&K传感器有4506、

4507、4508等等、可由前端供电的外部放大器有2646、2647等。传感器内置放大电路的缺

点是不耐高温，因此在高温环境下常使用电荷型加速度计,外接适调放大器，如2647、2692

系列，再接入前端的输入通道。CCLD方式的传感器在激活测量模板之后需要经过5s左右的建

立时间(供电――会显示短时的过载)才开始工作；

• Preamp – 使用7芯LEMO接头对Microphone的前置放大器供电

前置放大器是传声器与3560C输入通道的联接部分，起阻抗变换作用，同时，还经由它

为传声器提供极化电压。

预极化类型的(Prepolarized也称为驻极体.)Microphone不须加极化电压, 外部极化类型

(Ext. Polarized ) 的Microphone需要由前端的通道或外部理调放大器(如2690)提供极化

电压,极化方式错误会导致通道的输入值远远低于真实值.

请注意，在直接使用PULSE知识库中的范例时，需要对通道进行传感器工作的正确设置。如，

4508传感器需要恒流源供电，又如,某个通道接4191传声器，需要200V的后极化电压。

图 F.21 信号属性设置菜单

99

3.加速度计的安装和使用

测量振动一般使用加速度计，因为加速度计具有以下优点：动态范围大、频率范围宽、

线性度好、稳定性高、安装比较方便.

压电加速度计能正确测量被测物振动的前提是加速度计的底座与被测物保持刚性连接。下面

简介使用和安装的基本原则:

（1）安装加速度计的平面应平整光洁，并且与被测对象之间有直接或短传递路径。对

单轴向加速度计，要注意测量的方向即主轴方向是否是所关心的测量方向。

（2）使用螺栓连接时，螺纹孔应与表面垂直。

（3）加速度计的电气绝缘性能是各不相同的, 如4394本身带有绝缘底座, 而4397则需使

用绝缘螺栓外加云母垫片附件(Type YO 0534)来保证绝缘。绝缘螺钉接触面垫以云母垫片固

定；绝缘螺钉安装可很好的解决测量系统的地回路问题。

（4）蜂蜡固定法适合在常温下、传感器重量小于100克时使用，非常方便，但温度被限制

在40以下。大振级为100 m/s^2 或 20 g(峰值)。

（5）快干胶如502等使用也较多，频率特性较宽（但不宜使用软性粘接剂），且胶水易

弄脏螺孔，温度也受到一定地限制。在拆卸传感器时请从侧面轻轻剪切，而不是从安装的垂

直面拔。

（6）磁铁座安装适合快速测量，但使用磁性底座高振级和测量频率受到限制。这一安

装方法使得安装共振频率下降到7kHz左右，从而使高可用频率下降到2kHz(即1/3安装共振

频率附近)。磁铁座的吸力也有限，可测振动范围不超过200g。

（7） 3M公司双面胶带安装，其9473 型双面胶工作温度可达 +249,厚度0.25mm ,您

也可以直接向3M公司技术中心寻求相关支持详情请查询http://www.3m.com/的中文网页.

（8）特殊地点需要夹具安装时，夹具要采用刚度大、质地轻地材料制造，其自身固有频

率要远大于测量频率的上限.当您需要特殊夹具时请联络我们。

（9）加速度计的电缆要可靠固定,如果电缆线在测量过程中发生晃动、弯曲、拉伸将引起

导体与屏蔽层之间的局部电容和电荷的变化，从而引入更多的干扰。

（10）对小而轻地物体（如小叶片）要考虑安装加速度计后的质量加载效应，一般加速度

计与被测物的质量比要小于1/10。

（11）请勿将传感器掉落到结实的坚硬表面。

100

（12）各种传感器都不能在超出规定的温度范围外工作

4.传声器的安装和使用：

• 不要紧贴被测物表面，并远离反射面与障碍

室外测量时距离反射面至少3.5m，

当需要测量环境噪声如交通噪声对某居民的

影响时，传声器应距离房屋正面1～2m;建议采

用三角架固定传声器，如果需要手持，则需要

伸出手臂，传声器距离人体1m

• 顺风，当风速超过 5 m/s时要加防风罩

• 传声器距离地面高度 1.2至1.5m

• 传声器的主轴方向与声传输方向的关系随所用传声器类型不同有差异，如图F.22示。

(1)当在自由场内使用自由场型传声器时（4188/4189/4190/4191型），自由场型传声器对

传声器加入声场后引起的差异进行修正(设计时即保证)，测量结果相当于传声器未放入时的

情况，传声器主轴方向须与声传输方向一致。

(2)当在自由场内使用压力场型传声器时(4192/4193型)，压力传型传声器则不对传声器加入

声场后引起的差异进行修正，传声器主轴方向须与声传输方向夹90o角

(3)当在自由场内使用无规入射型传声器时，传声器主轴方向须与声传输方向夹70°至80°

角。

• 不要打开传声器的保护盖，更不能在前端工作中打开保护盖或插拔传声器。

• 传声器的膜片与后极板之间距离很近，一般只有几十微米，虽然 B&K4188 至 4193 型传

声器均能在 100% RHD(相对湿度)下正常工作，但是为了延长使用寿命，建议传感器在不使

用时放入干燥皿中保存。一般的，对于传声器，无论是哪一家公司生产的，都不宜放在空气

潮湿的地方保存。

图 F.22 不同类型传声器与声波入射的方向

1

《单片机原理》课程

实验指导书


2005 年 7 月

2

目录

实验一数据传送实验 4

一、实验目的 ......................................................................................................................................4 二、实验内容 ......................................................................................................................................4 三、实验环境 ......................................................................................................................................4 四、实验步骤 ......................................................................................................................................4 五、实验报告要求及记录格式 ..........................................................................................................5 六、实验注意事项 ..............................................................................................................................5 七、讨论、思考题 ..............................................................................................................................5

实验二并口输入输出实验 7

一、实验目的 ......................................................................................................................................7 二、实验内容 ......................................................................................................................................7 三、实验环境 ......................................................................................................................................7 四、实验步骤 ......................................................................................................................................8 五、实验报告要求及记录格式 ..........................................................................................................8 六、实验注意事项 ..............................................................................................................................9 七、讨论、思考题 ..............................................................................................................................9

实验三外部中断实验 10

一、实验目的 ....................................................................................................................................10 二、实验内容 ....................................................................................................................................10 三、实验环境 ....................................................................................................................................10 四、实验步骤 ....................................................................................................................................10 五、实验报告要求及记录格式 ........................................................................................................11 六、实验注意事项 ............................................................................................................................11 七、讨论、思考题 ............................................................................................................................11

实验四定时计数器实验 12


实验五电子时钟实验 14

3


4

实验一数据传送实验

一、实验目的

1.熟悉单片机实验系统的连接、配置和使用；

2.掌握单片机汇编语言程序编辑、编译、链接和下载过程；

3.熟悉单片机存储器结构和数据传递指令的使用。

二、实验内容

将指定源地址和长度的存储块移到指定目标位置。把从内部 RAM 20H 开始的 16 个字

节传送到 60H 开始的地址空间。

图 1 数据传送参考流程图

三、实验环境

硬件：Cygnal C8051F 单片机系统教学实验机

软件：Silicon Laboratories IDE 2.2

四、实验步骤

1. 根据流程图编写汇编语言程序（实验前准备）；

2. 连接实验系统，启动 IDE；

设置块的源地址

设置块的目标地址

设置移动长度

从源地址取数

保存到目标地址中

源地址加 1

目标地址加 1 是否移动完

结束

是

否

5

3. 编辑、编译、连接并下载程序到实验板；

4. 分别在传送开始前、传送过程中和传送结束后设置断点，查看所用到的 SFR 的内

容和源地址空间和目标地址空间的内容。


1．实验报告格式参照《单片机原理》课程实验报告；

2．调试过程中记录以下内容：

表 1 调试记录表

断点 A R0 R1 20H 21H 2FH 60H 61H 6FH

传送前

传送中

传送后


1. 正确连接实验系统，否则无法下载并调试程序；

2. 实验结束后，断开实验系统并整理、装箱，关闭计算机电源。


以下题目供选作，仿照表 1 自行设计断点和调试记录表。

1. 把从内部 RAM 20H 开始的 16 个字节传送到外部 RAM 2000H 开始的地址空间。

2. 指定存储器中某块的起始地址和长度，要求能将其内容清零或填固定值，如 0FFH。

3. 将给定的一个二进制数，转换成二十进制（BCD）码，参考流程图如图 2 所示。

4. 给出一组随机数，将此组数据排序，使之成为有序数列，参考流程图如图 3 所示。

6

图 2 BCD 转换参考流程图

图 3 排序参考流程图

给出要转换的二进制

将数除以 100，得百位

保存百位数

将余数再除以 10，得十

保存十位数

余数为个位数，将其保

结束

交换 A，B 数位置

设置数据区地址

设置数据区长度

清除交换标志

当前地址取数 A

地址加 1

当前地址取数 B

结束

A＜＝B？

设置交换标志

数据比较完

全部有序？

是

否

否

是

是

否

7

实验二并口输入输出实验

一、实验目的

1. 学习并口的使用方法。

2. 学习延时子程序的编写和使用。

二、实验内容

1. P1 口做输出口，接八只发光二极管，编写程序，使发光二极管循环点亮。

2. P1.0~P1.3 作输入口接四个拨动开关，P1.4~P1.7 作输出口，接四个发光二极管，编

写程序读取开关状态，将此状态，在发光二极管上显示出来。

图 1 参考流程图

三、实验环境

硬件：Cygnal C8051F 单片机系统教学实验机，跳线


跳线连接：

开始

设置初始值

数据输出

左移一位

延时

设移位次数

移位次数完成？

否是

(A) P1 口循环点灯程序框图

开始

P1.0~P1.3 置 1

读入P1.0口值

输出到 P1 口

交换高四位和低四位

低四位置 1

(B) P1 口输入输出程序框图

8

表 1 实验 1 的连线方法

连线连接孔 1 连接孔 2

1 CN1.0(LED1) CN4.0(P1.0)

2 CN1.1 CN4.1

… … …

8 CN1.7 CN4.7

表 2 实验 2 的连线方法


1 CN1.0(LED1) CN4.0(P1.0)

… … …

4 CN1.3 CN4.3

5 CN3.0(K1) CN4.4

… … …

8 CN3.3 CN4.7

四、实验步骤

1. 根据流程图编写汇编语言程序；



4. 设置断点，调试并查看所用到的 SFR 的内容和端口 P1 的内容。




表 3 实验 1 调试记录表

断点 1 2 3 4 5 6 7 8

A

P1

表 4 实验 2 调试记录表

断点 K1 K2 K3 K4 交换前 A 交换后 A 置 1 后 A 写入前 P1 写入后 P1

1

2

3

4

9


1.正确连接实验系统，否则无法下载并调试程序；

2.延时时间太短，灯会一直亮着，看不到轮流点亮的效果；

3.读并口引脚前要先往对应端口寄存器的相应位写 1；

4.实验结束后，断开实验系统并整理、装箱，关闭计算机电源。


调整拨动开关后并不立即改变 LED 的状态，直到按下按钮 5 为止。

提示：将按钮 5 连接至 P3.1，循环检测 P3.1 的状态。

10

实验三外部中断实验

一、实验目的

1. 学习外部中断技术的基本使用方法；

2. 学习中断处理程序的编程方法。

二、实验内容

用单次脉冲申请中断，在中断处理程序中对输出信号进行反转。

开始

设置初始状态

设置中断控制寄存器

中断允许

等待中断

中断入口

保护现场

状态位取反

状态位输出

恢复现场

中断返回

主程序框图外部中断子程序框图

图 1 参考流程图

三、实验环境

硬件：Cygnal C8051F 单片机系统教学实验机，跳线


跳线连接：

表 1 实验系统连线方法


1 CN1.0(LED1) CN4.0(P1.0)

2 CN3.1(SW1) CN6.0(INT0)

四、实验步骤



3. 使用配置向导配置 INT0 引脚；


5. 设置断点，调试并查看所用到的 SFR 的内容。

11





断点 P0 P1 实验现象

1

2





使用中断编程方法处理实验二的思考题。

12

实验四定时计数器实验

一、实验目的

1、学习 8031 内部计数器的使用和编程方法；

2、进一步掌握中断处理程序的编程方法。

二、实验内容

1．用 CPU 内部定时器中断方式计时,实现每一秒钟输出状态发生一次反转.

2．8031 内部定时计数器 T1，按计数器模式和方式 1 工作，对 P3.4（T0）引脚进行计

数。将其数值按二进制数在 P1 口驱动 LED 灯上显示出来。

开始

置T0中断工作方式

设置定时常数

设置初始状态位

设置秒计数值

中断允许

输出状态位

等待中断

定时中断入口

保护现场

秒计数值减1

重新设置秒计数值

是否到1秒

状态位取反

恢复现场

中断返回

Y

N

主程序框图定时中断子程序框图

图 1 定时参考流程图

图 2 计数参考流程图

三、实验环境



跳线连接：

开始设置工作方式开始计数计数，输出计数值

13

表 1 实验 1 系统连线方法


1 CN1.0(LED1) CN4.0(P1.0)

表 2 实验 2 系统连线方法


1 CN1.0(LED1) CN4.0(P1.0)

2 CN1.1 CN4.1

… … …

8 CN1.7 CN4.7

9 CN6.0(T1) CN10.0(P2.0)

四、实验步骤



3. 使用配置向导配置 T1 引脚；







断点 P0 P1 P2 T0 T1 实验现象

1

2

3





使用定时器驱动蜂鸣器发出不同频率的音调，进一步编程演奏“祝你生日快乐”的简谱。

14

实验五电子时钟实验

一、实验目的

1、进一步掌握定时器的使用和编程方法。

2、进一步掌握中断处理程序的编程方法。

3、进一步掌握数码显示电路的驱动方法。

二、实验内容

利用 CPU 的定时器和实验仪上提供的数码显示电路，设计一个电子时钟。格式如下：

XX XX XX 由左向右分别为：时、分、秒

三、实验环境



四、实验步骤

1. 设计流程图编写汇编语言程序；






2．该实验为综合设计实验，要求同学自行设计流程图和还编语言程序，编制调试记录

表。


1. 正确连接实验系统，否则无法下载并调试程序；

2. 实验结束后，断开实验系统并整理、装箱，关闭计算机电源。


同学可参考教材上的课程设计选题自行选择实验内容，结合实验系统提供的资源，大

程度地发挥自主能动性和创新能力。

1

《传感器原理及应用》

实验指导书


2006 年 01 月

2

目录

实验一金属箔式应变片单臂半桥…………………1

实验二光纤传感器实验……………………………3

1

实验一金属箔式应变片单臂半桥

一、实验目的

了解金属箔式应变片单臂电桥的工作原理和工作情况。

二、实验要求

了解金属箔式应变片单臂电桥的工作原理和工作情况。进行线性度与灵敏度比较。

三、实验环境

直流稳压电源、差动放大器、电桥、测微器、V/F 表。

有关旋钮的初始位置：直流稳压电源输出置于 0V 档，V/F 表置于 V 表，20V 档，差

动放大器增益旋钮置于大。


（1) 观察梁上应变片，并且了解结构和粘贴位置。

（2）将差动放大器调零。用导线将差动放大器的正负输入端与地端连接起来，然后将

差动放大器的输出端接至电压表的输入端，电压表的量程取 2V 档，调整差动放大器上的调

零旋钮，使电压表指示为零。稳定后去除差动放大器输入端的导线。

（3）根据图 2 的电路结构，将一片应变片与电桥平衡网络、差动放大器、电压表、直

流稳压电源连接起来，组成一个测量线路（这时直流稳压电源应置于 0V 档，电压表应置于

20V 档）。此时，应变片接入图 2 的 Rx 位置。

（4）转动测微器，将梁上振动平台中间的磁铁与测微头相吸（必要时松开测微器的固

定螺钉，使之完全可靠吸附后，再拧紧固定螺钉），并使双平行梁处于（目测）水平位置。

2

（5）将直流稳压电源输出置于 4V 档，调整电桥平衡电位器 W1，使电压表指示为零，

稳定数分钟后，将电压表量程置于 2V 档后，再仔细调零。

（6）往下旋动测微器，使梁的自由端往下产生位移，记下电压表显示的数值。每次位

移 0.5mm 记一个电压数值，将所记数据填入下表，根据所得结果计算灵敏度 S。S=ΔV/Δ

X(式中ΔV 为电压变化，ΔX 为相应的梁端位移变化)，并做出 V-X 关系曲线。


X(mm)

V(mv)


（1）电桥单元上部所示的四个桥臂电阻（Rx）并未按装，仅作为组桥示意标记，表示

在组桥时应外接桥臂电阻（如应变片或固定电阻）。R1，R2，R3 作为备用的桥臂电阻，按

需接入桥路。电桥单元面板和差动放大器单元示意图见图 1（a）.（b）。

（2）做此实验时应将低频放大器、音频放大器的幅度调至小，以减小其对直流电桥

的影响。

（3）实验过程中，直流稳压电源输出不允许大于 4V，以防应变片过热损坏。

（4）不能用手触及应变片及过度弯曲平行梁，以免应变片损坏。

（5）实验中用到所需单元时，则该单元上有电源开关的应合上开关，完成实验后应关

闭所有开关及输出。


（1）本实验电路对直流稳压电源有何要求，对放大器有何要求。

（2）将应变片换成横向补偿片后，又会产生怎样的数据，并根据其结构说明原因。

（3）对实验结果进行分析。

3

实验二光纤传感器实验

一、实验目的

了解光纤传感器的工作原理。

二、实验要求

了解光纤传感器的工作原理和工作情况，验证光纤传感理论及其应用。

三、实验环境

Y 型光纤束，水平千分尺位移架，V/F 表，光纤变换器，光电转换耦合器有关旋钮的

初始位置：V/F 表置于 V 表 20 V 档，光纤变换器增益旋钮置于中间位置。


（1）检查光纤传感器安装情况，确保光纤探头装入水平位移架内，并装到底。

（2）检查反光膜是否粘贴完整，膜表面是否清洁平整，否则重新更换反光膜。

（3）将光纤变换器的电压输出端 Vout 与直流电压表相连，如下图，接通光纤变换器

电源。

（4）在 0.5～1.5mm 范围内，左右转动水平千分尺，寻找输出峰值。找到后，调整光

纤变换器中的增益旋钮，使峰值设定至 10V 左右(归一化操作)。

（5）把千分尺置于零位时，其输出显示小于 0.5V。出厂时，均已调整到位，但由于光

纤多次取下重装(做不同实验)，故其值有可能会有差异。必要时，可调节光纤的定位螺母。

一切准备就绪后，方可开始记录实验数据(指反光膜正常，归一化正常，零位输出值正常)。

（6）位移实验可分成几个阶段来做。即做整个曲线；做前坡曲线；做前坡灵敏度高

的曲线和做后坡曲线。也可选一个做。每个阶段的行程（s）和位移间隔(Δ)分别可取成：

整条曲线：S1=0.1～3.5mm Δ1=0.1mm

前坡曲线：S2=0.1～0.5mm Δ2=0.02mm

4

前坡灵敏度高的曲线：S3=0.1～0.3mm Δ3=0.02mm

后坡曲线：S4=1.5～3.5mm Δ4=0.1mm

（7）根据选定的阶段曲线，按行程和位移间隔，填入以下表格，做出 V—X 曲线，计

算灵敏度及线性度，作多条曲线的话也可进行灵敏度和线性度的比较(整条曲线除外)。


千分尺读数(mm)

输出电压(V)

千分尺读数(mm)

输出电压(V)


（1）光纤输出端不允许接地。

（2）由于前置放大，增益较大和内部热噪电压，显示在 0.05 左右跳动属正常。

（3）在打开光纤变换器电源开关的情况下，不允许将光纤从光纤座上取下，因为其对

反馈有影响，易烧坏发射管。

（4）在调节千分尺零位时不能越零负位移。

（5）实验结束后，关闭光纤变换器的电源，并将千分尺旋至 5mm 处(保护支架内弹簧，

不至于长时间受力而变形)。


（1）光纤传感器和其他类型的传感器相比有何优缺点。

（2）有哪些因素会影响光纤传感器的灵敏度。

（3）光纤位移传感器在实际工作中有哪些应用。

1

《现代信号处理概论》

实验指导书


2006 年 10 月

2

目录

实验一演示“现代谱分析图形软件” 3

一、实验目的 ......................................................................................................................................3

二、实验要求 ......................................................................................................................................3

三、实验环境 ......................................................................................................................................3

四、实验内容、步骤 ..........................................................................................................................3

实验内容 ..............................................................................................................................................3

实验步骤 ..............................................................................................................................................3

五、实验报告要求及计录、格式 ......................................................................................................3

六、实验注意事项 ..............................................................................................................................3

七、讨论、思考题 ..............................................................................................................................3

实验二演示“多目标高分辨方位估计水池实验系统” 4

一、实验目的 ......................................................................................................................................4

二、实验要求 ......................................................................................................................................4

三、实验环境 ......................................................................................................................................4

四、实验内容、步骤 ..........................................................................................................................4

实验内容 ..............................................................................................................................................4

实验步骤 ..............................................................................................................................................4

五、实验报告要求及计录、格式 ......................................................................................................4

六、实验注意事项 ..............................................................................................................................4

七、讨论、思考题 ..............................................................................................................................4

3

实验一演示“现代谱分析图形软件”

一、实验目的

让学生了解、学习“现代谱分析图形软件”。加深理解课堂上所学的现代谱分析方法。

二、实验要求

观看“现代谱分析图形软件”分析结果，了解现代谱分析方法及特点。

三、实验环境

PC 机，DOS 系统，Windows2000，“现代谱分析图形软件”。


实验内容

演示“现代谱分析图形软件”，包括经典谱分析法、自回归(AR)谱分析法、滑动平均(MA)

谱分析法、自回归滑动平均(ARMA)谱分析法、小方差谱估计法、子空间类法。

实验步骤

1．产生噪声中的两个正弦信号的仿真模型，即

24,...,1,0],[)4/2exp()2exp(][ 21 =+++= nnzjnfjnfjnx πππ

式中，归一化频率为 50.01 =f ， 52.02 =f ， ][nz 是方差为2zσ 的复高斯白噪声。两个正弦

的频率间隔小于傅立叶分辨率 04.0/1 =N ，信噪比为 )/1(log10 210 zSNR σ= 。

2．演示现代谱分析方法。比较周期图、Burg 方法、小方差法、MUSIC 方法的分辨力。


1．记录“现代谱分析图形软件”所包含的现代谱分析方法、类型、特点等。

2．总结现代谱分析方法、类型、特点，并用一个表格表示。


1．实验前，进一步复习、了解所学习的现代谱分析方法，进行分类。

2．实验中，注意观察“现代谱分析图形软件”的分析结果，尤其是各种方法的分辨力。

3．实验后，总结“现代谱分析图形软件”所包含的现代谱分析方法及特点。


1．总结“现代谱分析图形软件”所包含的现代谱分析方法。

2．比较现代谱分析方法的分辨能力，总结其特点。

4

实验二演示“多目标高分辨方位估计水池实验系统”

一、实验目的

让学生了解水池实验系统，实验过程。

二、实验要求

观看“多目标高分辨方位估计水池实验系统”及实验过程。

三、实验环境

消声水池，发射、接收阵，发射系统，阵列信号接收系统，DSP 处理系统


实验内容

演示“多目标高分辨方位估计水池实验系统”。信号形式为连续正弦信号和单频脉冲。

实验步骤

1．观看“多目标高分辨方位估计水池实验系统”，介绍各组成部分。

2．单目标信号的发射和接收。信号形式为连续正弦信号和单频脉冲。

3．双目标信号的发射和接收。信号形式为连续正弦信号和单频脉冲。


1．记录“多目标高分辨方位估计水池实验系统”的组成。

2．记录实验过程，记录发射和接收波形特点。


1．实验前，进一步复习、了解高分辨方位估计的原理和方法。

2．实验中，观察“多目标高分辨方位估计水池实验系统”组成，观察信号波形特点。

3．实验后，总结“多目标高分辨方位估计水池实验系统”的组成及方位估计原理。


1．总结“多目标高分辨方位估计水池实验系统”的组成及方位估计原理。

2．分析不同目标个数、不同信号形式时，水池实验系统所接收的信号信号波形。

1

《统计信号处理基础》

实验指导书


2006 年 10 月

2

目录

实验一离散时间随机过程 3

一、实验目的...............................................................................................................................3 二、实验要求...............................................................................................................................3 三、实验环境...............................................................................................................................3 四、实验内容、步骤 ...................................................................................................................3 五、实验报告要求及计录、格式 ...............................................................................................4 六、实验注意事项.......................................................................................................................4 七、讨论、思考题.......................................................................................................................4

实验二离散时间随机过程建模 5


实验三最佳滤波器 8


实验四功率谱估计 10

一、实验目的.............................................................................................................................10 二、实验要求.............................................................................................................................10 三、实验环境.............................................................................................................................10 四、实验内容、步骤 .................................................................................................................10 五、实验报告要求及计录、格式 .............................................................................................12 六、实验注意事项.....................................................................................................................12 七、讨论、思考题.....................................................................................................................12

3

实验一离散时间随机过程

一、实验目的

本实验的目的是在了解了 Matlab 编程语言的编程和调试的基础上，利用 Matlab 本身自

带的函数来生成随机数，并根据随机数编程来计算随机过程的一些基本特征。本实验主要是

为了锻炼学生基本的 Matlab 编程，并利用信号处理工具箱的函数来完成基本的数据分析功

能。

二、实验要求

要求包括以下几个部分：

1．要求独立完成实验的内容所要求的各项功能，编制完整的 Matlab 程序，并在程序中

注释说明各段程序的功能。

2．要填写完整的实验报告，报告应包含程序、图形和结论。要求记录在实验过程中碰

到的问题，以及解决的方法和途径。

3．实验报告是现场用 Word 填写并打印完成。个人或组必须在报告上署名。

三、实验环境

实验所要求的设备：每组包含完整的计算机 1 台；

可共用的打印机 1 台，A4 纸张若干；

计算机上安装的软件包括： Matlab 6.5 以上（应包含 Signal Processing Toolbox, Filter

Design Toolbox）； Word 2000 以上；


实验内容包括 2 个，需要利用的 Matlab 函数包括 fft, mean, var, randn, rand, xcorr, filter,

plot, xlabel, ylabel, title 等基本的函数。

实验 1．本实验主要是分析高斯白噪声的样本自相关序列的估计精度。

a. 生成 1000 个零均值、单位方差的高斯白噪声，并用 bar 函数来画出直方图，与理想

的高斯分布函数相比较；

b. 采用 xcorr 函数的有偏估计来估计前 100 个自相关序列，用 Plot 函数画出该自相关序

列，与理想的高斯白噪声的自相关序列相比。

c. 把这组数据分成互不重叠的 10 段，每段有 100 个样本。分别对每段数据采用 b 中的

4

方法来估计前 100 个样本自相关序列，然后对 10 段的自相关序列进行平均。获得的结果与

b 中的结果相比，并与真实的自相关序列相比。

d. 把 b 中的样本数扩大到 10000 个，重复实验 b 中的要求，所得的结果与 b 相比，并

与理论的结果相比。

e. 根据上面的实验，你能得出什么结论？

实验 2. 本实验是观测随机过程通过滤波器后，输出和输入过程的统计特性所发生的变

化。假定一个 2 阶的 AR 过程

( ) (1) ( 1) (2) ( 2) (0) ( )x n a x n a x n b v n= − + − +

其中 ( )v n 零均值、单位方差的白噪声。可用 filter 函数实现。

a. 令 (1) 0, (2) 0.81, (0) 1a a b= = − = ,生成 ( )x n 的 24 个样本值。

b. 在理论上计算真实的自相关序列，并与 xcorr 计算的样本自相关序列相比；

c. 对估计的自相关序列采用 fft 来计算功率谱，画出功率谱；

d. 用估计的自相关序列和 Yule-Walker 方程来计算模型参数，并与理论结果相比。

e. 直接用估计的模型参数代入 AR 模型的功率谱中，画出该功率谱；

f. 用真实的模型参数来画出理论上的功率谱，并与 c 和 e 中功率谱的估计结果相比，有

什么结论。


1．按照实验报告的要求填写实验过程和结果，把编写的程序和图形都贴在电子文档中，

把所获得的结论也附带其中；

2．为了节约纸张，字体不要太大，尽量压缩空间。相似的程序只需要写出其中的 1 个，

其它只需要说明如何修改。

3．如果是多人合作完成，应该写清楚每个人所做的工作。


实验过程中如果对某些函数不清楚，可直接用 Matlab 的 Help 命令来获取帮助。如

Help fft 就是 fft 函数的使用说明。


5

实验二离散时间随机过程建模

一、实验目的


带的函数来验证随机信号建模，并掌握子函数的编写方法。计算机根据理论模型生成随机数，

学生需要根据观测的数据编程来计算随机过程的参数。本实验主要是为了让学生在充分理解

不同的随机过程建模的理论方法的基础上，用计算机来认识理论和仿真模型之间的差异。

二、实验要求







三、实验环境






实验内容包括 2 个，

实验 1．本实验主要是采用 FIR 小二乘逆滤波器来实现反卷积。假定观测的数据 ( )y n

是由信号 ( )x n 通过脉冲响应为

2cos(0.2[ 25]) exp 0.01[ 25] ; 0 50

( )0 ;

n n ng n

⎧ − − − ≤ ≤= ⎨

⎩ 其它

的滤波器而生成的。如果从 ( )y n 中恢复的信号 ( )x n 是一组脉冲序列，

10

1( ) ( ) ( )k

kx n x k n nδ

=

= −∑

6

其中 ( ) kx k n和的取值为

kn 25 40 55 65 85 95 110 130 140 155

( )x k 1 0.8 0.7 0.5 0.7 0.2 0.9 0.5 0.6 0.3

a. 根据上面的关系，画出观测数据 ( ) ( ) ( )y n x n g n= ∗ ，并看看是否能通过 ( )y n 的峰值

来确定 ( )x n 的幅度和位置。（需要调用 conv 函数）

b. 用教材中给出的 spike.m 函数来设计长度 50N = 的小二乘逆滤波器 ( )Nh n ，并确

定佳的延迟。

c. 用估计的 ( )Nh n 来滤波 ( )y n ，并画出滤波器的输出 ˆ( ) ( ) ( )Nx n h n y n= ∗ ，图中的峰

值的位置和幅度是否与 ( )x n 中的结果一致。

d. 如果观测数据中还包含噪声，即观测数据为 ( ) ( ) ( ) ( )y n x n g n v n= ∗ +% ，其中 ( )v n 是

方差为2vσ 的高斯白噪声，分别取

2 20.0001, 0.001v vσ σ= = ，重复 b 和 c 中的计算分析。评

论这时获得的结果。

e. 如果 ( )g n 的测量也包含噪声，即 ( ) ( ) ( )g n g n w n= +% ，而 ( )w n 是在[ 0.005,0.005]−

间均分布的白噪声，重复 b 和 c 中的计算分析。评论这时获得的结果。

实验 2. 本实验是用计算机编程来求解 ARMA 过程的模型参数。

a. 根据教材上给出的方法，编写一个给定自相关序列 ( )xr k ，采用修改的 Yule-Walker

方程方法来求解ARMA( , )p q 模型参数的程序

b. 让单位方差的高斯白噪声通过下列滤波器

1 2

1 2 3 4

1 0.9 0.18( )1 1.978 2.853 1.877 0.904

z zH zz z z z

− −

− − − −

− +=

− + − +

得到观测数据 ( )x n 的 100 个样本，画出 ( )x n 的理论功率谱。

c. 用 a 中编制的程序根据观测数据来求解ARMA(4,2) 模型的参数，把计算结果与理

论模型的系数相比，有什么结论。重复 10 次不同的样本实现，并计算 10 次的模型参数再取

7

平均，与理想的系数相比，平均是否有效果。








希望同学门能掌握子函数的编写方法，如果确实不能正确编写修改的 Yule-Walker 方法

方法，可向指导老师寻求帮助。


8

实验三佳滤波器

一、实验目的


带的函数来验证佳维纳滤波器的设计和应用。需要编写 FIR 维纳滤波设计的子函数，并

通过计算机仿真来设计和验证。其次要通过例子来理解佳滤波在噪声抵消中的应用。本实

验主要是为了让学生在充分理解 FIR 维纳滤波器的理论和应用，用计算机来验证理论。

二、实验要求







三、实验环境







实验 1．如果 ( )d n 是 1 阶的 AR 过程，其自相关序列为 ( ) kdr k α= ，0 1α< < 。观测

数据 ( )x n 包含期望信号 ( )d n 和零均值的不相关白噪声，方差为2vσ ，

( ) ( ) ( )x n d n v n= +

a. 编写设计 p 阶 FIR 维纳滤波器的 Matlab 程序，要求能返回滤波器系数和均方误差；

b. 取 0.8α = ，分别计算 1,2, , 20p = K 的均方误差，并比较这些误差的大小。得出什

么结论并解释原因。

9

c. 取 10p = ，画出均方误差在 0.1,0.2, ,0.9α = K 时的值，解释图中的结果。

实验 2. 本实验是介绍佳滤波器在噪声抵消中的应用。令 ( ) ( ) ( )x n d n g n= + ，其中

( )d n 是谐波过程 0( ) sin( )d n nω φ= + ，其中 0 0.05ω π= ，φ 是在π 到 π− 间均分布的随

机变量。假定 ( )g n 是单位方差的白噪声，另一个噪声 2 ( )v n 和 ( )g n 相关，由另一个辅助传

感器接收，两者的关系为

2 2( ) 0.8 ( ) ( )v n v n g n= +

a. 分别编程实现 500 个 ( )x n 和 2 ( )v n 的样本；

b. 推导并设计编程由 2 ( )v n 来估计 ( )g n 的佳 p 阶 FIR 滤波器的 Wiener-Hopf 方程；

c. 分别取 2,4,6p = ，应用维纳噪声抵消器。画出所估计的过程 ˆ( )g n ，并计算比较不

同滤波器的输出均方误差。

d. 实际过程中，期望信号也可能会泄露到辅助传感器，此时维纳滤波器的性能会下降。

为了从计算机中展示这种效果，假定输入到维纳滤波器的数据是 0 2( ) ( ) ( )v n v n d nα= +

其中 2 ( )v n 是前面定义的噪声。计算并评价 2,4,6p = 时取不同α 值时维纳噪声抵消器的性

能，根据结果来得出自己的结论。








希望同学门能掌握子函数的编写方法，如果确实不能正确编写子函数，可向指导老师寻

求帮助。


10

实验四功率谱估计

一、实验目的


带的函数来展示不同功率谱估计的性能。试验内容涉及非参数化功率谱估计、参数化功率谱

估计、频率估计等内容。本实验主要是为了让学生在充分理解不同的功率谱估计方法之间的

性能差异，通过计算机仿真和多次重复来验证理论上的结论

二、实验要求







三、实验环境







实验 1．宽带 AR 过程 ( )x n 是由单位方差的高斯白噪声通过滤波器

1 2 2

1( )(1 0.5 0.5 )(1 0.5 )

H zz z z− − −=

− + +

a. 生成 ( )x n 的 256N = 个样本，取 4p = 并用自相关方法来计算功率谱，画出估计的

功率谱并与真实功率谱相比。

b. 重复 a 中的计算 20 次，分别画出 20 次的重迭结果和平均结果。评论估计的方差并

说明怎样才能提高自相关方法估计功率谱的精度；

11

c. 分别取 6,8,12p = 来重复 b 中的计算，描述模型阶数增加时会出现什么结果。

d. 分别采用协方差方法、修改的协方差方法来重复 b,c 中计算过程，说明对宽带 AR 过

程而言，哪种方法好。

e. 把宽带 AR 过程改为下列窄带 AR 过程，

1 2 1 2

1( )(1 1.585 0.96 )(1 1.152 0.96 )

H zz z z z− − − −=

− + − +

重复 a,b,c,d 中的所有分析。

实验 2. 本实验是验证大熵方法的功率谱估计。对随机过程 ( ) ( ) ( )y n x n w n= + ，

( )w n 是方差为2wσ 的白高斯噪声， ( )x n 是 (2)AR 过程，由单位方差的白噪声通过如下滤波

器所获得

1 2

1( )1 1.585 0.96

H zz z− −=

− +

a. 画出 ( )x n 和 ( )y n 的理论功率谱。

b. 取 2 0.5,1,2,5wσ = ，取 ( )y n 的 100N = 个样本，采用 2p = 的 MEM 方法由 ( )y n 来

估计 ( )x n 的功率谱，看看噪声对功率谱估计的精度有多大影响。

c. 改 5p = ，再重复 b 中的过程，分析所观测的结果；

d. 由于自相关序列为2( ) ( ) ( )y x wr k r k kσ δ= + ，如果在计算 MEM 功率谱前从自相关值

(0)yr 中减去2ωσ ，用修改后的自相关序列来估计 MEM 功率谱，重复 c 中的过程。会提高功

率谱估计精度吗？

试验 3. 本试验主要验证频率估计。

令 ( )x n 是谐波过程3

1( ) ( )ijn

ii

x n Ae w nω

=

= +∑ ，其中 ( )w n 是单位方差的高斯白噪声。令

31 21 2 34 , 3 , jj jA e A e A e φφ φ= = = ， iφ 是在 [ , ]π π− 间均分布的不相关随机变量，取

1 2 30.4 , 0.45 , 0.8 ,ω π ω π ω π= = =

12

a. 假定已知 ( )x n 中包含 3 个复谐波，用 Pisarenko 谐波分解来估计频率，并分析估计的

精度。分别重复 20 次实现，平均后的估计精度提高了吗？估计的方差降低了吗？如果过高

地估计频率个数，会出现什么情况？如果过低估计频率个数，会出现什么情况?

b. 编写子函数来估计复谐波过程的功率，并用该函数来估计 a 中各频率估计的功率。

用真实频率来估计功率，又会出现什么结果。

c. 分别用 MUSIC 方法、特征向量法，小范数法来重复 a 中的估计 20 次，比较不同

方法间的估计精度。








希望同学门能掌握子函数的编写方法，各种不同的频率估计方法可由参考书获得，如有

其它需求，可向指导老师寻求帮助。


《信息安全政策与法规》

实验指导书


2006 年 6 月

目录

实验一木马病毒，黑客攻击…………………………………………1

实验二加密和解密算法………………………………………………3

2

件对变种病毒无能为力时，怎样查杀病毒？

1

《高速 DSP 原理与应用》

实验指导书

严胜刚、刘建国

2011. 3. 1

1

目录

第 1 章 F2812-A 评估板硬件使用指导 3

1.1 F2812-A 评估板技术指标.................................................................................3 1.2 F2812 –A 评估板原理图和实物图 ................................................................4 1.3 F2812-A 评估板接口说明 ...............................................................................5 1.4 F2812-A 评估板的存储空间定义及寄存器映射说明...................................13 1.5 数模转换器 DAC7616/7 简介和编程 ...........................................................17 1.6 语音编解码芯片 TLV320AIC23 编程指南 ...................................................21

第 2 章 F2812 教学系统软件实验指导 27

2.1 实验设备安装 ..................................................................................................27 2.2 CODE COMPOSER STUDIO 入门 ...........................................................................34 2.3 CODE COMPOSER STUDIO 使用 ...........................................................................35

第 3 章 FIR 滤波实验 44

3.1 实验目的............................................................................................................44 3.2 实验要求 ............................................................................................................44 3.3 实验原理............................................................................................................44 3.4 实验环境............................................................................................................44 3.5 实验内容、步骤................................................................................................44

3.5.1 信号的量化 ..................................................................................................44 3.5.2 实验步骤 .....................................................................................................44 3.5.3 数据记录、处理 .........................................................................................45

3.6 附录....................................................................................................................49 3.6.1 附录 a..........................................................................................................49 3.6.2 附录 b..........................................................................................................51 3.6.3 附录 c ..........................................................................................................54

第 4 章 FFT 频谱分析实验 56

4.1 实验目的 ............................................................................................................56 4.2 实验内容 ............................................................................................................56 4.3 实验的软件流程................................................................................................56 4.4 实验步骤............................................................................................................56

2

4.5 附录....................................................................................................................58 4.5.1 附录 a..........................................................................................................58 4.5.2 附录 b..........................................................................................................60 4.5.3 附录 c ..........................................................................................................61

3

第 1 章 F2812-A 评估板硬件使用指导

1.1 F2812-A 评估板技术指标

主处理芯片：TMS320F2812，运行速度为 150M；

工作速度可达 150MIPS；

片上 RAM 18k*16bit；

片上扩展 RAM 存贮空间 64K×16Bit；

自带 16 路 12bit A/D，大采样速率 12.5msps；

4 路的 DAC7617 转换，100K/S，12Bit；

两路 UART 串行接口，符合 RS232 标准；

16 路 PWM 输出；

1 路 CAN 接口通讯；

片上 128*16bit FLASH，自带 128 位加密位；

设计有用户可以自定义的开关和测试指示灯；

4 组标准扩展连接器，为用户进行二次开发提供条件；

具有 IEEE1149.1 相兼容的逻辑扫描电路，该电路仅用于测试和仿真；

+5V 电源输入，内部+3.3V、+1.6V 电源管理；

4 层板设计工艺，工作稳定可靠；

具有自启动功能设计，可以实现脱机工作；

可以选配多种应用接口板，包括语音板，网络板等。

4

1.2 F2812 –A 评估板原理图和实物图一． F2812-A 评估板实物图

＋5V电源插座

CAN接JTAG 仿真插头

P4扩展插座

P2 扩展插座

P3扩展插座

P1 扩展插座

标准

RS-232

U9 四路用户可控开关

MP/MC1 MCXA1

SCITXDA1 SPICLKA1 SPISTEA1 模式跳线设

DS1-DS4用户可控指示灯

复位按

5V电源开关

ADREFIN1ADREFLO1 模式跳线设置

电源指示灯

JP2

JP1

图 1.2.1 F2812-A 评估板实物图

二． F2812-A 器件分布图

图 1.2 ICETEK-F2812-A 器件分布图

5

图 1.2.2 F2812-A 器件分布图

三． F2812-A 评估板原理框图

图 1.2.3 F2812-A 评估板原理框图

1.3 F2812-A 评估板接口说明以下将详细说明这些外围接口的功能和特征定义。首先，表 2-3-1 归纳总结了

这些跳线和功能分类，接口位置请参考图 2.2.1 表 1-3-1：接口和功能分类

功能分类接口名称接口定义电源接口 +5v 电源插座 5V 电源输入外设接口标准 RS-232 九针 D 型异步串口（可以和计算机直接通

讯） P1 扩展插座用于二次开发的 34 芯外扩总线 P2 扩展插座用于二次开发的 34 芯外扩总线 P3 扩展插座用于二次开发的 34 芯外扩总线

总线接口

P4 扩展插座用于二次开发的 34 芯外扩总线电源指示灯接通电源后会亮指示灯用户可控指示

灯共有四个

TMS320F2812PGFA JTAG PORT 片上资源:

主频:150MHz A/D RAM:128K*16bit

FLASH:128*16bit

CAN D

SP总线

SRAM:64K*16bit

扩展 DSP 引脚

D/A:4 路, 12bit

CPLD

LED

数据地址控制 I/O

PWM SPI

驱动 RS232

CAN

JTAG

16 路,12bit

驱动4 个用户可控开关

SPI

6

辅助接口 JTAG仿真接口 DSP 仿真器从此处接入用户可控开关共有四个

开关复位按钮手动复位开关

JP1 SCI 复用选择跳线设置 JP2 Can 总线使能。

ADREFLO1 2812芯片上管脚ADCLO AD 参考低电压输入，默认 2，3 连接。模式跳线设

置 2 ADREFIN1 2812芯片上管脚ADCBGREFIN，

测试端，可以悬空或 2，3 脚连接

MP/MC1 2812芯片上管脚XMP/MC, MP/MC 工作方式选择，默认 2，3 连接

MDXA1 2812芯片上管脚MDXA, 默认 1，2 连接。

SCITXDA1 2812芯片上管脚SCITXDA, 默认 1，2 连接。

SPICLKA1 2812芯片上管脚SPICLKA, 默认 1，2 连接。

模式跳线设

置 1

SPISTEA1 2812芯片上管脚SPISTEA, 默认 1，2 连接。

下面将分别介绍这些接口： 1． +5v 电源插座: 这个接口用于接入为整个板子供电的电源，电源电压为+5V,

标准配置的电源电流为 1A，如果不使用随板提供的电源，请注意电源的

正负极性和电流的大小。下面是这个接口的插孔示意图：

+5V

地（GND）

图 1.3.1 电源插孔示意图

2．标准 RS-232: 9 针 D 型连接器，异步串口连接器，符合 RS-232 规范，输

出电平为正负 12V.下面是 9 针连接器的管脚定义：

1 2 3 4 5

6 7 8 9

7

图 1.3.2 异步串口连接器示意图

表 1-3-2 DB9 管脚定义表

管脚号管脚定义说明 1 NC 无连接 2 TxD 数据输出引脚，与对方的输入脚连

接 3 RxD 数据输入引脚，与对方的输出脚连

接 4 NC 无连接 5 GND 共地端 6 NC 无连接 7 NC 无连接 8 NC 无连接 9 NC 无连接

3． P1 扩展插座: 34 芯扩展总线接口。P1 接口主要是扩展评估板上空闲的

DSP 外设引脚，以便于定制用户的硬件环境。

注意：由于这组引脚是直接来自于 F2812 DSP 芯片,因此，这些引脚为 TTL

3.3V 标准，其输出最高电压为 3.3V。如果要接入 5V 器件，请在外

接时注意电平转换。

表 1-3-3 P1 的管脚定义和说明

管脚

号管脚名说明

1 +5V 电源由 POWER 提供的+5V 电源 2 +5V 电源由 POWER 提供的+5V 电源 3 PWM1 PWM1 输出引脚 4 PWM2 PWM2 输出引脚 5 PWM3 PWM3 输出引脚 6 PWM4 PWM4 输出引脚 7 PWM5 PWM5 输出引脚 8 PWM6 PWM6 输出引脚 9 PWM7 PWM7 输出引脚 10 PWM8 PWM8 输出引脚 11 PWM9 PWM9 输出引脚 12 T1PWM T1 输出引脚 13 T2PWM T2 输出引脚

8

14 T3PWM T3 输出引脚 15 T4PWM T4 输出引脚 16 T1CTRP 定时器 1 比较输出 17 GND 地线 18 GND 地线 19 T2CTRP 定时器 2 比较输出 20 T3CTRP 定时器 3 比较输出 21 T4CTRP 定时器 4 北京输出 22 C1CTRIP 比较器 1 比较输出 23 C2CTRIP 比较器 2 比较输出 24 C3CTRIP 比较器 3 比较输出 25 TDIRA 定时器计数方向选择信号 A 26 TCKINA 定时器时钟输入 A 27 SCITXB 异步串口 TX 端 B 28 SCIRXB 异步串口 RX 端 B 29 SPSIMA SPI 从收主发端 30 SPSOMA SPI 主发从收端 31 SPICLKA SPI 时钟 32 SPISTEA SPI Slave 设备发送使能 33 GND 地线 34 GND 地线

4．2 扩展插座: 34 芯扩展总线接口。P2 接口主要是 AD 和 DA 接口，P2 中扩

展了所有的 AD 和 DA 引脚。请注意评估板的对采集信号的要求。

表 1-3-4 P2 的管脚定义和说明管脚号名称说明

1 VCCA 模拟电源+5V 2 VCCA 模拟电源+5V 3 CAP1 CAP 输入端 1 4 CAP2 CAP 输入端 2 5 ADINA2 模拟输入通道 A2 6 ADINA3 模拟输入通道 A3 7 ADINA4 模拟输入通道 A4 8 ADINA5 模拟输入通道 A5 9 ADINA6 模拟输入通道 A6 10 ADINA7 模拟输入通道 A7 11 ADINB0 模拟输入通道 B0 12 ADINB1 模拟输入通道 B1

9

13 ADINB2 模拟输入通道 B2 14 ADINB3 模拟输入通道 B3 15 ADINB4 模拟输入通道 B4 16 ADINB5 模拟输入通道 B5 17 AGND 模拟地 18 AGND 模拟地 19 ADINB6 模拟输入通道 B6 20 ADINB7 模拟输入通道 B7 21 ADREFIN 测试引脚，必须悬空

22 ADCREFLO 模拟参考低电压输入

23 ADINA0 模拟输入通道 A0 24 ADINA1 模拟输入通道 A1 25 DAOUT1 模拟输出通道 1 26 DAOUT2 模拟输出通道 2 27 DAOUT3 模拟输出通道 3 28 DAOUT4 模拟输出通道 4 29 CAP3 CAP 输入端 3 30 CAP4 CAP 输入端 4 31 CAP5 CAP 输入端 5 32 CAP6 CAP 输入端 6 33 AGND 模拟地 34 AGND 模拟地

a) P3 扩展插座: 34 芯扩展总线接口。包含 16 根地址线和 16 根数据线

（A16，A17， A18 扩展在 P4），可以用于读入和输出并行的数据。注意：这个插座上的地址线是由 F2812 芯片提供的，如果您在外部扩展的

话，请注意 F2812 的地址线只能输出 3.3V 的电平。

表 1-3-5 P3 的管脚定义和说明

管脚号名称说明

1 A0 F2812 地址线 A0 2 A1 F2812 地址线 A1 3 A2 F2812 地址线 A2 4 A3 F2812 地址线 A3 5 A4 F2812 地址线 A4 6 A5 F2812 地址线 A5 7 A6 F2812 地址线 A6

10

8 A7 F2812 地址线 A7 9 A8 F2812 地址线 A8 10 A9 F2812 地址线 A9 11 A10 F2812 地址线 A10 12 A11 F2812 地址线 A11 13 A12 F2812 地址线 A12 14 A13 F2812 地址线 A13 15 A14 F2812 地址线 A14 16 A15 F2812 地址线 A15 17 GND 数字地 18 GND 数字地 19 D0 F2812 数据线 D0，双向总线 20 D1 F2812 数据线 D1，双向总线 21 D2 F2812 数据线 D2，双向总线 22 D3 F2812 数据线 D3，双向总线 23 D4 F2812 数据线 D4，双向总线 24 D5 F2812 数据线 D5，双向总线 25 D6 F2812 数据线 D6，双向总线 26 D7 F2812 数据线 D7，双向总线 27 D8 F2812 数据线 D8，双向总线 28 D9 F2812 数据线 D9，双向总线 29 D10 F2812 数据线 D10，双向总线 30 D11 F2812 数据线 D11，双向总线 31 D12 F2812 数据线 D12，双向总线 32 D13 F2812 数据线 D13，双向总线 33 D14 F2812 数据线 D14，双向总线 34 D15 F2812 数据线 D15，双向总线

6．展插座：34 芯扩展总线接口。包括 F2812 外部扩展总线的控制线、McBSP接口线、

外部中断和外部复位等重要的引脚信号。注意：这里的引脚都是由 DSP 直接引出的，在和外部设备连接时注意电

平转换。表 1-3-6 P4 管脚定义和说明

管脚号管脚定义管脚说明

1 VCC +5V 电源 2 VCC +5V 电源 3 XZCS01 XINTF 0 区 1 区选择信号 4 XZCS2 XINTF 2 区选择信号 5 XZCS6 XINTF 6 区 7 区选择信号 6 A16 F2812 地址线 A16 7 WE 写信号，低电平有效 8 RD 读信号，低电平有效

11

9 R/W F2812 的读/写信号，常为高电平。低电平时写有效，高电平时读有效。

10 A17 F2812 地址线 A17 11 READY READY 信号线 12 A18 F2812 地址线 A18

13 RS Reset 信号（输入）；Watchdog Reset 信号（输出）

14 EXT_RST 外部输入 DSP 评估板的复位信号 15 NMI 不可屏蔽中断 16 INT1 外部中断 1 17 GND 数字地 18 GND 数字地 19 INT2 外部中断 2 20 TDIRB 定时器方向选择 B 21 TCLKINB 定时器时钟输入 B 22 XF F2812 同名引脚 23 MDRA McBsp 数据接收端 24 MDXA McBsp 数据发送端 25 PWM10 PWM10 输出引脚 26 PWM11 PWM11 输出引脚 27 PWM12 PWM12 输出引脚 28 MCLKRA McBsp 接收时钟 29 MFSXA McBsp 发送帧同步 30 MCLKXA McBsp 发送时钟 31 MFSRA McBsp 接收帧同步 32 CLKOUT F2812 的时钟输出 33 GND 数字地 34 GND 数字地

7．指示灯：如果评估板工作正常，此灯常亮。 8．用户可控指示灯: 用户指示灯，在板上有 4 个可编程的指示灯，分别为

DS1..DS4，这 4 个指示灯的开关由 F2812 编程控制。

9． JTAG 仿真接口：F2812 的仿真接口，用于连接 ICETEK-5100 系列的仿真

器或兼容产品。注意，使用的仿真器必须支持 3.3V 仿真。

10．JP2：Can 总线使能。当 1、2 短路时禁止 Can 总线工作；当 2、3 短路时，

允许 Can 总线工作。

11．JP1：SCI 复用选择。当 JP1 的 1，2 连接时，允许第 2 个 SCI 工作；当

JP1 的 2，3

12

连接时，禁止第 2 个 SCI 工作。 12．用户可控开关：4 个用户开关输入。可以用作 DSP 的输入信号。软件可以

读取它的状态。当开关处于断开状态，即 OFF 状态时，开关输出高电平，DSP 读到

逻辑“1”，而当开关处于连通状态，即 ON 状态时，开关输出低电平，DSP 读到逻辑“0”。

13．位按钮:手动复位开关。 14．式跳线设置 1：

MP/MC1，MCXA1，SCITXDA1，SPICLKA1，SPISTEA1 这几个跳

线都是 2812 芯片上对应管脚引出，在 2812 的 datasheet 手册中可以查阅到

（手册在配套光盘“外围器件参考资料”目录中有提供，或从 www.ti.com上下载新版本的文档）。

每个跳线的 1，2，3 脚定义：靠近名称这边（例如：MP/MC1）为跳

线 1 脚，往右一个为 2 脚，再往右一个是 3 脚。1、2 脚相连为设置该 2812管脚高电平，2、3 脚相连为设置该 2812 管脚低电平

例如：

15．模式跳线设置 2： ADREFIN1, ADREFLO1 这几个跳线都是 2812 芯片上对应管脚引出，

在 2812 的 datasheet 手册中可以查阅到（手册在配套光盘“外围器件参考

资料”目录中有提供，或从 www.ti.com 上下载新版本的文档）。每个跳线的 1，2，3 脚定义：靠近三个小电阻这边为跳线 1 脚，往右

一个为 2 脚，再往右一个是 3 脚。1、2 脚相连为设置该 2812 管脚高电平，

2、3 脚相连为设置该 2812 管脚低电平。

例如： 16．F2812-A 评估板跳线及开关位置示意图：下图中说明了 F2812-A 评估板中，跳线和开关以及扩展口的具体描述。其

中 MP/MC1 与 SPITEA1 之间自下而上分别是 MDXA1，SCITXDA1，SPICLKA1。

ADREFLO1 1 2 3

MP/MC1 1 2 3

13

P4 P2 33 1 33 1 34 2 34 2 J P1 1 ADREFIN1 1 ON ADREFLO1 1 OFF SPISTEA1 1 MP/MC1 1 JP3 1 JP2 1 P3 P1 33 1 33 1 34 2 34 2 图 1.3.3 跳线及开关位置示意图

1.4 F2812-A 评估板的存储空间定义及寄存器映射说明

一、 F2812-A 评估板的内存映射

F2812-A 评估板（以下简称评估板）的内存映射图如下，与 TMS320F2812A 芯片不同的

是，所有的寄存器和存储器全部映射在 XINTF ZONE 2 译码的空间内，占用 TMS320F2812A芯片的 80000h-0FFFFFh 地址单元中。因此，如果您需要使用 DSP 芯片的管脚外扩硬件设备的

话，请避免使用这部分地址资源。对于这部分地址单元，基本上分为两个部分，从 80000h 到 0BFFFFh 共 256K 的地址单元

分配给片外扩展存储器。这里有一个声明，一般来说，在出厂时，板上所连接的存储器一般为

64K 的存储器，因此这部分的实际有效内存是 80000h-8FFFFh。为了特殊的需求，这里多可

以扩展到 256K 的实际存储器。从 C0000h 到 FFFFFh 是外围其他设备的寄存器接口，这里包含一个 12 位的模数转换器

DAC7616/7，以及四位的状态显示数码管和四位可读入数字量的开关。下面是评估板的内存映射图，红色部分是板子上有外扩硬件资源的地址空间，其他部分来

TMS320

F2812PGFA

14

自于 TMS320F2812A 芯片的数据手册（data sheet）,关于与芯片相关的地址空间的详细介绍，

请参考 tms320f2812 数据手册的相关说明。

块起始地址片内存储空间（On-Chip）片外存储空间（XINTF）

数据空间程序空间数据空间程序空间

0x00 0000 M0 向量 –随机存储器（32*32）

（当 VMAP = 0 时有效） 0x00 0040 M0 SARAM(单存取随机存储器) 1K*160x00 0400 M1 SARAM(单存取随机存储器) 1K*16

0x00 0800 外设寄存器组 0

（2K*16）

0x00 0D00

外设向量（PIE Vector）（256*16）

(当VMAP=1,ENPIE=1

时有效)

无效

0x00 0E00 保留

保留

片外空间 0（8K*16 XZCS0AND1）

0x00 2000

0x00 2000 保留片外空间 1（8K*16

XZCS0AND1）(保护) 0x00 4000

0x00 6000 外设寄存器组 1 (4K*16)受保护

0x00 7000 外设寄存器组 2 (4K*16)受保护

0x00 8000 L0 SARAM(单存取随机存储器) 4K*16

(安全块)

0x00 9000 L1 SARAM(单存取随机存储器) 4K*16

(安全块)

保留

片外空间 2（0.5M*16 XZCS2）

片外扩展存储器（256K*16）

0x08 0000

片外空间 2（0.5M*16 XZCS2）

片外扩展寄存器（256K*16）

0x0c 0000

相当

于

TMS320F24x/LF240x 数

据存

储空

间

0x00 A000 保留

片外空间 6（0.5M*16 XZCS6AND7）

0x10 0000

0x3D 7800 OTP ROM (1K *16,安全块) 0x18 0000

相当 0x3D 7C00 保留

保留

15

块起始地址片内存储空间（On-Chip）片外存储空间（XINTF）

0x3D 8000 片上 Flash（ 128K*16 安全块） 0x3F 7FF8 128 位加密字

0x3F 8000H0 SARAM(单存取随机存储器) 8K*16

(安全块) 0x3F A000 保留

0x3F F000启动代码（4K*16）当 MP/MC=0 时有

效

片外空间 7（16K*16 XZCS6AND7）当 MP/MC=1

时有效

0x3F C000

于

TMS320F24x/LF240x 程

序存

储空

间

0x3F FFC0BROM 向量，（32*32）当 VMAP =1,MP/MC=0，ENPIE=0 时有效

外部扩展向量（32*32）当

VMAP=1,MP/MC=，ENPIE=0 时有效

图 1.4.1 评估板的内存映射图

① 存储器不能任意调整 ② 保留区为今后的扩展做准备，用户应用不应该访问这些区域

③ 启动代码和片外扩展空间 7 依赖 MP/MC 引脚的状态来选择其中之一，不能同时映射到

DSP 的地址空间中

④ 外设寄存器组 0、1 和 2 仅仅作为数据存储器访问，不能作为程序存储器访问。 ⑤ 保护表示为了配合流水线的工作在读操作之后的写操作将会被妥善的处理，

⑥ 一部分存储器被 EALLOW 保护，（参见 TMS320F2812 数据手册）是不希望在初始化之后

再次改变它们的值

⑦ 片外空间0和1，6和7共享相同的片选信号，因此，它们虽然地址不同，但却是相同存

储器的镜像（ mirrored locations）。一．片外扩展存储器板上在芯片外扩展了 64K*16 位的存储器，存储器占用的地址空间共有 256K，因此片外

存储器实际占用的地址是 0x080000-0x08FFFF，其他的部分暂时没有使用，如果有特殊需要，

可以多放置 256K 的存储器，或者 0x90000-0xBFFFF 可以用作其他外围设备的译码空间。片外扩展的存储器型号是 IS61LV6416，这种器件可以按照 8 位或 16 位的方式使用，它的

电平可以和通常的 3.3V 器件连接。存储器与 DSP 连接的示意图如下所示。

16

图 1.4.2 存储器与 DSP 连接的示意图外扩的存储器可以实现随机访问，这部分映射空间可以在DSP上电复位后的任何时候访

问，此时不需要对DSP做任何初始化。如果需要这部分存储器在高速的状态下运行，需要修改

DSP的存储器等待状态。具体设置DSP的存储器和数值可以参考TMS320F2812数据手册。一般

来说，为保证存储器的稳定读写，当DSP在高速状态运行时，只需要1个软件等待状态。三．外扩硬件的存储器映射寄存器总结

除了外部扩展存储器之外，板上还扩展了一些数据和控制端口，这些端口用来驱动板上的其他外设。在这一节我们给出所有外扩寄存器的地址和数据信息，详细的编程分别在接下来的其他小节说明。下面是所有的外扩寄存器列表和简单的介绍：

表 1-4-1 外扩寄存器列表

外扩寄存器地址寄存器名称有效位数读写状态上电复位状态 0xC0000 LEDR D3 到 D0 有效读/写允许 0000b 0xC0001 SWR D3 到 D0 有效读允许 -------- 0xC0003 DACTLR D0 有效读/写允许 1b 0xC0004 DATIMENR D7 到 D0 有效读/写允许 0000 0001b 0xC0005 DATIMCNTR D0 有效写允许 -------- 0xC0006 DADATLR D7 到 D0 有效读/写允许 0000 0000b

0xC0007 DADATHR D7 到 D0 有效读/写允许 0000 0000b

注意：0xc0003---0xc0007 这几个寄存器定义在第五章的 DA 说明中有介绍。

F2812-A 评估板提供了四位的状态显示数码管和四位可读入数字量的开关，这些接口不

使用 TMS3202812 的芯片管脚实现。下面是显示数码管和开关的寄存器定义和说明：

XZCS2 XWE XRD TMS320F2812 A15-A0 D15-D0

CE WE OE IS61LV6416 A15-A0 D15-D0

地址译码

17

7 4 3 0

无效位 LEDR3 LEDR2 LEDR1 LEDR0

R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-0

图 14.3 LEDR 寄存器：地址是 0xC0000 图例：R 读允许，W：写允许，R/W:读写允许，-0：复位值,-x 没有固定值

位名称说明

3 LEDR3

2 LEDR2

1 LEDR1

0 LEDR0

四位显示数码管。向某位写“1”，点亮相应的发光管，写“0”，则使数码管熄灭。

这个寄存器可读，在使用时可以通过读操作得到后一次写操作的值。

图 1.4.4 LEDR 寄存器说明

7 4

3 0

无效位 SWR3 SWR2 SWR1 SWR0

R-x R-x R-x R-x

图 1.4.5 SWR 寄存器: 地址是 0xC0001 图例：R 读允许，W：写允许，R/W:读写允许，-0：复位值,-x 没有固定值

位名称说明 3 SWR3 2 SWR2 1 SWR1 0 SWR0

四位开关。当开关连通（处于 ON 一侧）时，寄存器读入“0”，当开关断开（不处

于 ON 一侧）时，寄存器读入“1”。寄存器可读，在使用时可以通过读操作得到四

个开关的当前状态。

图 1.4.6 SWR 寄存器: 地址是 0xC0001

1.5 数模转换器 DAC7616/7 简介和编程作为一个完整的系统，评估板提供了数模转换器，以便于用户连接模拟 I/O 输出。外扩数

模转换器的型号是 DAC7616 或 DAC7617。这两个芯片在管脚上仅有很小的差异，评估板综合

了这两者之间的特征。无论评估板上焊接了哪一颗芯片，对于我们来说他们的编程和控制都是

一致的。关于数模转换器的详细信息，可以参考 document 目录下的 dac 目录中的芯片数据手册。

在连接到评估板上之后，主要的技术指标如下：

18

表 2-5-1 DAC7616/7 的主要参数

低功耗设计: 3mW

转换时间 10μs to 0.012%

转换精度 12 位线性转换，同时 4 路转换

芯片工作温度 –40°C to +85°C

电源单电源+3V 供电

关于数模转换器的详细信息，可以参考 document 目录下的 dac 目录中的芯片数据手册。

在连接到评估板上之后，主要的技术指标如下：

表 2-5-2 DAC7616/7 的主要技术指标

低功耗设计: 3mW 转换时间 10μs to 0.012% 转换精度 12 位线性转换，同时 4 路转换

芯片工作温度 –40°C to +85°C 电源单电源+3V 供电

操作方式并行操作

输出电压 0----+5V 之间注意：电压值在 0-4.5V 之间保持线性，如果需要特殊的电压，需要对板子作

修改。

DAC7616/7 芯片本身是串行接口，其接口速率小于 10M。为了方便用户的使用，评估板

修改了数模转换器的操作方法，改为并行接口的方式。因此，在介绍评估板上的数模转换编程

的时候，将说明并行接口的控制方式，这里会和芯片数据手册上的编程方式有所不同。下图是

DSP 和数模转换器连接的示意图：

19

图 1.5.1 DSP 和数模转换器连接示意图其中，DATIMEN、DATIMCNT、DADATL、DADATH 和 DACTL 是 DSP 可以访问的寄

存器，它们分为两组，一组由 DATIMEN 和 DATIMCNT 组成，利用 DSP 的 CLKOUT 引脚驱

动数模转换器的时钟。另一组由 DADATL、DADATH 和 DACTL 组成，它们负责启动数模转

换并提供要转换的数字量。下面对这些寄存器的具体使用方法逐一说明。 7 1 0 保留位 TIMOE 图例：R 读允许，W：写允许，R/W:读写允许，-0：复位值,-x 没有固定值 R/W-0

图 1.5.2 DATIMENR 寄存器：地址 0xC0004

位名称说明

0

TIMOE

这个控制位控制数模转换器的时钟，当此位为“0”时，数模转换器的时钟按照

DATIMCNTR 寄存器的数值分频，操作数模转换器的 DACTL 寄存器可以产生送

给 DAC7616/7 芯片 SCK 的时钟。此时 DATIMCNTR 寄存器不能修改。当此位

为“1”时，数模转换器的时钟输出被关闭，DATIMCNTR 寄存器可以修改，直

到此位再次置“0”后，按照新的 DATIMCNTR 寄存器值分频输出。

图 215.3 DATIMENR 寄存器说明注意：数模转换器的时钟以 DSP 芯片的 CLKOUT 引脚作为驱动源，分频后使用，因此，如

果使用数模转换器，请不要在 DSP 程序中关闭或修改 CLKOUT 的输出特性。

CLKOUTXZCS2

A18-A12 XWE

XRD

F2812

D7-D0

CLK DAC7616/7 LDAC LOADREG CS

时钟产

生器译码逻辑

DATIMEN

DATIMCN

DADATL

DADATH

串并变

换

DACTL

20

7 6 5 4 3 2 1 0 CNT7 CNT6 CNT5 CNT4 CNT3 CNT2 CNT1 CNT0 R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-1

图 1.5.4 DATIMCNTR 寄存器：地址 0xC0005 图例：R 读允许，W：写允许，R/W:读写允许，-0：复位值,-x 没有固定值

位名称说明

7-0

CNT7..CNT0

这个寄存器保存对 DSP 芯片 CLKOUT 引脚的分频值，上电复位时为

“0x1”;当 DATIMEN 寄存器的 TIMOE 位为“0”时，此寄存器各位不能

修改，分频器按照这个寄存器的值工作，并输出数模转换器的数字时钟。

当 DATIMEN 寄存器的 TIMOE 位为“1”时，此寄存器各位可以修改，

分频器不工作。直到 DATIMEN 寄存器重新置“0”。此寄存器的值可以是

1-255，当寄存器值为“0”时，分频器不工作。

图 1.5.5 DATIMCNTR 寄存器说明作为数模转换器的时钟，当这个寄存器的值为“0x1”时，输出的波形为输入频率的 1/12。

注意 DAC7616/7 芯片的快时钟频率不应该超过 10MHz。一般来讲，上电复位后的时钟分频

可以满足大多数需要。

7 0 无效 W-x

图 1.5.6 DACTLR 寄存器：地址 0xC0003 图例：R 读允许，W：写允许，R/W:读写允许，-0：复位值,-x 没有固定值

这个寄存器的所有数据位都无效，既不可写也不可读。对这个寄存器执行读或写操作都会

产生一个内部信号，这个信号将通知串并变换模块启动、工作，把 DADATLR 和 DADATHR寄存器里的值送到数模转换器上，并且启动数模转换器工作。对于这个寄存器的任何位进行写

操作都不能够读到返回值。同时，读这个寄存器的内容也不固定。

7 6 5 4 3 2 1 0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-0

图 1.5.7 DADATLR 寄存器：地址 0xC0006 图例：R 读允许，W：写允许，R/W:读写允许，-0：复位值,-x 没有固定值

位名称说明 7-0

D7-D0

这个寄存器保存要进行数模转换的数据的低 8 位。这里的值与 DADATHR 寄存器中的

低 4 位一起构成 12 位数模转换的数字量。上电复位时为 0x0。注意，写着个寄存器仅

仅代表要转换的数据已经锁存。此时数据并未送到数模转换芯片上。这个寄存器的值可

以回读，回读的值是后一次写进这个寄存器中的值。

21

图 1.5.8 DADATLR 寄存器：地址 0xC0006

7 6 5 4 3 2 1 0 CHN_NUM1 CHN_NUM0 保留 D11 D10 D9 D8 R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-0

图 1.5.9 DADATHR 寄存器：地址 0xC0007 图例：R 读允许，W：写允许，R/W:读写允许，-0：复位值,-x 没有固定值

位名称说明

3-0 D11-D8

这个部分寄存器保存要进行数模转换的数据的高 4 位。这里的值

与 DADATLR 寄存器中的值一起构成 12 位数模转换的数字量。上

电复位时为 0x0。注意，写着个寄存器仅仅代表要转换的数据已经

锁存。此时数据并未送到数模转换芯片上。这个寄存器的值可以

回读，回读的值是后一次写进这个寄存器中的值。

5-4 保留保留

7-6 CHN_NUM1-CHN_NUM0

这个部分指定进行数模转换的通道号。通道号如下:

CHN_NUM1 CHN_NUM2 通道号

0 0 第 1 通道

0 1 第 2 通道

1 0 第 3 通道

1 1 第 4 通道

图 1.5.10 DADATHR 寄存器说明

上面是这些寄存器的说明，在编程中，当数据锁存到 DADATLR 和 DADATHR 寄存器时，

并没有启动数据转换，只有在对 DACTL 寄存器操作之后，数模转换才得以实现，同时，数据

直接转换，送到模拟通道上。如果希望得到上一次的转换通道和数据，可以通过读 DADATLR和 DADATHR 寄存器来得到。

1.6 语音编解码芯片 TLV320AIC23 编程指南

（注意：此芯片是在一个语音背板上扩展的，背板型号为：ICETEK-AIC23-E）

语音背板上有一个语音编解码芯片 TLV320AIC23。TLV320AIC23 是一个高性能的多媒体

数字语音编解码器，它的内部 ADC 和 DAC 转换模块带有完整的数字滤波器。（digital interpolation filters）数据传输宽度可以是 16 位，20 位，24 位和 32 位，采样频率范围支持

从 8khz 到 96khz。在 ADC 采集达到 96khz 时噪音为 90-dBA，能够高保真的保存音频信号。

在 DAC 转换达到 96khz 时噪音为 100-Dba，能够高品质的数字回放音频，在回放时仅仅减少

23 mW。

22

TLV320AIC23 详细指标： +高品质的立体声多媒体数字语音编解码器 *在 ADC 采用 48 kHz 采样率时噪音 90-dB *在 DAC 采用 48 kHz 采样率时噪音 100-dB *1.42 V – 3.6 V 核心数字电压：兼容 TI F28x DSP 内核电压 *2.7 V – 3.6 V 缓冲器和模拟：兼容 TI F28x DSP 内核电压 *支持 8-kHz – 96-kHz 的采样频率 +软件控制通过 TI McBSP 接口 +音频数据输入输出通过 TI McBSP 接口

立体声接口图示：

地

右声道左声道

图 1.6.1 立体声接口

AIC23 芯片是通过 2812 的 mcbsp 接口来控制和传输音频数据的。下表是 AIC23 芯片的

映射寄存器地址及名称。表1-6-1 TLV320AIC23 的映射寄存器定义

ADDRESS REGISTER 0000000 左声道输入控制 0000001 右声道输入控制 0000010 左耳机通道控制 0000011 右耳机通道控制 0000100 模拟音频通道控制 0000101 数字音频通道控制 0000110 启动控制 0000111 数字音频格式 0001000 样本速度控制 0001001 数字界面激活 0001111 初始化寄存器

表 1-6-2 左声道输入控制(Address: 0000000)

8 7 6 5 4 3 2 1 0 LRS LIM X X LIV4 LIV3 LIV2 LIV1 LIV0

R/W-0 R/W-1 R/W-0 R/W-0 R/W-1 R/W-0 R/W-1 R/W-1 R/W-1

23

图例：R 读允许，W：写允许，R/W:读写允许，-0：复位值,-x 没有固定值

LRS：左右声道同时更新 0 = 禁止 1 = 激活

LIM：左声道输入衰减 0 = Normal 1 = Muted

LIV[4:0]：左声道输入控制衰减 (10111 = 0 dB缺省)

大 11111 = +12 dB 小 00000 = –34.5 dB

表1-6-3 右声道输入控制(Address: 0000001)

8 7 6 5 4 3 2 1 0 RLS RIM X X RIV4 RIV3 RIV2 RIV1 RIV0

R/W-0 R/W-1 R/W-0 R/W-0 R/W-1 R/W-0 R/W-1 R/W-1 R/W-1 图例：R 读允许，W：写允许，R/W:读写允许，-0：复位值,-x 没有固定值

LRS：左右声道同时更新 0 = 禁止 1 = 激活

LIM：右声道输入衰减 0 = Normal 1 = Muted

LIV[4:0]：右声道输入控制衰减 (10111 = 0 dB缺省)

大 11111 = +12 dB 小 00000 = –34.5 dB

表1-6-4 左耳机通道控制 (Address: 0000010)

8 7 6 5 4 3 2 1 0 LRS LZC LHV6 LHV5 LHV4 LHV3 LHV2 LHV1 LHV0


LRS：左右耳机通道控制 0 = 禁止 1 = 激活

LZC：0 点检查 0 = Off 1 = On

LHV[6:0]：左耳机通道控制音量衰减(1111001 = 0 dB default)

大 1111111 = +6 dB

小 0110000 = –73 dB (mute)

表1-6-5 右耳机通道控制(Address: 0000011)

8 7 6 5 4 3 2 1 0 RLS RZC RHV6 RHV5 RHV4 RHV3 RHV2 RHV1 RHV0


LRS：左右耳机通道控制 0 = 禁止 1 = 激活

LZC：0 点检查 0 = Off 1 = On

LHV[6:0]：右耳机通道控制音量衰减(1111001 = 0 dB default)

大 1111111 = +6 dB

小 0110000 = –73 dB (mute)

24

表 1-6-6 模拟音频通道控制 (Address: 0000100)

8 7 6 5 4 3 2 1 0 X STA1 STA0 STE DAC BYP INSEL MICM MICB

R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-1 R/W-1 R/W-0 R/W-1 R/W-0 STA[1:0] 侧音衰减 00= –6 dB 01= –9 dB 10= –12 dB 11= –15 dB

STE 侧音激活 0 = 禁止 1 = 激活 DAC DAC 选择 0 = DAC 关闭 1 = DAC 选择 BYP 旁路 0 = 禁止 1= 激活

INSEL 模拟输入选择 0 = 线路 1= 麦克风 MICM 麦克风衰减 0 = 普通 l 1 = 衰减 MICB 麦克风增益 0=OdB 1 =20dB

表1-6-7 数字音频通道控制 (Address: 0000101)

8 7 6 5 4 3 2 1 0 X X X X X DACM DEEMP1 DEEMP0 ADCHP


DACM：DAC 软件衰减 0 = 禁止 1 = 激活

DEEMP[1:0]：De-emphasis 控制 00=禁止 01=32kHz 10 = 44.1kHz 11= 48 Khz

ADCHP：ADC 滤波器 0 = 禁止 1 = 激活

X：保留

表1-6-8 启动控制 (Address: 0000110)

8 7 6 5 4 3 2 1 0 X OFF CLK OSC OUT DAC ADC MIC LINE

R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-1 R/W-1 R/W-1 OFF 设备电源 0= On 1=OFF CLK 时钟 0= On 1=OFF OSC 振荡器 0= On 1=OFF OUT 输出 0= On 1=OFF DAC DAC 0= On 1=OFF ADC ADC 0= On 1=OFF MIC 麦克风输入 0= On 1=OFF LINE Line 输入 0= On 1=OFF

表 1-6-9 数字音频格式(Address: 0000111)

8 7 6 5 4 3 2 1 0 X X MS LRSWAP LRP IWL1 IWL0 FOR1 FOR0


MS：主从选择 0 = 从模式 1 = 主模式

LRSWAP：DAC 左/右通道交换 0 = 禁止 1 = 激活

LRP： DAC 左/右通道设定 0 = 右通道在 LRCIN 高电平

1 =右通道在 LRCIN 低电平

25

IWL[1:0]：输入长度 00 = 16 bit 01 = 20 bit 10 = 24 bit 11 = 32 bit

FOR[1:0]：数据初始化 11 = DSP 初始化, 帧同步来自于两个字

10 = I2S 初始化,

01 = MSB 优先，左声道排列 00 = MSB 优先，右声道排列

X：保留

表1-6-10 样本速度控制(Address: 0001000)

8 7 6 5 4 3 2 1 0 X CLKOU

TCLKIN SR3 SR2 SR1 SR0 BOSR USB/Normal

R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-1 R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-0 CLKIN

CLKOUT 时钟输入分割时钟输出分割

0 = MCLK 0 = MCLK

1 = MCLK/2 1 = MCLK/2

SR[3:0] 样本速度控制 BOSR 基础速度比率

USB 模式: 0= 250 fs 1= 272 fs 普通模式: 0= 250 f 1= 384 fs USB/Normal 时钟模式选择 0= 普通 1= USB X 保留

表1-6-11 数字界面激活 (Address: 0001001)

8 7 6 5 4 3 2 1 0 X X X X X X X X ACT


ACT：激活控制 0 = 停止 1 = 激活 X：保留

表1-6-12 初始化寄存器(Address: 0001111)

8 7 6 5 4 3 2 1 0 RES RES RES RES RES RES RES RES RES

R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-0

图例：R 读允许，W：写允许，R/W:读写允许，-0：复位值,-x 没有固定值

RES ：写 000000000 到这个寄存器引发初始化

关于 TLV320AIC23 的详细信息，请参考随板软件中的数据手册。下图是

2812 与 TLV320AIC23 的连接示意图。

26

GND

SCL SDA

TMS320F2812

CLKR0 CLKX0

FSX0

FSR0

DX0 DR0

SCLK SDIN

MODE CS

TLV320AIC23

BCLK LRCOUT DIN DOUT

图 2.6.2 2812 与 TLV320AIC23 的连接示意图

27

第 2 章 F2812 教学系统软件实验指导

2.1 实验设备安装

一．开发环境开发 TMS320C28xx 应用系统一般需要以下设备和软件调试工具：

1．通用 PC 一台，安装 Windows9x 或 Windows2000 或 WindowsXP 操作系统

及常用软件(如：WinRAR 等)。 2．TMS320C28xx 评估板及相关电源。如：ICETEK-F2812-A 评估板。 3．通用 DSP 仿真器一台及相关连线。如：ICETEK-5100USB 仿真器。 4．控制对象(选用)。如：ICETEK-CTR 控制板（在 2812 实验箱中已包含）。 5．TI 的 DSP 开发集成环境 Code Composer Studio。如：CCS2.21 for ’C2000。 6．仿真器驱动程序。（见配套光盘） 7．实验程序及文档。

二． DSP 教学实验箱的硬件连接

1．连接电源：打开实验箱，取出三相电源连接线(如右图)，将电源线的一端插入实验箱外部左恻箱壁上的电源插孔中。确认实验箱面

板上电源总开关(位于实验箱底板左上角)处于“关”的位置，连接电源线的另一端至 220V 交流供电插座上，保证稳固连接。

2．使用电源连接线(如右图，插头是带孔的)连接各模块电源：

确认实验箱总电源断开。连接 ICETEK-CTR 板上边插座到实验箱底

板上+12V 电源插座；ICETEK-CTR 板下边插座到实验箱底板上+5V 电源

插座；如使用 PP(并口)型仿真器，则连接仿真器上插座到实验箱底板上

+5V 电源插座；连接 DSP 评估板模块电源插座到实验箱底板上+5V 电源插座。注意各插头要插到底，防止虚接或接触不良。

3．连接 DSP 评估板信号线：当需要连接信号源输出到 A/D 输入插座时，使用信号连接线(如右图)分别连接相应插座。

4、接通电源：检查实验箱上 220V 电源插座(箱体左侧)中保险管是否完好，在

连接电源线以后，检查各模块供电连线是否正确连接，打开实验箱上的电源总开关(位于实

验箱底板左上角)，使开关位于“开”的位置，电源开关右侧的指示灯亮。

28

三．构造 DSP 开发软件环境

1．安装 CCS 软件(此文档假定用户将 CCS 安装在默认目录 C:\TI 中，同时也

建议用户按照默认安装目录安装) (1) 在硬盘上建立一个临时目录，如：c:\4install (2) 将实验箱附带的教学光盘插入计算机光盘驱动器。 (3) 打开教学光盘的“CCS 开发软件”目录，用鼠标右键单击文件 ccs2000.exe

选择“用 WinRAR 打开”。在打开的窗口中选择将所有文件解压缩到第

(1)步建立的临时文件夹中。然后关闭 WinRAR 窗口。 (4) 打开第(1)步建立的临时文件夹，双击“Setup.exe”，进入安装程序。建议您安装时使用默认路径”c：\ti”。 (5) 选择“Code Composer Studio”，按照安装提示进行安装，并重新启动计

算机。 (6) 安装完毕，桌面上出现两个新的图标，如右图。 (7) 清空在第(1)步建立的临时文件夹。

2．安装 DSP 通用仿真器请参看实验箱附带的《 ICETEK-5100PP 和

ICETEK-5100USB1.1/2.0 系列通用 DSP 开发系统使用说明书》中相关章节。

需要安装两部分：(1)仿真器的 Windows 驱动程序（并口无需，usb 口要

安装）；(2)仿真器在 CCS 环境中的驱动程序。 3．安装实验程序

将教学光盘上的“软件测试程序”目录中的“ICETEK-F2812-EDULab”子目录复制到 C:\上，并将目录中所有文件(包含子目录中的文件)的只读属性

去除。 4．安装初始化仿真器程序

将“C:\ICETEK-F2812-A -EDULab”子目录下的“ICETEKEMUReset.bat”复制到 “c:\ti\cc\bin”目录。将“C:\ICETEK-F2812-A -EDULab”子目录下的“icetek.cfg”复制到“c:\ti\cc\bin\BrdDat”目录。用鼠标右键单击“C:\ICETEK-F2812-A -EDULab”子目录下的“初始化 ICETEK-5100 USB2.0 仿真器”

文件名，选择“发送到”->“桌面快捷方式”。注：如果您的 CCS 系统未安装在默认的 c:\ti 目录，请用鼠标右

键单击桌面上“初始化 ICETEK-5100 USB2.0 仿真器”图标，

选择“属性”，将“快捷方式”项和“起始位置”中的路径改

成您所安装的路径。

四．设置 CCS

29

1．设置 CCS 工作在软件仿真环境

CCS 可以工作在纯软件仿真环境中，就是由软件在 PC 机内存中构造一个

虚拟的 DSP 环境，可以调试、运行程序。但一般软件无法构造 DSP 中的外设，所以软件

仿真通常用于调试纯软件的算法和进行效率分析等。在使用软件仿真方式工作时，无需连接板卡和仿真器等硬件。

(1) 单击桌面上图标：进入 CCS 设置窗口。

(2) 在出现的窗口中按标号顺序进行如下设置：

图 2.1.1 ccs 设置驱动界面

①单击清除

原先配置

②单击选择

此配置

③单击输入

配置

④单击完成

和保存设置

30

接着在下面出现的窗口中选择“否(N)”。此时 CCS 已经被设置成 Simulator 方式(软件仿真 TMS320F2812 器件的方

式)，如果一直使用这一方式就不需要重新进行以上设置操作了。

1．设置 CCS 通过 ICETEK-5100USB 仿真器连接 ICETEK-F2812-A 硬件环境进行

软件调试和开发。 (1) 单击桌面上图标：

进入 CCS 设置窗口。

(2) 在出现的窗口中按标号顺序进行如下设置：

图 2.1.2 impor 设置界面

①单击清除

原先配置

②单击选择

此配置

③单击输入

配置

④单击关闭

窗口

31

(3) 接着在下面的窗口中按标号顺序进行如下选择：

图 2.1.3 设置 gel 文件 (4) 在出现的窗口按标号顺序进行如下设置：

图 2.1.4 加入 gel 文件

①用鼠标右

键单击此条

②选择此项

功能

①单击此属

性卡片

②单击此按钮选择

指定的 gel 文件

C:\ti\cc\gel\f2812.gel 注意：如果 ccs 安装不是默认

路径，请从您指定的 ccs 安装

路径下找。

③单击完成

设置

32

(5) 在出现的窗口按标号顺序进行如下设置：

图 2.1.5 退出 ccs 设置界面以上设置完成后，CCS 已经被设置成 Emulator 的方式(用仿真器连接硬件

板卡的方式)，并且指定通过 ICETEK-5100USB 仿真器连接 ICETEK-F2812-A评估板。如果需要一直使用这一方式就不需要重新进行以上设置操作了。

五．启动 CCS

1．启动 Simulator 方式（请确认已按照上面说明设置为软仿真

方式了。）双击桌面上图标：

2．启动 Emulator 方式 (1) 首先将实验箱电源关闭。连接实验箱的外接电源线。 (2) 检查 ICETEK-5100USB 仿真器的黑色 JTAG 插头是否正确连接到

ICETEK-F2812-A 评估板的 P5 插头上。注：仿真器的插头中有一个孔加

入了封针，与 P5 插头上的缺针位置应重合，保证不会插错。 (3) 检查是否已经用电源连接线连接了 ICETEK-F2812-A 评估板上的 POW1 插

座和实验箱底板上+5V 电源插座。 (4) 检查其他连线是否符合实验要求。检查实验箱上三个拨动开关位置是否符

①单击此按

钮退出

②单击此按

钮选择保存

③单击此按

钮不启动

CCS

33

合实验要求。 (5) 打开实验箱上电源开关(位于实验箱底板左上角)，注意开关边上红色指示

灯点亮。ICETEK-F2812-A 评估板上指示灯 D5 和 D6 点亮。如果打开了

ICETEK-CTR 的电源开关，ICETEK-CTR 板上指示灯 L1、L2 和 L3 点亮。

如果打开了信号源电源开关，相应开关边的指示灯点亮。 (6) 用实验箱附带的USB信号线连接 ICETEK-5100USB仿真器和 PC机后面的

USB 插座，注意 ICETEK-5100USB 仿真器上指示灯 Power 和 Run 灯点亮。 (7) 双击桌面上仿真器初始化图标：

如果出现下面提示窗口，表示初始化成功，按一下空格键进入下一步操作。

图 2.1.6 仿真器复位

如果窗口中没有出现“按任意键继续…”，请关闭窗口，关闭实验箱电

源，再将 USB 电缆从仿真器上拔出，返回第(2)步重试。如果窗口中出现“The adapter returned an error.”，并提示“按任意键继

续…”，表示初始化失败，请关闭窗口重试两三次，如果仍然不能初始化则

关闭实验箱电源，再将 USB 电缆从仿真器上拔出，返回第(2)步重试。 ⑻ 双击桌面上图标：

启动 CCS2.21。 ⑼ 如果进入 CCS 提示错误，先选“Abort”，然后用“初始化 ICETEK-5100 USB2.0 仿真器”初始化仿真器，如提示出错，可多做几次。如仍然出错，拔

掉仿真器上 USB 接头(白色方形)，按一下 ICETEK-F2812-A 评估板上 S1 复位

按钮，连接 USB 接头，再做“初始化 ICETEK-5100 USB2.0 仿真器”。 ⑽ 如果遇到反复不能连接或复位仿真器、进入 CCS 报错，请打开 Windows 的

34

“任务管理”，在“进程”卡片上的“映像名称”栏中查找是否有

“cc_app.exe”，将它结束再试。

六．退出 CCS

图 2.1.7 退出 ccs 软件

2.2 Code Composer Studio 入门 *开发 TMS320C5xxx 应用系统一般需要以下几个调试工具来完成：

-软件集成开发环境(Code Composer Studio 2.21)：完成系统的软件开发，进

行软件和硬件仿真调试。它也是硬件调试的辅助手段。 -开发系统(ICETEK 5100 USB 或 ICETEK 5100 PP)：实现硬件仿真调试时

与硬件系统的通信，控制和读取硬件系统的状态和数据。 -评估模块(ICETEK F2812-A 等)：提供软件运行和调试的平台和用户系统开

发的参照。

选择此菜单

项可退出

单击此按钮

可退出

35

*Code Composer Studio 2.21 主要完成系统的软件开发和调试。它提供一整

套的程序编制、维护、编译、调试环境，能将汇编语言和 C 语言程序编译连接生

成 COFF (公共目标文件)格式的可执行文件，并能将程序下载到目标 DSP 上运行

调试。

*用户系统的软件部分可以由 CCS 建立的工程文件进行管理，工程一般包含

以下几种文件： -源程序文件：C 语言或汇编语言文件(*.ASM 或*.C)

-头文件(*.H) -命令文件(*.CMD) -库文件(*.LIB,*.OBJ)

2.3 Code Composer Studio 使用

1．启动 Code Composer Studio 2.21

选择菜单 Debug→Reset CPU。成功地启动了 CCS 后会出现如下窗口：

36

图 2.2.1 CCS 软件界面介绍

2．创建工程

(1) 创建新的工程文件选择菜单“Project”的“New…”项。

标题区，标明 CCS

启动方式菜单条

编译工具条

编辑工具条

调试工具条

工程管理

窗口

工作区，用户

文件管理

工作区中 C源程序编

辑窗口

工作区中

反汇编调

试窗口

工作区中数

据显示窗口

工作区中图

形显示窗口

编译运行结

果信息窗口

工作区中图

象显示窗口

工作区中

BIOS 设置

窗口

变量观察

窗口

37

图 2.2.2 创建工程文件

如下图，按编号顺序操作建立 volume.pjt 工程文件：

图 2.2.3 新建工程

展开主窗口左侧工程管理窗口中“Projects”下新建立的“volume.pjt”，其

各项均为空。 (2)在工程文件中添加程序文件：

选择菜单“Project”的“Add Files to Project…”项；在“Add Files to Project”对话框中选择文件目录为 d:\dsp\t1\volume,选择显示出来的文件“volum.c”；重

复上述各步骤；添加 D:\dsp\t1\volume\volume.cmd 文件到 volum 工程中；添加 D:\dsp\t1\volume\rts2800_ml.lib。

(3)编译连接工程：选择菜单“Project”的“Rebuild All”项，或单击工具条中的按

钮；注意编译过程中 CCS 主窗口下部“Build”提示窗中显示编译信

息，后将给出错误和警告的统计数。

① 输入新建工程名 volume

②单击此按钮，选择工程所在目

录为 D:\dsp\t1\volume

③单击完

成设置

38

3．编辑修改工程中的文件

(1)查看工程文件展开 CCS 主窗口左侧工程管理窗中的工程各分支，可以看到“volume.pjt”

工程中包含“volume.h”、“rts2800.lib”、“volume.c”和“volume.cmd”文件，其中

第一个为程序在编译时根据程序中的“include”语句自动加入的。 (2)查看源文件

*双击工程管理窗中的“volume.c”文件，可以查看程序内容。可以看到，

用标准 C 语言编制的程序，大致分成几个功能块： -头文件。描述标准库程序的调用规则和用户自定义数据、函数头、数据

类型等。具体包含哪一个头文件，需要根据程序中使用了哪些函数或数据而定。

比如：如果程序中使用了 printf 函数，它是个标准 C 提供的输入/输出库函数，选

中“printf”关键字，按 Shift+F1 会启动关于此关键字的帮助，在帮助信息中可发

现其头函数为 stdio.h，那么在此部分程序中需要增加一条语句：#include “stdio.h”。 -工作变量定义。定义全局变量。 -子程序调用规则。这部分描述用户编制的子程序的调用规则。也可以写到

用户自己编制的.h 文件中去。 -主程序。即 main()函数。它可分为两部分：变量定义和初始化部分、主循

环部分。主循环部分完成程序的主要功能。 -用户自定义函数。这个程序是一个音频信号采集、处理输出的程序。程序的主循环中调用自

定义的函数 read_signals 来获得音频数据并存入输入缓存 inp_buffer 数组；再调用

自定义函数 write_buffer 来处理音频数据并存入输出缓存；output_signals 将输出缓

冲区的数据送输出设备；后调用标准 C 的显示信息的函数 printf 显示进度提示信

息。整个系统可以完成将输入的音频数据扩大 volume 倍后再输出的功能。 read_signal 子程序中首先应有从外接 AD 设备获得音频数据的程序设计，

但此例中由于未采用实际 AD 设备，就未写相应控制程序。此例打算用读文件的

方式获得数据，模拟代替实际的 AD 输入信号数据。 write_buffer 子程序中首先将输入缓冲区的数据进行放大处理，即乘以系数

volume，然后放入输出缓冲区。 output_signals 函数完成将处理后的设备输出的功能，由于此例未具体操作

硬件输出设备，所以函数中未写具体操作语句。 *双击工程管理窗中的“volume.h”文件，打开此文件显示，可以看到其中

有主程序中要用到的一些宏定义如“BUF_SIZE”等。 *volume.cmd 文件定义程序所放置的位置，此例中描述了 F2812-A 评估板

的存储器资源，指定了程序和数据在内存中的位置。比如：它首先将 ICETEK-F2812-A 评估板的可用存储器分为八个部分，每

个区给定起始地址和长度(区域地址空间不允许重叠)；然后指定经编译器编译后产

39

生的各模块放到哪个区。这些区域需要根据评估板硬件的具体情况来确定。 (3)编辑修改源文件及编译程序

打开“volume.c”，找到“main()”主函数，将语句“input=inp_buffer;”后的分号去掉，这样程序中就出现了一个语法错误；重新编译连接工程，可以发

现编译信息窗口出现发现错误的提示；双击红色错误提示，CCS 自动转到程序中

出错的地方；将语句修改正确(将语句末尾的分号加上)；重新编译；注意，重新编

译时修改过的文件被 CCS 自动保存。 (4)修改工程文件的设置

40

图 322.4 修改工程文件通过以上设置操作，重新编译后，程序中的用户堆栈的尺寸被设置成 1024

个字。

4．基本调试功能

(1)下载程序：执行 File Load Program ,在随后打开的对话框中选择刚刚建立

的 D:\dsp\t1\volume\Debug\volume.out 文件。 (2)设置软件调试断点：在项目浏览窗口中，双击 volume.c 激活这个文件，移

动光标到 main()行上，单击鼠标右键选择 Toggle Breakpoint 或按 F9 设置断

点(另外，双击此行左边的灰色控制条也可以设置或删除断点标记)。 (3)利用断点调试程序：选Debug Run或按F5运行程序，程序会自动停在main()函数上。 ①按 F10 执行到 write_buffer()函数。 ②再按 F8，程序将转到 write_buffer 函数中运行。 ③此时，为了返回主函数，按 shift-F7 完成 write_buffer 函数的执行。 ④再次执行到 write_buffer 一行，按 F10 执行程序，对比与 F8 执行的不同。提示：在执行 C 语言的程序时，为了快速的运行到主函数调试自己的代码，

可以使用 Debug Go main 命令，上述实验中的使用的是较为繁琐的一种方法。

5．使用观察窗口

(1)执行 View Watch Window 打开观察窗口。 (2)在 volume.c 中，用鼠标双击一个变量(比如 num)，再单击鼠标右键，选择

“Quick Watch”，

①选择菜单

②选择菜单项

③单击此卡片

④输入参数

⑤单击完

成设置

41

CCS 将打开 Quick Watch 窗口并显示选中的变量。 (3)在 volume.c 中，选中变量 num，单击鼠标右键，选择“Add to Watch Window”，

CCS 将把变量添加到观察窗口并显示选中的变量值。 (4)在观察窗口中双击变量，则弹出修改变量窗口。此时，可以在这个窗口中改

变变量的值。 (5)把 str变量加到观察窗口中,点击变量左边的”+”,观察窗口可以展开结构变量,

并且显示结构变量的每个元素的值。 (6)把 str 变量加到观察窗口中；执行程序进入 write_buffer 函数，此时 num 变

量超出了作用范围，可以利用 Call Stack 窗口察看在其他函数中的变量： ①选择菜单 View Call Stack 打开堆栈窗口。 ②双击堆栈窗口的 main()选项,此时可以察看 num 变量的值。

6．文件输入/输出

下面介绍如何从 PC 机上加载数据到 DSP 上。用于利用已知的数据流测试算

法。在完成下面的操作以前，先介绍 Code Composer Studio 的 Probe（探针）断点，

这种断点允许用户在指定位置提取/注入数据。Probe 断点可以设置在程序的任何

位置，.当程序运行到 Probe 断点时，与 Probe 断点相关的事件将会被触发，当事

件结束后，程序会继续执行。在这一节里，Probe 断点触发的事件是：从 PC 机

存储的数据文件中的一段数据加载到 DSP 的缓冲区中。 (1)在真实的系统中，read_signals 函数用于读取 A/D 模块的数据并放到 DSP 缓

冲区中。在这里，代替 A/D 模块完成这个工作的是 Probe 断点。当执行到

函数 read_signals 时，Probe 断点完成这个工作。 ①在程序行 read_signals(input);上单击鼠标右键选择“Toggle breakpoint”，设

置软件断点。 ②再在同一行上单击鼠标右键，选择“Toggle Probe Point”，设置 Probe 断点。

(2) 执行以下操作

42

图 2.2.5 设置 file io 文件此时,已经配置好了 Probe 断点和与之关联的事件.进一步的结果在下面实验

中显示。

9．图形功能简介

下面我们使用 CCS 的图形功能检验上一节的结果。首先进行下面设置操作：

①选择菜单

②选择菜单项

③ 单击选择数据文件：

D:\dsp\t1\volume\sine2.dat

④输入放

置地址

⑤输入读取

数据个数

⑥单击复选此框

⑦单击设置

断点关联

⑧单击选中此项

⑩单击

此按钮

⑨单击并选

择 sine2.dat 后 ,单击此按

钮结束设置

后,单击此按

钮结束设置

①选择菜单

②选择此

菜单项

③修改名称 ④输入数据

起始地址

⑤输入数

据个数

⑥修改数

据类型 ⑦单击按钮

完成设置

43

图 2.2.6 设置图形显示功能

-在弹出的图形窗口中单击鼠标右键，选择“Clear Display”。 -按 F12 运行程序.观察 input 窗口的内容。

10．退出 CCS 。

11．实验结果通过对工程文件“volume”的编译、执行后得到结果的图形显示如下：

图 2.2.7 结果显示

44

第 3 章 FIR 滤波实验

3.1 实验目的掌握 FIR 滤波器的原理、特性和 DSP 汇编实现方法

3.2 实验要求 1．理解 FIR 滤波器的原理和实现方法； 2．实验提供数据文件，建立工程并编写源程序，源程序采用汇编语言编写，

利用编写的 FIR 滤波程序对数据进行滤波； 3．运行程序观察、分析滤波前后信号的时域、频域特性。

3.3 实验原理 FIR 滤波具有稳定和线性相位等优点，FIR 滤波器的原理和设计方法可参考有

关的《数字信号处理》教材。实现方法：上课的 ppt、给出流程图；程序正确性验证方法：FIR 滤波器实验的参考程序提供了一个三频迭加的信

号，参考程序采用块 FIR 低通滤波器，滤除两个高频分量，而只保留低频分量。 3.4 实验环境

硬件环境： PC 机； SEED-XDSUSB2.0 仿真器（可选其它型号）； SEED-DEC5502 开发板（可选其它型号）。软件环境： Windows XP 或 Windows 2000 操作系统； CCS v3.1 集成开发环境（可选其它版本）。

3.5 实验内容、步骤

3.5.1 信号的量化

输入数据及滤波器系数

3.5.2 实验步骤

1．配置 CCS 仿真环境并运行 CCS 2．创建新工程 3．编写、添加源文件、库文件和链接命令文件（1）编写源代码并加入工程，源代码由 1 个 C 语言文件和 1 个汇编语言文件，

源程序可参考附录 1？。（2）编写链接命令文件并加入工程，编写链接命令文件可参考附录 2？；也

可以不编写链接命令文件，编译、链接时 CCS 会根据处理器选用默认的配置进行

45

编译、链接。（3）加入 C 语言运行支持库“rts28xx.lib”。 4．编译、链接并运行（1）编译、链接工程。（2）加载可执行文件。（3）运行程序。（4）比较输入、输出的波形和频谱。（5）动画运行，观察输入、输出的波形和频谱的连续变化。（6）改变参数，运行，观察、分析运行结果。

3.5.3 数据记录、处理

（1）利用 CCS 图形功能显示输入数据“input”的波形和幅度谱，如图 3.0.1所示，图形的设置如图 3.0.2 所示，可以看出输入信号是三个单频信号的叠加。

图 3.0.1 FIR 滤波器实验的波形显示（1）

46

图 3.0.2 FIR 滤波器实验的图形设置（1）（2）利用 CCS 图形功能显示 FIR 滤波器“LP_h”的冲激响应和传输函数，如

图 3.0.3 所示，图形的设置如图 3.0.4 所示，可以看出输入信号时线性调频波。


47

图 3.0.4 FIR 滤波器实验的图形设置（2）（3）利用 CCS 图形显示输入信号“in”的波形和幅度谱，输出信号“out”的

波形和幅度谱，图形和图形的设置如所示图 3.0.5、图 3.0.6、图 3.0.7 和图 3.0.8。


48

图 3.0.6 FIR 滤波器实验的图形设置（3）


49

图 3.0.8 FIR 滤波器实验的图形设置（4） 3.6 附录

3.6.1 附录 a

/*------------------------------------------------------------------- exp4a.c - 块 FIR 滤波器实验 -------------------------------------------------------------------*/ #define M 128 /* 输入数据数量 */ #define L 48 /* FIR 滤波器阶数 */ #define SN L /* 信号缓冲区大小 */ extern unsigned int fir(int *, unsigned int, int *, unsigned int, int *, int *, unsigned int); /* 定义 DSP 系统存储器中的段 */ #pragma DATA_SECTION(LP_h, "fir_coef"); #pragma DATA_SECTION(x, "fir_data"); #pragma DATA_SECTION(index, "fir_data"); #pragma DATA_SECTION(out, "output"); #pragma DATA_SECTION(in, "input"); #pragma DATA_SECTION(input, "input"); #pragma CODE_SECTION(main, "fir_code"); #include "input4.dat" /* 样本数据 */

50

/* FIR 低通滤波器系数 */ int LP_h[L]= -6,28,46,27,-35,-100,-93,26,191,240,52,-291,-497,-278, 337,888,773,-210,-1486,-1895,-442,2870,6793,9445, 9445,6793,2870,-442,-1895,-1486,-210,773,888,337, -278,-497,-291,52,240,191,26,-93,-100,-35,27,46,28,-6; int x[SN]; /* 信号缓冲区 */ unsigned int index; /* 信号缓冲区索引 */ int out[M]; /* 输出缓冲区 */ int in[M]; /* 输入缓冲区 */ void main(void) unsigned int i,j; /* 初始化滤波器数据缓冲区 */ for (i=0; i<SN;i++) x[i]=0; index = 0; /* 对输入数据进行块 FIR 滤波 */ j=0; for (;;) for (i=0; i<M; i++) in[i]=input[j++]; /* 将样本数据放到输入缓冲区 */ if (j == 160) j=0; //index=fir(in,M,LP_h,L,out,x,index); /* FIR 滤波 */ index=fir(in,M-1,LP_h,L-1,out,x,index);/* M 表示输入数据段长度 */ //L 表示滤波器的阶数，作为汇编循环的计数器，事先减 1

51

3.6.2 附录 b

;------------------------------------------------------------------- ; fir.asm - 块 FIR 滤波 ; ; 函数原型: unsigned int fir(int *, unsigned int, int *, unsigned int, ; int *, int *, unsigned int); ; 入口参数:1. XAR4 - 输入缓冲区指针 ; 2. AL - 输入缓冲区大小 ; 3. XAR5 - FIR 滤波器系数指针 ; 4. AH - FIR 滤波器阶数 ; 堆栈存储： ; 1. -空单元 ; 2. -32bit 的 RPC ; 3. -32bit 的输出缓冲器指针 ; 4. -32bit 的信号缓冲区指针 ; 5. -16bit 的信号缓冲区索引 ; 出口参数: AL = 信号缓冲区索引 ;------------------------------------------------------------------- .def _fir .sect "fir_code" .bss inptr ,2 .bss LP_h ,2 .bss outptr ,2 .bss xptr ,2 .bss smplen ,1 .bss fltord ,1 .bss index,1 ;in,M=128,80H,LP_h,L=48,30H,out,x,index _fir ;-------------------------- 参数传递 1 ------------------------------ ; SETC AMODE ; .lp_amode ; POP P ;弹出程序返回地址寄存器 PRC ; MOVW DP,#inptr ; MOVL @@inptr, XAR4 ; MOVL @@LP_h, XAR5

52

; MOV @@smplen,AL ; MOV @@fltord,AH ; POP ACC ; MOVL @@outptr,ACC ; POP ACC ; MOVL @@xptr,ACC ; POP @@index ; PUSH @@index ; PUSH ACC ; PUSH ACC ; PUSH P ;压入程序返回地址寄存器 PRC ;-------------------------- 参数传递 1 ------------------------------ ;-------------------------- 参数传递 2 ------------------------------ MOVW DP,#inptr MOVL @inptr, XAR4 ;第一个指针通过 XAR4 传递 MOVL @LP_h, XAR5 ;第二个指针通过 XAR5 传递 MOV @smplen,AL ;第一个 16bit 的数据通过 AL 传递 MOV @fltord,AH ;第二个 16bit 的数据通过 AH 传递 MOVL ACC,*-SP[4] ;第三个指针通过堆栈传递，堆栈存储的后一个

数据是 RPC 值 MOVL @outptr,ACC MOVL ACC,*-SP[6] ;第四个指针通过堆栈传递 MOVL @xptr,ACC MOV AL,*-SP[7] ;第三个 16bit 的数据通过堆栈传递 MOV @index,AL ;-------------------------- 参数传递 2 ------------------------------ SETC AMODE ;采用 c2x_lp 模式，对处理数据段的起始地址

没有要求 .lp_amode SETC SXM,OVM ;设置饱和模式 SPM 1 ;左移一位

53

.asg XAR4, XAR_inptr MOVL XAR_inptr,@@inptr ;XAR4 指向输入数据数组 .asg XAR6, XAR_xptr MOVL XAR_xptr, @@xptr ;指向当前处理的数据数组，或数据缓冲 MOV AL, @@index MOV AH, @@fltord MOVL XAR1, ACC ; 设置用于循环寻址的辅助寄存器

XAR1,D0~D16 与 D16~D31 比较 .asg XAR3, XAR_outptr MOVL XAR_outptr,@@outptr ;指向输出数组，处理结果数据 MOVZ AR0,@@smplen fltLoop: .asg XAR7, XAR_LP_h MOVL XAR_LP_h, @@LP_h ;指向滤波器数组 ZAPA ; Zero the ACC, P registers and OVC counter RPT @@fltord ||MAC P,*+XAR_xptr[AR1%++],*XAR_LP_h++ ;ACC=ACC+P<<PM,P=[loc16]*prog[*XAR7++] ADDL ACC, P<<PM MOVH *XAR_outptr++, ACC MOV AL,*XAR_inptr++ ;从输入数组中读取新的样本 MOV *+XAR_xptr[AR1%++],AL ;把该样本写入处理数组的老样本所在的位

置 BANZ fltLoop,AR0-- MOV AL,AR1 ;输出参数通过 AL 输出 CLRC AMODE .c28_amode LRETR .end

54

3.6.3 附录 c

-stack 200H MEMORY PAGE 0 : PRAMH0 : origin = 0x3f8000, length = 0x002000 PAGE 1 : /* SARAM */ RAMM0 : origin = 0x000000, length = 0x000400 RAMM1 : origin = 0x000400, length = 0x000400 /* SARAM */ DRAMH0 : origin = 0x3f8B00, length = 0x00200 SRAM : origin = 0x100000, length = 0x10000 SECTIONS /* Allocate program areas: */ .reset : > PRAMH0, PAGE = 0 .text : > PRAMH0, PAGE = 0 .cinit : > PRAMH0, PAGE = 0 /* Allocate data areas: */ .stack : > RAMM1, PAGE = 1 .bss : > SRAM, PAGE = 1 .ebss : > SRAM, PAGE = 1 .const : > DRAMH0, PAGE = 1 .econst : > DRAMH0, PAGE = 1 .sysmem : > SRAM, PAGE = 1 fir_data : > SRAM , PAGE = 1 fir_coef : > SRAM , PAGE = 1 /* user defined sections */ input : > SRAM , PAGE = 1

55

output : > SRAM align 0x4 , PAGE = 1/* word boundary alignment */ fir_code : > SRAM , PAGE = 1 isrs : > SRAM , PAGE = 1

56

第4章 FFT频谱分析实验

4.1 实验目的掌握使用TMS320LF2407A实现FFT频谱分析功能；

掌握TMS320LF2407A的ADC采样功能；

掌握TMS320LF2407A的基本软件的编写；

掌握CCS开发环境平台。

4.2 实验内容 DSP的初始化配置；

ADC采样设置、FFT分析参数设置；

使用CCS开发环境平台观察实验结果。

4.3 实验的软件流程程序流程如图所示。4.3.1

4.4 实验步骤 FFT实验是通过对一个输入的数据波形，进行FFT运算的实验。

1)如果你的软件安装在C 盘的根目录下，那么实验程序目录应该是

C:\ti\myprojects\FFT\（或者X\ti\myprojects\ FFT \，其中X代表CCS的安装目录）；

2）Code Composer Studio 主界面中打开Project 选项选择New 选项；

3）在Save New Project 对话框中，选择实验程序所在的工作目录。在文件名

编辑框中输入fft做为项目名称，建立工程项目文件fft.pjt；

4）打开“Project”选项，选择“Add file to project”，在随后打开的窗口中改

变“文件类型”为（*s*,*.a*）选择所有汇编语言文件，并按“打开”按钮；

5）打开“Project”选项，选择“Add file to project”，在随后打开的窗口中改

变“文件类型”为Linker Command File（*.cmd）选择fft.cmd并按“打开”按钮。

在project options linker中，把Autoinit Model选项改

为Run-time autoinitialization；

6）屏幕左侧的窗口是Project List，单击列表项旁的“+”展开Project、fft.pjt和Source项,观察上述文件是否都被包含到项目中；

注意：项目浏览器,如果在屏幕上看不到项目浏览器,请打开“View”选项，选

择“Projects”项目。如果项目浏览器已经打开，但看不到项目文件，在项目浏览

器窗口下的“File”标签上单击。

7）Code Composer Studio可以自动的保存工程项目的状态。你可以使用

“Project”下的“Open”打开一个工程项目文件的同时，恢复上次退出Code Composer Studio时工作环境的设置值；

8）打开“Project”选项，选择“Rebuild all”选项，Code Composer Studio重新编译和链接这个工程项目，整个的处理过程在屏幕下方的“Message”窗口中返

回信息，当改变了设置后必须重新编译所有的文件； 9）打开“File”选项，选择

57

“Load Program”选项，在“Load Program” 对话框中，选中新建目录下的fft.out文件，此时，Code Composer Studio将把这个目标文件装载到LF2407 实验箱系统中，

同时，Code Composer Studio打开反汇编窗口显示被加载程序的汇编指令码；

图 4.3.1 FFT 实验的软件流程

10）在FFTTest.c文件中的两条 asm(" nop")语句处设置断点，然后打开

“Debug”选项，选择“Run”选项或按F5运行程序。到第一个断点处停止后，打

开“File”菜单中，选择“Data Load”选项，在“Data”对话框中

选择“SinWaveWithNoiseforFFT512.dat”文件，并进行如下设置(其它项取默认值)： Address:0x800E（即对input数组的首元素地址，可以通过观察窗口得到）

58

Lenth:512 Page: data 11）打开View选项，选择Graph下的Time/Frequency选项；

12）在Graph Property 对话框中，修改以下选项为当前值：

Graph Title ：input Start Address ：0x800E（input数组的首元素地址，可以通过观察窗

口得到）

Acqusition Buffer Size ：512 Display Data Size ：512

13）重复12的工作，修改

Graph Title ：Spectrum Acqusition Buffer Size

：257

Display Data Size ：257 Start Address ：0x8280（mag数组的首元素地址，可以通过观察窗口得

到）

14）在input显示窗口中可看到input.dat是一个带有干扰量的正弦波输入，再次

选择“Run”选项或按F5运行程序，到第二个断点处停止后，就可以在Spectrum窗

口中观察到fft运算后的频谱波形；

15）打开“Debug”选项，选择“Halt”选项或按Shift-F5终止实验结果。

16）重复上述过程，但是将“SinWaveWithNoiseforFFT512.dat”替换成

“input.dat”，观察两次频谱的区别（由于信号频率的变化，造成非整周期采样带

来的影响等）。

17）练习通过Probe Points来实现在断点处输入数据后继续执行程序的高级调试

功能。

4.5 附录

4.5.1 附录 a

/*------------------------------------------------------------------- exp3a.c - Example to test FFT -------------------------------------------------------------------*/ #include <math.h>

浮点复数头文件#include "fcomplex.h" /* */ 点浮点实验数据#include "input3_f.dat" /* 1664 */

extern void fft(complex *, unsigned int, complex *, unsigned int); extern void bit_rev(complex *, unsigned int);

59

点数#define N 128 /* FFT */

#define EXP 7 /* EXP=log2(N) */ #define pi 3.1415926535897

输入缓冲区complex X[N]; /* */ 旋转因子表complex W[EXP]; /* e^(-j2pi/N) */

临时数据complex temp; /* */ 功率谱float spectrum[N]; /* */ 参考缓冲区float re1[N],im1[N]; /* */

void main() unsigned int i,j,L,LE,LE1;

计算旋转因子表 /* */ for (L=1; L<=EXP; L++)

子的点数 LE=1<<L; /* LE=2^L= DFT */ LE1=LE>>1; 子中的蝶形运算数 /* DFT */ W[L-1].re = cos(pi/LE1); W[L-1].im = sin(pi/LE1); j=0; for (;;) for (i=0; i<N; i++)

将实验数据放入输入缓冲区 /* */ X[i].re = input3_f[j++]; X[i].im = 0;

复制数据到参考缓冲区 /* */ re1[i] = X[i].re; im1[i] = X[i].im;

判断是否到达数据文件的末尾 /* */ if (j==1664) j=0;

60

启动 /* FFT */

位倒序排列输入缓冲区中的数据 bit_rev(X,EXP); /* */ fft(X,EXP,W,1); 运算 /* FFT */

计算功率谱，验证结果 /* FFT */ for (i=0; i<N; i++) temp.re = X[i].re*X[i].re; temp.im = X[i].im*X[i].im; spectrum[i] = ( temp.re+temp.im ) * 4;

4.5.2 附录 b

/*------------------------------------------------------------------- fbit_rev.c - 把输入样本安排成位倒序，j 是 i 的位倒序 -------------------------------------------------------------------*/ #include "fcomplex.h" /* 浮点复数头文件 */ void bit_rev(complex *X, int EXP) unsigned int i,j,k; unsigned int N=1<<EXP; /* FFT 点数 */ unsigned int N2=N>>1; complex temp; for (j=0,i=1;i<N-1;i++) k=N2; while(k<=j) j-=k; k>>=1; j+=k;

61

if (i<j) temp.re = X[j].re; temp.im = X[j].im; X[j].re = X[i].re; X[j].im = X[i].im; X[i].re = temp.re; X[i].im = temp.im;

4.5.3 附录 c

/*------------------------------------------------------------------- fft_float.c - 浮点复数基 2 时分 FFT 运算，输出改写输入缓冲区 -------------------------------------------------------------------*/ #include "fcomplex.h" /* 浮点复数头文件 */ void fft(complex *X, unsigned int EXP, complex *W, unsigned int SCALE) complex temp; /* 临时数据 */ complex U; /* 逊转因子 W^k */ unsigned int i,id,j; unsigned int N=1<<EXP; /* FFT 点数 */ unsigned int L; /* FFT 的级 */ unsigned int LE; /* L 级中子 DFT 的点数 */ unsigned int LE1; /* L 级中子 DFT 的蝶形运算数 */ float scale; scale = 0.5; if (SCALE == 0) scale = 1.0; /* FFT 蝶形运算 */ for (L=1; L<=EXP; L++)

62

LE=1<<L; LE1=LE>>1; U.re = 1.0; U.im = 0.0; for (j=0; j<LE1;j++) for(i=j; i<N; i+=LE) id=i+LE1; temp.re = (X[id].re*U.re - X[id].im*U.im)*scale; temp.im = (X[id].im*U.re + X[id].re*U.im)*scale; X[id].re = X[i].re*scale - temp.re; X[id].im = X[i].im*scale - temp.im; X[i].re = X[i].re*scale + temp.re; X[i].im = X[i].im*scale + temp.im; /* 递推计算旋转因子 */ temp.re = U.re*W[L-1].re - U.im*W[L-1].im; U.im = U.re*W[L-1].im + U.im*W[L-1].re; U.re = temp.re;

水声学原理与换能器基阵

实验指导书

戚茜，陈航


1

内容提要

本书分两部分，第一部分介绍水下电声测量的基础知识。第二部分为实验指导书。书末附

录还给出实验中使用的主要仪器设备简介，可供参考。

第一部分基础知识部分介绍了水声测量的任务与内容，特点与分类，水声换能器的概念与

效率，水声换能器的主要性能参数；第二部分为实验指导，有五个实验内容，包括水声换能器

阻抗特性的测量、水声换能器自由场发射电压响应的测量、水声换能器的接收电压灵敏度测量、

水声换能器的指向性测量及目标参数估计等。

2

目录

第一部分基础知识 1

1 水声测量的任务与内容.......................................................................................................................1 2 水声测量的特点与分类.......................................................................................................................1

2.1 特点 ................................................................................................................................................1 2.2 分类 ................................................................................................................................................2

3 水声换能器的概述...............................................................................................................................2 3.1 换能器的概念 ................................................................................................................................2 3.2 换能器的效率 ................................................................................................................................2

4 水声换能器的主要性能参数 ...............................................................................................................3

第二部分实验指导书 6

实验一水声换能器阻抗特性的测量 6

一、实验目的 ..........................................................................................................................................6 二、实验原理 ..........................................................................................................................................6

1．水声换能器的阻抗特性 ................................................................................................................6 2．谐振点 ............................................................................................................................................9

3．机械品质因素 mQ 和频带宽度 fΔ ...............................................................................................9

4．空气中的阻抗特性 ......................................................................................................................10 5．换能器集中等效参数的计算.......................................................................................................11

三、实验仪器及设备 ............................................................................................................................12 四、实验内容 ........................................................................................................................................12 五、实验报告 ........................................................................................................................................13

实验二水声换能器自由场发射电压响应的测量 15

一、实验目的 ........................................................................................................................................15 二、实验原理 ........................................................................................................................................15 三、实验仪器及设备 ............................................................................................................................16 四、实验内容 ........................................................................................................................................16 五、实验报告 ........................................................................................................................................17

3

实验三水声换能器的接收电压灵敏度测量 19

一、实验目的 ........................................................................................................................................19 二、实验原理 ........................................................................................................................................19 三、实验仪器 ........................................................................................................................................21 四、实验内容 ........................................................................................................................................21 五、实验报告 ........................................................................................................................................22

实验四水声换能器的指向性测量 23


实验五目标参数估计 29


附录实验中使用的主要仪器设备简介 32

1．AGILENT 4294A 精密阻抗分析仪 32

2．AGILENT 33250A 函数/任意波形发生器 32

3．TEKTRONIX TDS 3012 数字示波器 33

4．KEMO VBF 40 可编程 64 通道滤波放大器 33

5．B&K 8104 型标准水听器 34

1

第一部分基础知识

1 水声测量的任务与内容

水声测量是声学测量的一个分支。通常把利用各种方法对产生、发射、传输和接收水声信

号过程的各项测量称为水声测量，其内涵包括以下几个方面：

1．水下声场的基本参量(声压、质点振速、声强、声特性阻抗等)的测量；

2．各种声信号在水中传播、散射、衰减和吸收等规律的测量；

3．水下噪声测量；

4．水声领域使用的各种声学材料性能的测量；

5．水声换能器(声学设备)的测量与校准。

本测量实验涉及到上述 1 和 5 的内容，需要指出的是，“校准”是专指对水声换能器(声学

设备)的发射响应和接收灵敏度的计量工作，目前专门由水声计量中心进行。

2 水声测量的特点与分类

2.1 特点

主要考虑到水声测量与常规声学测量(空气中)的差别，体现在以下几个方面：

1．水声测量具有非常宽的频域，由 1Hz~ 610 Hz；

2．水的声阻抗较空气中声阻抗有很大差别， ( ) 3500c cρ ρ≈水气（），在声强相等的条件

下，水中的声压比空气中声压大了近 60 倍，对于相同频率的声波，二者的波长关系：

4.4λ λ≈水气。

3．水中使用的换能器与空气中使用的换能器有很大的差别，对于前者要求能够具有更大

的机械承受力。

2

2.2 分类

水声测量从计量标准上一般可分为一级测量(绝对校准)和二级测量(相对校准)；从测量方

式上又分为主动方式和被动方式两种类型，主动方式下声信号的产生和接收都是通过电声转换

由水声换能器实施和控制的，被动方式下声信号的产生是由某种非电声方法产生的(例如舰船

或其它待测件的辐射噪声等)。

3 水声换能器的概述

3.1 换能器的概念

换能器，顾名思义就是进行能量转换的仪器，是将一种形式的能量转换成另一种形式的装

置。作为科学名词的换能器有它普遍的严格定义，然而，通常所说的换能器一般指的是电声换

能器。凡能实现电能和声能间相互转换的换能器称为电声换能器。用来发射声波的换能器叫发

射器。换能器处在发射状态时，将电能转换为机械能，再转换成声能。用来接收声波的换能器

叫接收器，换能器处在接收状态时，将声能转换为机械能，再转换成电能。一般情况下，换能

器既能用来发射，也能用来接收。

按照实现机电转换的物理效应不同，将换能器分为：电动式、电磁式、磁致伸缩式、电容

式、压电式和电致伸缩式等。

3.2 换能器的效率

以发射换能器为例，发射换能器的工作原理是：

图 1 发射换能器的工作原理图

对于发射换能器首先是把电能转化为机械能，然后再将机械能转化为声能。由于在图中电

振荡和机械振荡过程中总要产生损耗，所以电功率上有一部分转换成机械功率，于是就需要一

个描述功率转换程度的物理量。通常使用三种效率来描述上述过程：机电效率、机声效率和电

3

声效率。

机电效率：

mem

e

WWη =

是换能器的机械功率 mW 与输入电功率 eW 之比；

机声效率：

ama

m

WWη =

是换能器辐射声功率 aW 与机械功率 mW 之比；

电声效率：

aea ma em

e

WWη η η= = ⋅

是换能器发射声功率与输入电功率之比。它可以由前面所测的参量计算出来。

4 水声换能器的主要性能参数

1．工作频率

换能器的工作频率是在特定的条件下依据声呐方程来选定的，并且其他一些重要的性能指

标如指向性、发射声功率和接受灵敏度等均随频率在变化。对于发射器来讲，一般皆使它工作

在谐振基频上以获得大功率发射和高效率特性。对于水听器来说，则希望它工作在具有平坦的

接受响应的频段上。

2．水声换能器(声呐系统)的阻抗特性

换能器的阻抗中包含有辐射阻抗，所以换能器的阻抗是与本身的电参数、机械阻抗以及所

在介质的声学特性有关。利用换能器的机电耦合网络可以求出等效阻抗。在换能器阻抗测量工

作中，本实验要求测出阻抗特性曲线。

3．自由场发射电压响应

自由场的概念：自由场是均、各向同性的，没有边界的媒质，当然在实际测量中都是获

得近似的自由场。

4

水声测量需要良好的自由场环境，对于实验室水池测量，由于水池壁的反射声波干扰难以

消除，测量环境比较复杂。本次水下电声测量实验主要采用消声水池来近似自由场进行有关实

验，消声水池长 20m，宽 8m，水深 7m，四周完全覆盖消声尖劈。水声测量的大前提是：水

声换能器或基阵置于线性工作范围内的远场及自由场的测量。

发射电压响应 vS 是衡量声系统向水中辐射声波能量性能优劣的重要参数。它是在确定的

频率下发射换能器(或换能器阵)在指定方向(声轴方向)上离其有效声中心 1 米处所产生的自由

场声压 fp 与换能器输入端的激励电压有效值 V 的比值。

4．自由场接收电压灵敏度

自由场电压灵敏度 oM 是用于声接收的水声换能器的自由场电压灵敏度，是指换能器输出

端的开路电压与声场中引入换能器前在放置换能器位置处的自由场声压的比值。

5．频带宽度和机械品质因素 mQ

频带宽度 fΔ 与品质因素有如下关系：0

1

m

fQ f

Δ= ，其中 0f 是机械共振频率。品质因素 mQ

与换能器的材料、结构尺寸、机械损耗及辐射阻抗有关，机械损耗和辐射阻抗愈大以及在共振

频率附近的等效质量愈小，则 mQ 愈低，带宽变宽。

6．换能器或基阵的指向性

(1)指向特性函数

指向性是指在某一特定频率上，换能器或基阵的接收灵敏度（或发射响应）相对于不同

方向的变化关系。对于互易换能器组成的阵来说，依据声场互易性，接受阵的指向特性函数与

发射阵的相同。

(2)锐度角和波束宽度

方向锐度角和波束宽度是评价换能器或基阵主瓣尖锐程度的参量。锐度角Θ，由主极大

两侧出现的第一个极小值之间的夹角Θ来确定；波束宽度 -3dBΘ ，由主极大的幅值下降到 0.707

倍处两边所夹的角Θ半功率点。类似的还有用 -6dBΘ 和 -10dBΘ 表示波束宽度。

5

(3)旁瓣级

旁瓣级是指对指向性图中大旁瓣幅值归一化的声级值。它反映了声系统抑制噪声干扰和

假目标的能力。对于发射阵来讲，旁瓣级的高低反应在旁瓣方向上占总辐射能量比例的多少。

还有一些参量：输入功率、辐射声功率、轴向声压等大都也可以由前述测量的物理量计算

得到。

6

第二部分实验指导书

实验一水声换能器阻抗特性的测量

一、实验目的

学会用阻抗分析仪测量水声换能器阻抗特性的方法。

二、实验原理

换能器的阻抗这一词时一定要与换能器的机电等效网络联系在一起，也就是说这个阻抗是

等效网络的等效阻抗。要注意区别声阻抗、辐射阻抗、换能器阻抗。

声阻抗：定义为声压与振速之比，反映了介质对声能量传播特性（瑞利）。

辐射阻抗：辐射面上介质的声阻抗对辐射表面取积分。

而换能器的阻抗中包含有辐射阻抗 RZ ，所以换能器的阻抗是与本身的电参数、机械阻抗

以及所在介质的声学特性有关。

1．水声换能器的阻抗特性

换能器的阻抗是指：输入端的输入电压与输入电流的比值，单位是欧姆( Ω )。对阻抗或导

纳的测量可以提供换能器与电子发射设备或电子接收设备之间的阻抗匹配数据，并能通过它来

计算其他的一些性能参数。换能器是一个分布参数系统，系统的各个部分都具有惯性、弹性和

消耗能量的性质，在指定的频率附近和指定振速情况下，通常我们把它等效成一个集中参数系

统，这里它在发射状态的等效集中参数机电图如下：

1:φ

图 1-1 换能器在谐振频率附近的等效集中参数机电图

7

图中V 是发射机加在换能器输入端的电压， 0R 为静态电阻（对于压电换能器来说是介质

损耗电阻）， 0C 为静态电容（电场束缚电容），φ 为机电转换系数（压电换能器是指压电的机

电转换系数）， mM 为等效质量， mC 为等效柔顺性， mR 为机械阻， RR 为辐射阻， SM 为共

振质量。整个换能器的阻抗可以分成三个部分：

(1)静态阻抗为

00 RZ = ∥ 200

2000

0 )(11

RcRcjR

cj

ωω

ω +−

=− (1-1)

(2)动态机械阻抗为

)1(m

mmm cjRZ

ωω −Μ+= (1-2)

(3)辐射阻抗为

R R SZ R jm ω= + (1-3)

于是上面图 1-1 机电等效网络变成图 1-2 和图 1-3：

V I

R0 C0

2mZ φ

2RZ φ

V I

Z 0 Zd

图 1-2 机电等效网络图图 1-3 等效电路图

dZ 称为动态阻抗，它是 mZ 和 RZ 通过机电耦合反映到电路中的等效阻抗，其值为：

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−

Μ+Μ+

+=

+=

m

SmRmRmd C

jRRZZ

Zωφφ

ωφφ 2222

1)( (1-4)

由于电路中二者( 0Z ， dZ )是并联的，所以用导纳表示更为方便。

静态导纳： 000

00011 Cj

RZjBGY ω+==+= (1-5)

8

其中静态电导为0

01

RG = ，静态电纳为 00 CB ω= 。

动态导纳： 1

d d dd

Y G jBZ

= + = (1-6)

其中动态电导： 22

2

1)()(

)(

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−Μ+Μ++

+=

mSmRm

Rmd

CRR

RRG

ωω

φ (1-7)

动态电纳： 22

2

1)()(

1)(

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−Μ+Μ++

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−Μ+Μ−

=

mSmRm

mSm

d

CRR

CB

ωω

ωωφ

(1-8)

换能器的总导纳为： 0t d t tY Y jY G jB= + = + (1-9)

其中总电导为 dt jGGG += 0 ，总电纳为 dt jBBB += 0 ，它们都是频率ω 的函数。

导纳随频率的变化曲线——导纳特性曲线如图 1-4 所示。图 1-4(a)表示为换能器总电导随

频率的变化曲线，图 1-4(b)表示为总电纳随频率的变化曲线，虚线表示静态电导 0G 和静态电

纳 0B ， 0f 对应机械谐振频率。

f

0G

G a

b

c

d

e

f

g

0f1f 2ff

B

0f1f 2f

l i m

nh

j

k0 0B Cω=

图 1-4(a) 换能器总电导随频率的变化曲线图 1-4(b) 换能器总电纳随频率的变化曲线

当在机械谐振频率时系统有大电导，由图可知：

线段bc 表示静态电导，即00 0( ) 1/f fG bc R= = = (1-10)

9

线段 ab 表示动态电导，即0

2

( )d f fm R

G abR R

φ= = =

+ (1-11)

线段 ac表示总电导，即0

2

0

1( )t f fm R

G acR R R

φ= = = +

+ (1-12)

机械谐振频率时电纳分析：

线段hi表示静态电导，即00 0 0( ) f fB hi Cω= = = (1-13)

此时它的动态电纳0

( ) 0d f fB = = ，所以总电纳0 00( ) ( )t f f f fB B hi= == =

2．谐振点

当换能器处于发射状态时，我们总是希望它工作在谐振频率附近（对于一个电谐振回路，

在谐振时，I 达到极大值。同样，对于一个机械谐振回路，在谐振点其机械振速 u 达到极大值），

这样就可以获得大功率发射并且肯定高效率，但是当换能器处于接收状态时，我们又总是要求

它有平坦的接收响应，当然它有可能工作在谐振点，也可能不在谐振点（这时接收的效率比较

低）。谐振是指换能器的机械系统达到谐振，这时 0dB = 。

3．机械品质因素 mQ 和频带宽度 fΔ

现在研究另两个频率 21 ff 和的物理意义。在这两个频率上，其动态电导分别用线段

fgde和来表示，大小为线段 ab 的一半，即

1

1

2 2

22

11

( )( ) 1( )2 2 ( )1( ) ( )

d f fm Rd f f

m Rm R m s

m

GR RG deR R

R R M mC

φ φ

ωω

==

+= = = =

+⎡ ⎤+ + + −⎢ ⎥

⎣ ⎦

2

2

2 2

22

22

( )( ) 1( )2 2 ( )1( ) ( )

d f fm Rd f f

m Rm R m s

m

GR RG fgR R

R R M mC

φ φ

ωω

==

+= = = =

+⎡ ⎤+ + + −⎢ ⎥

⎣ ⎦

(1-14)

由此可见 1 2f f和称为半功率点频率，经过计算可得

10

002 1 0

( )m R m s

m sm s m

R R M mR mM m Q

ωωω ω ω⎡ ⎤+ +

− = = =⎢ ⎥++ ⎣ ⎦ (1-15)

其中机械品质因素 0 2 1 0( ) /mQ f f f f f= − = Δ ， fΔ 是频带宽度。

4．空气中的阻抗特性

当换能器置于空气中时，其阻抗曲线与前大致相同，仅是此时的辐射声阻抗可以忽略，即

0=⋅+= ωsRR mjRZ ，如图 1-5 所示。

f0G

G a

b

c

d

e

f

g

'0f

'1f

'2f

'a

'b

'c

'd

'e

'f

'gf

B

0f1f 2fl i m

nh

j

k

0 0B Cω=

'1f

'0f

'2f

'h

'i

图 1-5 换能器总电导纳随频率的变化曲线

（实线表示水中的导纳曲线，点虚线表示空气中的导纳曲线）

00 0( ) 1/f fG b c R′= ′ ′= = (1-16)

0

2

( )d f fm

G a bRφ

′= ′ ′= = (1-17)

0

2

0

1( )t f fm

G a cR R

φ′= ′ ′= = + (1-18)

00 0 0( ) f fB h i Cω′= ′ ′ ′= = (1-19)

空气中得机械品质因素： ' '

0 0'

mm

m

f MQf R

ω′ = = (1-20)

11

5．换能器集中等效参数的计算

于是各等效集中参数如下：

由(1-10)式，得静态电阻（介质损耗电阻）为：bc

R 10 = (1-21)

由(1-13)式，得静态电容为 0

0 2 fhiCπ

= (1-22)

由(1-17)式，得机械损耗阻为 ba

Rm ′′=

2φ (1-23)

结合(1-11)和(1-17)式，得辐射阻为

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

′′−=

baabRR

112φ (1-24)

由(1-20)式，得等效质量

2 2 ' ' 20

' '0 0 02 2 2

m m mm

Q R Q f fMf a b f a b f a b

φ φ φω π π π′ ′

= = = =′ ′ ′ ′ ′ ′ ′ ′⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅Δ ⋅

(1-25)

在空气中的机械谐振频率： 01'

m mCω =

Μ (1-26)

等效柔顺性： 2 2 20 0 0 0

1 ' ' ' ' ' ' '' ' 2 ' 2 ( ' )m

m m m

a b a b a b fCQ f Q fω ω φ π φ π φ

Δ= = = =

′ ′Μ (1-27)

由(1-12)式，得输入电功率为，2

e tP V G= ⋅

22 2

0

1

m R

V V acR R R

φ⎛ ⎞= + =⎜ ⎟+⎝ ⎠

(1-28)

由(1-11)式，得机械功率为，2

2 2 2m d

m R

P V G V V abR R

φ⎛ ⎞= = =⎜ ⎟+⎝ ⎠

(1-29)

辐射声功率是在辐射阻 RR 上所消耗的功率。由2

2' Ra

RP Iφ

= 和'

dI V G= ⋅ =2

m R

VR R

φ⋅

+

得辐射声功率为

12

242 2

2 2 2( ) ( )R R

am R m R

R RP V VR R R R

φφφ

= ⋅ =+ +

2 22 2

2 2 2 22 2

2

1

1 11 1

1' '

mR

m R m R m R m R

m R m m R mm R m R

RRV VR R R R R R R R

V VR R R R R RR R R R

abV aba b

φ φ

φ φ φ φ

⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ⋅ = ⋅ −⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟+ + + +⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠

⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ⋅ − = −⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟+ ++ +⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠

⎛ ⎞= −⎜ ⎟

⎝ ⎠

(1-30)

相应地，可得效率：

机电效率 mem

e

W abW ac

η = = (1-31)

机声效率 1' '

ama

m

W abW a b

η = = − (1-32)

电声效率 1' '

aea

e

W ab abW ac a b

η⎛ ⎞

= = −⎜ ⎟⎝ ⎠

(1-33)

三、实验仪器及设备

1．阻抗分析仪一台；

2．水声换能器一个。

四、实验内容

1．阻抗特性测量

用阻抗分析仪分别对置于水中和空气中的换能器进行阻抗测量，改变频率值测得数据并予

以记录。

2．水声换能器的阻抗特性曲线

水声换能器的总电导 tG ，总电纳 tB 都是频率ω 的函数。在换能器阻抗特性测量工作中，

要求测出导纳随频率的变化曲线——阻抗特性曲线。本实验，要求分别给出 15kHz~35kHz 频

13

率范围内，测量步长为 1kKz 的水中和空气中水声换能器导纳随频率变化的阻抗特性曲线。

3．谐振点

对于一个电谐振回路，在谐振时，I 达到极大值。同样，对于一个机械谐振回路，在谐振

点其机械振速 u 达到极大值。谐振是指换能器的机械系统达到谐振，这时 0dB = ，要求记录

谐振点的位置。

五、实验报告

1．测出 15kHz～35kHz 频率范围内，测量步长为 1kHz，相应的水声换能器的电导 tG 和

电纳 tB ；并记录谐振点。

将水声换能器分别置于水中和空气中时，从阻抗分析仪上读出的数据填入表 1-1 和表 1-2，

并记录谐振点。

表 1-1 水中换能器阻抗

(kHz)f 15 16 17 18 19 20 21

电导 ( )tG sμ

电纳 ( )tB ms

(kHz)f 22 23 24 25 26 27 28

电导 ( )tG sμ

电纳 ( )tB ms

(kHz)f 29 30 31 32 33 34 35

电导 ( )tG sμ

电纳 ( )tB ms

14

由阻抗分析仪读出谐振点： 0f ＝______kHz ； tG ＝______ sμ ； tB ＝______ms。

表 1-2 空气中换能器阻抗

(kHz)f 15 16 17 18 19 20 21

电导 ( )tG sμ

电纳 ( )tB ms

(kHz)f 22 23 24 25 26 27 28

电导 ( )tG sμ

电纳 ( )tB ms

(kHz)f 29 30 31 32 33 34 35

电导 ( )tG sμ

电纳 ( )tB ms

由阻抗分析仪读出谐振点： 0f ＝______kHz ； tG ＝______ sμ ； tB ＝______ms。

2．分别绘制水中和空气中水声换能器的阻抗特性曲线。

15

实验二水声换能器自由场发射电压响应的测量

一、实验目的

水声换能器自由场发射电压响应的测量。

二、实验原理

发射电压响应 vS 是衡量声系统向水中辐射声波能量性能优劣的重要参数，它定义为：在

确定的频率下发射换能器(或换能器阵)在指定方向(声轴方向)上离其有效声中心 1 米处所产生

的自由场声压 fp 与换能器输入端的激励电压有效值V 的比值：

)/()1( 0 vmPa

Vdmp

S fV ⋅

⋅= (2-1)

参考距离 0d =1m。 vS 的分贝表示称为发射电压响应级：

)()(

lg20 dBS

SLSrefV

VV = (2-2)

其中，基准值 ( ) 1v ref aS P m vμ= ⋅ 。

通常情况下，距声中心 1m 处的自由场声压 fp (1m)值在测量上不可实现，原因在于此处

可能处于发射区的菲涅尔区（近场区）或是处于基阵内部，测量结果无意义，所以通常做法是

先通过测量远场 d 米处的自由场球面波声压 ( )fp d ，然后依据球面波声压与距离成反比的规

律，把实测值折算到 1m 处的声压值。参考距离 d0 处的自由场声压 pf (1m)通过 d 米处轴向声

压 pf(d)的测量完成，折算关系式如下：

( )(1 ) ( ) ( )ochf f

oh

e dp m p d d d PaM

= ⋅ = ⋅ (2-3)

式中， ohM 为标准水听器的接收电压灵敏度， ( )oche d 为标准水听器输出端测得电压有效

值，d 就是测量距离。这样发射电压灵敏度级按其定义式就可写

16

)()/(1

lg201

lg20)(lg20)(

)(lg20 dBpav

Mmd

Vde

SMVddeLS ohoch

refVoh

ochV μ

−+=⋅⋅

⋅= (2-4)

其中， 20lg1( / )

ohMv Paμ

就是标准水听器的灵敏度级 ohM L ，如果标准水听器采用

B&K-8100 型，其灵敏度级在所测量的频段为-206～-208.5(dB)。测量标准水听器输出端电压时

信号经由 Kemo 数字滤波器带通滤波和放大处理，放大量为α ( dB)，则发射电压响应级的测

量表达式为：

( )20lg 20lgochv oh

e dS L d M LV

α= − + − ( )dB (2-5)

式中， ( )oche d 为标准水听器输出端测得电压有效值，单位（伏）；V 为发射器两端加的电

压，单位（伏）；α 为滤波器的放大量，单位( dB )； d 为代测水声换能器与标准水听器的水

平距离，单位(m)； ohM L为标准水听器的灵敏度级，单位( dB)。

三、实验仪器及设备

1．Kemo 64 通道滤波放大器一台；

2．波形发生器，即信号产生器一台；

3．水声换能器一个；

4．示波器一台；

5．水听器一个。

四、实验内容

把待测换能器置于消声水池中，换能器的信号由信号发生器产生，信号经过换能器以声能

的形式向水中辐射，经过水听器接收转换成电信号送至数字滤波器滤波并放大，再送至示波器

以读取信号。改变发射信号的频率，从示波器读出接收到的信号的电压峰峰值并记录，其测量

示意图如图 2-1 示。

17

图 2-1 水声换能器发射电压响应的测量实验器材示意图

五、实验报告

在实验中，待测水声换能器与标准水听器都置于水下同一深度 H 处，它们的水平距离

d =_____m，信号发生器发射电压的峰峰值为_____V ，采样周期为_____ms，滤波器放大倍

数α =_____dB， 206.7ohM L dB= − 。要求计算在 20kHz～30kHz 频率范围内，每隔 1kHz

的发射电压响应级 vS L。

1．测量标准水听器输出端测得电压 oche 和发射器两端加的电压 V，并计算发射电压响应

级 ( )vS L dB 。在实验中，电压有效值用峰峰值代替。把从示波器读到电压值填入下列表格。

表 2-1

(kHz)f 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

oche (伏)

V(伏)

18

将相应数据代入发射电压响应级的测量表达式(2-5)，得

表 2-2

(kHz)f 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

LSv (dB)

2．画出发射电压响应级曲线。

19

实验三水声换能器的接收电压灵敏度测量

一、实验目的

水声换能器的接收电压灵敏度的测量；

二、实验原理

接收电压灵敏度0M 是衡量声系统在水中接收声波能量性能优劣的重要参数，它定义为：

在确定的频率下换能器(或换能器阵)输出端的开路电压 oce 与其声中心所在点自由场声压 fp

的比值：

)/( PavpeM

f

oco = (3-1)

对于平面阵，其声轴方向与自由场平面波声波入射方向一致。 0M 的分贝表示称为接收电

压灵敏度级：

)()lg(20)lg(20)(

lg20 dBMpe

MMLM refo

f

oc

refo

oo −== (3-2)

其中，基准值0( ) 1refM v Paμ= 。

如果被测接收器与发射器之间的距离为 1d 米，标准水听器与发射器之间的距离为 2d 米，

依据球面波声压与距离成反比的规律，把 2d 米处的实测值折算到 1d 米处的声压值。 1d 米处的

自由场声压 1( )fp d 通过 2d 米处声压 2( )fp d 的测量完成，折算关系式如下：

21 1 2 2 2

( )( ) ( ) ochf f

oh

e dp d d p d d dM

⋅ = ⋅ = ⋅ (3-3)

那么

20

2 21

1

( )( ) ochf

oh

e d dp dM d

= ⋅ (3-4)

于是，

1

2

20 lg 20lg( ) 20lg 20lg ( )( ) ( )

o oc oho

o ref och o ref

M e MdM L dB

M e d M= = + + (3-5)

其中20lg1( / )

ohMv Paμ

就是标准水听器的灵敏度级 ohM L ，( )o refM 是自由电压灵敏度的基

准值，通常取1v Paμ 。则接收电压灵敏度级的测量表达式为：

1

2

20 lg( ) 20lg ( )oco oh

och

e dM L M L dB

e d= + + (3-6)

如果标准水听器和接收器在同一位置上，那么 1 2d d= ，轴向声压 fp 由标准水听器在同一

测量点测得，则上式变为

)()lg(20 dBLMeeLM ohoch

oco += (3-7)

式中， oche 为标准水听器输出端测得电压有效值， oce 为换能器(或换能器阵)输出端的开路

电压， ohM L 标准水听器的接收电压灵敏度级。

[注意事项]

对于一个用作标准水听器的换能器，它的接收灵敏度必须经过绝对校准法（即一级校准法）

来校准；如果是一般用途的换能器，那它的接收灵敏度需经过相对校准法（即二级校准法）来

校准。需要指出的是，“校准”目前专门由水声计量中心进行。

测量过程中需要注意以下问题：

(1)指定自由场电压灵敏度级的基准值 ( )o refM ，通常取 1 伏/微帕，如果基准值取得不同，

那么同种情况下得出的电压灵敏度级的数值也不会一样。

(2)在测量时指明声波入射方向和频率，通常取声轴方向作为测量灵敏度的指定方向。这

是因为自由场灵敏度随声波的入射方向和频率的改变而有所变化。

21

三、实验仪器



3．水声换能器两个；



四、实验内容

把待测换能器置于消声水池中，发射换能器将信号发生器产生的电信号以声能的形式向水

中辐射，水听器和接收换能器将接收到的声信号转换成电信号送至数字滤波器滤波并放大，再

送至示波器以读取信号。改变发射信号的频率，从示波器读出接收到的信号的电压峰峰值并记

录。其测量示意图如图 3-1 示，在声波入射方向上，于一定的频率范围内，画出自由场电压灵

敏度与频率的变化曲线，这便是自由场电压灵敏度的响应曲线。

2d1d

图 3-1 水声换能器接收电压灵敏度的测量实验器材示意图

22

五、实验报告

在实验中，待测水声换能器与标准水听器都置于同一水深处，被测接收换能器与发射换能

器之间的距离为 1d =_____m，标准水听器与发射换能器之间的距离为 2d =_____m，

206.7ohM L dB= − 。要求计算在 20kHz～30kHz 频率范围内，每隔 1kHz 的接收电压灵敏度

级 oM L 。

1．测量出换能器输出端的开路电压 oce ，标准水听器输出端测得电压 oche ；并计算换能器

的接收电压灵敏度级 ( )oM L dB 。在实验中，电压有效值用峰峰值代替。把从示波器读到的数

据填入下表。

表 3-1

(kHz)f 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

oce (伏)

oche (伏)

将相应数据代入接收电压灵敏度级的测量表达式，得

表 3-2

(kHz)f 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

oM L (dB)

2．画出接收电压灵敏度级曲线。

23

实验四水声换能器的指向性测量

一、实验目的

水声换能器的指向性的测量；

二、实验原理

指向性是换能器的发送响应或自由场灵敏度随发射或入射声波方向变化的特性，它通常用

指向性图案来表示。

指向性图案是用图形描述的换能器指向性，通常在通过声中心的某指定平面（称为定向平

面）内和某些频率处，以直角坐标系中的或极坐标系中的图描述换能器响应或灵敏度作为发射

或入射声波方向的函数。用极坐标形式表示时，径向坐标表示响应。用直角坐标表示时，横坐

标表示方向角，纵坐标表示响应值。响应值通常用分贝值表示，响应级的大值取为 0dB，也

可用归一化的比值表示。

为了表示方便，指向性图案通常作归一化处理，即取换能器的标定方向或自由灵敏度或发

送响应大的方向为参考方向（即00 方向）。以自由场灵敏度或发送响应大值为 0dB。

实质上，换能器或基阵的指向性携带的是空间域的信息。完整的指向性图案是一个三维空

间模型。一个完整的指向性图案可以理解或想象为许多二维指向性图案的汇集。有时，完整的

指向性图案具有一个对称轴，因此，在该轴所通过的平面上的一个二维指向性图案，便给出完

整的指向性图案。

指向性图案的特征通常用波束宽度和大旁瓣级表示。

波束宽度是给定频率和包括主轴的指定平面内，从大响应的主轴方向角偏向损失为一指

定值的左右两个方向的角度。角偏向损失的指定值通常取 3dB、6dB 和 10dB，所以，在给定

波束宽度时，需同时指明此指定的角偏向损失值。

大旁瓣级为换能器在大旁瓣（通常是第一旁瓣）方向的角偏向损失。

对于指向性换能器，好用直角坐标系中的图表示（见图 4-1），这样可以较清晰地表示

24

数据。波束宽度可以从图中得到，即从主轴的大响应下降 3dB（或 6dB，10dB）时的左右

两个方向的角度就是波束宽度 -3dBΘ （或 -6dBΘ ， -10dBΘ ）。大旁瓣级也可从图中得到，即计

算由大旁瓣（通常是第一旁瓣）比主轴响应下降的分贝值。

00 010 020 030030− 020− 010−

图 4-1 直角坐标系中的指向性图

由水听器接收发射换能器（阵）不同方向发射声信号的幅度，以信号幅度大方向为参考

方向，得到各个方向信号幅度的相对值，即得指向性函数。则归一化输出电压指向性函数用

( , )D α θ 表示，它的表达式为

0 0

( , )( , )

( , )V

DV

α θα θ

α θ= (4-1)

式中 ( , )V α θ 代表水听器接收发射换能器（阵）不同方向 ( , )α θ 发射声信号的幅度，

0 0( , )V α θ 代表大响应方向 0 0( , )α θ 入射时，输出电压的幅值。

三、实验仪器

1．行车一台；



25




四、实验内容

指向性图案的测量实验器材如图 4-2 所示。先将被测换能器（阵）装在行车的旋转轴上，

使其有效声中心位于旋转轴上，再旋转换能器，在远场进行测量。当测量发射换能器指向性图

案时，水听器不动，发射换能器（阵）绕过声中心的轴线旋转，由水听器接收发射换能器不同

方向发射声信号的幅度，以信号幅度大方向为参考方向，得到各个方向信号幅度的相对值，

即得指向性图案。

如果测量换能器指向性时使用手动旋转换能器逐点测量指向性图案，则对高指向性换能

器，在其波束宽度内或其他起伏急剧的方位上，测点应密一些，在其他方位上，测点可稀一些。

信号发生器

水听

器

水平面

H

示波器

滤波放大器

行

车

换能器或基

阵

图 4-2 水声换能器（阵）指向性的测量实验器材示意图

26

五、实验报告

在实验中，待测水声换能器与标准水听器都置于同一水深处，水听器不动，发射换能器（阵）

绕过声中心的轴线旋转，得到指向性图案。

1．要求测量出换能器绕过声中心的轴线旋转090− ～

090 角度范围内，水听器接收发射换

能器（阵）每隔01 的发射声信号的幅度。在实验中，电压有效值用峰峰值代替。把从示波器

读到的数据填入下表。

表 4-1

方向角0θ -90 -89 -88 -87 -86 -85 -84 -83 -82 -81

oce (伏)

方向角0θ -80 -79 -78 -77 -76 -75 -74 -73 -72 -71

oce (伏)

方向角0θ -70 -69 -68 -67 -66 -65 -64 -63 -62 -61

oce (伏)

方向角0θ -60 -59 -58 -57 -56 -55 -54 -53 -52 -51

oce (伏)

方向角0θ -50 -49 -48 -47 -46 -45 -44 -43 -42 -41

oce (伏)

方向角0θ -40 -39 -38 -37 -36 -35 -34 -33 -32 -31

oce (伏)

27

方向角0θ -30 -29 -28 -27 -26 -25 -24 -23 -22 -21

oce (伏)

方向角0θ -20 -19 -18 -17 -16 -15 -14 -13 -12 -11

oce (伏)

方向角0θ -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1

oce (伏)

方向角0θ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

oce (伏)

方向角0θ 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

oce (伏)

方向角0θ 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

oce (伏)

方向角0θ 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39

oce (伏)

方向角0θ 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49

oce (伏)

方向角0θ 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59

oce (伏)

28

方向角0θ 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69

oce (伏)

方向角0θ 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79

oce (伏)

方向角0θ 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89

oce (伏)

方向角0θ 90

oce (伏)

2．画出水声换能器（阵）指向性图。

3．读出波束宽度 -3dBΘ 。

29

实验五目标参数估计

一、实验目的

目标参数估计；

二、实验原理

主动声纳系统是通过接收由目标发射回的发射信号来进行目标的检测与定向。在发射信号

与目标相互作用的过程中，有关目标本身的某些特征信息也会被调制在回波上，对回波信号进

行分析处理，将目标的特征信息提取出来，从而实现目标参数的估计。

目标参数一般指是目标相对于鱼雷的距离、速度和方位。为了精确导引，必须精确估计目

标参数。同时，目标参数估计还可为鱼雷目标反对抗提供依据。

本实验主要进行目标距离、速度估计，即目标回波延迟时间τ 和多普勒频移 df 的估计，τ

和 df 分别代表了目标径向距离和径向速度。

(1)距离估计

鱼雷自导系统通常采用脉冲法测距。主动自导系统工作时，发射机产生具有一定重复周期

T 、一定脉冲宽度和一定频率调制的脉冲，通过换能器阵换成声脉冲辐射出去，并以海水中

的声速在海水中传播，声波遇到目标后，产生散射或反射，有部分能量被反射回来，为自导基

阵所接收，并送接收机处理，实现检测、参数估计和目标识别等功能。声波在鱼雷和目标之间

的往返时间为

2Rc

τ = (5-1)

于是得

12

R cτ= (5-2)

式中，R 为鱼雷和目标之间的距离；c 为声波在海水中的速度。由式可知(5-2)，求距离 R

就是要求得回波相对于发射脉冲的时延τ ，因此，鱼雷主动自导测距是通过测量目标反射回波

30

相对于发射信号的时延τ 来实现的。由于噪声的存在，时延的测量会出现误差，所以只能对时

延进行估计。

(2)速度估计

主动自导接收的回波，除了相对于发射信号的时延外，还产生多普勒频移，多普勒频

移与目标径向速度有关。径向速度指鱼雷速度与目标速度在鱼雷与目标连线上的投影之

和，也称鱼雷相对于目标的相对速度。为了估计速度，需要进行频率扫描，或是设定一系

列中心频率相邻的匹配滤波器，形成对多普勒频移的匹配滤波器组，取匹配滤波器输出

大值点的频率作为多普勒频移的估值，然后换算成径向速度估计。在实验中，通常采用快

速傅立叶变换(FFT)进行多普勒频移的估值。

设鱼雷主动自导的工作频率为 0f ，径向速度 rv 产生的多普勒频移为

02 r

dr

vf fc v

=−

(5-3)

式中， c 为海水中的声速。由于 rv c，所以有

02 2r r

dv vf fc λ

≈ = (5-4)

式中，0

cf

λ = 是主动自导的工作波长。于是有

12r dv fλ= (5-5)

于是求得多普勒频移后即可求得径向速度。

(3)方位估计

目标方位估计或目标定向，包括波束形成和目标到达角的精确估计等技术。

三、实验仪器

1．目标（金属板）一个；



31


5．水听器一个；


7．功率放大器一台；

8．数据采集仪一台。

四、实验内容

信号发生器通过换能器发射信号，然后接收由目标反射的回波信号，通过示波器观测目标

回波的主要特征，并进行目标参数的估计。

图 5-1 目标参数估计实验器材示意图

五、实验报告

按照实验装置图搭建实验平台，其中选取发射信号频率 f ＝10kHz。设置信号发生器、

功率放大器、滤波器等参数；

1．从示波器读出时延τ ，并进行距离估计，估计出声源到目标的距离 R ；

2．用数据采集仪采集回波的时域数据，再用 Matlab 对这些数据进行 FFT，得到频域

波形，取大值点的频率作为多普勒频移的估值，进而换算成径向速度估计。

3．通过示波器观测目标回波信号的主要特征。

32

附录实验中使用的主要仪器设备简介

本次水下电声测量实验是在消声水池中进行，四周完全覆盖消声尖劈，用来模拟自由场。

在实验中所应用到的主要仪器如下：

1．Agilent 4294A 精密阻抗分析仪

该仪器可在较宽阻抗范围和较宽频率范围进行精确测量，基本阻抗精度：±0.08%；测

试频率范围：40Hz～110MHz，3mΩ～50mΩ；阻抗分析功能强大，便于使用，并可以用各

种方式与微机交换数据。如图 1 所示。

图 1 Agilent 4294A 精密阻抗分析仪

2．Agilent 33250A 函数/任意波形发生器

该仪器可产生性能优异的各种函数波形及各种复杂的专用波形，信号输出幅度范围

10mVpp 至 10Vpp，图形化界面可以对信号设置进行可视化验证，可通过 USB、GPIB 和 LAN

等多种渠道与计算机相接。如图 2 所示。

33

图 2 Agilent 33250A 函数/任意波形发生器

3．Tektronix TDS 3012 数字示波器

该仪器带宽 100MHz，双通道，单通道大采样率为 1.25GSa/s，大记录长度为

10000pt/sec。如图 3 所示。

图 3 Tektronix TDS 3012 数字示波器

4．Kemo VBF 40 可编程 64 通道滤波放大器

KEMO 多功放滤波器共有 64 通道引进英国，可以任意设定为低通、带通和一般带通。

每路均具备-20dB～90dB 处理增益，与 PC 机联网能够以 2dB 的步长进行实时控制。主要用

于换能器接收基阵信号前端放大与滤波处理。如图 4 所示。

34

图 4 Kemo VBF 40 可编程 64 通道滤波放大器

5．B&K 8104 型标准水听器

8104 型标准水听器平坦度较好，可在 0.1Hz～10kHz 范围内测量水声信号，其灵敏度起

伏为±1.5dB。其基准接收电压灵敏度为-206.1dB。如图 5 所示。

图 5 B&K 8104 型标准水听器

1

《测控技术》

实验指导书


2006 年 10 月

2

目录

实验一带通滤波器通带性能测量 ........................................ 3

一、实验目的 ......................................................................................................................................3 四、实验内容、步骤 ..........................................................................................................................3 五、实验注意事项 ..............................................................................................................................4 六、讨论、思考题 ..............................................................................................................................4

3

实验一带通滤波器通带性能测量

一、实验目的

要求学生了解和掌握电子工程中遇到的各类电子测量和计算机控制的手段与

方法，熟悉测试数据处理与误差处理的基本原理，能在不同的实验室环境采用合

适的测量方法与手段来进行准确的测量和数据处理。

二、实验要求

通过对带通滤波器的通带特性的测量实验，系统掌握带通滤波器电路组成和

工作原理和频率特性测量方法，熟悉并掌握信号发生器、电压表、频率计、示波

器等测量仪器的使用。

三、实验环境

实验用的软、硬件环境（软件名称、版本，仪器、设备名称及主要规格等）

1．电路实验板：用于搭建带通滤波器电路

2．信号发生器：XD8A

3．频率计：CMC251

4．毫伏表：GB-9B

5．示波器：TQS-220

6．直流稳压电源：JWY-30F

7．万用表

8．通用运算放大器芯片、电阻、电容、导线、镊子、拨线钳等工具。


1．介绍滤波器电路的工作原理与电路调试，演示实验仪器的使用方法和测试过程。

2．测量电路元件 C1、C2、 R1、R2、Ra、Rb 的值。

3．改变信号源的输出频率，记录不同频率输入时对应的输出电压值。

4．测量中心频率，即输出电压大时对应的频率值。

5．测量 3dB 带宽，即电压值下降到大值的 0.707 倍时的两个频率之差。

4

6．将测量数据列表，画出滤波器输出电压随信号频率变化的曲线。

五、实验注意事项

要求：1、注意信号源输出不能短路；

2、使用实验板放大器时，注意电源接线极性；

3、信号波形的观测时，示波器的扫描时基要合适，同步通道的位置。

六、讨论、思考题

1．分析滤波器的通带特性。

2．对中心频率 f0 与 Q 值的理论计算结果与实验值的进行比较。

2．总结测试方法。

1

《通信原理》

实验指导书


2006 年 10 月

2

目录

实验一模拟通信系统及其组成 ............................................ 3

实验二数字通信系统及其组成 ............................................ 5

实验三同步原理 .................................................................... 7

3

实验一模拟通信系统及其组成

一、实验目的

《通信原理》实验是《通信原理》课程的理论教学的深化和补充，具有较强

的实践性，是一门重要的技术基础课。其目的在于让学生在实验室环境下，了解、

掌握通信工程中用到的各类模拟（DSB、SSB、VSB、AM）通信手段与方法，熟悉

各类模拟通信模式的基本原理，以及在不同的应用环境下各种通信体系的抗干扰

能力、带宽、信噪比等参数，并且能采用合适的通信体系在合适的通信信道内完

成可靠、准确地传输信息。

二、实验要求

通过实验掌握幅度调制与角度调制的模拟调制系统组成、熟悉其工作原理，

了解各类调制信号的产生与信号解调，熟悉连续波调制和脉冲串作为载波的脉冲

调制，了解已调信号的时域波形和频谱结构及系统的抗噪声工作原理。

三、实验环境


1、实验板：DSP 与 FPGA 实验板：完成 AM、DSB、SSB、VSB 等信号的调制与解调。用于

信号放大、隔离、调理、自组通信信号发生器电路。

2、函数信号发生器：HP33220A，可编程信号发生器：主要用于基带和频带信号产生功

能。

3、数字示波器：泰克 TDS3012，时域信号观测。

4、数字频率计：用于频带信号的频率、周期测量。

5、频谱分析仪：安捷伦 E4404B，频域测量。

6、稳压电源： 0-30V


1．产生 AM、DSB、SSB、VSB 信号，观测其时域特征。

2．产生 NBFM、WBFM 信号，观测其时域特征。

五、实验报告要求及记录、格式

1．记录模拟调制信号的时域数据，分析模拟调制信号的时域特征；

2．记录模拟调制信号的频域数据，记录模拟调制信号的频域特征。

4




3、信号时域的观测时，示波器的扫描时基要合适，同步通道的位置。


1、什么是线性调制？线性调制制式有哪些？已调信号的时域和频域表示式如何？波形

和频谱有哪些特点？

2、如何比较两个模拟通信系统的抗噪声性能？

3、什么是频率调制？什么是相位调制？两者的关系如何？

5

实验二数字通信系统及其组成

一、实验目的

要求同学们以现代数字通信原理与技术、手段、系统为背景，系统地了解数

字调制信号的本质特征，学习二进制数字调制与解调原理、二进制数字调制系统

的抗噪声性能、多进制数字调制系统、数字基带与频带传输系统原理等，为学生

学习和了解、掌握现代数字通信系统原理与技术奠定基础。

二、实验要求

通过实验掌握现代数字通信信号的本质特征、熟悉其工作原理，了解基带信

号与频带信号传输的差异特征，熟悉数字通信信号的各类测试手段与测试设备，

了解基带和频带信号编码原理，掌握数字通信信号的误码率计算方式。

三、实验环境


1、实验板：DSP 与 FPGA 实验板：完成 2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK 等信号的调制与解调。

用于信号放大、隔离、调理、编码通信信号发生器电路。

2、函数/任意波发生器：安捷伦 33250A

3、数字示波器：泰克 DPO4104

4、频谱分析仪：安捷伦 E4404B

5、逻辑分析仪：安捷伦 1693AD

6、稳压电源： 0-30V


1．产生基带编码信号，观测其时域特征，测量数据率、计算带宽等参数。

2．产生频带调制信号，采用合适的测量方式，测量传输带宽、数据率等参数。


1．记录基带信号的时域数据，记录脉宽、带宽、数据率、编码格式；

2．记录频带信号的时域、频域数据，记录带宽、数据率、误码率。


要求：1、注意测量设备对码元的同步、时基的选择等问题；

6



1、数字调制系统主要由哪几部分组成？各部分的主要功能是什么？

2、数字调制系统与数字基带传输系统有哪些异同点？

3、2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK 的信号时间波形与功率谱密度有什么特点？

4、基带信号的误码率与频带信号的误码率如何计算？

实验三同步原理

一、实验目的

同步是数字通信系统以及某些采用相干解调的模拟通信系统中一个重要的

实际问题。要使远距离的收发系统步调一致地协调工作，必须有一个可靠的同步

系统来保证。这要求同学们以现代通信原理与技术为手段，系统地了解各类系统

同步信号的本质特征，掌握同步系统原理，及载波同步、位同步、群同步等技术，

为学生学习和了解、掌握同步系统与同步技术奠定基础。

二、实验要求

通过实验了解模拟与数字通信系统的信号分析与同步，熟悉同步信号测量的

工作原理，掌握同步信号的本质特征，了解同步信号提取特别是数字通信系统的

载波信号提取，熟悉信号的自同步与插入导频法的工作原理，了解载波信号系统

性能及相位误差对解调性能的影响，掌握位同步信号与群同步信号的产生方法。

三、实验环境


1、实验板：DSP 与 FPGA 实验板：完成系统同步信号的产生、同步信号提取，数字序列

发生器。用于信号放大、隔离、调理、自组通信信号发生器电路。

2、可编程信号源：TEK2005

3、数字示波器：安捷伦 54642D

4、逻辑分析仪：安捷伦 1693AD

5、稳压电源： 0-30V


1．产生载波同步信号，观测其时域、频域特征，建立平方环载波同步系统并完成载波

同步信号的提取。

2．产生各类位同步、群同步信号序列，采用合适的同步信号提取方式，测量观测各同

步信号的相互关系，通过时序逻辑检验同步系统在系统时钟工作运行下的逻辑

时序。


8

1．记录载波信号的时域与频域数据，记录相位误差、建立时间、保持时间；

2．记录位同步、群同步信号的频域、时域逻辑关系数据，记录位同步系统的相位误差、

同步建立时间、保持时间、同步带宽。群同步的漏同步概率、假同步概率、同

步平均建立时间。


要求：1、注意测试设备不能用电压档测电流，电流档测电压值；


3、使用逻辑分析仪时注意时钟的输入脚与处罚方式选择。

4、注意各测试设备的输入信号动态范围、极性。


1、数字通信系统中有几种同步信号？有何特征？系统对同步的要求是什么？

2、观测载波同步信号、位同步与群同步信号的注意事项是什么？如何准确完成同步信

号的提取？

3、插入导频法使用在什么场合？为什么要用正交载波？单边带信号能否用自同步法提取

同步载波？

4、位同步提取电路有哪几种方法，各有什么样的特点？两个基本要求是什么？

《控制系统仿真》

实验指导书


2006 年 11 月

1

目录

实验一面向微分方程的数字仿真...............................................................................................2 一、实验目的...........................................................................................................................2 二、实验要求...........................................................................................................................2 三、实验环境...........................................................................................................................2 四、实验内容、步骤...............................................................................................................2 五、实验报告要求及计录、格式...........................................................................................3 六、实验注意事项...................................................................................................................3 七、讨论、思考题...................................................................................................................4

实验二连续系统的离散化仿真...................................................................................................5 一、实验目的...........................................................................................................................5 二、实验要求...........................................................................................................................5 三、实验环境...........................................................................................................................5 四、实验内容、步骤...............................................................................................................5 五、实验报告要求及计录、格式...........................................................................................5 六、实验注意事项...................................................................................................................6 七、讨论、思考题...................................................................................................................6

实验三面向结构图仿真.................................................................................................................7 二、实验要求...........................................................................................................................7 三、实验环境...........................................................................................................................7 四、实验内容、步骤...............................................................................................................7 五、实验报告要求及计录、格式...........................................................................................7 六、实验注意事项...................................................................................................................8 七、讨论、思考题...................................................................................................................8

实验四单纯型法参数寻优.............................................................................................................9 二、实验要求...........................................................................................................................9 三、实验环境...........................................................................................................................9 四、实验内容、步骤...............................................................................................................9 五、实验报告要求及计录、格式...........................................................................................9 六、实验注意事项...................................................................................................................9 七、讨论、思考题.................................................................................................................10

实验五 PID 调节器参数优化仿真.........................................................................................11 一、实验目的.........................................................................................................................11 二、实验要求.........................................................................................................................11 三、实验环境.........................................................................................................................12 四、实验内容、步骤.............................................................................................................12 五、实验报告要求及计录、格式.........................................................................................12 六、实验注意事项.................................................................................................................12 七、讨论、思考题.................................................................................................................12

2

实验一面向微分方程的数字仿真

一、实验目的

通过使用四阶龙格-库塔法对控制系统的数字仿真研究，使学生熟悉并初步掌握面向微

分方程的控制系统计算机仿真方法，进一步学习计算机语言，学习微分方程的数值解法。

二、实验要求

(1) 预习本次实验指导书以及程序使用说明。

(2) 编写仿真主程序，标号必须以 main()开头，要求主程序的功能有：

(a) 读入仿真参数， .,,, 10 TTHN 。其中

N 方程的阶数

H 积分步长

0T 打印时间

1T 仿真时间

(b) 读入状态的处值。

(c) 打印输出结果。

(3) 选择仿真模型。

三、实验环境

个人计算机，Turbo—C 语言，仿真实验程序包。


（1）启动计算机，并调入 Turbo—C 语言。

（2）用 LOAD 命令将实验程序装入内存。

（3）将主程序用键盘输入。

（4）在程序中编写计算微分方程由函数的子程序，按以下规格书写仿真模型：

][ ][( ][ )tunyyfy ,,1,...,00 −=

3

(5) 设仿真模型为

2

11y

y =

1

21y

y −=

仿真参数为 0 12, 0.01, 0, 1n h t t= = = =

仿真结果为

1.0=t 10517.11 =y 90484.02 =y

2.0=t 2214.11 =y 81873.02 =y

: : :

0.1=t 71828.21 =y 36782.02 =y

如果仿真结果不对，则检查主程序。

(6) 将仿真模型改为自己所选择的模型，并用不同的状态初值和仿真步长实验。例如，

可选用 Vander Pol 方程:


试验完成后，要写出实验报告，内容包括:

(1) 预习报告。

(2) 画出主程序流程图，并附上程序。

(3) 实验步骤说明。

(4) 分析实验内容的仿真结果,由此可以得出什么结论。


1 在实验过程中一定要严格听从实验指导教师的安排。

2 学员一定要按照本实验指导书中的实验要求、实验内容、实验步骤完成全部实验工作。

3 在做完实验后，学员一定要严格按照本实验指导书的实验报告要求，完成实验指导书。

4

4 在做实验的时候，有不清楚的地方一定要咨询实验指导老师，不得擅作主张。


1 一个完整的仿真程序是有几部分组成的？

2 主程序和子程序的关系？调用方式？形参数的传递？

3 通过不同的仿真步长的实验，你可以得到什么结论？

5

实验二连续系统的离散化仿真

一、实验目的

通过这次实验,要求加深理解离散相似法仿真的原理及特点, 熟悉离散相似法仿真程

序，仿真模型的实现和离散相似法仿真在控制系统分析和设计中的应用；进一步掌握控制系

统的计算机仿真方法，研究和分析系统参数对系统的影响。

二、实验要求

（1）预习本次实验指导书以及仿真程序包的使用说明书。

（2）对被仿真的系统，画出仿真图，写好数据文件。

（3）拟定好实验方案。

三、实验环境

个人计算机，Turbo--c 语言，仿真程序包。


（1）启动计算机，并调入 Turbo—C 语言。

（2）用 LOAD 命令将实验程序装入内存。

（3）输入环节参数和系统连接情况参数。

（4）运行后用键盘回答问话语句，输入以下参数：

432121 ,,,,,,,, NNNNLLLRN

(5) 运行程序后，记录输出结果。

(6) 改变系统参数，研究环节参数的变化对系统性能的影响。


实验完成后，要写出实验报告，内容包括：

（1）预习报告。

（2）画出主程序流程图，并附上程序。

（3）实验步骤说明。

（4）认真总结实验结果，详细说明系统参数的变化和不同的非线性环节对系统性能的影

6

响，并分析仿真结果与理论分析结果是否一致。

（5）实验报告应将仿真模型，数据文件，仿真结果附上。

（6）总结实验体会。







1 离散相似法仿真的数据输入方式？

2 通过仿真，你对离散相似法仿真的新的认识是什么？


7

实验三面向结构图仿真

一、实验目的

通过这次实验要求加深理解连续系统面向结构图仿真的原理及特点，熟悉 CSS 仿真程序

的使用方法，仿真模型的实现。进一步掌握控制系统的计算机仿真方法，研究和分析系统参

数对系统的影响。

二、实验要求

（1）预习本次实验指导书以及程序使用说明书。

（2）选择本书第四章图 4.3.9 作为仿真模型，选择类型不同的非线性环节和无非线性环

节的线性系统作为不同的仿真模型。

（3）分别画出上述不同系统的仿真图，并写出各个系统的仿真数据。

（4）拟定全部实验方案。

三、实验环境



（1）启动计算机，并调入 Turbo-C 语言程序。

（2）装入仿真程序包。

（3）在规定的对话框中输入系统的仿真数据（各个不同的系统分别做）.

（4）按拟定的实验方案进行。




（3）实验步骤及说明。

（4）认真总结实验结果，将不同系统的仿真结果进行认真比较，说明非线性环节的加入对

系统性能的影响，以及所得仿真结果与理论分析结果是否一致，如不一致，则说明原

因。

（5）实验报告要求包含有仿真图和数据块，并将制订的实验方案附上。

（6）总结实验收获和体会。

8







1 面向结构图法仿真的数据输入方式？

2 通过仿真，你对面向结构图仿真的新的认识是什么？


4 通过本次实验，你感觉面向结构图仿真方法与离散相似法仿真方法的差别有那些？

9

实验四单纯型法参数寻优

一、实验目的

通过单纯型法参数寻优程序实验，使学员初步掌握使用计算机做参数寻优的方法，了解

在单纯型寻优中初始单纯型对寻优过程的影响，并进一步锻炼学员自己制订实验方案的能

力。

二、实验要求

（1）预习本次实验指导书以及程序使用说明。

（2）选择多元函数方程作为寻优的代数方程，如有可能用解析方法求出该方程的极

值点和极值。

（3）拟定实验方案。

三、实验环境





（3）按学员自己拟定的实验方案进行。


认真总结实验结果，按照实验方案检查实验结果，如有与理论分析不符之处要说明其原

因。实验报告要求将实验方案附上。






10


1 给出单纯形寻优法的计算机程序的框图。

2 通过本次实验，你能够给出单纯形寻优方法和教材给出的速下降寻优方法的区别

吗？

3 通过不同的初始寻优步长的实验，你可以得到什么结论？

11

实验五 PID 调节器参数最优化仿真

一、实验目的

通过这次实验要求加深理解利用优化技术对系统的 PID 调节器参数寻优的原理及特点，

熟悉仿真程序的使用方法及寻优技术的程序实现；进一步掌握控制系统的计算机优化设计方

法，研究和分析目标函数对系统 PID 控制器的影响。

二、实验要求

（1）预习本次实验指导书以及程序使用说明。

（2）确定 PID 调节器的 dip TTK ,, 的初始值。

（3）确定目标函数的类型，并写出仿真数据。

（4）了解 PID 调节器系统如图 1 所示

目标函数

PID调节器被控系统

扰动e

u

图 1

其中，被控对象为

( ) )(( 11)

21

3

++=

−

sTsTK

sW e sT

PID 调节器为

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++= sT

sTKsD dp

1

11)(

目标函数可选以下几种：

( )dtteJ ∫∞

=01 ( )dttetJ ∫

∞=

02

( )dttetJ ∫∞

=0

23 ( )∫

∞=

0

24 dtteJ

（5）拟定全部实验方案。

12

三、实验环境





（3）在规定的对话框中输入系统的仿真数据（各个不同的系统分别做）。

（4）按拟定的实验方案进行。


实验完成后，要写出实验报告，内容包括：



（3）实验步骤及说明。

（4）认真总结实验结果，将不同系统的仿真结果进行认真比较，说明各个不同的目标函数

对 PID 调节器性能的影响；分析仿真结果与理论分析结果是否一致，如不一致，则说

明其原因。

（5）实验报告要求包含有仿真图和数据块，并将制定的实验方案附上。

（6）总结实验收获和体会。







1 给出利用单纯形寻优法的 PID 控制器设计的计算机程序的框图。

2 通过本次实验，给出不同的 PID 参数，你能够总结出在控制系统中 PID 中的三个参

数在系统中的作用吗？

3 通过不同的初始寻优步长的实验，你可以得到什么结论？

《工程测试技术》

实验指导书

编写：杜向党

审核：石秀华


1

目录

实验一虚拟测试振动与控制实验装置的组成与使用方法及振动信号分析实验 .................3 一、实验目的...........................................................................................................................3 二、实验要求...........................................................................................................................3

1、数据采集.....................................................................................................................3 2、振动信号的时域分析.................................................................................................4 3、振动信号的频率分析.................................................................................................4

三、实验环境...........................................................................................................................5 1、振动与控制实验台.....................................................................................................5 2、激振系统与测振系统.................................................................................................5

四、实验内容、步骤...............................................................................................................6 五、实验报告要求及计录、格式...........................................................................................6 六、实验注意事项...................................................................................................................6 七、讨论、思考题...................................................................................................................6

实验二用傅立叶“频谱法”测量简谐振动的频率 .....................................................................7 一、实验目的...........................................................................................................................7 二、实验要求...........................................................................................................................7 三、实验环境...........................................................................................................................7 四、实验内容、步骤...............................................................................................................7 五、实验报告要求及计录、格式...........................................................................................7 六、实验注意事项...................................................................................................................7 七、讨论、思考题...................................................................................................................7

实验三多自由度系统各界固有频率及主振型的测量 ...............................................................8 一、实验目的...........................................................................................................................8 二、实验要求...........................................................................................................................8 三、实验环境...........................................................................................................................9 四、实验内容、步骤...............................................................................................................9 五、实验报告要求及计录、格式...........................................................................................9 六、实验注意事项.................................................................................................................10 七、讨论、思考题.................................................................................................................10

实验四连续弹性体悬臂梁各阶固有频率及主振型的测量 .....................................................11 一、实验目的.........................................................................................................................11 二、实验要求.........................................................................................................................11 三、实验环境.........................................................................................................................12 四、实验内容、步骤.............................................................................................................12 五、实验报告要求及计录、格式.........................................................................................12 六、实验注意事项.................................................................................................................12 七、讨论、思考题.................................................................................................................12

实验五周期信号分析.................................................................................................................13 一、实验目的.........................................................................................................................13 二、实验要求.........................................................................................................................13 三、实验环境.........................................................................................................................13

2

四、实验内容、步骤.............................................................................................................13 （一）仪器连接.............................................................................................................13 （二）运行 QLV 虚拟仪器，选择单通道分析模块。如图 1 所示： .......................13 （三）时域分析.............................................................................................................13 （四）频域分析。.........................................................................................................14 （五）自相关分析.........................................................................................................15

五、实验报告要求及计录、格式.........................................................................................15 六、实验注意事项.................................................................................................................15 七、讨论、思考题.................................................................................................................15

实验六 K 型热电偶温度测量实验 ...............................................................................................16 一、实验目的.........................................................................................................................16 二、实验要求.........................................................................................................................16 三、实验环境.........................................................................................................................16 四、实验内容、步骤.............................................................................................................16 五、实验报告要求及计录、格式.........................................................................................17 六、实验注意事项.................................................................................................................17 七、讨论、思考题.................................................................................................................18

实验七磁电转速传感器转速测量实验.....................................................................................19 一、实验目的.........................................................................................................................19 二、实验要求.........................................................................................................................19 三、实验环境.........................................................................................................................19 四、实验内容、步骤.............................................................................................................19 五、实验报告要求及计录、格式.........................................................................................22 六、实验注意事项.................................................................................................................22 七、讨论、思考题.................................................................................................................22

实验八红外对射传感器传输速度测量实验 .............................................................................23 一、实验目的.........................................................................................................................23 二、实验要求.........................................................................................................................23 三、实验环境.........................................................................................................................23 四、实验内容、步骤.............................................................................................................23 五、实验报告要求及计录、格式.........................................................................................25 六、实验注意事项.................................................................................................................25 七、讨论、思考题.................................................................................................................25

3

实验一虚拟测试振动与控制实验装置的组成与使用方法及振动信

号分析实验

一、实验目的

1、了解采用 QLV 型虚拟仪器的结构原理和组建振动信号分析实验的方法。

2、学会用虚拟是波形显示器和数据记录一对振动信号进行数据采集，显示

波形和数据记录。

3、学会用虚拟式 FFT 分析仪对振动信号进行信号分析，掌握常用的振动信

号分析方法。

二、实验要求

对振动信号进行分析，通常需完成数据采集，信号时域分析，幅值域分析和

频谱分析。以下对这一分析原理做一简介。

1、数据采集

本仪器数据采集主要是振动信号经 A/D 进行采集。A/D 采样的目的是

对被分析的振动信号进行时间离散和幅值量化。A/D 采样遵循的基本定理是采样

定理。下面对这一定理作一描述。

采样是从固定的时间间隔 )( tΔ 依次抽取连续信号不同时刻瞬时幅值的

过程，称 )( tΔ 为采样间隔， tf Δ= /13 为采样频率。对一个截止频率为 cf 的频率

信号的无限持续时间历程 x(t)进行采样的过程，就是用一个脉冲序列

∑∞

−∞=

−n

SnTt )(δ（抽样函数）对连续时间历程 x(t)进行脉冲调制的过程，得到采样

的时间系列 )(tx 为：

∑

∞

−∞=

−⋅==n

ss nTttxnTxtx )()()()( δ （21-1）

式中： tΔ=sT 称为采样周期， ss Tf /1=

对式（21-1）两边分别取傅里叶变换得

∑

∞

−∞=

−=n

snfffxfX )(*)()( δ （21-2）

4

据δ 函数的卷积特性，信号采样后的频谱为信号采样前的频谱的周期性延

拓。当 cs ff 2≥ 时， )( fX 只有反复，没有重叠；当 cs ff 2< 时， )( fX 在反复中

出现重叠，谱型发生畸变。

为了避免出现频谱的混叠，采样频率 sf 与信号截上频率之间必须满足

cs ff 2≥ （21-3）

不等式（21-3）就是采样定理。在具体采样过程中还应该尽量做到：

（1）采样前，需进行抗混滤波，去掉不需要的高频成分。

（2）通常选用采样频率大于信号截止频率 5~10 倍。

2、振动信号的时域分析

假设采样所的原始数据序列为 nx ( n=0.2, Λ )1−N

（1）均值： ∑

−

=

=1

0

1 N

nnx x

Nμ

（21-4）

（2）均方值： ∑

−

=

=1

0

22 1 N

nnx x

Nψ

（21-5）

（3）方差： ∑

−

=

−=1

0

22 )(1 N

nxnx x

Nμδ

（21-6）

此外还可进行频率密度函数估计，自相关函数估计。

3、振动信号的频率分析

对振动信号作自功率谱密度函数估计的步骤如下：

（1）根据需要选择合适的窗函数，如汉明窗、海宁窗等。

（2）对原始数据序列进行使其均值为零的零均值化处理。

（3）确定添加零的个数 )( xN ，使满足p

xNNN 20 =+= 。

（4）对数据系列 nx 进行加窗处理，即将 nx 与谱窗函数相乘。

（5）用快速傅里叶变换（FFT）计算：

∑

−

=

−=

1

0

21 N

n

Nknj

nk exN

Xπ

)1,,2,1,0( −Λ= Nk （21-7）

5

其对应的离散频率值为k

Nff s

k ⋅=

（6）自功率频谱密度函数为：

21

kk xN

G = )1,,2,1,0( −Λ= Nk （21-8）

三、实验环境

实验装置由“振动与控制实验台”虚拟测试仪器组成。

1、振动与控制实验台

这是一台机械振动与控制实验台。它由弹性体系统（包括简支梁，悬臂

梁，薄壁圆板，单自由度系统，二自由度系统，多自由度系统模型）配以主动隔

振，被动隔振，油阻尼减振器，单式动力吸振器，复式动力吸振器，拍振等组成。

是完成振动与振动控制等 20 余个实验的试验平台。

2、激振系统与测振系统

（1）激振系统

激振系统包括：

SJF-3 型激振信号源一台

JZ-1 型电动式激振器一个

JZF-1 型磁电式非接触激振器一个

偏心电动机，调压器各一台

（2）测振系统

测振系统包括：

SCZ2-3 型双通道测振仪一台

ZG-1 型磁电式振动速度传感器二个

（3）虚拟式测试分析仪

本虚拟仪器包括：

QLVPR-2 型虚拟式波型显示器与数据记录仪（16 通道虚拟示波

器）

QLVSA-2 型虚拟式单通道 FFT 分析仪

QLVSA2-2 型虚拟式双通道 FFT 分析仪

6


1、将速度传感器置振动体上，运行虚拟式波形显示与记录仪，按虚拟仪器

操作手册第一章进行操作。动态示波时，先调整好采样频率。若需要进行数据记

录，应选择好记录长度值后方可进行数据记录。记录完后用存盘文件名进行存盘，

以备虚拟式 FFT 分析仪调用。

2、运行虚拟 FFT 分析仪。首先打开已经存盘的数据文件，方可进行振动信

号的时域分析。


1、将数据以二进制文件存盘，供后续分析仪器调用。

2、把分析结果生成位图文件或由打印机输出，供写实验报告调用。

3、可对振动信号进行精细分析，如作数字滤波、频谱细化分析、解调分析

等。



7

实验二用傅立叶“频谱法”测量简谐振动的频率

一、实验目的

1．了解傅立叶频谱分析法的原理

2．学会用频谱法测量简谐振动的频率。

二、实验要求

傅立叶频谱法，就是用快速傅立叶变换的方法，将振动的时域信号变换为频

域中的频谱，从而从频谱的谱线测得振动频率得方法。

一般的，傅立叶变换可由下列积分表示：

2( ) ( )tj fF f f t e dtπ+∞ −

−∞= ∫

式中频率的函数 F(f)便是振动时间函数 )(tf 经傅立叶变换（在实际工程中便

是 FFT）后得到的频域或称频谱。

三、实验环境

调速电机、简支梁、传感器、调节器、测振仪、激振信号源、虚拟仪器等


1、虚拟式 FFT 分析仪开启。

2、用调速电机对简支梁系统施加一个频率未知的激扰力，电机转速（即系

统强迫震动频率）可用调压器来改变。在测量系统振动频率的过程中不要改变电

机转速。

3、将传感器测得的振动信号 )(tf 经测振仪接入虚拟式 FFT 分析仪，将 )(tf

作 FFT 变换，读出变换后谱线的横坐标值即测得 )(tf 的频率。


画出时域曲线和频谱图



周期信号分析方法是什么？

8

实验三多自由度系统各界固有频率及主振型的测量

一、实验目的

1、学会用共振法确定三自由度系统的各阶固有频率

2、观测三自由度系统各接振型

3、将实验所测得的各阶固有频率、振型与理论计算值比较

二、实验要求

三自由度系统的力学模型是把三个钢质量块 cbA mmm 、、（集中质量

mmmm CBA === ）固定在钢丝绳上，钢丝绳张力 T 用不同质量的重锤来调节。

在平面横振动的条件下，忽略钢丝绳的质量，将一无限自由度系统简化为三自由

度系统。由振动理知，三个集中质量的运动可以用下面的方程来描述：

02

2

=+ KXdt

xdM

式中：质量矩阵 ⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

mm

mM

000000

刚度矩阵 ⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

−−−

−=

840484

048

LTK

位移矩阵

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

3

2

1

xxx

X

系统的各阶固有频率为：

一阶固有频率 mLT343.22

1 =ω mLTf

π2531.1

1 =

二阶固有频率 mLT82

2 =ω mLTf

π2828.2

2 =

三阶固有频率 mLT656.132

3 =ω mLTf

π2695.3

3 =

式中：弦上集中质量 m=0.0045 千克

9

弦丝张力 T=( )牛顿

弦丝长度 L=0.625 米

固有频率 πω 2/iif = 赫兹

进一步可以计算出各阶主振型 A(i),(i=1,2,3):

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

12

1)1(A

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

−=

101

)2(A ⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡−=

12

1)3(A

对于三自由度系统，有三个固有频率，系统在任意初始条件下的响应该是三

个主振型的叠加。当激振频率等于某一阶固有频率时，系统的振动为主振型，系

统的振型由该阶主振型决定，其它阶的主振型可忽略不记。主振型与固有频率一

样只决定于系统本身的物理性质，而与初始条件无关。测定系统的固有频率时，

只要连续调整激振频率，使系统出现某阶振型且振幅达到大，此时的激振频率

即是该阶固有频率。

三、实验环境

磁力表座，非接触激振器，质量块，重锤，激振信号源


1．将非接触激振器接入激振信号源输出端，把激振器对准钢质量块 A 或 C，

保持一定的初始间隙（约为 8~10mm），使振动时激振器不碰撞质量块。

2．用 1 公斤或 2 公斤的重锤调整张力 T，张力 T 不同，测得的固有频率不

同。

3．开启激振信号源的电源开关，对系统施加交变正弦激振力，使系统产生

振动，调整信号源的输出调节开关便可改变振幅大小。调整信号源的输出调节开

关时注意不要过载。

4．激振频率由低到高逐渐增加，当观测到系统出现第一阶振型且振幅大

时，信号源显示的频率就是系统的一阶固有频率 1f 。依次下去，可得到第二、三

阶振型和二、三阶固有频率 32 ff 、。


1．测量不同张力下各阶固有频率的理论计算值与实测值

2．绘出观察到的三自由度系统振型曲线

10

3．将理论计算出的各阶固有频率、理论振型与实测固有频率、实测振型相

比较，是否一致？产生误差的原因在哪里？



11

实验四连续弹性体悬臂梁各阶固有频率及主振型的测量

一、实验目的

1、用共振法确定连续弹性体悬臂梁横向振动时的各阶固有频率。

2、观察分析梁振动的各阶主振型。

3、将实测得的各阶固有频率、振型与固有频率理论值、理论振型比较。

二、实验要求

悬臂梁是一连续弹性体，有无限多个自由度，既有无限多个固有频率和主振

型。在一般情况下，梁的振动是无穷多个主振型的迭加。如果给梁施加一个合适

大小的激扰力，且该力的频率正好等于梁的某阶固有频率，就会产生共振，对应

于这一阶固有频率的确定的振动形态叫做这一阶主振型，这时其它各阶振型的影

响小的可以忽略不计。用共振法确定梁的各阶固有频率及振型，我们只要连续调

节激扰力，当梁出现某阶纯振型且振动幅值大即产生共振时，就认为这时的激

扰力频率是梁的这一阶固有频率。实际上，我们关心的通常是低的几阶固有频

率及主振型，本实验是用共振法来测定悬臂梁的一、二、三阶固有频率和振型。

本实验是一矩截面梁，由弹性体振动理论可知，对于本实验中的悬臂梁，横

向振动固有频率的理论解为：

ApEJ

Lf 20

15.17= Hz

式中：L——悬臂梁长度(cm)

E——材料弹性系数( 2/ cmkg )

A——梁衡截面积( 2cm )

P——材料比重( 3/ cmkg )

J——梁截面弯曲惯性矩( 4cm )

对矩形截面，弯曲惯性矩：

12/3bhJ = ( 4cm )

式中：b——梁横截面宽度 h——梁横截面高度

本实验取：L=18.5cm b=1cm h=0.065cm

12

26 /102 cmkgE ×= p=0.0078 3/ cmkg

各阶固有频率之比：

∧∧=∧∧ 5.17:25.6:1:: 321 fff

进一步可以计算出悬臂梁的一、二、三阶固有频率和振型

三、实验环境

悬臂梁，非接触激振器，磁力表座，激振信号源


1．选距固定端 L/4 之处为激振点，将激振器端面对准悬臂梁上的激振点，

保持初始间隙 mm8~6=δ 。

2．将非接触激振器接入信号源输出端。开启激振信号源的电源开关，对系

统施加交变正弦激振力，使系统产生振动，调整信号源的输出调节开关便可改变

振幅大小。调整信号源的输出调节开关时注意不要过载。

3．调整信号源，是激振频率由低到高逐渐增加，当系统出现明显的一阶主

振型且振幅大时，信号源显示的频率就是梁的第一阶固有频率。找到一阶固有

频率后，不再调整激振频率，只改变激振元输出功率的大小（既改变激振力幅值

大小），并观察振型随激扰力大小变化的情况。用上述同样的方法可确定梁的二、

三阶固有频率及振型。


1．各阶固有频率的理论计算值与实测值。

2．绘出观察到的悬臂梁振型曲线。

3．将理论计算出的各阶固有频率、理论振型与实测固有频率、实测振型相

比较，是否一致？产生误差的原因在哪里？



13

实验五周期信号分析一、实验目的

通过实验了解周期信号的时域描述、频域描述、自相关分析、自功率谱分析。

并掌握 QLV 虚拟仪的基本原理和使用方法。

二、实验要求

掌握信号分析基本理论

三、实验环境

信号发生器

QLV 虚拟仪器接口箱

QLV 虚拟仪器 A/D 卡

QLV 虚拟仪器分析配件


（一）仪器连接

按照原理图联结好仪器，经检查无误后，开机预热 3 分钟。

（二）运行 QLV 虚拟仪器，选择单通道分析模块。如图 1 所示：

下图是单通道分析仪的外观。为获取分析数据通常有两种途径：一是在线实

时数据采集，由左下角的“在线”按钮控制；二是离线(存盘)数据调用，按左下角

的“离线”按钮，从已存盘的数据文件中获取。

按左下角的“在线”按钮，弹出一对话框，如图 2 所示, 选择频率、通道、采

样长度后，按“确认”见，开始进行采样，采样完毕后，进入信号分析状态。

（三）时域分析

1.分析数据获取后，自动进入时域波形显示，如下图。也可将鼠标移到“1 号”

旋钮，按左键，指针左旋，按右键，指针右旋，当指针指向 1-1 位置时，显示

时域波形。用鼠标点屏幕上的“幅值缩放”控件：“”（放大）“”（缩放），可

以控制信号波形在屏幕上的显示幅值大小。用鼠标点屏幕上的“页面控制”控件：

“”（向前翻页）、“”（向后翻页），可在屏幕上显示前面信号和后面信号的波

形。点取“光标微调”控件前，应先出现光标，将鼠标移至波形显示区想观察的地

方，鼠标按鼠标左键，光标出现在处，光标与波形交点处的时间和幅值显示在屏

幕上；移动鼠标后按左键，光标移动；按“光标微调”：“”（向左移）、“”（向

14

右移），线光标则将在相应的方向上微（移）动；按鼠标右键，光标消失。

2．鼠标移到“1 号”旋钮，按左键，指针左旋，按右键，指针右旋，当指针

指向 1-2 位置时，此时屏幕显示信号的特征值表，如下图所示。

3.将鼠标移到“1 号”旋钮,按左键, 指针左旋，按右键，指针右旋，当指针指

向 1-3 位置，此时屏幕显示信号的概率直方图，如下图所示。点取光标微调控件

前，应先出现光标，将鼠标移至直方图显示区想观察的地方, 按鼠标左键，光标

出现在鼠标处，光标与直方图交点处的概率和幅值显示在屏幕上；移动鼠标后按

左键，光标移动；按“光标微调”的“”向左移，“”向右移，线光标则在相应的

方向上微(移)动；按鼠标右键 ,光标消失。

4.将鼠标移到“1 号”旋钮，按左键，指针左旋，按右键，指针右旋，,使指

针纸向 1-4 位置，此时屏幕显示信号的频率分布函数，如下图所示。点取光标

微调控件前，应先出现光标，将鼠标移至概率分布函数显示区想观察的地方, 按

鼠标左键，光标出现在鼠标处，光标与概率分布函数交点处的分布和幅值显示在

屏幕上；移动鼠标后按左键，光标移动；按“光标微调”： “”向左移， “”向

右移，线光标则将在相应的方向上微(移)动；按鼠标右键，光标消失。

（四）频域分析。

1.分析数据获取后若需进行频域分析，先将鼠标移到“频谱分析加窗处理”

旋纽，选择恰当的窗函数（矩形，汉宁，海明等）后再将鼠标移到“1 号或 2 号”

旋纽，按鼠标左键，指针左旋，按右键，指针右旋：指针指向 1-5 位置显示“自

功率谱”、指针指向 1-6 位置显示“幅值谱”、指针指向 1-7 位置显示“对数功率

谱”、指针指向 2-1 位置显示“功率倒频谱”、指针指向 2-2 位置显示“幅值倒频

谱”、指针指向 2-3 位置显示“时频谱”。如旋纽指针指向 1-6 位置，一起显示屏

显示幅值谱，如下图。用鼠标点取“幅值缩放”控件：“”(放大)、“”（缩小）。

则频谱的幅值将作相应的变化。

2.光标读数时，应先出现光标，将鼠标移至频谱显示区需要读数的位置，按

鼠标左键，直线光标出现在鼠标处，光标与频谱交点处的频率和幅值显示在屏幕

上。移动鼠标后按左键，光标移动。按“光标微调”的“”向左移，“”向右

移。按鼠标右键，光标消失。在细化分析中，其中心频率就是光标所指处的频率。

3.以光标所指处频率为中心进行谱线的疏密控制，即伪细化。光标出现后，

15

按“疏密控制”的“”谱线压密，即横坐标值变大，按“” 谱线拉开，即

横坐标值变小。

4.将鼠标移到“1 号”旋纽，按左键，指针左旋，按右键，指针右旋，当指

针指向 1-5 位置时，仪器显示屏显示自功率谱，如下图所示。其控件操作同步骤

1.2.3.。


针指向 1-7 位置时，仪器显示屏显示对数自谱，如下图所示。其控件操作同步骤

1.2.3.。


针指向 2-2 位置时，仪器显示屏显示幅值倒频谱，如下图所示。


针指向 2-3 位置时，仪器显示屏显示时频谱，如下图所示。将鼠标移到时频谱显

示区，按左键，时域波形向前翻页，按右键，时域波形向后翻页，功率谱和幅值

谱交替切换显示。

（五）自相关分析

将鼠标移到“2 号”旋纽，按左键，指针左旋，按右键，指针右旋，当指针

指向 2-7 位置时，仪器显示屏显示自相关函数。下图为白色信号的自相关函数。

光标读数时应先出现光标，将鼠标移至显示区想读数的地方，按鼠标左键，光标

出现在鼠标处，光标与函数曲线交点处的相关和延迟显示在屏幕上。移动鼠标后

按左键，光标移动。按“光标为调”的“”向左移，“”向右移。按右键，

光标消失。

正弦信号的自相关函数如下图。



按照软件操作规程进行


16

实验六 K 型热电偶温度测量实验

一、实验目的

通过本实验了解热电偶测温的基本原理以及热电偶的基本构造

二、实验要求

三、实验环境

1、DRVI 可重组虚拟实验开发平台 1 套

2、蓝津数据采集仪（DRDAQ-EPP2） 1 台

3、开关电源（DRDY-A） 1 台

4、K 型热电偶 1 只

5、Pt1000 铂电阻 1 只

6、计算机 n 台

（如使用蓝津 DRMU-ME-B 型综合实验台，则上述的 2、3 项已集成在

实验台内部）


启动计算机，开启 DRVI 数据采集仪和电源。（并将模块转换开关转到环境

监测模块。）

服务器端运行 DRVI 主程序，然后点击 DRVI 快捷工具条上的“联机注册”

图标，选择其中的“DRVI 采集仪主卡检测”进行服务器和数据采集仪之间的注

册。联机注册成功后，从 DRVI 工具栏和快捷工具条中启动“DRVI 微型 Web 服

务器”，开始监听 8500 端口。

打开客户端计算机，启动计算机上的 DRVI 客户端程序，然后点击 DRVI 快

捷工具条上的“联机注册”图标，选择其中的“DRVI 局域网服务器检测”，在弹

出的对话框中输入服务器 IP 地址（例如：192.168.0.1），点击“发送”按钮，进

行客户端和服务器之间的认证，认证完毕即可正常运行客户端所有功能。

在 DRVI 软件平台的地址信息栏中输入如下信息“http://服务器 IP 地

址:8600/GccsLAB/index.htm”，打开 WEB 版实验指导书，在实验目录中选择“K

型热电偶温度测量”实验，参照实验原理和要求设计该实验。

本实验的实验原理设计图如下图所示。

点击附录中该实验脚本文件“服务器端”的链接，将参考的实验脚本文件读

17

入 DRVI 软件平台中，点击面板中的“开关”按钮开始运行该脚本，此时，需要

查看一下冷端补偿的铂电阻（Pt1000）是否已经接入了电路。如果没有连接，则

会导致热电阻测温电路工作不正常，进而会导致热电偶电路受冷端补偿的影响产

生错误的结果。在确认热电阻已接入电路后，点击脚本中的开始按钮进行采样。

可将热电偶探头放入不同温度的介质中并观察实验结果，如果结果有少许偏差，

可仔细调整标有热电偶增益的电位器进行修正。（参照 2 级玻璃管温度计）在调

整后，可进行正式的实验，并观察实验现象并记录实验结果。

图 1 实验原理设计图

对于客户端的分析，首先设定数据共享服务器的端口，然后在确认数据共享

服务器端脚本运行的前提下，点击“开关”按钮进行网络数据采集，观察数据共

享服务器端在不同的介质温度情况下信号变化及测量值的情况，并记录实验结

果。


简述热电偶的基本结构。分度号所代表的意义。

回答问题：热电偶测温电路中为什么要使用线性校正电路和冷端补偿电路？

在测量电路中省略冷端补偿电路或冷端补偿电路工作失常会产生什么结果？

观察实验过程并记录结果。


1

9

11

12

6000

6001

0

※说明：红线和虚线表示单变量数据线，蓝线和实线表示数组型数据

线，箭头代表数据或信号在软件总线中的流动方向

8

18

在本实验开始之前，需要连接好作为冷端补偿用的热电阻。

热电偶的连接需要确认极性，带有红色标记的是正极，蓝色标记的为负极。

为了取得较好的实验结果，冷端补偿的热电阻应避免接触实验用的高温或低

温介质。


简述热电偶的基本结构。分度号所代表的意义。

回答问题：热电偶测温电路中为什么要使用线性校正电路和冷端补偿电路？

在测量电路中省略冷端补偿电路或冷端补偿电路工作失常会产生什么结果？

观察实验过程并记录结果。

19

实验七磁电转速传感器转速测量实验

一、实验目的

通过本实验了解和掌握采用磁电转速传感器测量的原理和方法。二、实验要求

三、实验环境 1. 计算机 n 台 2. DRVI 快速可重组虚拟仪器平台 1 套 3. 实验桌（DRMU-ME-B） 1 台 4. 磁电转速传感器（DRCD-12-A） 1 套 5. 转子实验台（DRZZS-A） 1 台


1. 按照实验设备要求准备实验仪器，磁电转速传感器接入转子实验模块的

对应通道。（本实验暂时只能在 DRMU-ME-B 型实验桌上进行） 2. 启动服务器，运行 DRVI 程序，点击 DRVI 快捷工具条上的“联机注册”

图标，选择其中的“DRVI 采集仪主卡检测”进行服务器和数据采集仪之

间的注册。联机注册成功后，从 DRVI 工具栏和快捷工具条中启动 “内

置的 Web 服务器”，开始监听 8500 端口。 3. 打开客户端计算机，启动计算机上的 DRVI 程序，然后点击 DRVI 快捷工

具条上的“联机注册”图标，选择其中的“DRVI 局域网服务器检测”，

在弹出的对话框中输入服务器 IP 地址（例如：192.168.0.1），点击“发送”

按钮，进行客户端和服务器之间的认证，认证完毕即可正常运行客户端

所有功能。 4. 在收藏菜单栏中选中“实验指导书”菜单项打开 WEB 版实验指导书，在

实验目录中选择“磁电转速传感器转速测量”实验，按实验原理和要求

设计该实验。

※说明：红线和虚线表示单变量数据线，蓝线和实线表示数组型数

据线，箭头代表数据或信号在软件总线中的流动方向。

0

1

2

3

4

6000

20

5. 本实验的目的是了解转速测量的方法，并且要实现服务器端的数据共享

功能，需要分别设计服务器端和客户端的实验脚本。对于服务器端，首

先需要将数据采集进来，蓝津信息提供了一个配套的 8 通道并口数据采

集仪来完成外部信号的数据采集过程，在 DRVI 软件平台中，对应的数

据采集软件芯片为“蓝津 DAQ_A/D”芯片；数据采集仪的启动采用

一片“0/1 按钮”芯片来控制；为完成转速的计算，使用一片“VBScript脚本”芯片，在其中添加转速计算的脚本，计算出电机的旋转频率和

转速，并通过“数码 LED”芯片显示出来；另外，为了控制计算的准

确性，插入一片“数字调节”芯片，用于设定门限值，只有大于该门

限值的信号才被认为是正常的转速信号；还需要选择一片“波形/频谱显

示”芯片，用于显示通过光电传感器获取的转速信号的时域波形；然

后再插入 1 片“内存条”芯片，用于数据采集仪采集到的存储数组型

数据；再加上一些文字显示芯片和装饰芯片，就可以搭建出一个

“转速测量”服务器端的实验，所需的软件芯片数量、种类、与软件总

线之间的信号流动和连接关系如图 3.3 所示，根据实验原理设计图在

DRVI 软面包板上插入上述软件芯片，然后修改其属性窗中相应的连线参

数就可以完成该实验的设计和搭建过程。 6. VBScript 程序设计指导：在本实验中，转速的计算是通过在“VBScript

脚本”芯片中添加脚本实现的，该芯片由内存芯片 6000 来驱动，当

6000 中数据产生变化，也就是有新的采样数据进来时，启动“VBScript脚本” 芯片计算电机的旋转频率和转速。程序主要设计思路如下：

由于内存IC中的数据是不能直接用来运算的，所以，需要定义一个

数组，将内存的数据拷贝到数组中，再来组织运算。将数组中的数据进行分析，以得到脉冲信号的频率。实际上，我们

得到的信号是已经调理好的正向方波信号，只需要计算出这些方波信号

的周期就可以得到脉冲的频率。根据实验原理所给的公式，进而可以计

算出电机的转速。作为计算机，对脉冲信号周期的分析是需要准确测量信号上“对应

点”的相距点数。“对应点”是指会周期性出现的点，并且有可识别的

特征。比如正弦信号的过零点，峰值点，脉冲信号的上升和下降沿。程序的具体写法在光电传感器转速测量实验中已经有介绍，在这里

不再重复。本实验与光电传感器的转速测量实验略有不同请同学们注意，

需要在程序上稍作调整。具体的程序需要同学们自己来完成。 7. 对于客户端，与以前设计过的实验类似，必须在完成网络数据采集的基

础上进行信号的分析和处理，在 DRVI 软件平台中，客户端是通过“TCP客户端”芯片和“定时器”芯片的组合来完成网络数据采集功能，

另外还需采用“IP 地址输入”芯片来指定数据共享服务器的 IP 地址，

其它的芯片则与服务器端基本相同，客户端所需的软件芯片数量、种类、

21

与软件总线之间的信号流动和连接关系如图 20.7 所示。 8. 在 Web 版的实验指导书中，还提供了本实验的参考脚本，可以直接点击

附录中该实验脚本文件“服务器端”和“客户端”的链接，将参考的实

验脚本文件读入 DRVI 软件平台中并运行。服务器端实验效果示意图如

图 20.8 所示。 9. 点击面板中的“开关”按钮进行测量，观察并记录测量的转速值，调整

传感器的位置，同时观察检测到的转速波形和传感器位置之间的关系，

并分析由此带来的测量误差。 10. 调节电机转速至另一稳定转速，再次进行测量。 11. 对于客户端的分析，首先设定数据共享服务器的 IP 地址，然后在确保数

据共享服务器端 8500 端口打开的前提下，点击“开关”按钮进行网络数

据采集，观察数据共享服务器端转速测量值随外界条件变化而变化的情

况，并记录实验结果。

※说明：黄线表示服务器端数组型数据线，红线和虚线表示单变量数据线，蓝线

和实线表示数组型数据线，箭头代表数据或信号在软件总线中的流动方向。

2

3

0

4

5

6000

1

N6000

22


1. 简述实验目的和原理，根据实验原理和要求整理实验设计原理图。 2. 根据实验步骤分析并整理转速测量结果。



1. 转速测量还可以采用其它那些传感器进行？ 2. 采用光电传感器测量转速的精度如何，怎样保证测量的准确性？

23

实验八红外对射传感器传输速度测量实验

一、实验目的

1. 通过本实验熟悉红外对射传感器的工作原理。 2. 了解采用红外对射传感器进行线速度测量的原理和方法（仅适用于环形

输送线）。二、实验要求

三、实验环境

1. 环形输送线实验台（DRCSX-12-B） 1 台 2. 红外对射传感器（DRHD-12-A）※ 1 个 3. 蓝津数据采集仪（DRDAQ-EPP2） 1 块 4. 开关电源（DRDY-A） 1 台 5. 个人计算机 n 台

※红外对射传感器已安装于环形输送线内部，实验时将其信号线接到模

块上即可。四、实验内容、步骤

1. 由于已将 DRHD-12-A 型红外对射传感器安装在环形输送线内部，并在

输送线的后部留有信号线插座，实验时只需用信号线接到输送线模块对

应通道即可。 2. 启动服务器，运行 DRVI 程序，然后点击 DRVI 快捷工具条上的“联机

注册”图标，选择其中的“DRVI 采集仪主卡检测”进行服务器和数据

采集仪之间的注册。联机注册成功后，从 DRVI 工具栏中启动“Web 服

务器”，开始监听 8500 端口。 3. 在收藏菜单栏中选中“实验指导书”菜单项打开 WEB 版实验指导书，

在实验目录中选择 “红外对射传感器传输速度测量”实验，点击附录

中“服务器端”脚本文件链接，将本实验的“服务器”端脚本文件读入。 4. 点击“开始”按钮运行服务器端的实验脚本，启动环形输送线，观察脚

本的波形/图谱 IC 上的波形。特别要仔细观察波形高低电平的数值变化

范围。 5. 5．本实验的原理设计参考图如图 23.3 所示。本实验的实验脚本大体已

经编写出来，但是并没有将后的分析和计算完全写出来，目的在于锻

炼同学们的分析和编程能力。在此，需要同学们动手在 VBScript 中填写

程序，后分析出输送线的运行速度。 6. 本实验程序设计指南：由于本实验是处理缓慢的脉冲信号。如前所述，

链条的运行速度比较慢：16～50mm/s；对应频率是 1.26～3.94Hz。因此，

在脚本设计的时候，就要充分考虑本实验的特点，要将采样频率设置的

24

比较低，采样长度应设置较短，建议采样频率取 100Hz，采样长度设置

256～512 点，这样是为了能取得较快的刷新速度又可以保证在这个采样

长度下包含了完整的脉冲信号。在使用 VBScript 进行实验数据分析的时

候，建议使用如下的程序来判断和存储脉冲的下降沿。a()是预先定义

的数组，用来存放脉冲下降沿的位置。Gate 是用于判断当前点电平是否

低电平的门限，它的数值取多少需要同学们自己观察。下面的一段程序

是可将数组 data()中的脉冲下降沿进行计数，并且将其位置存放在数组

a()中。 For i = 0 To 500

If data(i)<=gate Then

j1=1

Else

j1=0

End If

If j2<j1 Then

a(k)=i

k=k+1

End If

j2=j1

Next

在取得脉冲下降沿的数量和位置（在数组 a()中）后，就可以计算

出脉冲的平均周期 T，根据 T 和链条的节距 d 来计算输送线的运行速度

就很容易了。VBScript 的具体程序请同学们自己编写。

7. 打开客户端计算机，启动计算机上的 DRVI 程序，然后点击 DRVI 快捷

工具条上的“联机注册”图标，选择其中的“DRVI 局域网服务器检测”，

在弹出的对话框中输入服务器 IP 地址（例如：192.168.0.1），点击“发

送”按钮，进行客户端和服务器之间的认证。 8. 点击附录中的“客户端”脚本文件链接，将实验的脚本文件读入。将服

25

务器 IP 地址填入数据服务器 IP 地址输入栏中，在服务器端进行数据采

集的同时，点击“开始”按钮，进行客户端的速度测量过程。测量时可

以看到波形被同步显示出来，同样的，没有后的分析结果，也需要同

学们来完成后的分析程序设计。五、实验报告要求及计录、格式

简述实验目的和原理，分析并整理实验测量结果。六、实验注意事项


1．该实验还可以采用其它哪些传感器进行？ 2．调整不同的采样频率后，输出信号有何变化？并解释产生这种现象的原

因。

0

《水雷兵器原理》

实验指导书


2006 年 10

1

目录

实验一水雷观摩实验...........................................................................................................3

一、实验目的...........................................................................................................................3

二、实验要求...........................................................................................................................3

三、实验环境...........................................................................................................................3

四、实验内容、步骤...............................................................................................................3

五、实验报告要求及计录、格式...........................................................................................3

六、实验注意事项...................................................................................................................3

七、讨论、思考题...................................................................................................................3

实验二水雷构造实验...........................................................................................................4

一、实验目的...........................................................................................................................4

二、实验要求...........................................................................................................................4

三、实验环境...........................................................................................................................4

四、实验内容、步骤...............................................................................................................4

五、实验报告要求及计录、格式...........................................................................................4

六、实验注意事项...................................................................................................................4

七、讨论、思考题...................................................................................................................4

实验三海上认识实习...........................................................................................................5

一、实验目的...........................................................................................................................5

二、实验要求...........................................................................................................................5

三、实验环境...........................................................................................................................5

四、实验内容、步骤...............................................................................................................5

五、实验报告要求及计录、格式...........................................................................................5

六、实验注意事项...................................................................................................................5

七、讨论、思考题...................................................................................................................5

实验四生产实习...........................................................................................................................6

一、实验目的...........................................................................................................................6

二、实验要求...........................................................................................................................6

三、实验环境...........................................................................................................................6

2

四、实验内容、步骤...............................................................................................................6

五、实验报告要求及计录、格式...........................................................................................6

六、实验注意事项...................................................................................................................6

七、讨论、思考题...................................................................................................................6

3

实验一水雷观摩实验

一、实验目的

通过观摩实验，要求学生了解水雷基本知识，掌握水雷的作用和水雷的分类等水雷的基

础知识，对水雷有一个感性认识，为今后的专业学习奠定基础。。

二、实验要求

预习相关章节，了解水雷分类、水雷作用等基本知识。

三、实验环境

水雷陈列室。


1）参观水雷陈列室中的各种类型的水雷；

2）通过指导教师的讲解了解水雷的作用；

3）通过实雷参观，掌握各型水雷的分类方法及分类，包括起爆方式、水中状态及装药量的

大小可分为不同类型的水雷。


无


注意人身安全，严格保密制度。


水雷分类，不同水雷的特点。

4

实验二水雷构造实验

一、实验目的

水雷构造实验是学生深入了解和掌握水雷内部构造的一次试验活动。通过试验使学生对

各种水雷的不同结构和部件有更深刻的认识，为今后的专业学习和水雷研究做一个基础准

备。

二、实验要求

预习相关章节，了解水雷主要仪表、仪器的基本知识。

三、实验环境

水雷陈列室。


1）参观水雷陈列室中的各种类型水雷。

2）进行解剖水雷总体的分解、装配。

3）结合锚-1 水雷对引信和自动定深系统进行分解、装配。


无




结合实物，表述锚-1 水雷引信和自动定深系统的工作过程。

5

实验三海上认识实习

一、实验目的

海上认识实习是课程的一个知识拓展环节，是学生了解水雷武器在我军海防中重要应

用的一个窗口。通过实习，要求学生对水雷的作用和水雷的实际应用等一些具体的实际操作

步骤有一个基本的认识和了解。提高学生对本专业的认识和兴趣，增强科技强军意识。

二、实验要求

复习课内内容，掌握水雷基本知识。

三、实验环境

青岛海军基地。


海上实习以参观为主。通过对不同单位的参观，让学生对水雷的储存，布放等概念有个基本

了解。其基本内容有：

1）参观海军历史博物馆，了解水雷战的历史，让学生认识到水雷武器的重要的战略威慑作

用；

2）参观海军水雷存贮仓库，了解水雷武器在平时的储存、运输、检修方面的知识，了解水

雷武器使用前所需要的必要准备工作流程；

3）参观扫雷大队，了解如何降低水雷武器的危害，了解一般的扫雷知识和方法；

4）参观海军水上飞行大队，了解快速布雷的流程；

5）参观海军直升机大队，让学生了解武装直升飞机在现代海战中的作用。


无




讨论我军水雷应用现状及发展。

6

实验四生产实习

一、实验目的

生产实习是课程的一个知识应用环节，能够使学生了解水雷武器各个生产环节和后的

总装、调试。感受课本理论知识是如何向具体的科技产品转化的，了解转化过程中需要解决

的问题等，使学生对从事水雷行业研究、生产工作有感性认识。

通过生产实习，要求学生对水雷各个作战部分的生产流程有概念性的了解，结合工厂生

产实际情况，动手进行相关环节的实际操作

二、实验要求

复习课内内容，掌握水雷仪器、仪表的基本知识。

三、实验环境

水雷总装厂。


生产实习以参观和学生动手操作为主。通过对不同的生产部门的参观，了解水雷生产的

基本流程。

1）会议室学习。了解参观厂家的历史；学习保密条例，防止在实习过程中发生泄密事

件；学习现代企业产品质量管理理念，了解生产厂家是如何保障产品的质量；

2）电子分厂参观，了解引信的生产、调试过程，了解军民两用技术开发情况；

3）定时器分厂参观，了解定时器在水雷上的应用；通过跟班生产，体验具体的产品生

产过程；

4）注塑分厂参观，了解注塑机的生产过程；

5）部装分厂参观，了解水雷的总装、联合调试过程；

6）总厂研究所参观，了解国防企业在科技创新和预先研究成果转化方面的工作情况。


无




7

讨论我国水雷研发现状与新技术转化需求。

1

《自导系统》

实验指导书


2006 年 9 月

2

目录

实验一自导鱼雷攻击过程演示实验...........................................................................................3

一、实验目的...........................................................................................................................3

二、实验要求...........................................................................................................................3

三、实验环境...........................................................................................................................3

四、实验内容、步骤...............................................................................................................3

五、实验报告要求及记录、格式...........................................................................................3

六、实验注意事项...................................................................................................................3

七、讨论、思考题...................................................................................................................3

实验二波束形成及目标定向实验...............................................................................................4

一、实验目的...........................................................................................................................4

二、实验要求...........................................................................................................................4

三、实验环境...........................................................................................................................4

四、实验内容、步骤...............................................................................................................4

五、实验报告要求及记录、格式...........................................................................................4

六、实验注意事项...................................................................................................................4

七、讨论、思考题...................................................................................................................4

3

实验一自导鱼雷攻击过程演示实验

一、实验目的

借助于多媒体三维视景仿真的手段，辅助学生建立直观的鱼雷自导系统工作

过程、自导鱼雷攻击过程的概念。

二、实验要求

利用“水声对抗试验仿真与评估系统”给学生演示自导鱼雷在复杂对抗环境

下的攻击过程。

三、实验环境

硬件环境：PC 机三台、投影仪两台。

软件环境：Windows 2000/XP 操作系统、“水声对抗试验仿真与评估系统”

软件。


1．空投鱼雷反潜过程的演示；

2．潜射大型鱼雷攻击水下目标遭遇多种水声对抗器材的复杂水下对抗过程

的演示；

3. 尾流自导鱼雷攻击水面舰的演示。


1．记录自导鱼雷攻击过程分为哪几个阶段；

2．记录自导鱼雷攻击过程中可能面临哪些对抗器材。


观看过程中应该仔细观察鱼雷和目标的相对运动关系，有不清楚的地方可以

要求操作员暂停演示，从场景的不同视角去观察。


1．尾流自导鱼雷利用了目标的什么信息？首次进入尾流时要注意什么？

2．现有鱼雷排除人工干扰的手段有哪些？

3．空投鱼雷的搜索弹道一般如何设计？

4

实验二波束形成及目标定向实验

一、实验目的

借助于麦克风阵列验证波束形成理论算法和目标定向方法。

二、实验要求

要求学生掌握利用传感器阵列获得接收指向性的波束形成方法，通过调整阵

元间距、改变加权系数等了解波束指向性的控制方法，了解利用波束实现目标定

向的方法。

三、实验环境

实验用房：每组一个房间，好四面墙壁均挂厚重隔音窗帘。

硬件环境：声源、8 元麦克风阵列、放大滤波器、数据采集卡、PC 机、激

光方位指示器，打印机。

软件环境：Windows 2000/XP 操作系统、波束形成及目标定向软件。


1．半波长配置阵列的窄带波束形成、波束指向性测量、目标定向；

2．稀疏阵列的波束指向性测量；

3. 宽带波束形成及目标定向。


1．记录不同加权方法的波束指向性图；

2．记录不同阵元间距的波束指向性图；

3．比较不同定向方法的方位估计精度。


为保证远场条件，声源的放置距离应该大于阵列尺寸的 10 倍以上；开始实

验前应该把方位指示器调整到 0°方向。


1．波束指向性图中出现栅瓣会带来什么问题？怎样才能保证波束无栅瓣？

2．如何提高目标定向精度？

1

《数字信号处理》

实验指导书


2006 年 10 月

2

目录

实验一 IIR 数字滤波器设计 3

一、实验目的 ......................................................................................................................................3

二、实验要求 ......................................................................................................................................3

三、实验环境 ......................................................................................................................................3

四、实验内容、步骤 ..........................................................................................................................3

实验内容 ..........................................................................................................................................3

实验步骤 ..........................................................................................................................................3

五、实验报告要求及计录、格式 ......................................................................................................4

六、实验注意事项 ..............................................................................................................................4

七、讨论、思考题 ..............................................................................................................................4

实验二离散信号的数字谱分析 5

一、实验目的 ......................................................................................................................................5

二、实验要求 ......................................................................................................................................5

三、实验环境 ......................................................................................................................................5

四、实验内容、步骤 ..........................................................................................................................5

实验内容 ..........................................................................................................................................5

实验步骤 ..........................................................................................................................................5

五、实验报告要求及计录、格式 ......................................................................................................6

六、实验注意事项 ..............................................................................................................................6

七、讨论、思考题 ..............................................................................................................................6

3

实验一 IIR 数字滤波器设计

一、实验目的

让学生掌握 IIR 数字滤波器设计的冲激响应不变设计方法。

掌握 IIR 数字滤波器的计算机编程实现方法，即软件实现。

培养学生综合分析、解决问题的能力，加深对课堂内容的理解。

二、实验要求

掌握 IIR 数字滤波器设计的冲激响应不变法；编制 IIR 数字滤波器的程序；完成对不同

频率的多个正弦信号的滤波；实验后撰写实验报告。

三、实验环境


PC 机，Windows2000，office2000，Matlab6.5 软件。


实验内容

已知模拟滤波器的技术指标: ∂ p dB= −3 截止频率为ω πp KHz= ×2 2 (通带 0 至

2KHz)；ω πs KHz= ×2 4 (止带从 4KHz 至＋∞)，在ω s 处相对于ω = 0处的幅值衰减为

∂ s dB≤ −15 ，取样频率为 20KHz。

1．编程设计滤波器，用冲激响应不变法设计 IIR 数字滤波器。

2．编程实现滤波器，求脉冲响应、频率响应。

3．编程滤波，求滤波器输出，完成对不同频率的多个正弦信号的滤波。

实验步骤

1．根据所给定的技术指标，设计 Butterworth 模拟滤波器。

调用函数[n,wn]=buttord(wp,ws,rp,rs,’s’)确定阶次。调用函数[z,p,k]=buttap(n)，求低通原

型的模型。调用函数[b,a]=zp2tf(z,p,k)实现模型转换。

2．用冲激响应不变法设计一个低通 IIR 数字滤波器。

调用函数[bz,az]=impinvar(b,a,fs)，实现模拟滤波器的离散化。

4

3．求出脉冲响应 ][nh 和幅频特性曲线 H e j( )Ω，(－π≤Ω≤π)。调用函数

[h,t]=impz(bz,az,n,fs)和[h,f]=freqz(bz,az,N,fs) 完成。

4．设数字滤波器输入 )4.0sin()1.0sin(][ nnnx ππ += ，用所设计的 IIR 滤波器进行滤波。

调用函数 y=filter(bz,az,x)完成。


1．记录，并列表给出 Butterworth 模拟滤波器的阶次 n 和系数 ba, 。

2．记录，并列表给出 IIR 数字滤波器系数 bzaz, 。

3．画出 IIR 数字滤波器的脉冲响应 ][nh 和幅频特性曲线 H e j( )Ω

4．对于给定的输入 )4.0sin()1.0sin(][ nnnx ππ += ，画出数字滤波器输入和输出时域

曲线。


1．实验前，进一步熟悉掌握 Butterworth 模拟滤波器和 IIR 数字滤波器设计的原理和方

法。

2．了解 MATLAB 的数字信号处理工具箱，特别是滤波器设计函数。

3．实验中，注意观察数字滤波器的脉冲响应、幅频特性以及输入和输出时域波形。

4．实验后，总结滤波器的设计方法。


1．回忆课堂上所讲的数字滤波器设计的一般方法。

2．总结用 MATLAB 工具箱函数设计数字滤波器设计的方法，并与课堂上所讲的方法

对照。

3．检查所设计的低通 IIR 数字滤波器是否符合指标要求。

5

实验二离散信号的数字谱分析

一、实验目的

让学生学会用 FFT 进行数字谱分析。

掌握 FFT 进行数字谱分析的计算机编程实现方法。

培养学生综合分析、解决问题的能力，加深对课堂内容的理解。

二、实验要求

掌握数字谱分析方法；编制 FFT 程序；完成正弦信号、线性调频信号等模拟水声信号

的数字谱分析；实验后撰写实验报告。

三、实验环境


PC 机，Windows2000，office2000，Matlab6.5 软件。


实验内容

单频脉冲（CWP）为 )2exp()()( 0tfjTtrectts π= 。式中， )(

Ttrect 是矩形包络，T 是脉冲

持续时间， 0f 是中心频率。

矩形包络线性调频脉冲信号（LFM）为 )]21(2exp[)()( 2

0 MttfjTtrectts += π 。式中，M

是线性调频指数。瞬时频率 Mtf +0 是时间的线性函数，频率调制宽度为 MTB = 。

伪随机信号（PR）或似噪声信号为 )()()( tnTtrectts ⋅= 。式中 )(tn 是由中心频率为 0f ，

带宽为 B的带通滤波器截取的一段白噪声，其频谱为 )()( 0

Bff

rectfN−

= 。

设参数为 kHzf 200 = ， msT 50= ， kHzB 10= ，采样频率 kHzf s 100= 。

1．编程产生单频脉冲、矩形包络线性调频脉冲和伪随机脉冲信号。

2．编程实现这些信号的谱分析。

3．编程实现快速傅立叶变换的逆变换。

实验步骤

1．编程产生单频脉冲、矩形包络线性调频脉冲和伪随机脉冲信号。

2．应用快速傅立叶变换（FFT）求这三种信号的频谱，分析离散谱位置、归一化频率、

实际频率的关系。

6

调用函数 Y=fft(x) or Y=fft(x,N) or Y=fft(x,N,dim)。

3．对于步骤 2 的结果，应用快速傅立叶变换的逆变换（IFFT）求三种信号的时域波形，

并与已给的单频脉冲、矩形包络线性调频脉冲和伪随机脉冲信号波形进行对照。

调用函数 x=ifft(Y) or x=ifft(Y,N) or x=ifft(Y,N,dim)。

4．对于步骤 2 的结果，进行频谱移位调整。将 FFT 变换的结果 Y（频谱数据）进行移

位调整，使其符合频谱常观表示方法，调整后，频谱的直流成分（即频率为 0 处的值）移到

频谱的中间位置。分析离散谱位置、归一化频率、实际频率的关系。

移位调整调用函数 Z=fftshift(Y)。


1．画出单频脉冲、矩形包络线性调频脉冲和伪随机脉冲信号的时域波形。

2．画出三种信号的频谱，标出离散谱位置、归一化频率、实际频率。

3．画出快速傅立叶变换的逆变换的结果，并与已给的三种信号波形对照。

4．画出移位调整后的频谱，标出离散谱位置、归一化频率、实际频率。


1．实验前，进一步熟悉掌握 DFT、FFT 的概念，数字谱分析方法。

2．了解 MATLAB 的数字信号处理工具箱，特别是快速傅立叶变换函数。

3．实验中，注意观察信号波形、频谱曲线以及 IFFT 分析的结果。

4．实验后，总结数字谱分析方法。


1．回忆课堂上所讲的 DFT、FFT 的概念和数字谱分析方法。

2．总结用 MATLAB 工具箱函数实现谱分析的方法。

3．分析离散谱位置、归一化频率、实际频率的关系。

4．分析数据补零的长短对谱分析结果的影响。

《电子测量》

实验指导书


2006 年 10 月

目录

实验一信号发生器及其组成 ................................................ 1

实验二电压、频率、周期测量 ............................................ 3

实验三时域与频域测量 ........................................................ 5

1

实验一信号发生器及其组成

一、实验目的

要求同学们以现代电子测量技术、手段和系统为背景，系统地学习现代信号

产生的基本理论与实现方法，其中有测量误差的统计处理、误差的合成与分配、

非等精度测量、加权平均，信号产生与合成及扫频技术、频率测量与时间测量技

术等，为学生学习和掌握现代信号产生与合成技术打下基础。

二、实验要求

通过实验掌握信号发生器的组成、熟悉其工作原理，了解各类函数信号的产

生与信号特征，熟悉脉冲信号和合成信号的产生，了解扫频信号的工作原理。

三、实验环境


1、实验板：用于信号放大、隔离、调理、自组信号发生器电路。

2、函数信号发生器：HP33220A

3、数字示波器：TDS1012

4、稳压电源： 0-30V


1．产生单频信号与函数信号，观测其时域特征。

2．产生扫频信号与脉冲信号，观测其时域特征。


1．记录单频信号的时域数据，记录函数信号的时域特征；

2．记录扫频信号的时域数据，记录脉冲信号的时域特征。




3、信号时域的观测时，示波器的扫描时基要合适，同步通道的位置。


1、观测函数信号的注意事项是什么？如何准确捕捉信号的频率？

2、在观测脉冲信号时如何把握信号周期？

2

3、扫频信号的终始频率如何在时域观测？

3

实验二电压、频率、周期测量

一、实验目的

要求同学们以现代电子测量技术、手段和系统为背景，系统地了解电压电流

信号的本质特征，学习测量误差的统计处理、误差的合成与分配、非等精度测量、

加权平均，电压与电流测量技术、数据采集技术、频率测量与时间测量技术等，

为学生学习和了解、掌握电压、电流、频率、周期信号测试技术打下基础。

二、实验要求

通过实验掌握电信号的本质特征、熟悉其工作原理，了解频率信号与周期信

号的差异特征，熟悉电信号的各类测试手段与测试设备，了解信号测试的中界原

理，掌握频率与周期测量的方式。

三、实验环境



2、台式数字电压表：吉时利 2001

3、数字示波器：TDS1012

4、稳压电源： 0-30V


1．产生电压信号，观测其时域特征，测量有效值、峰值等参数。

2．产生电流信号，采用合适的测量方式，测量有效值、峰值等参数。


1．记录电压信号的时域数据，记录有效值、峰值；

2．记录电流信号的时域数据，记录有效值、峰值。





1、观测电压电流信号的注意事项是什么？如何准确捕捉信号的频率？

4

2、在观测脉冲电压、电流信号时如何把握信号周期？

3、电压电流信号的峰值与有效值如何在时域观测并计算？

5

实验三时域与频域测量

一、实验目的

要求同学们以现代电子测量技术、手段和系统为背景，系统地了解各类信号

的本质特征，学习掌握测量误差的统计处理、误差的合成与分配、非等精度测量、

加权平均、数据采集技术、信号频域测量与时域测量技术特别是信号的数字域的

测量等，为学生学习和了解、掌握信号频域、时域、数字域测试技术打下基础。

二、实验要求

通过实验掌握信号的本质特征、熟悉其工作原理，了解频域信号与时域信号

特别是数字域信号的差异特征，熟悉信号的各类测试手段与测试设备，了解信号

测试的变换原理，掌握信号触发测量的方式。

三、实验环境



2、可编程信号源：TEK2005

3、数字示波器：安捷伦 54600D

4、频谱分析仪：安捷伦 PSA E4440A

5、逻辑分析仪：安捷伦 16902

6、稳压电源： 0-30V


1．产生函数信号，观测其时域、频域特征，测量时域和频域有效值、峰值及功率谱等

参数。

2．产生各类数字域信号序列，采用合适的触发测量方式，测量观测各时序间的关系，

通过时序逻辑检验系统在系统时钟运行下的逻辑时序。


1．记录信号的时域与频域数据，记录有效值、峰值与功率谱；

2．记录序列信号的时域逻辑关系数据，记录系统时钟运行下的时序图。


6



3、使用逻辑分析仪时注意时钟的输入脚与处罚方式选择。

4、注意各测试设备的输入信号动态范围、极性。


1、观测频域与时域信号的注意事项是什么？如何准确捕捉信号的频率？

2、信号的时域与频域的变换关系是什么？是否一一对应？

3、如何确定时序信号的逻辑关系？各触发方式应如何应用？

1

《单片机应用与设计》课程

实验指导书


2008.12

2

说明本实验指导书是结合“单片机应用与设计”课程的授课内容，根据航海学院

单片机实验室现有的单片机实验平台条件，针对同学们的学习需要和本课程的教

学目的而编写了一下实验内容。在当年的具体教学实践中，结合同学的学习情况、

学习需求及实验条件，可在以下实验内容中选择安排开展实验。以下实验内容可根据具体教学经验的积累和同学们的反馈意见，不断进行充

实和完善。本实验指导书就是在 2006 年编写的实验指导书的基础上改编的。今

后还会根据课程内容及同学的需要，进一步充实实验内容，并根据实验条件的变

化，增加和完善实验的内容和方法等，不断适应科学技术的发展需要，满足学校

教学任务的需要。关于 CYGNAL 单片机系统实验机的操作使用、电路原理、软件环境等请阅

读《CYGNAL 单片机系统实验机使用手册》。 2008 年 12 月

3

目录实验一数据传输实验.................................................................................................................1

一、实验目的...........................................................................................................................1 二、实验要求...........................................................................................................................1 三、实验环境...........................................................................................................................1 四、实验内容、步骤...............................................................................................................1 五、实验报告要求及记录、格式...........................................................................................2 六、实验注意事项...................................................................................................................3 七、讨论、思考题...................................................................................................................3

实验二存贮器测试程序设计实验...............................................................................................4 一、实验目的...........................................................................................................................4 二、实验要求...........................................................................................................................4 三、实验环境...........................................................................................................................4 四、内容及要求.......................................................................................................................4 五、步骤与方法.......................................................................................................................4 六、参考程序：.....................................................................................................................5 七、调试时注意:....................................................................................................................6 八、实验报告要求及纪录、格式...........................................................................................7 九、讨论、思考题...................................................................................................................7

实验三双字节加法程序设计实验...............................................................................................8 一、实验目的...........................................................................................................................8 二、实验要求...........................................................................................................................8 三、实验环境...........................................................................................................................8 四、内容及要求.......................................................................................................................8 五、参考程序：.....................................................................................................................8 六、步骤与方法.....................................................................................................................9 七、实验报告要求及纪录、格式（也可配以截图） ...........................................................9 八、实验注意事项...................................................................................................................9 九、讨论、思考题.................................................................................................................10

实验四查表程序设计实验.........................................................................................................11 一、实验目的.........................................................................................................................11 二、实验要求.........................................................................................................................11 三、实验环境.........................................................................................................................11 四、实验内容、步骤.............................................................................................................11 五、实验报告要求及纪录、格式.........................................................................................13 六、实验注意事项.................................................................................................................13 七、讨论、思考题.................................................................................................................13

实验五数据排序实验.................................................................................................................14 一、实验目的.........................................................................................................................14 二、实验要求.........................................................................................................................14

4

三、实验环境.........................................................................................................................14 四、实验内容、步骤.............................................................................................................14

1、实验内容...................................................................................................................14 2、实验步骤：...............................................................................................................14 3、参考程序：...............................................................................................................14 4、调试方法...................................................................................................................17 六、实验注意事项.........................................................................................................17 七、讨论、思考题.........................................................................................................18

实验六串行通讯实验.................................................................................................................19 一、实验目的.........................................................................................................................19 二、实验要求.........................................................................................................................19 三、实验环境.........................................................................................................................19 四、实验内容、步骤.............................................................................................................19

1、实验内容...................................................................................................................19 2、实验程序的函数说明表...........................................................................................19 3、实验程序参考框图...................................................................................................20 4、调试方法...................................................................................................................20

五、实验报告要求及纪录格式.............................................................................................21 六、实验注意事项.................................................................................................................21 七、讨论、思考题.................................................................................................................21

实验七数码显示实验.................................................................................................................22 一、实验目的.........................................................................................................................22 二、实验要求.........................................................................................................................22 三、实验环境.........................................................................................................................22 四、实验内容、步骤.............................................................................................................22

1、实验原理与内容.......................................................................................................22 2、实验步骤...................................................................................................................23 3、实验程序参考框图...................................................................................................23 4、调试方法...................................................................................................................23


实验八键盘输入实验.................................................................................................................25 一、实验目的.........................................................................................................................25 二、实验要求.........................................................................................................................25 三、实验环境.........................................................................................................................25 四、实验内容、步骤.............................................................................................................25

1、实验程序参考框图(包括七段码显示实验程序) ...................................................27 2、调试方法与步骤.......................................................................................................28


实验九点阵式液晶显示实验.....................................................................................................29 一、实验目的.........................................................................................................................29

5

二、实验要求.........................................................................................................................29 三、实验环境.........................................................................................................................29 四、实验内容、步骤.............................................................................................................29

1、点阵液晶显示实验工作原理及内容 .......................................................................29 2、实验过程与步骤.......................................................................................................30


1

实验一数据传输实验

一、实验目的

1、熟悉单片机的开发环境、掌握开发板的基本使用方法；

2、验证并进一步了解单片机的内、外存贮器的结构；

3、掌握程序调试的基本方法提高编程技巧。

二、实验要求

1、根据本实验的内容与要求提前完成程序初稿的编写；

2、熟悉单片机的开发环境和方法，完成实验的准备与检查工作；

3、根据本实验的内容与要求认真进行实验并得到合理的结果；

4、作和实验纪录、认真完成实验报告的撰写。

三、实验环境

1、CYGNAL 单片机系统教学实验机及接口连接电缆；

2、计算机（安装 Windows 操作系统及 IDE 软件）。


1、把片内 RAM 40H~48H 中的内容传送到片外数据存储器 1000H 开始处。

① 给片内 RAM 40H~48H 中写入自然序列数

② 把片内 RAM 40H~48H 中的内容传送到片外数据存储器 1000H 开始

处

③ 查看片外数据存储器 1000H 开始处的内容

2、用测试码 5AH 对片外数据存储器进行测试

2

① 给片外 RAM 1000H~1FFFH 处写入 5AH；

② 逐个读出片外RAM 1000H~1FFFH处的内容，并与测试码比较测试；

③ 给片外 RAM 1000H~1FFFH 处写入若干（不少于 5）个非 5AH 码

的数据并与测试码比较测试，将“错误”单元的地址依次存入片内 RAM 的

40H 开始处。检查测试的正确性。

3、实验部分参考程序

ORG 0000H

AJMP MAIN

ORG 0100H

。

。

。

MAIN：MOV R5,#08

MOV R0,#40H ；内部RAM地址70H送

R1

MOV DPTR,#1000H ；DPTR指向XRAM地址

1000H

LOOP：MOV A,@R0 ；内部RAM内容送累加器A

MOVX @DPTR,A ；将累加器A 的值送到XRAM

INC R0

INC DPTR

DJNZ R5,LOOP ；判断数据是否送完

HERE: AJMP HERE

END

4、调试方法

① 可单步执行可设断点执行程序。

② 打开RAM 及EXTERRANL MEMORY 窗口，观察相对应的数据区的数据是否

一致。


1、给出经调试后的程序清单；（2 个程序的清单）

3

2、给出测试程序的测试结果。（设置的错误单元和测试的错误单元纪录表）

3、实验纪录表

序号源数据单元地址源数据目的数据单元地址目的数据

1 0X40 0X1000

2 0X41 0X1001

3 0X42 0X1002

4 0X43 0X1003

5 0X44 0X1004

6 0X45 0X1005

7 0X46 0X1006

8 0X47 0X1007

9 0X48 0X1008


1、连接好计算机和 CYGNAL 系统教学实验机的电源；

2、连接好计算机与 CYGNAL 系统教学实验机之间的连接电缆；


1、片内 RAM 的 00H~7FH 和片外 RAM 的 00H~7FH 使用时怎样区别？

2、比较汇编指令：MOVX @DPTR, A 和 MOVX @R0, A 的区别。

4

实验二存贮器测试程序设计实验

一、实验目的

进一步熟悉 MCS-51 的片外存贮器读写指令的功能和使用方法，掌握大

范围循环程序设计的方法，熟悉片外存贮器操作指令及寻址的特点。

二、实验要求

1．完成程序初稿的编写；

2．完成实验的准备与检查工作；

3．根据本实验的内容与要求认真进行实验并得到合理的结果；

4．作和实验纪录、认真完成实验报告的撰写。

三、实验环境

1．CYGNAL 单片机系统教学实验机及接口连接电缆；

2．计算机（安装 Windows 操作系统及 IDE 软件）。

四、内容及要求

用汇编程序对单片机外部 RAM(1000H~1FFFH)进行检测，并统计出错单元

的个数及其地址。

五、步骤与方法

用测试码 5AH 对片外数据存储器进行测试

① 给片外 RAM 1000H~1FFFH 处写入测试码 0AAH；

② 逐个读出片外RAM 1000H~1FFFH处的内容，并与测试码比较测试；

5

③ 给片外 RAM 1000H~1FFFH 范围任意处写入若干（5～15 个）个非

0AAH 码的数据；用检测程序进行测试（与测试码比较测试）。统计出错存

贮单元的个数并存于 3FH 单元；将“错误”单元的地址按先低后高的方式

依次存入片内 RAM 的 30H 开始处。

六、参考程序：

ORG 0000H

LJMP MAIN

ORG 0040H ；定义主程序开始地址

MAIN: MOV SP, 70H ；重新设定堆栈指针

ACALL WDATA ；调用子程序给待测试的 RAM 写测试码

ACALL WERRD ；调用子程序写设定的错误数据

MOV R7, #00H ；R7 作为出错单元个数的统计

MOV R1, #30H ；存放出错单元地址的缓存首地址

MOV DPTR, #1000H ；设检测单元开始地址

LOP1: MOV R6,#0FH ；设外层循环次数

LOP2: MOV R5, #0FFH ；设内层循环次数

MOVX A, @DPTR ；读写入的测试数据

CJNE A, #5AH, LPER ；判断为错则跳 LPER

AJMP LOP3 ；该单元正常跳 LOP3

LPER: INC R7 ；出错单元数加 1

MOV @R1, 82H ；存出错单元低 8 位（DPL）地址

INC R1 ；

MOV @R1, 83H ；存出错单元高 8 位（DPH）地址

LOP3: DJNZ R5, LOP2 ；判断循环次数

DJNZ R6, LOP1 ；

6

MOV 7FH,R7 ；存出错个数到 7FH

写测试码子程序：

WDATA: MOV DPTR, #1000H

MOV A, #5AH

MOV R6, #0FH

LWD1: MOV R5,#0FFH

LWD2: MOVX @DPTR, A

INC DPTR

DJNZ R5, LWD2

DJNZ R6, LWD1

RET

写错误代码子程序：

WERD: MOV DPTR, #1010H

MOV R5,#07H

MOV A, #12H

LER1: MOVX @DPTR, A

INC DPTR

INC A

DJNZ R5,LER1

RET

END

七、调试时注意:

1 设置的错误单元数必须小于 24 个（40H~6FH 的存贮空间多只能存 24

7

个 16 位的单元地址）

2 检测的外存的范围不可大于实际外存的范围。

3 写检测代码的范围与检测的范围，及写错误代码的范围要一致。

八、实验报告要求及纪录、格式

序号设置

错误数

测试错误

单元数

设置错误单元地址测试的错误单元地址

1

2

3

4

注：实验记录可用截图的方法得到实验结果。

九、讨论、思考题

1、指令MOVX @R0, A 和指令 MOVX @DPTR, A在使用时的区别是什么？

2、测试用特征码为什么要用“55H”？

8

实验三双字节加法程序设计实验

一、实验目的

进一步熟悉MCS-51的指令系统，掌握排序程序的设计方法及汇编语言调试的

基本方法与基本技巧。

二、实验要求

1．根据本实验的内容与要求完成程序初稿的编写；

2．认真检查实验的准备工作；

3．根据本实验的内容与要求分组进行实验并得到合理的结果；


三、实验环境



四、内容及要求

编写并调试一双字节无符号十进制数加法程序。要求：先将被加数写

入41H、40H单元，加数写入51H、50H单元，相加的和存入52H、51H、50H单

元。按高位在前的顺序写入。

即实现：（41H）（40H）+（51H）（50H）=（52H）（51H）（50H）

五、参考程序：

D1L EQU 12H ；定义被加数的低8位

D1H EQU 34H ；定义被加数的高8位

D2L EQU 56H ；定义加数的低8位

D2H EQU 78H ；定义加数的高8位

ORG 0000H ；复位入口地址

9

MOV 40H,#D1L ；被加数的低8位存入40H单元

MOV 41H,#D1H ；被加数的高8位存入41H单元

MOV 50H,#D2L ；加数的低8位存入50H单元

MOV 51H,#D2H ；加数的高8位存入51H单元

MOV A,40H ；取被加数的低8位到A

ADD A,50H ；低位相加

DA A ；十进制调整

MOV 50H,A ；存入和的低8位

MOV A,41H ；取被加数的高8位到A

ADDC A,51H ；高8位相加

DA A ；十进制调整

MOV 51H,A ；存入和的高8位

MOV 52H,#00H ；清零52H单元

MOV A,#00H ；A=0

ADDC A,52H ；加进位位

MOV 52H,A ；存入进位位

END

六、步骤与方法

1 建立一个新项目文件，将程序加入这个项目文件中，

2 编译、连接（有错的话先纠错）；

3 将程序下载到C8051F020中；

4 打开RAM观察窗口，运行程序。

运行程序时，可单步执行或在送数指令后设断点观察RAM的变化及运算

结果。

七、实验报告要求及纪录、格式（也可配以截图）

序号被加数

单元地址及内容

加数


和


1

2

3

八、实验注意事项


10

2、连接好计算机与CYGNAL系统教学实验机之间的连接电缆。

九、讨论、思考题

比较指令：ADD 和 ADDC的区别。

11

实验四查表程序设计实验

一、实验目的

进一步熟悉 MCS-51 的查表指令的功能和使用方法，掌握查表程序的设

计和调试，熟悉查表程序的应用和使用。

二、实验要求

1．完成程序初稿的编写；

2．完成实验的准备与检查工作；



三、实验环境




1．根据键盘输入 0～7的数字，通过查表获得相应的数值并在七段码显

示器上显示相约的字符：

⑴ 键入数字键‘0’应显示‘8000H’；

⑵ 键入数字键‘1’应显示‘8001H’；

⑶ 键入数字键‘2’应显示‘8002H’；

⑷ 键入数字键‘3’应显示‘8003H’；

⑸ 键入数字键‘4’应显示‘8004H’；

⑹ 键入数字键‘5’应显示‘8005H’；

⑺ 键入数字键‘6’应显示‘8006H’；

⑻ 键入数字键‘7’应显示‘8007H’。

12

2．实验程序参考流程图如下

图3-1 查表程序参考流程图

3、调试方法

⑴ 在读取键后设置断点，观察DATA_IN的内容与键入值是否相同。

⑵ 在调用查表程序后设置断点，观察R2，R3的内容与表中的内容是否相同。

⑶ 全速运行程序，键入数字键，观察显示器上的内容是否为键值对应的数

值。若有错误，应采用单步可断点分段调试。

13

五、实验报告要求及纪录、格式

序号输入键值显示数值序号输入键值显示数值

1 0 5 4

2 1 6 5

3 2 7 6

4 3 8 7


1、连接好计算机和 CYGNAL 系统教学实验机的电源，



1、查表程序的应用主要有哪些?

2、查表程序的设计可有哪些不同的方法？

14

实验五数据排序实验

一、实验目的

进一步熟悉MCS-51的指令系统，掌握排序程序的设计方法及汇编语言调试的

基本方法与基本技巧。

二、实验要求

1．根据本实验的内容与要求完成程序初稿的编写；

2．认真检查实验的准备工作；

3．根据本实验的内容与要求分组进行实验并得到合理的结果；


三、实验环境




1、实验内容

本例程采用交换排序法将内部RAM 中的50～59H单元中的10个单字节无符

号二进制数按从小到大的次序排列，并将这一列排序后的数据从小到大依次存

贮到外部RAM1000H开始处。

2、实验步骤：

⑴ 根据本实验内容自己设计设计程序流程；

⑵ 仔细阅读分析下列参考程序，完善并完成程序设计；

⑶ 将程序输入并调试运行，

⑷ 认真纪录实验结果。

3、参考程序：

ORG 0000H

15

JMP MAIN

ORG 0100H

MAIN：MOV R0,#50H

MOV @R0,#5FH

INC R0

MOV @R0,#56H

INC R0

MOV @R0,#5AH

INC R0

MOV @R0,#5EH

INC R0

MOV @R0,#51H

INC R0

MOV @R0,#5BH

INC R0

MOV @R0,#53H

INC R0

MOV @R0,#58H

INC R0

MOV @R0,#57H

INC R0

MOV @R0,#55H ；将10个随机数送入内部RAM的50～59H

单元

NOP ；可在此处设置断点

ACALL QUE ；调用排序子程序

OUT:MOV R0,#50H

16

MOV DPTR,#1000H

MOV R7,#10

OUT1: MOV A,@R0

MOVX @DPTR,A

INC R0

INC DPTR

DJNZ R7,OUT1

HERE: AJMP HERE

QUE: CLR 00H ；清交换标志

MOV R1,#50H

MOV R6,#09H

I3:MOV A,R6

MOV R7,A

MOV A,R1

MOV R0,A

MOV A,@R0

I2:INC R0

MOV R2,A

SUBB A,@R0

MOV A,R2

JC I1

SETB 00H

XCH A,@R0

I1:DJNZ R7,I2

NOP ；可在此处设置断点观察每次

排序结果

17

JNB 00H,STOP

MOV @R1,A

INC R1

DJNZ R6,I3

STOP: RET

END

4、调试方法

⑴ 可在程序中的指令NOP处设置断点，在第一个断点处可观察50～59H单元

内容是否为10个任意排列原始数据

⑵ 在第二个断点处可观察每次排序的结果。

⑶ 可单步执行程序观察排序过程。

五、实验报告要求及纪录、格式

序号源地址排序前内容序号目的地址排序后内容

1 50H 1

2 51H 2

3 52H 3

4 53H 4

5 54H 5

6 55H 6

7 56H 7

8 57H 8

9 58H 9

10 59H 10


18




比较指令：CJNE A,direct,rel 和 CJNE Rn,#data,rel的区别。

19

实验六串行通讯实验

一、实验目的

掌握C8051F020 单片机的串行通信的工作原理，并用串行口与PC 机进行串

行通信，掌握通信程序的设计及编制方法。

二、实验要求

1、熟悉单片机的开发环境和方法，完成实验的准备与检查工作；

2、根据本实验的内容与要求认真进行实验并得到合理的结果；

3、作和实验纪录、认真完成实验报告的撰写。

三、实验环境

1．CYGNAL 单片机系统教学实验机、计算机及接口连接电缆；



1、实验内容

本实验例程将片内温度传感器采集的温度值传到PC 机并在PC机的屏幕上

显示。通讯协议采用:波特率 115200，1个起始位，8个数据位，1个停止位。

PC机的程序可自己按上述通讯协议编写，也可以使用操作系统自带的超极终端

接收。

2、实验程序的函数说明表

序号子程序程序功能入口参数出口参数

1 SYSCLK_Init

(void);

初始化系统时钟采用

18.432MHZ 外部晶振无无

2 PORT_Init (void); 端口初始化无无

3 UART0_Init (void); 初始化UART0 无无

4 ADC0_Init (void); 初始化ADC0 内部温度

传感器作为ADC0 的输无无

20

入

5 Timer3_Init (int

counts); TIMER3 初始化

Counts:TIMER3

重载值无

6 ADC0_ISR (void); ADC0 转换结束中断无 Result: 采样

结果的平均值

3、实验程序参考框图

图 3-3 串口通信主程序参考框图

4、调试方法

⑴ 将实验板上的RS-232串行口插座用通信电缆与PC机的串行口连接。(任

意一台PC机)

⑵ 程序中的串行口工作在查询方式实验板及PC机均工作正常后，PC机上

将显示：

Temperature is 23.222 字样(23.222 是当前C8051F020 的温度值)。

⑶ 本例程可采用断点运行，断点设在printf()函数后,检查变量temp_int

21

及temp_frac的数值是否与PC机显示的数值相同。

⑷ 如有错误，可检查实验板的串口与PC机的连接是否正确，通讯协议是

否一致。

五、实验报告要求及纪录格式

实验纪录表

序号 Temp_int值 Temp_frac值 Pc显示值

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


1、单片机与计算机串行口设置要一置；

2、单片机片内A/D的设置要正常。


1、串行通讯的主要优缺点有哪些？

2、串行通讯的同步与异步的特点与区别。

22

实验七数码显示实验

一、实验目的

根据《CYGNAL 单片机系统教学实验机使用说明》中的附录 3 系统实验

板原理图掌握七段码显示器硬件线路工作原理，掌握用 HD7279A 芯片实现显

示的编程方法。

二、实验要求

1．根据本实验的内容熟悉 HD7279 的显示工作方式与初始化；

2．熟悉 IDE 开发环境和 HD7279 的有关初始化函数；



三、实验环境




1、实验原理与内容

⑴ HD7279A是一片具有串行接口的，可同时驱动8位共阴式数码管(或64只

独立LED)的智能显示驱动芯片，该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵。

⑵ HD7279A内部含有译码器，可直接接受16进制码，HD7279A还同时具有2

种译码方式，HD7279A还具有多种控制指令，如消隐闪烁左移、右移、段寻址等。

⑶ HD7279A 的指令结构有三种类型：

① 不带数据的纯指令，指令的宽度为8个BIT，即微处理器需发送8个CLK

脉冲；

② 带有数据的指令，宽度为16个BIT，即微处理器需发送16 个CLK肪冲；

③ 读取键盘数据指令，宽度为16个BIT，前8个为微处理器发送到HD7279 的

指令，后8个BIT为HD7279A返回的键盘代码。

23

2、实验步骤

⑴ 本实验用板采用6位共阴式数码管（原理图见附录），对C8051F020的

P1.6，P1.7模拟I2C接口7279A编程，实现数据的显示，左移，右移及闪烁。

⑵ 编写并调试实验程序，实现数据的显示，左移，右移及闪烁。

3、实验程序参考框图

图3-4 数码显示程序参考框图

4、调试方法

⑴ 运行程序，观察显示的数值是否与框图一致，若有错可单步执行，排

除程序错误。

⑵ 全速运行程序，实现所要求的显示功能。


设定方式设定字符显示字符正常情况

左移

右移

闪烁


24

1、HD7279的初始化要正确；

2、移动及闪烁时间要适当。


8279与HD7279的主要不同有哪些？

25

实验八键盘输入实验

一、实验目的

熟悉键盘的工作原理，掌握用HD7279A芯片实现键盘扫描程序设计及调试

方法。

二、实验要求

1．熟悉本实验板的键盘结构及各键的定位（详见《CYGNAL 单片机系统

教学实验机使用说明》附图三系统实验板原理图）；

2．熟悉 IDE 开发环境和有关键盘初始化函数；



三、实验环境




1．根据实验板的原理图，掌握键盘的工作原理，了解 HD7279A 的读取键

盘指令格式，确定 HD7279 的工作方式。

2．本实验通过 C8051F020 的 SPI 串行外设接口对 HD7279A 编程。

HD7279A 的键盘中断信号输入到 C8051F020 的片内电压比较器 CPT1 的输入

端，用查询方式判断是否有键输入。据此确定程序流程。

3．编写程序，读出键盘上闭合按键的编号并在显示器上显示。

实验程序函数说明表(包括七段码显示实验程序函数说明)


1 Delay1us(unsigned char us) 延时1us Us 延时时

间

无

26

2 SYSCLK_Init(void) 初始化系统时钟采

用18.432MHZ 外部

晶振

无无

3 PORT_Init(void) 端口初始化无无

4 SPI0_Init(void) SPI0 串口初始化无无

5 Timer0_Init(void) 定时器0 初始

化.(定时器0 使用

系统时钟,定时

1ms)

无无

6 Timer0_ISR(void)

interrupt 1

定时器0 中断服务

程序

无无

7 Delay1ms(unsigned char T) 延时1ms T 延时时间无

8 Delay1s(unsigned char T) 延时1s T 延时时间无

9 Send7279Byte(unsigned

char ch)

向7279 传送字节 Ch 向7279

发送的字节

无

10 Receive7279Byte(void) 接收7279 发送的

字节

无 Ch 7279 发

送的字节

11 FlashLED(unsigned char No) 向7279 发闪烁指

令

No 闪烁的

位数

无

12 MoveLeft(void) 子程序向7279 发左移指

令无无

13 MoveRight(void) 向7279 发右移指

令无无

27

14 DispLED(char*DispBuf,char

ShowDot)

显示数字 *DispBuf,

ShowDot 显

示数据缓冲

区指针及小

数点

无

15 GetKeyValue(void) 读键值无 Ch 键值

16 WaitKeyOff(void) 等待按键释放无无

17 Test7279(bit LoopFlag) 测试7279 功能 LoopFlag

(循环标志)

无

1、实验程序参考框图(包括七段码显示实验程序)

28

(a) 主程序框图 (b) 7279 子程序

框图图：3-5 HD7279A 程序参考框图

2、调试方法与步骤

全速运行运行程序，数码管先显示123456后左移显示，当6移到左端后，显

示-CDEF并右移显示，当右移到右端后，左端显示F，右端显示闪烁的，然后等

待按键输入，并在有按键按下后显示相应的键值。

若按键按下后没有显示相应的键值，应使用万用表测量 HD7279A 的 KEY

脚的电平是否在按键按下后变成低电平。


序号键入键号显示字符

1 1

2 12

3 123

4 1234

5 12345

6 123456


1、HD7279 的初始化方法要正确；

2、初始化参数要正确。


HD7279怎样处理和识别多键操作？

29

实验九点阵式液晶显示实验

一、实验目的

了解点阵液晶显示实验的工作原理，掌握点阵液晶显示实验程序的设计方法。

二、实验要求

1．了解 KS0108 屏的工作原理、页地址定义等；

2．了解 KS0108 的七条指令的功能和使用、及其接口定义；



三、实验环境




1、点阵液晶显示实验工作原理及内容

⑴本实验板中使用的是内置12864A的液晶屏。12864A由两片带控制器的列

驱动电路KS0108 和一片行驱动电路KS0107 组成主要的硬件电路，另外还可

以附加负压发生电路。显示方面由一片128*64点的液晶片组成。

(2)KS0108将显示区分为左右半屏，整个屏从上到下64行分为8页，每页8行，

页地址范围为：B8H BFH。列地址范围为：40H-7FH。数据为纵向读写，

即每页的第一行对应D0 第八行对应D7。左右半屏由CS1，CS2选择。

(3)控制器KS0108的指令相当简单，总共7条指令：显示开关设定（3EH/3FH），

显示起始行设定（C0H-FFH），页地址设定（B0H-BFH），列地址设定(40H-7FH)，

状态读取，写数据，读数据。

30

(4)12864A 接口定义及其与C8051F020 的接口

2、实验过程与步骤

(1)将拨码开关S1和S2置于ON位置；

(2)程序全速运行后LCD将从下到上滚动显示“沈阳新华龙CYGNAL”然后

交替显示：“换代创新后的51-高速SOC美国CYGNAL 8051F”“新华龙电子-

单片机推广应用急先锋!”,“汉字”

(3)改变字库的内容显示其它汉字。

(4)改变页地址或列地址，使显示的内容改变位置。

实验程序函数说明表

序

号子程序程序功能入口参数出口参数

1 SYSCLK_Init (void)

初始化系统时钟

采用18.432MHZ

外部晶振

无无

2 PORT_Init (void) 端口初始化无无

3 SPI0_Init (void) SPI0 串口初始化无无

4 Timer0_Init(void)

定时器0 初始

化.(定时器0 使

用系统时钟,定时

1ms)

无无

5 Timer0_ISR(void)interrupt1 定时器0 中断服

务程序无无


31


8 LCD_WaitReady1(void)

判断LCD 控制芯

片KS0108 是否忙

CS1

无无

9 LCD_WaitReady2(void)

判断LCD 控制芯

片KS0108 是否忙

CS2

无无

10

LCD_WriteCommand1(char ch) 向LCD 控制芯片

KS0108 发送控制

命令CS1

Ch 控制命令字

无

11 LCD_WriteCommand2(char ch)

向LCD 控制芯片

KS0108 发送控制

命令CS2

Ch 控制命令字无

12

LCD_WriteData1(char ch) 向LCD 控制芯片

KS0108 发送数据

命令CS1


13


KS0108 发送数据

命令CS2


14 LCD_WriteHZ(char x,char

y,char *Dot)

显示16*16 点阵

汉字

X 行号Y:列号DOT

汉字点阵指针无

15 InitLCD(void) 初始化LCD 无无

16 DispBmp(char *buf) 显示一幅位图 buf:位图点阵的指

针无

17 TestLCD(void) 测试LCD 功能无无

32

a) 例程主程序 b)LCD 子程序

图3-6 点阵汉字显示程序参考框图


序号设定显示字符实际显示字符

设定 1

设定 2

设定 3


1、对时钟、T0、IO 口、SPI、比较器及 DAC0 的初始化要正确；

2、开中断及中断服务程序要正常。


滚动显示时应主要考虑哪些因素？

《信息对抗理论与技术》

实验指导书


2006 年 9 月

目录

实验一网络嗅探器…………………………………………………1

实验二网络监听……………………………………………………2

实验三网络流量分析………………………………………………3

1

《声纳原理》

实验指导书

杨益新


2006 年 9 月

2

目录

实验一声纳波束形成和方位估计实验 ...................................................................................... 3

一、实验目的 .......................................................................................................................... 3

二、实验要求 .......................................................................................................................... 3

三、实验环境 .......................................................................................................................... 3

四、实验内容、步骤 .............................................................................................................. 4

五、实验报告要求及记录、格式 .......................................................................................... 5

六、实验注意事项 .................................................................................................................. 5

七、讨论、思考题 .................................................................................................................. 6

实验二声纳测距实验 .................................................................................................................. 7

一、实验目的 .......................................................................................................................... 7

二、实验要求 .......................................................................................................................... 7

三、实验环境 .......................................................................................................................... 7

四、实验内容、步骤 .............................................................................................................. 8

五、实验报告要求及记录、格式 .......................................................................................... 8

六、实验注意事项 .................................................................................................................. 9

七、讨论、思考题 .................................................................................................................. 9

3

实验一声纳波束形成和方位估计实验

一、实验目的

1．了解基本的声纳基阵阵形－均分布直线阵的构成方法；

2．初步掌握消声水池实验系统的基本构建方法；

3．深入理解波束形成的基本原理，并掌握波束图的测量方法；

4．掌握利用大值测向方法估计入射到基阵上的信号的方位。

二、实验要求

1．在复习均分布直线阵波束形成原理和大值测向原理的基础上，预先

计算出 N 元半波长间距的均分布直线阵的波束图。（N 的数值视实验条件由

指导教师预先给定，但 N 应选为大于等于 6）。

2．复习信号发生器和示波器的使用方法。

三、实验环境

本实验应在消声水池中进行，实验原理框图见图 1.1。

R米

h米

滤波放大器功率放大器

信号发生器数据采集

数据存储与处理

发射换能器接收线阵

水面

示波器

图 1.1 声纳波束形成与方位估计实验原理框图

实验需要的仪器设备：

4

脉冲信号发生器、功率放大器、水下发射换能器、接收水听器基阵（N 个

阵元的均分布直线阵，N≥6）、多通道滤波放大系统、多通道数据采集系统

（选用）、数据存储与处理平台（计算机，选用）、示波器。


1．实验准备：①连接信号发生器、功率放大器和发射换能器，并把发射换

能器放入水中 h 米深处；②按照 10kHz 对应波长的一半为阵元间距来设计制作

N 元均分布直线阵，并把均分布直线阵放置于水下 h 米深处，且和发射换

能器间距 R 米；③把 N 元直线阵输出接到多通道滤波放大系统，然后把滤波放

大后的输出接到多通道数据采集系统，并把采集到的数据转移到数据存储与处

理平台；④把多通道滤波器输出并成一路，连接到示波器。

（注：若无多通道滤波放大系统、多通道数据采集系统和数据存储与处理

平台，则可以把均分布直线阵输出并成一路，通过单通道滤波放大系统后直

接连接到示波器）

2．发射信号调试：调节脉冲信号发生器，使之输出频率为 10kHz、脉宽为

5ms、周期为 100ms 的单频矩形脉冲信号，并记录下输出信号的峰值。把该输

出信号连接到功率放大器，功率放大器的输出驱动发射换能器。

3．接收信号调试：使用消声水池上行车的手动转动系统，转动基阵使发射

信号基本从基阵法线方向入射。调节滤波器的放大倍数，并用示波器观测单路

信号的信噪比，信噪比低要求为 10dB。若调节滤波器放大倍数后，输出信噪

比仍达不到 10dB，则可继续增加功率放大器的放大倍数或者脉冲信号发生器输

出信号的峰值，另外还可以缩短发射换能器和接收基阵之间的间距来增大信噪

比。

4．大值测向：把基阵逆时针转过 3 度左右，然后以 0.5 度为间隔，顺时

针转动基阵。每次转动后，记录下示波器显示脉冲信号的峰峰值，同时用数据

采集系统采集 0.5 秒长的数据。在不断转动的过程中，当看到示波器信号由小

变大，然后再变小后，即可停止转动。记录示波器输出大值时的转动角度，

此时对应的信号入射方位即为 0 度。

5．波束图测量：以发射信号相对基阵为 0 度时为基准，逆时针转过 20 度。

然后顺时针转动基阵，转动间隔为 2 度。每次转动后，记录下示波器显示脉冲

5

信号的峰峰值，同时用数据采集系统采集 0.5 秒长的数据。把示波器输出信号

峰峰值和转动角度之间的对应关系在直角坐标系中绘制，并和预先计算的该均

分布直线阵的波束图做比较，分析两个波束图的差异及产生误差的原因。

6．采集数据分析：将实验中采集到数据进行分析，求出各通道数据直接相

加后的峰峰值，并和示波器测量数据进行比较。同样地，根据采集到的数据分

析结果比较实测波束图和理论波束图的差异。

（注：该步骤为选做内容。若无多通道滤波放大系统、多通道数据采集系

统和数据处理平台，则可以不做。）


1．本实验为课堂演示实验。实验结束后，以实验小组为单位，每个小组提

交一份大作业，计入声纳原理课程的平时成绩。大作业主要包括实验存在的问

题、进一步的想法以及对本指导书第七项讨论思考题的回答。

2．实验数据按照以下格式记录：

基阵转动角度示波器信号峰峰值采集数据文件名

-20 度

-18 度

M

0 度

M

18 度

20 度

注：若无多通道滤波放大系统、多通道数据采集系统和数据处理平台，则

只记录示波器数据并作相应分析。


1．实验中选用的发射换能器谐振点应在 10kHz 附近。

2．在调节功率放大器时，应该逐步调高放大倍数，以防止功率放大器过载。

6

3．在调节放大滤波系统时，尽可能组成带通工作方式，以提高信噪比；放

大倍数调节时，应以输出信号不发生限幅为前提。

4．在基阵转动到不同角度时，示波器显示信号的幅度不同，此时应当变换

示波器的输出幅度档位，以提高峰峰值测量精度。


1．大值测向方法的方位估计精度和基阵转动间距是什么关系？

2．波束形成一般是在远场平面波条件下推导的。在本实验中，是否满足远

场平面波条件？

3．实际测量到的波束图和理论计算结果有差异，试分析导致误差的因素有

哪些？

7

实验二声纳测距实验

一、实验目的

1．进一步了解基本的声纳基阵阵形－均分布直线阵的构成方法；

2．掌握消声水池实验系统的基本构建方法；

2．深入理解基于发射－接收信号时延测量的声纳测距方法；

4．掌握利用示波器测量两路信号之间时间延迟的方法以及时间延迟和距离

之间的转换关系。

二、实验要求

1．复习大值测向方法。

2．复习基于发射－接收信号时延差的声纳测距方法。

3．复习信号发生器和示波器的使用方法。

三、实验环境

本实验应在消声水池中进行，实验原理框图见图 2.1。

R米

h米

滤波放大器功率放大器

信号发生器发射换能器接收线阵

水面

双通道示波器

图 2.1 声纳测距实验原理框图

实验需要的仪器设备：

脉冲信号发生器、功率放大器、水下发射换能器、接收水听器基阵（N 个

8

阵元的均分布直线阵，N≥6）、滤波放大器、双通道示波器。


1．实验准备：①连接信号发生器、功率放大器和发射换能器，并把发射换

能器放入水中 h 米深处；②按照 10kHz 对应波长的一半为阵元间距来设计制作

N 元均分布直线阵，并把均分布直线阵放置于水下 h 米深处，且和发射换

能器间距 R 米；③把 N 元直线阵输出并成一路，然后接到滤波放大器；④把滤

波放大器输出连接到示波器。

2．发射信号调试：调节脉冲信号发生器，使之输出频率为 10kHz、脉宽为

5ms、周期为 100ms 的单频脉冲信号，并记录下输出信号的峰值。把该输出信

号连接到功率放大器，功率放大器的输出驱动发射换能器。

3．接收信号调试：使用消声水池上行车的手动转动系统，逐渐转动基阵使

发射信号基本从基阵法线方向入射。调节滤波器的放大倍数，并用示波器观测

单路信号的信噪比，信噪比低要求为 10dB。若调节滤波器放大倍数后，输出

信噪比仍达不到 10dB，则可继续增加功率放大器的放大倍数或者脉冲信号发生

器输出信号的峰值，另外还可以缩短发射换能器和接收基阵之间的间距来增大

信噪比。

4．大值测向：把基阵逆时针转过 3 度左右，然后以 0.5 度为间隔，顺时

针转动基阵。在不断转动的过程中，当看到示波器信号由小变大，然后再变小

后，即可停止转动。示波器输出大值时的角度对应信号入射方位 0 度。把基

阵转回到使得示波器输出大时的角度。此时，基阵正对入射信号源。

5．发射信号和接收信号时延测量：把信号发生器的输出连接到双通道示波

器，并和基阵输出信号比较。利用双通道示波器测量信号发生器输出信号和基

阵输出信号之间的时间延迟。记录该时间延迟，换算为对应的距离，和实际设

置的发射换能器－接收基阵之间的距离作比较。

6．改变发射信号频率，保持其它参数不变，重复步骤 5。发射信号频率选

为 8.5kHz、9kHz、9.5kHz、10.5kHz、11kHz、11.5kHz。


1．本实验为课堂演示实验。实验结束后，以实验小组为单位，每个小组提

9

交一份大作业，计入声纳原理课程的平时成绩。大作业主要包括实验存在的问

题、进一步的想法以及对本指导书第七项讨论思考题的回答。

2．实验数据按照以下格式记录：

发射信号频率时间延迟测量值对应距离

8.5kHz

9kHz

9.5kHz

10kHz

10.5kHz

11kHz

11.5kHz


1．实验中选用的发射换能器谐振点应在 10kHz 附近。

2．在调节功率放大器时，应该逐步调高放大倍数，防止功率放大器过载。

3．在调节放大滤波系统时，尽可能组成带通工作方式，以提高输出信噪比；

放大倍数调节时，应以输出信号不发生限幅为前提。


1．通过时间延迟法测量到的距离和实际距离有误差，试分析导致误差的因

素有哪些？

2．在消声水池环境中，时延测量结果和发射信号频率有无直接关系？（假

设各频率的消声效果相同。）

10

《环境信息系统》

实验指导书


2006 年 9 月

11

目录

实验一可视化工具在环境信息系统开发设计中的应用……………1

实验报告 ………………………………………………………………3

1

《振动与噪声控制》课程

实验指导书


2007 年 3 月

2

目录

实验一弹性结构振动响应测试 6

一、实验目的 ......................................................................................................................................6 二、实验要求 ......................................................................................................................................6 三、实验环境 ......................................................................................................................................6 四、实验内容、步骤 ..........................................................................................................................6 实验内容： ..........................................................................................................................................6 实验步骤： ..........................................................................................................................................6 五、实验报告要求及计录、格式 ......................................................................................................7 六、实验注意事项 ..............................................................................................................................8 七、讨论、思考题 ..............................................................................................................................8

实验二城市交通噪声测量 8

一、实验目的 ......................................................................................................................................8 二、实验要求 ......................................................................................................................................8 三、实验环境 ......................................................................................................................................8 四、实验内容、步骤 ..........................................................................................................................8 实验内容：城市交通噪声测量 ......................................................................................................8 实验步骤： ......................................................................................................................................8

五、实验报告要求及计录、格式 ....................................................................................................10 六、实验注意事项 ............................................................................................................................10 七、讨论、思考题 ............................................................................................................................10

实验三城市区域环境噪声测量 11

一、实验目的 ....................................................................................................................................11 二、实验要求 ....................................................................................................................................11 三、实验环境 ....................................................................................................................................11 四、实验内容、步骤 ........................................................................................................................11 实验内容：城市区域环境噪声测量.............................................................................................11 实验步骤： ....................................................................................................................................11


实验四混响时间与结构阻尼测试 14

3

一、实验目的 ....................................................................................................................................14 二、实验要求 ....................................................................................................................................14 三、实验环境 ....................................................................................................................................14

四、实验内容、步骤 .....................................................................................................................14

实验内容： ....................................................................................................................................14 实验步骤： ....................................................................................................................................15


实验五混响时间与消声室性能测试 16

一、实验目的 ....................................................................................................................................16 二、实验要求 ....................................................................................................................................16 三、实验环境 ....................................................................................................................................16 四、实验内容、步骤 ........................................................................................................................16 实验内容： ....................................................................................................................................16 测量步骤： ....................................................................................................................................16


实验六构件隔声量测试 24

一、实验目的 ....................................................................................................................................24 二、实验要求 ....................................................................................................................................24 三、实验环境 ....................................................................................................................................24 四、实验内容、步骤 ........................................................................................................................24 实验内容： ....................................................................................................................................24 实验原理简介： ............................................................................................................................24 实验方法和计算 ............................................................................................................................25 实验步骤： ....................................................................................................................................27


实验仪器简介 28

4

1.HS5633 数字声级计 28

一、概要 ............................................................................................................................................28 二、主要技术指标...........................................................................................................................28 三、使用方法 ....................................................................................................................................28 1.用前准备 ....................................................................................................................................28 2.校准及测量 ................................................................................................................................28

四、注意事项 ....................................................................................................................................29

2 HS6288 型多功能噪声分析仪 29

一、概述...........................................................................................................................................29 特点： ............................................................................................................................................29

二、主要技术性能...........................................................................................................................29

3. HS6020 型声校准器 30

一、概述 ............................................................................................................................................30 二、主要技术性能 ............................................................................................................................30 三、使用与维护 ................................................................................................................................31

4.B&K 4231 型声压级校准器 31

主要技术指标：...............................................................................................................................31

5. YD 系列加速度传感器 32

一、概述...........................................................................................................................................32 二、主要技术指标...........................................................................................................................32

6. SD-6A 双积分电荷放大器 33

一、概述...........................................................................................................................................33 二、主要技术指标...........................................................................................................................34

7. ZN1681 噪声信号发生器 34

一、概述：.......................................................................................................................................34 二、工作特性：...............................................................................................................................35

5

8. GF-10 功率放大器 36

一、概述 ............................................................................................................................................36 二、主要技术指标 ............................................................................................................................36

9.B&K2716 功率放大器 36

一、概述 ............................................................................................................................................37 二、主要技术指标 ............................................................................................................................37

10 . JZ-2A 型激振器 38

一、概述...........................................................................................................................................38 二、主要技术指标...........................................................................................................................38

11. TDL-2 调谐式带通滤波器 38

一、概述...........................................................................................................................................38 二、主要技术指标...........................................................................................................................39

12. VS302USB 双通道声学分析仪 39

一、概述 ............................................................................................................................................39 二. VS302USB 双通道声学分析仪的主要功能 ................................................................................39

1. 双通道频域分析 ...........................................................................................................39 2. 瞬态信号采集 ...............................................................................................................40 3.信号发生功能： .........................................................................................................................40

三、安装步骤 ....................................................................................................................................40

13.PULSE 噪声和振动测试系统及 B&K 3560C 前端 41

一、概述 ............................................................................................................................................41 二、3560 型 PULSE 多分析仪系特点统............................................................................................41 三、PULSE系统操作基础 .................................................................................................................42 四、传感器的使用安装方法 ............................................................................................................44 1.传感器数据库 ............................................................................................................................44 2. 前端中通道的工作方式(也是传感器工作方式)...................................................................44 3.加速度计的安装和使用 ............................................................................................................45 4.传声器的安装和使用： ............................................................................................................46

6

实验一弹性结构振动响应测试

一、实验目的

1．掌握振动系统的组成原理及构件振动的测试方法

2．了解所用仪器的工作原理及使用方法

二、实验要求

1.学会使用 spectra(softest)软件进行数据采集及数据文件记录

2.学会使用 MATLAB 软件进行 FFT 分析，绘出被测试件的振动频谱图

三、实验环境

1．谱分析软件 VS302USB

2. MATLAB7.0

3. 噪声信号发生器 ZN1681

4．功率放大器 GF-10

5．激振器 JZ-2A

6．试件 0.5m×0.5m×2

7．加速度传感器 YD5

8．电荷放大器 SD-6A

9．通用计算机 P4 1.7/256

10．试件支架

11．Microphone 输入线


实验内容：

测量薄扳在宽带激励下稳态振动响应。测试系统如下图所示

稳态振动测试系统

实验步骤：

1．熟悉系统中各仪器的使用方法，检查系统连接的正确性；

2．将信号发生器的“输出控制”旋钮、功放的“增益调节”旋钮及电荷放大器的“输出”旋钮

信号发生器功率放大器激振器

信号采集分析系统

电荷放大器加速度传感器

试件

7

反时针置于小位置，打开计算机及其它仪器；

3．打开 spectra(softest)软件包，可在操作桌面上观察到时域及频域窗口（或通过 view 命令

设置），通过 MODE 命令设置为实时方式（real time），打开 RUN 按钮，即可观察到实时信号

的时域及相应的频域波形。窗口下的状态栏显示有信号强度、采样频率、通道数等信息显示。

4．将功放“输入选择”开关置于 AC 位置，输出方式设置为“恒压”，“增益调节”旋钮旋至“0

时 10 分”位置，电荷放大器的“输出”旋钮置于 10mv/m/s2档，缓慢调节信号发生器的“输

出控制”旋钮，可听见试件被激励的声音，同时可在 CRT 上观察到相应的时域及频域波形。

在调节信号发生器的“输出控制”旋钮时，要观察功放的输出电压表不要超过 0.4V，若未达

到，则可通过功放上的“增益调节”旋钮调至 0.4V。

5．进行数据记录时，应将操作桌面上的 MODE 设置为记录方式（RECORDER）。此时按下 REC 按钮

即可开始采集数据，（其采样频率可用 OPTION 命令中的 SETTING 来设定或使用默认值，其范

围为 11025～44100Hz），采样时间一般控制在 2秒即可，按下 STOP 按钮结束采样。

6．打开 FILE 命令，将数据以“文件名.WAV”格式存入 F 盘，文件名自定。检验数据是否以存

盘，可用 MODE 命令中的后处理方式（post process）进行观察。

7．小化 spectra，打开 MATLAB 软件包，在该软件操作桌面上打开存在 F 盘的“文件名.WAV”

数据文件，注意操作时，文件类型选为 ALL FILE（*.*），确认后，即可看到所记录的声音文

件处于 IMPORT WIZARD 的文件行，点击 FINISH 钮，将其调入内存，此时在工作空间窗口即

可看到数据以构架数组的变量形式存于内存中。

8．在 COMMAND 命令窗口，输入文件名即可看到 data 及 fs两个子项，输入“文件名.data”，回

车后，将显示出所有的采样数据。

9．可选其中一部分数据进行 FFT，所选数据的长度 N 应符合 N=2m，一般选 N 为 2048 或 4096，

可采用赋值语句将所选数据赋给另一变量。如：

y=文件名.data(1:4096)

即将原数据中的第 1～4096 个数据赋给变量 y，此时可在工作空间窗口看到该变量，右键点

击该变量，即可直接用所给命令 Plot 画数据图。

10．对创建的数据数组 y 进行 FFT，可用以下命令；

Y=fft(y)

其中 Y 是一个复数数组。

11．计算 Nyquest 频率 fn=fs/2 及相应的频率刻度，并形成频率轴上的一维数组 w，即

w=linspace(1,fn,N/2)

其中 linspace 为线性等分命令，1 为数组的第一个数据，fn 为数组的后一个数据，N/2

为数据总数。

12．用如语句取 Y 的模 Ya：

Ya=abs(Y(1:N/2))

13．作频谱图

Plot(w,Ya)

14．在频谱图上，可用放大、缩小及加辅助线等功能，确定有关峰点的频率值及相应的幅度。


8

1．画出 0～1000Hz 的振动频谱图，标出各共振峰的频率。

2．对应低频率的共振峰，按半功率法求损耗因子η。


1．试件与激振器顶杆连接是通过磁力（座）吸附在试件表面，并悬挂在支架上，因此，实

验中不要碰撞试件，以免试件转动使激振器顶杆受力而损坏激振器。

2．功放极易损坏，因此，其输出幅值不能超出规定电压，更不能短路。注意信号发生器及

电荷放大器的输出也不能短路。

七、讨论、思考题根据频谱图分析试件的振动模态。

实验二城市交通噪声测量

一、实验目的 1．城市交通噪声的测量方法。 2．掌握 HS5633 数字声级计的使用

二、实验要求 1．了解城市交通噪声的基本量值及车流量变化引起交通噪声变化情况。 2．了解道路两侧的交通噪声分布规律。

三、实验环境 1．城市交通干线两侧 2．HS5633 数字声级计 HS5633 数字声级计简介：

该仪器符合国际 IEC651 或 GB3785-83Ⅱ型仪器的要求。能实现一般声级测量并具有

大声级保持功能，其主要技术指标如下： 1）测量范围：40—130dB 2）频率特性：A 计权 3）检波特性：真实有效值 4）动态特性：快和慢 5）传声器： 1/2 英寸驻极体电容传声器

四、实验内容、步骤实验内容：城市交通噪声测量

实验步骤：

9

1．每两人一组到 302 专业实验室领取声级计，并进行仪器标定。用标准声源标定时，显示

器应指示 94±0.5dB,否则，调节 CAL 电位器使之达到规定值。 2．测点选择：测点应选在两路口之间的交通干线路边的人行道上，离车行道 20CM 处，此

处距路口应大于 50M，这样该测点的噪声可以代表两路口之间的该段道路的交通噪声。 3．为调查道路两侧区域的交通噪声分布，在垂直道路方向上由近及远设测点测量（每隔 1～

2M 设一个测点，至少应取 10 个），直到噪声级降到临近道路功能区（混合区）的允许

标准值为止。 4．每个测点在规定的时间内（如 10Min），隔 5 秒读一瞬时 A 声级，连续读取 200 数据，

同时记录下车流量。 5．计算累积百分声级 L10、L50 、L90 及等效效连续声级 LAeq，T。等效连续声级可按照下式

计算。

nL PAiLn


1, −⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡= ∑

=


6．按照 LAeq，T或累积百分声级绘制道路两侧的交通噪声分布图，一般以 5dB 为以等级，以

不同颜色或阴影线表示各噪声污染等级，如下表所示。噪声带颜色阴影线













10


0 50 40

1 55 45

2 60 50

3 65 55

4 70 55

各类标准的适用区域 ①．0 类标准适用于疗养院、高级别墅区、高级宾馆等特别需要安静的区域，位于城郊和乡村的


五、实验报告要求及计录、格式 1．要求注明实验时间、地点及环境状况，绘处所测区道路两侧的交通噪声分布图； 2．给出该段道路交通噪声评定结论，并对交通流量变化引起交通噪声变化情况及道路两侧

的噪声分布进行分析。

六、实验注意事项 1．测量时要时刻牢记安全第一，不要阻碍人流车辆的通行，测量要求传声器离地面高 1.2M，

并远离其他反射机构。 2．使用仪器时要安全可靠，不可掉在地上。数据记录完毕，立即将仪器交还实验室（交还


七、讨论、思考题 1．可否以所测路段的噪声代表改城市的噪声水平？ 2．道路两旁的噪声分布符合什么样的规律？

11

实验三城市区域环境噪声测量一、实验目的


二、实验要求 1．在校园内选择具有代表性的区域，通过目测进行网格布点，测点应不小于 10 点。 2．要求 2 人一组，相互配合，每个测点记录数据不少于 100 个。

三、实验环境 1．校园内自选具有代表性的区域 2．HS5633 数字声级计 HS5633 数字声级计简介：

该仪器符合国际 IEC651 或 GB3785-83Ⅱ型仪器的要求。能实现一般声级测量并具有

大声级保持功能，其主要技术指标如下： 1）测量范围：40—130dB 2）频率特性：A 计权 3）检波特性：真实有效值 4）动态特性：快和慢 5）传声器： 1/2 英寸驻极体电容传声器

四、实验内容、步骤实验内容：城市区域环境噪声测量

实验步骤： 1．每两人一组到 302 专业实验室领取声级计，并进行仪器标定。用标准声源标定时，显示

器应指示 94±0.5dB,否则，调节 CAL 电位器使之达到规定值。 2．选择合适的测量区域如各教学区、体育场、生活区等，将其划分为等距网格，确定测点

位置，测点数为 15～20。 3．每隔 5 秒读一瞬时 A 声级，每次每个测点应连续读取 100 个数据。 4．按照下式计算各测点的等效连续声级 LAeq，T。

nL PAiLn


1, −⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡= ∑

=


5．按照 LAeq，T 绘制噪声污染图，一般以 5dB 为以等级，以不同颜色或阴影线表示各噪声

污染等级，如下表所示。噪声带颜色阴影线

12














0 50 40

1 55 45

2 60 50

3 65 55

4 70 55

各类标准的适用区域： ①．0 类标准适用于疗养院、高级别墅区、高级宾馆等特别需要安静的区域，位于城郊和乡村的


五、实验报告要求及计录、格式 1．给出各测点的原始记录数据及等效连续声级； 2．绘出所选定的测量区域的噪声分布图，给出该区域的噪声评定结论，并对该区域产生的

噪声进行分析。

13

六、实验注意事项 1．选择测量区域时要充分考虑测量时的安全性，若中心点的位置不便于测量（如房顶、污

沟、禁区等），可移到旁边能测量的地方进行测量。 2．测量要求传声器离地面高 1.2M，并远离其他反射机构。 3．使用仪器时要安全可靠，不可掉在地上。数据记录完毕，立即将仪器交还实验室（交还


七、讨论、思考题 1．如果想了解所测区域噪声的时间分布，应采用声么方法？ 2．如何提高城市区域环境噪声测量精度？

14

实验四混响时间与结构阻尼测试

一、实验目的

掌握衰减法测量自由平板振动混响时间及结构阻尼的方法

二、实验要求 1．了解被测试件混响时间与频率的关系。

2．掌握振动测试仪器设备的性能及使用方法。

三、实验环境

1．振动噪声谱分析软件 spectra 2．被测试件: 面积 0.5×0.5 ，2 厚铁板 3．冲击力锤 LC－02 型 4．型加速度传感器 YD－5 5．电荷放大器 SD－6B 6．调谐滤波器 TDL-2 型 7．通用计算机 P4 1.7/256 8．Microphone 输入线


实验内容：

测量薄扳振动混响时间及结构阻尼。测试系统如下图所示

测量原理：

被测结构衰减振动时，其位移相应为：

)cos( 022

00 ϕδωξξ δ −−= − te ，其中 0ξ 、 0ϕ 是由初始条件决定的两个常数，δ 位

衰减系数， 00 2 fπω = 为系统固有角频率。由此可见，衰减振动对振幅：

力锤计算机信号采集分析系统

电荷放大器

SD-6B 加速度传感器

试件

结构阻尼测试系统

带通滤波器

TDL-2

15

tetA δξ −= 0)( 随时间作指数衰减，其振幅衰减到初始值的 10

－3（－60dB）

时对应对时间为混响时间 60T ，即

60310 Te δ−− = 由

20ηωδ = 及对数运算可知：

600600

2.22

10ln6TfTf

≈=π

η

实验步骤：


2.打开个仪器电源，用冲击锤试击被测试件，确定被测信号的大小，并保证合适的信噪比，

同时设置采集软件的采样率、通道等参数

3. 调节滤波器的相对频宽为 23%，调节中心频率为 63Hz,打开采集软件为记录模式，用钢头

力锤敲击试件，等信号幅值降低到等同背景噪声时，停止采集并记录下数据（或通过时

域记录结果，直接用时标标记从显示图上量出 T60）；

4.更换力锤为橡皮头，重复步骤 3

5. 改变中心频率依次为 80、100、125、160、200、250、315、400Hz,重复步骤 3～4，记录

下所有数据。

五、实验报告要求及计录、格式 1.将所有数据整理成表格，根据采样频率按 T20 或 T30（视信噪比定）计算 T60，或直接依据

实验中从时域图上获得的 T60 ,按公式600

2.2Tf

≈η 计算阻尼；

2. 按 1／3 倍频程绘出 T60及阻尼η 与频率的关系。

六、实验注意事项 1．对试件进行冲击激励时，可选不同的锤头，获得不同的冲击脉冲宽度。

2．带通滤波器输出通过 Microphone 输入线送入计算机，注意滤波器输出不能短路。

七、讨论、思考题除冲击试验外，还可选用哪种方法实现结构的动态参数测试？

16

实验五混响时间与消声室性能测试

一、实验目的

1．掌握混响时间的测量原理和方法

2．了解混响室和消声室的结构特点及声学性能

二、实验要求 1．正确理解混响时间的含义及在声学工程中的应用

2．了解 VS302USB 数据采集前端的功能及混响时间计算软件 REV-time 三、实验环境

1．谱分析软件 SpectraPlus 2．声望混响时间计算软件 REV-time 3．自由场传声器 BSWA 4．声级监视器 HS6288 5．数据采集前端 VS302USB 6．功率放大器 BK2716 7．全指向性声源 BK4296 8．通用计算机及 M6k 9．混响室


实验内容：测量混响室、消声室混响时间。测试系统如下图所示

测量步骤：


2.根据声级监视器（95～100dB）的值调节好噪声信号输出及功放增益

3.启动声望 VS302USB 系统的测试软件，进行混响时间测试通常使用实时模式（Mode/Real time）和频谱视图（View/Spectrum）。首先进行软件设置，分为三个步骤：

使用菜单命令 Options/Scaling 或直接按 F5 快捷键进入相应对话框，如图 2 所示。

扬声器

监视传声器声级监视器

HS6288

计算机及采

集计算软件

VS302USB 数据采集前端

采集传声

功率

放大器 BK2716

图 1 混响时间测量系统示意图

17

这里设置比较简单，在 Amplitude Axis 选中“Logarithmic（指数）”；在 Frequency

Axis 选中 Octave 下的“1/1”或“1/3”视需要而定；在 Standard Frequency Weighting

选中“A”计权，然后按“OK”按钮退出。

使用菜单命令 Options/Settings 或直接按 F4 快捷键进入相应对话框，如图 3 所示。其中

Frequency Range and Resolution 下的三个选项用于决定测试频带的带宽。通常 Sampling

Rate 取“48000”，Decimation Ratio 取“1”保持不变，通过改变 FFT size 来调整测试频

带带宽。例如对于 1/3 倍频程来说，FFT size 取“1024”时对应 400Hz 至 20000Hz 的 1/3

倍频程频带；FFT size 取“2048”时对应 200Hz 至 20000Hz 的 1/3 倍频程频带；FFT size

取“8192”时对应 50Hz 至 20000Hz 的 1/3 倍频程频带。通常测量混响时间时 FFT size 取

值不宜超过“8192”。Averaging Settings 必须选“1”（也可以在 Spectrum 视图的快捷按钮

“Avg”来设置）。测量时使用一个通道或两个通道是任意的，因为测量过程是一样的，

而 Rev-time 软件会自动识别相应的数据，但是使用两个通道可以一次完成两个点的混响

时间测试。这里使用一个通道为例（选“Left channel Only”）。然后按“OK”按钮退出。

图 2 Scaling 设置

18

图 3 Settings 设置

使用菜单命令 Utilities/Signal Generator 或直接按 F11 快捷键打开信号发生器，

如图 4 所示。在下拉菜单中选择“Pink noise”（粉红噪声），让信号发生器保留

在视图上。完成以上步骤后后可以将所有的设置使用菜单命令 Config/Save

Configuration 或快捷键 F7 保存下来，当下次需要时只需使用菜单命令

Config/Load Configuration 或快捷键 F8 调用就可以了。

图 4 Signal Generator 设置

4.使用菜单命令 Utilities/Data logging/Setup 进入相应的对话框，如图 5 所示。在 Output data

type 选中“Spectrum Values”；在 Logging interval 选中“As often as possible”；为了保证总

有数据输出，在 Output Threshold 中填写“-999.00”；在 Frequency span 中选“Full span”；

在 Output filename 中用户可以自行决定输出文件的路径名和文件名，方法是按下“Pick”

按钮后进入图 6 所示的对话框，这时可以方便的选择文件保存的位置（与使用 MS WORD

等软件方法相同），然后在文件名后的方框中任意填写所需的文件名称（如图 6 中的

19

“408-1”），按“保存”按钮后返回，这时输出文件的路径和名称就会自动出现在 Output

filename 的方框中。

图 5 Data logging 设置

图 6 选择输出文件的路径和名称

5.完成上述设置后按“OK”按钮后会弹出一个确认画面，如图 7 所示。它用来提示只要

开始运行软件 Data logging 过程就开始了，按“是（Y）”按钮。

20

图 7 Data logging 过程开始确认

6. 回到了 Spectrum 主窗口视图，当确认所有的硬件设备都处于工作状态时：

（a）按主窗口的（而不是信号发生器的）“Run”按钮开始测试，这时声望

VS302USB 系统的输入（录音）和输出（信号发生）同时开始工作；

（b）当 2-3 秒钟后，按信号发生器的（而不是主窗口的）“Stop”按钮来关闭声源

（此时录音仍旧继续）；

（c）当声场基本恢复到本底噪声的时候（可以从 Spectrum 中的频谱图中观察），

再按主窗口的“Stop”按钮停止测试软件的运行。

7. 在启动 Rev-time 软件之前，有一个步骤必须的步骤：使用菜单命令 Utilities/Data

logging/off 来关闭输出文件如图 8 所示，否则 Rev-time 软件无法读取数据。

图 8 关闭 Data logging 输出文件

8. 启动 Rev-time 软件如图 9 所示，直接按右上角的“Open File”按钮来选择刚才生成的

数据输出文件，只要以上的步骤正确，通常就不再需要人工进行干预。其中“Oct”和“1/3

Oct”按钮是选择按照 1/1 倍频程还是 1/3 倍频程来计算和显示混响时间；“Left”和“Right”

按钮是选择显示哪一个通道的测量结果；“Next>>”和“Prev<<”是分别按照所选的显示

方式向后和向前翻页来查看相应的衰减曲线和混响时间数值。

21

图 9 Rev-time 软件界面

9. Rev-time 软件的操作比较简单，下面将菜单命令作一简单介绍：

File/Open 与图 9 中的“Open File”按钮功能相同，都是用来选择需要进行处理的

混响时间数据文件；

File/Save Image 和 File/Save Text 的功能是分别保存混响时间的衰减曲线图形和混

响时间数值到一个文件，其中 File/Save Image 只能储存当前显示的图形，而 File/Save

Text 则能储存全频带的混响时间数值；

Edit/ Copy Image和Edit/ Copy Text的功能是将当前的混响时间衰减曲线图形和全

频带的混响时间数值保存到剪切板中供生成报告时使用；

Option/Config 命令会调用一个对话框如图 10 所示，其中 Plot Option 选项用来规

定图 9 中衰减曲线声压级（纵轴）的显示范围，Plot Top 用以规定声压级显示的大

值，Plot Range 用以规定大值与小值的差；Time Span 选项用来规定图 9 中衰减曲

线时间轴（横轴）的显示范围，因为对于不同的被测试环境来说，混响时间数值差别

很大，对于图 9 显示的衰减曲线若将“Start”改为 3，“Stop”改为 5，同时将 Plot Top

22

和 Plot Range 由“100”改为“80”则显示如图 11 所示。当混响时间较长时（例如在

混响室中测试），可以将“Stop”适当的增大。Measured Decay Curve Range 可以取值

“20”或“30”，它的意义是定义软件按照 T20 或 T30 来计算混响时间 T60。

图 10 Rev-time 软件的设置界面界面

图 11 改变参数后的 Rev-time 软件界面

10. 重复步骤 6～10，记录被测空间 6 个点的数据并保存结果。

以上详细介绍了使用声望 VS302USB 双通道声学分析仪和 Rev-time 混响时间分析软

件的过程，下面是使用中的一些心得和注意事项：

23

1) 在如图 1 所示连接好各个设备后，应在正式测试前调试好功放的输出使声源的音量满

足测试的需要；

2) 在进行步骤 5 进行测试时，一定要事先熟悉操作的过程顺序，同时切记步骤 6 关闭输

出数据文件；

3) 当混响时间非常长时，可以调整 Rev-time 软件中菜单 Option/Config 中的 Time Span

的数值，使整个衰减曲线都能显示出来；

4) 当测试环境的本底噪声较高而造成测试的信噪比不足时，可以选用 Rev-time 软件中菜

单 Option/Config/Measured Decay Curve Range 选项的“20”来进行计算。

五、实验报告要求及计录、格式 1.按 1/3 倍频程绘出消声室、混响室混响时间及吸声系数曲线；

2.根据测试结果，分析消声室、混响室的结构特点及声学特性。

六、实验注意事项 1.传声器装夹时，要高度注意，不能将其掉在地板上；

2.混响测量声级较高，注意每次测试时要将功放的增益旋至小，以免使声源受到冲击。


消声室和混响室的声学性能有什么特点？实验中混响时间测量的误差如何？

24

实验六构件隔声量测试一、实验目的

掌握构件隔声量的测量原理及测试方法。二、实验要求


三、实验环境 1．混响室和消声室 2． BK 声学测量平台 9.0 3．自由场传声器 BSWA 4．声级监视器 HS6288 5．Pulse 3560VC 6．功率放大器 BK2716 7．全指向性声源 BK4296 8．通用计算机及 M6k 9．被测构件：航空隔声板 10．声级校准器 4321

四、实验内容、步骤实验内容：测量航空隔声板的隔声量。测试系统如下图所示：

实验原理简介：


功

率

放

大

器扬声器传声器

计算机

混响室消声室

隔声量测量系统连接示意图

25

假设发声室有一声源以声功率 W 辐射时，则发声室内混响声能密度

11

4RcW

=ε (6.1)


111 41 cSW ε= （Sl 为试件面积） (6.2)


1112 41 cSWW τετ == (6.3)


2

22

4cRW

=ε (6.4)


cpρ

ε2

= (6.5)


2

121 lg10

RSLLTL +−= (6.6)

式中 L1，L2分别为发声室和接收室内的声压级，当接收内壁面吸收系数很小时，式(6.2.7)可用下式表示

ASLLTL 1

21 lg10+−= (6.7)

式中A为接收室的等效吸收面积。所以，测得发声室和接收室内的平均声压级即可由式(6.7)计算出试件的传声损失


声源室内产生的声场应该是稳定的，并且在所考虑的频率范围内有—个连续的频谱。

室内声功率要足够高，使得在接收室内的声压级在任何一个测试频带都比环境噪声级至少

高出 10dB。假使声源是多个扬声器，并且同时工作，则扬声器应该装在一个音箱内，它

的大尺寸应不超过 0.7m，各扬声器应该同位相驱动。并合理放置扬声器(箱)，使它产生

一个尽可能扩散的场。并且距实验试件有一定距离，使它对试件的直接辐射不占主要成分。

为了满足这一要求通常把扬声器放在试件对面的角落处。 (2) 测量平均声压级可按下式计算出在室内不同点测量结果的平均声压级

26

20

222

21

lg10np

pppL n+++

= （dB） (6.8)

式中 p1，p2，…，pn 是室内 n 个不同位置上的有效均方根声压。 μ200 =p Pa 是参考声压，

n 是测点数目。当然，所有的测点和声源之间的距离都应该在声源的扩散距离之外，且和

壁面之间的距离要大于 4λ 。实际测量时可以用许多固定的传声器位置或用一个具有积分

p2 的连续运动的传声器获得平均声压级。所使用的传声器必须是无指向性的。 (3) 测量的频率范围应采用 1/3 倍频程的滤波器测量声压级。滤波器的频率特性应该按照 IEC 225 规定。

至少要采用以下中心频率的 1/3 倍频程滤波器，100，125，160，200，250，315，400，500，630，800,1000,1250,1600，2500，3150 Hz。


TVA 161.0

= (6.9)


的右端第三项需作修正，现分述如下： ① 发声室测点相当接近于试件表面，接收室测点仍在响声场之中。由于隔声试件表

面的吸声系数一般总是比小，可近似看成反射面，所以靠近壁面的声压级比混响室出 3dB，因此式(6.7)要改成

3lg102

121 −+−=

RSLLTL (6.10)

② 发声室测点在混响声场中，接收室测点靠近试件试件本身就相当于一个声源，所

以在接收室测点附近的声密度应由直达声和混响声两部分声能密度组成，同时考虑从发声

室传来的声波分布在半球面之中，因此式(6.4）改写为

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

21

22

412RSc

Wε (6.11)

于是可求得

341lg10

2

121 +⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++−=

RSLLTL (6.12)


27

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++−=

2

121 4

1lg10RSLLTL (6.13)

实验步骤：


2.标定，用 4321 声级校准器对每个传声器进行标定

3.调节信号输出幅度（粉红噪声）及功放增益，保证混响声级达到 95dB 以上。

4.设置 Pulse 数据记录软件，记录测量数据；

5.改变发声室及接受室传声器位置 2 次，重复步骤 4，记录下所有数据；

6.测量发声室接受室的有关几何尺寸。

五、实验报告要求及计录、格式 1. 按公式（6.8）计算各室内平均声压级

2. 按公式（6.12）计算各频段的隔声量（其中混响时间用上次实验结果）

3. 按 1／3 倍频程绘出 TL 与频率的关系曲线。

六、实验注意事项 1.传声器装夹时，要高度注意，不能将其掉在地板上；

2.测量中声级较高，注意每次测试时要将功放的增益旋至小，以免使声源受到冲击。

七、讨论、思考题本实验中测量隔声量的方法与国家标准（GBJ75-1984）是否一致？其误差如何修正？

28

实验仪器简介

1.HS5633 数字声级计

一、概要

HS5633 数字声级计，由液晶显示器指示测量结果、具有现场

声学测量的全部功能。它体积小，重量轻，结构简单，操作方便。特点：

（1）除能进行一般声级测量外，HS5633 还有保持大声级和设定

声级测量范围的功能。（2）HS5633 使用 4 节 5 号干电池工作，并且具有电池检查指示。二、主要技术指标

（1）适用标准：符合国际 IEC651 或 GB3785－1983II 型仪器的要

求（2）测量范围：40－130dB （3）频率特性：A 计权（4）检波：真实有效值（5）动态特性：快和慢（6）显示器：液晶显示器（7）传声器：1/2 英寸驻极体电容传声器（8）电源：四节 5 号干电池（9）外形尺寸：13.0×6.5×3.5cm （10）重量：290g（带电池）三、使用方法

1.用前准备

（1）拧松地盖螺丝，拉开电池盒的拉扣，拿出电池盒。

（2）按标记的及形装入 4 节 5 号电池，放入电池盒并联上拉扣。

（3）装入电池盖板，拧紧螺钉。

注：电池下降到正常工作以下时，Low Battery 指示灯亮，应换新电池。

2.校准及测量

（1）测量前应进行仪器校准，接通电源使用 HS6020 型或 BK4231 型声级校准器进行校准。

（2）移开仪器侧面标有“CAL”的标签，将声级校准器套在传声器上。

（3）按一下校准器上的开关，仪器应显示 94±0.5dB，否则，调节“CAL”电位器使其显

示 94±0.5dB 即可。

（4）测量时，首先接通电源开关，根据被测噪声的特性置时间计权开关到 F（快）或 S（慢），

功能选择开关置“MEASL”。显示器上的读数即为测量结果。

注：测量大声及时，按一下大致保持开关，显示器上出箭头符号，此表示大值测量

方式，其示值表示测量时间内的大值。

29

四、注意事项

（1）除操作部分外，请勿触摸其他部件，切勿擅自拆卸或修理

（2）如果仪器工作不正常，请检查仪器的工作条件并将电源关闭，请专业人员或厂家维

修。

（3）安装电池应注意极性.以期长期不用，应卸下电池，以免电池漏液损坏仪器。

2 HS6288 型多功能噪声分析仪一、概述

HS6288 型多功能噪声分析仪是一种袖珍式的智能化噪声测量仪器。符合 IEC651 和

IEC804 对 2 型仪器的要求。它集积分声级计、噪声统计分析仪、噪声采集器等几种仪器功

能于一机，具有多种用途。内置单片计算机，能按照预先设定的功能自动进行噪声数据的

采集及计算，将计算得到的等效连续声级 Leq、声暴露级 LAE、统计声级 LN（L10 L50 L90）、

大声级 Lmax、小声级 Lmin、标准偏差 SD 等在液晶显示器直接显示，亦可将数据储

存，再经由 RS-232C 口将全部结果在 HS4784 打印机或系统计算机上输出，实现脱机采集，

联机结果输出。过载时，用液晶（“OVER”）记忆显示方式，以便正确测量。特点：

（1）由于能同测量 Leq LAE SD LN Lmin Lmax ，所以对

结果分析时非常方便。（2）由于能同时测量 Leq LAE SD LN Lmin Lmax ，测量

结果时，记忆了这一组数据的值和测量时间，测量结束后可多次读

取，可在现场打印，或事后通过 RS-232 接口连接到系统计算机上

打印出结果，画出统计分布和累积分布曲线，也可由系统计算机对

测量数据作进一步处理，打印或存盘。（3）Leq、 LAE的自动测量分为 10 秒、1 分、10 分、15 分、

20 分、1 小时、8 小时、24 小时，手动操作可设置任意时间。本仪

器还可以进行 24 小时整时噪声测量，每遇整点测量一次，测量时

间可设定，中间停止测量时仪器处于掉电方式。24 小时测量结束，

可在现场或事后通过 4784 打印机或系统计算机打印出每小时 Leq LAE SD LN （10 L50 L90）Lmin Lmax 及 24 小时总的 Leq LAE Ld Ln Ldn SD LN Lmin Lmax 值。

（4）过载时，用液晶（“OVER”）的记忆显示方式，以便正

确地测量。（5）重量轻、体积小、单手即可操作，使用很简便。（6）功耗低，用 5 号 LR6 高能碱性电池可连续工作 24 小时，用外接直流稳压器可使

用市电测量，不受场地地限制。二、主要技术性能

1．传声器：1/2”驻极体测试电容传声器

30

频率响应：20Hz～12.5kHz 标称灵敏度：约 25mV/Pa

2．声级测量范围：（以 2×10－5Pa 为参考） 35～130dB 3．频率范围：31.5Hz～8kHz 4．检波器特性：

LMS 真有效值峰值因素：3

5．时间计权特性：F（快）、S（慢）、大值保持 6．功能：

Leq LAE Ld Ln Ldn SD LN L10 L50 L90 Lmin Lmax

7．数字显示： Leq：分辨力 0.1dB，显示周期 0.5 秒一次 LAE：分辨力 0.1dB，显示周期 0.5 秒一次

8．时间测量： MAN（手控）、10s、 1min、 5min、 10 min、 15min 、20min 、1h 、8h 、24h、 24 小时整时测量

9．过载指示：自锁型：用 LCD 显示“OVER” 10．储存：可储存 127 组测试分析数据 11．输出接口：

RS-232C，可接 HS4784 打印机或系统计算机，打印测量结果，画出统计分布和累积

分布曲线，或 24 小时 Leq 分布曲线 12．校准：使用 ND9 型声级校准器，声级 94dB、频率 1kHz 13．电源：五节 LR6 型高能碱性电池 14．外形尺寸：290×80×30mm 15．质量：0.48kg1/2 吋及 1/4 吋

3. HS6020型声校准器

一、概述

HS6020型声校准器适用

于所有HS型传声器和声学测量

仪器，用以进行声压灵敏度校

准，体积小，重量轻，使用方

便。符合IEC942声校准器中的1

级校准器技术要求，其外形如

图所示。


1.声压级：94dB（以2×10－5Pa 为参考）

2．声压级精度：±0.3 dB（20±5），±0.5 dB（0±40）

31

频率响应：20Hz～12.5kHz 标称灵敏度：约 25mV/Pa

3．频率：1000Hz±2％ 4．谐波失真：〈 3％

5.延迟时间：约 1 分钟三、使用与维护

1.温度范围：0～40

2.相对湿度：〈 80％

3.大气压力：65kPa～100 kPa

4.电池电压：7.5～9V

4.B&K 4231型声压级校准器

主要技术指标：

符合标准： IEC942(1988) 声压级校准器，1级 ;ANSI S1.40-1984(R 1997) 标称声压级值： 94 ±0.2 dB 或 114 ±0.2dB两档

校准频率： 1000Hz ±0.1% 适用传声器类型：B&K (或其他公司类似产品) 1/2和1”的传声器，选配相应的适配器时，也可用

于1/4和1/8的传声器

总谐波失真： <1% 温度系数： ±0.0015dB/

压力系数：＋8*10-5

dB/hPa

湿度系数： 0.001dB/%RH 供电电池： 2节 1.5V电池 (“AA” 规格) ，建议

使用碱性电池

电池工作时间：使用碱性电池，典型连续工作200小时(20下) 自动电池状态检查：当4231只能连续按On/Off按钮才能工作时，表明需要更换电池

节电设计：当从接口处去除传声器，校准器5秒后自动关闭。

LED指示灯: 两个LED指示灯分别指示 94dB 状态或114dB状态

尺寸：高30 mm , 宽72 mm , 长72 mm (便携式口袋型设计) 自重： 150克(包括电池) 校准频率为1000Hz，因各种计权特性在此频率上的衰减都为零，所以它可独立于计权网络

进行校准。

高声级档（114dB）可用于背景噪声较大的场合。

在设计上 4231 采用了反馈技术，反馈环使用了一只电容传声器，而此传声器具有极高的

32

稳定性，不会受静态压力和温度变化的影响，保证了校准器的声压级标称值非常稳定。

5. YD 系列加速度传感器

一、概述

压电式加速度传感器在振动测试领域中是应用广泛的传感器之一。因为它具有工作

频带宽、体积小、重量轻、受命长、安装方便、不易损坏等优点、这种传感器的设计与生

产在国际上已趋于标准化，可以方便地与北京测振仪器厂的 DHF 系列电荷放大器、阻抗

变换器（电压跟随器）或国内外同类产品配套使用。


（1）电荷灵敏度 SQ：传感器承受单位加速度输出电荷量的多少称为电荷灵敏度，单位是微微库仑/米秒

－2

（PC/ms-2）（2）电压灵敏度 SV：

传感器承受单位加速度输出电压量的多少称为电压灵敏度，单位是毫伏/米秒－2

（mv/ms-2）（3）横向灵敏度比：

传感器承受横向加速度时的大灵敏度与轴向灵敏度的百分比，成为横向灵敏度比。

这是由于制造尺寸的公差和压电元件的不均造成的。该比值越小越好。优势传感

器<2%，一般应<5%。（4）频率响应：

在振动加速度恒定时，传感器在不同频率下的输出响应。200Hz 以下取决于配接的

二次仪表下限，一般可以达到 0.3～1Hz，频率上限（f 上）对于各种规格的传感器不

尽相同。fn 为安装谐振频率。低于 f 上的频带为工作频带，一般为 fn 的 1/3～1/5. （5）温度响应：不同温度下的输出变化量。（6）环境特性：如声灵敏度（ms-2/130dB）、磁灵敏度（ms-2/100Gs）、基座应变灵敏度

（ms-2/ μ ε ）、温度瞬变灵敏度（ms-2100oC）等。压电加速度传感器的主要技术指

标按 ZBY198-1983《压电加速度传感器国家专业标准》的要求进行检定。

33

压电加速度传感器一般应每年检定一次，年稳定度为 3％。（7）本厂传感器的技术性能参数详见表。

项目 YD-1 YD-3-G YD-5 YD-8 YD-12 YD-36 YD-39 电荷灵敏度

（pc/ms-2） 0.3-0.5 8-12 7-11 0.7

电压灵敏度

（mv/ms-2） 8-13 1-2 0.4-1.0

频响（Hz ± 1dB）

1-10000 1-100001-1000

1-150001-20000

1-18000 1-10000 1-5000 1-10000

横向灵敏度

（<%） 5 5 5

工作温度

（oC） -40-+80 -40-+150 -40-+80 -40-+80 -40-+80 -40-+80 -40-+80

大可测加

速度（ms－2） 2000 2000 300000 5000 2000 2000 5000

安装螺纹

（mm） M5 M5 M5 M3 M5 M5 M5

外形尺寸

（mm） 15 六方×

30 高

17 六方×

13.5 高 12 六方×

14 高 9 六方×9

高 19 六方×

26 高 17 六方×

22 高 9 六方×11

高重量（g） 26 12 11 2.5 25 50 10

6. SD-6A 双积分电荷放大器

一、概述

SD-6A 双积分电荷放大器是一种多功能的非电量电测仪器，它与压电加速度传感器配

合，可组成理想的振动和冲击测量系统，实现对车辆、桥梁、铁路、公路、地质、桩基、

建筑物、飞行器等振动和冲击的加速度、速度、位移等多种物理量的测量。功能多，可靠

性高，用途非常广泛。 SD-6A 双积分电荷放大器具有如下特点：

1．双同道组合，体积小。 2．仪器具有三位数字拨盘开关，在使用不同灵敏度的传感器时，可使仪器输出归一化，

便于测试读数。 3．在电荷量测试中，可是用数百米长电缆，而被测信号无明显衰减。 4．由于器件集成度高，因此电路结构简化，性能稳定可靠。 5．仪器设低通 1（倍频程衰减 12dB）、低通 2（倍频程衰减>80dB），可供选用。 6．仪器设积分电路，可测量振动和冲击状态下的加速度、速度、位移。

34


1．大输入电荷量：低通 1 时为 105pC，低通 2 时为 5×104pC 2．大输出电压：低通 1 时为± 10V（峰值），低通 2 时为± 5V（峰值） 3．满量程时误差：加速度≤ 2％速度≤ 3％位移≤ 5％ 4．谐波失真：≤ 1％ 5．噪声电压：≤ 10％ 6．频率范围：加速度：0 dB、20dB－0.1Hz～100kHz（－3dB） 40 dB、60dB－0.8Hz～100kHz（－3dB）（低通 2 时高频率 20kHZ）速度：5Hz～2kHz；位移：5Hz～200Hz 7．低通滤波：低通 1（倍频程衰减 12dB）

转角频率（Hz）：30、100、1k、线性（100kHz）（－3dB ± 1dB）

低通 2（倍频程衰减>80dB）转角频率（Hz）：10、20、50、100、200、500、1k、2k、5k、10k、

20k （－3dB ± 1dB） 8．增益：0dB、20dB、40dB、60dB 9．供电方式：市电 220V（± 10％） 50Hz；直流 12V 10．使用环境：相对湿度<80% 11．外形尺寸：宽×高×深＝280×70×222mm3

7. ZN1681 噪声信号发生器

一、概述：

35

ZN1681 噪声信号发生器是高稳定度的

噪声源，与我国目前生产的同类产品相比较，

它具有小型，轻便，功能齐全的特点。本仪器可以产生 20Hz~100KHz 和

20Hz~20KHz 的白噪声，还可以产生

20Hz~50Hz 的粉红噪声。本仪器有一个-3dB/0ct.滤波器和一个压

缩范围>70dB 的压缩电路，这两者都可以单

独使用。本仪器作为测试设备中模拟系统中的噪

声源，它可以广泛的应用于电声学，建筑声

学，振动，电影，音响设备和无线电通讯等

方面。白噪声可以测量接收机的频率响应，测

量自动控制系统和遥感系统的抗干扰度。粉

红噪声还可以用于测量混响特性，也可测量

影院系统推广采用的 A、B 环绕监听特性曲

线。本仪器的压缩放大器，可以控制声和振

动试验。此压缩放大电路即可控制本仪器产生的噪声，也可单独使用。本仪器符合 SJ2577~2581-1985《扬声器标准》对白噪声信号的要求。本仪器属于电子工业部部标准 SJ2075-82《电子测量仪器环境总纲》中规定的Ⅱ组仪

器。消耗功率：5W 外形尺寸：1×b×h，mm：240×140×210；重量：约 3.25Kg。二、工作特性： 1.噪声源部分

（1） 20Hz~100KHz 白噪声 20Hz~50KHz 频率范围内功率谱密度为 10-4V2/Hz，电平不均度为± 1dB。

（2） 20Hz～20kHz 白噪声电平不均度为± 1dB （3） 20Hz～50kHz 粉红噪声电平不均度为± 1.5dB （4）可输出-10dB 的 20Hz～50kHz 粉红噪声（5）用作-3dB/oct.滤波器（6） 0-3.16Vrms 连续可调（20Hz～100KHz 白噪声）（7）输出电平稳定度：0～40oC 温度范围内≤ ± 1dB （8）输出负载阻抗≥ 5k Ω （9）信号杂音比：优于 60dB 2.压缩部分

36

（1）压缩速度：3dB/s 10 dB/s 30 dB/s 100 dB/s 300 dB/s 1000 dB/s （2）压缩范围：>70dB （3）压缩信号的频率范围：20Hz～200kHz （4）大输入信号：9.5Vavg （5）小输入信号：0.5Vavg （6）失真：压缩速度为 1000 dB/s 时，小于 2％；压缩速度为 3 dB/s，10 dB/s，30 dB/s，100 dB/s，300 dB/s 时，小于 1%

8. GF-10 功率放大器

一、概述

GF-10 主要用来推动小

激振器、振动台、扬声器等

负载，其的使用频率范围从

DC～100KHz，输出功率为

10VA（10Ω），该放大器带有

输出电压、电流指示和过流

保护装置。


输出能力：功率：10VA(0.5Hz～10KHz), 5VA(DC～0.5Hz,10 ～70KHz)

电压：10V(0.5Hz～10KHz), >7V(DC～0.5Hz,10 ～70KHz)

电流：1A

频率响应：（小信号型）直流输入：DC～100KHz < 0.5dB

交流输入：20Hz～100KHz < 0.5dB

输入阻抗：10KΩ

增益：20dB

谐波失真：< 0.5% 20Hz～100KHz（全输出）

输出噪音：< 2mV (输入短路)

稳定度： < 50mV (在电源电压 220V±10%环境温度－10～＋40条件下)

指示精度：±5% 1KHz 条件测试，±1dB 20Hz～10KHz

功率消耗：全输出时 < 30VA

.

9.B&K2716 功率放大器

37

一、概述

2716 功率放大器是一种高性能的功率放大器，主要适用于声学和振动信号的功率放

大，也可作为电声使用的通用功率放大器。该功放有两个均衡的输入通道，通道衰减器可

衰减 80dB（无级），两通道可由桥接器桥接为单通道，输出功率可提高一倍，具有各种先

进的保护功能。


1. 大输出功率

2.频率范围

20Hz～20KHz : ＋0，－1dB

10Hz～100KHz : ±2dB

3. 大输出电压

8Ω 负载 30 rmsV ，峰值电压（无负载）：50V

4.失真

THD 20Hz～20KHz 1W，满功率 0.05%

THD @1KHz －1dB 箝位时 0.03%

5.前面板

增益控制（×2）:通道 A ，B

保护指示器（×2）:黄色 LED

削波指示器（×2）:红色 LED

信号指示器（×2）:绿色 LED，〉满度 25dB 时亮


单通道 8Ω 110 W 100 W

单通道 4Ω 160 W 150 W

单通道 2Ω 200 W 180 W

单通道 8Ω 320 W 300 W

单通道 4Ω 400 W 400 W

38

工作指示器（×2）:绿色 LED，DC 工作电压

10 . JZ-2A 型激振器

一、概述

JZ-2A 型激振器是一台具有永久磁场的小型振动设

备，由于采用新设计，新材料及新工艺，其性能基本达

到国际先进水平，并已得到美国 PCB 公司认可。通常，JZ-2A 型激振器由本厂生产的 GF-10 型功率

放大器来驱动。同时也可用任何放大器来驱动，其大

输入电流为 2A。 JZ-2A 型激振器是利用新型材料制造的永久磁钢在

空气隙内提供高的磁通密度，产生大的加速度，其大

空台免得大加速度为 340m/s2(34g). 运动部件采用新设计方法制成的，从而达到极宽的

频带，使空台面达到 18kHz 以上的第一轴向共振频率。二、主要技术指标

1．额定出力：1kg 2．额定输入电流：2A 3．力常数：0.55kg/A（有效值） 4．系统共振频率：18kHz 5．线路阻抗：2.5 Ω（500kHz） 6．大位移：± 3mm 7．重量：1900g（不包括手轮、支架） 8．外形尺寸：Φ 76×83mm（不包括支架） 9．可动部分重量：29g

11. TDL-2 调谐式带通滤波器一、概述

TDL-2 调谐式带通滤波器，具有 3％和 23％（1/3 倍频程）恒百分比带宽选择，是小型

便携式滤波器，其频率范围为 1Hz-10kHz 分成

4 档，每档为一个十倍频程，中心频率连续可

调。该仪器采用了先进的开关电容滤波器模

块，具有 Q 值高，选择性好，可靠性高的特

点，作为测量仪器的外接式滤波器，它适用于

通用于通用测振仪配接振动信号的窄带频率

分析。

39


1. 频率范围：1Hz-10kHz 分四个量程：1-10Hz,10-100Hz,100-1000Hz,1kHz-10kHz 2. 分析带宽选择：3％ 23％（1/3 倍频程） 3. 衰减：3％档>34dB/倍频， 23％档>16dB/

倍频程 4. 输入电压范围：0.2－3.5V（有效值） 5. 选择频率增益：0dB ± 1dB 6. 输入阻抗 >200k Ω 7. 噪声 <10m 8. 失真度 ≤ 1％ 9. 电源：AC：220V 10. 尺寸：120（B）×124（H）×180（D）mm 11. 1 重量：1.5kg

12. VS302USB 双通道声学分析仪

一、概述

BSWA VS302USB 是由数据采集、数字

信号处理和计算机

等部分组成的虚拟

仪器系统。各种声学

测量分析功能均通

过软件来实现，根据

测量原理及算法编

成的程序，被加载到

数字信号处理系统中运行。分析的结果由计算机来显示，保存并打印计算机是 BSWA VS302USB 硬件的核心组成部分，几乎所有的分析计算工作都是由它来完成。分析

的结果由计算机来显示，保存并打印。

二. VS302USB 双通道声学分析仪的主要功能 3. 双通道频域分析

测量频率范围 20 ~ 20 kHz，或自定义， 512, 1024, 2048, …, 65536 点 FFT 动态范围：96 dB （ 16 位 A/D， D/A ）窗函数：矩形，三角, Hamming , Hanning , Blackman , Barlett, Kaiser, Parzen 平均方式：线性平均，指数平均，瞬态显示

40

分析结果显示（两通道）： • 时间序列 • 幅频特性， • 相位频率特性 • 声谱 • 3D Surface • 频谱分析（自谱，互谱，传递函数，相关函数）

1/1, 1/3 倍频程谱分析频率范围（中心频率）：20 Hz ~ 20 k Hz 计权方式：线性及 A，B，C 计权平均方式：线性平均，指数平均，瞬态显示

4. 瞬态信号采集

双通道同时采集采集长度：自定义, 数据直接存入硬盘触发电平可调触发前采用循环缓冲区记录数据可在屏幕上显示数据的波形，相当于记忆示波器的功能形成数据文件，可供用户对数据作进一步处理有后处理模块，可对记录数据进行分析处理


白噪声粉红噪声 1kHz 单频信号自定义单频或多频信号扫频信号扫振辐信号方波三角波脉冲信号自定义函数发生器

三、安装步骤

1、计算机须有一个可用的标准 USB 接口，用 USB 线连接计算机和 MC112 USB。 2、启动计算机，安装时可能需要 Windows98/2000 的安装盘。 3、当设备接入计算机时，Windows98/2000 即插即用功能会找到这个新设备。计算

机会提示找到‘USB Composite Device’，点击‘下一步’。

41

4、选定‘搜索设备的新驱动程序’，点击‘下一步’。 5、选定‘搜索软盘驱动器’，插入‘USB DRIVER DISK’，点击‘下一步’。 6、选定‘某一其他驱动程序’，点击‘查看列表’，选定‘USB Composite Device’，点‘确

定’。 7、点击‘下一步’，此时需要 Windows98/2000 的安装光盘。 8、上述安装完成后，计算机会找到‘USB Audio Device’设备。 9、再次‘搜索软盘驱动器’，插入‘USB DRIVER DISK’，点击‘下一步’。 10、选定‘升级驱动程序 ST190-RCA’，点击‘下一步’，完成安装。 11、安装完成后，可用下述方法确认，点击‘控制面板’->‘系统’，选取‘设备管理器’

页面，确定在‘声音、视频和游戏控制器’栏下有 USB Audio Device。 12、运行 SpectraPlus ，在 Options 菜单中 Device 项，将 Input Device 改为 USB Audio

Device。

13.PULSE 噪声和振动测试系统及 B&K 3560C 前端

一、概述

PULSE系统是丹麦B&K公司于 1996年推出的世界上首个噪声和振动多分析仪系统，

能够进行多通道、实时的、FFT、CPB、总级值等分析，目前的高版本为 9.0 。 PULSE系统的平台包括软硬件两个部分：硬件和软件部分。

硬件部分为3560 B/C/D/E型智能数据采集前端，前端中的模块可以按照用户的测量和分析

需求选择。

软件部分为7700型平台软件(7700型还可以细分为7770型FFT分析和7771型CPB分

析)。

与PULSE平台上的其他应用软件相结合，可以满足用户在数据记录与管理、结构动力学分

析(如模态分析)、机械故障诊断(如包络分析、阶次分析)、声品质、声学材料测试、电声

测试等方面的多种要求。实验中 PULSE 系统的硬件配置为 3560C,如图所示。

二、3560 型 PULSE 多分析仪系特点统

10. PULSE 多分析仪

系统在 Windows

2000 或

Windows 2000XP

系统下工作。

11. 每个通道分析

带宽可达

204.8KHz,每个

通道独立使用24

位 A/D 转换（B&K B&K 3560C 前端

42

3560C 前端具有 4 路输入通道及两路输出通道，每路输入通道具有 BNC 及 lemo 两种输入方

式）

12. 对同一输入信号同时进行多种分析，减少了测试所需时间。 13. 同时使用多种分析仪和采用多个同类型分析仪作不同参数分析. 14. 支持外部悾件和数据导出（OLE 自动化和 Axtive 悾件），很容易通过 VB 、VC、Delphi 等

常用的编程语言进行二次开发；内置 VBA（Visiual Basic for Application），不安装任何额外

的编程语言也可方便的对 PULSE 进行编程控制。 15. 利用 MS Word 快速及自动生成测量报告。 16. 自动检测前端硬件，自动检测带传感器电子数据表的传感器（IEEE1445.4 标准，即插即用）。 17. 标准输入配置包括电压、恒流源驱动 CCLD、传声器和电荷型选件。 18. 采集前端的数据通过 LAN 传至 PC 时，通讯距离可达 150 米（用无线 LAN 时更远），由此

可减少传感器长度。三、PULSE 系统操作基础

一个PULSE项目涵盖整个测量过程，并可包含许多不同的任务和分析。PULSE的设置主

要在Organizer菜单的三个部分完成：Configuration Organizer (配置管理器),

Measurement Organizer （测量管理器）和 Function Organizer (函数管理器)。

Configuration Organizer用于设置传感器，定义测量信号名。

Measurement Organizer用于设置所用的分析仪及其属性。

Function Organizer用于对测量数据进行后处理。

下面分别介绍这三个管理器的设置

1 .Configuration Organizer (用于对通道选择传感器，对信号命名)

本步骤对使用智能型传感器，如4190L和4508B，时可以省略

打开 Organizer->Configuration，展开机箱和模块图标，单击 input 通道,从右键菜单中

Select Transducer,在传感器数据库中选择传感器,之后，通道图标会变成一个传感器的形状

在传感器数据库的右半页中，点击Find,选择对应传感器的Serial Number

如果通道下没有信号名，可以单击通道,右键选择

Add Signal；

在完成以上工作后，为了便于记忆关于测量

的信息，可以编辑信号名。

2. Measurement Organizer(添加分析仪并设置分

析仪、信号的属性)

(1)打开Organizer->Measurement，弹出测量管理

器菜单，点击测量模板 (默认为Working )，右键

43

选择Get Configuration 将 Configuration Organizer中的设置读取到Measurement

Organizer中来,

(2)单击”Groups”,右键选择“New Group”,向信号组“Insert Signal” 信号编组的目的在于: a. 可在一次设置组中所有信号的属性,而不需要对每个信号单独设

置 b. 分析仪以信号组为单位来分析信号 c. 计算信号之间的互谱CrossSpectrum时需要

用到一个组或不同组中的不同信号

(3)点击 Set-Up, Insert 所需要的分析仪，并向分析仪添加信号组

FFT分析仪适合于对谐波成分丰富信号,找出纯音的频率；

CPB分析仪适合于对声音信号进行等百分比带宽分析；

Recorder分析仪用于记录原始时域数据(需要7701软件的授权)

(4)之后向分析仪加入信号组

(5)单击分析仪，右键选择属性，在其Setup页面,设置分析仪的属性(第4章有这些属性的

详细解释)

(6)激活，然后选择合适量程

激活测量模板（或按F2键）,之后可以打开Level Meter级值计 (或从View

菜单下选择Show Level Meter) 来监测输入信号当前的大小，从而判断量程是否合适，合

适的量程能够提高测量的信噪比。

测量微弱信号，如消声室本底噪声、仪器本底噪声，一定要用小量程7mV测量。

级值表的一大优点就是可方便的为非稳态信号定量程：在进行实测之前，进行一次试测，

然后点击级值表的第二个菜单项系统自动调整到合适的量程，即可进行正式的测量.

如下图所示。当取得合适的量程时，信号显示为绿色，如 Sound 信号的大小约占该量程满

刻度的 1/2 至 2/3 。Acc 信号过载显示红色，需要提高量程。级值计显示的其他颜色中，黄色

代表信号大小接近该量程满刻度，蓝色代表信号量级远低于量程。

3. Function Organizer (对测量数据进行后处理)

(1) 打开Organizer->Function,在Function Group中添加函数，单击函数的图标，可以选

择该函数的类型，双击该函数，可以得到该函数的图形(未点击Start之前，函数图形为空

白)。

(2)点击 Start （或按 F5 键）开始测量，即可观察函数图形

44

按以上步骤建立测量项目，并可以保存该项目中的全部设置,包括该次测量的所有结果,保存之后

的文件名后为“.pls”。下一次可以直接打开此文件，激活，待 Level Meter 级值表中显示值稳定

即可直开始测量。



如果所选择的传感器不在Transducer Database 中，那么在打开Configuration

Organizer的前提下，打开PULSE程序界面菜单栏的Configuration 菜单项，选择

Transducer Database 项 (倒数第5个菜单选项)，进入传感器编辑界面，添加所设置传感

器的信息.

可以在传感器数据库的左半个界面中先选择相应的传感器类型，然后在序列号栏输入该传

感器的序列号(不能有重复序列号)、在Accredit Calibration下的灵敏度栏输入该传感器

的灵敏度—Accredit Calibration下的灵敏度比Nom .Sensitivity下的灵敏度优先权高。

如果传感器灵敏度单位的加速度单位m/s2无法输入，请使用重力加速度g，或者将Windows

的区域设置改为USA


在Configuration Organizer中对通道选择了正确的传感器后，

好不要改动信号属性Channel页的

Input项，该项表示传感器的输入

方式，如果改错了，将显示过载或

者测量结果不对，如上图，Input共有三种输入方式：Direct / CCLD / Preamp • Direct –可接入直接电压信号或

者经过理调后的信号，注

意电压单峰值在通道的量

程以下，如3109，3032A模

块通道量程均为7V峰值，

注意这时需要编辑通道的

灵敏度，否则测得结果将

只显示电压值

• CCLD - Constant Current Line Drive恒流源线驱动工作方式，该方式需要为传感器内

部或外部的放大电路提供电源，电流为 4mA，电压24V.使用内置放大电路的B&K传感器有

4506、4507、4508等等、可由前端供电的外部放大器有2646、2647等。传感器内置放大

电路的缺点是不耐高温，因此在高温环境下常使用电荷型加速度计,外接适调放大器，如

2647、2692系列，再接入前端的输入通道。CCLD方式的传感器在激活测量模板之后需要经

45

过5s左右的建立时间(供电――会显示短时的过载)才开始工作；

• Preamp – 使用7芯LEMO接头对Microphone的前置放大器供电

前置放大器是传声器与3560C输入通道的联接部分，起阻抗变换作用，同时，还经由

它为传声器提供极化电压。

预极化类型的(Prepolarized也称为驻极体.)Microphone不须加极化电压, 外部极化类型

(Ext. Polarized ) 的Microphone需要由前端的通道或外部理调放大器(如2690)提供极

化电压,极化方式错误会导致通道的输入值远远低于真实值.

请注意，在直接使用PULSE知识库中的范例时，需要对通道进行传感器工作的正确设置。

如，4508传感器需要恒流源供电，又如,某个通道接4191传声器，需要200V的后极化电压。


测量振动一般使用加速度计，因为加速度计具有以下优点：动态范围大、频率范围

宽、线性度好、稳定性高、安装比较方便.

压电加速度计能正确测量被测物振动的前提是加速度计的底座与被测物保持刚性连接。下

面简介使用和安装的基本原则:

（1）安装加速度计的平面应平整光洁，并且与被测对象之间有直接或短传递路

径。对单轴向加速度计，要注意测量的方向即主轴方向是否是所关心的测量

方向。

（2）使用螺栓连接时，螺纹孔应与表面垂直。

（3）加速度计的电气绝缘性能是各不相同的, 如4394本身带有绝缘底座, 而4397

则需使用绝缘螺栓外加云母垫片附件(Type YO 0534)来保证绝缘。绝缘螺钉

接触面垫以云母垫片固定；绝缘螺钉安装可很好的解决测量系统的地回路问

题。（4）蜂蜡固定法适合在常温下、传感器重量小于100克时使用，非常方便，但温度

被限制在40以下。大振级为100 m/s^2 或 20 g(峰值)。

（5）快干胶如502等使用也较多，频率特性较宽（但不宜使用软性粘接剂），且胶

水易弄脏螺孔，温度也受到一定地限制。在拆卸传感器时请从侧面轻轻剪切，

而不是从安装的垂直面拔。（6）磁铁座安装适合快速测量，但使用磁性底座高振级和测量频率受到限制。

这一安装方法使得安装共振频率下降到7kHz左右，从而使高可用频率下降

到2kHz(即1/3安装共振频率附近)。磁铁座的吸力也有限，可测振动范围不超

过200g。

46

（7） 3M公司双面胶带安装，其9473 型双面胶工作温度可达 +249,厚度0.25mm ,您也可以直接向 3M 公司技术中心寻求相关支持详情请查询

http://www.3m.com/的中文网页. （8）特殊地点需要夹具安装时，夹具要采用刚度大、质地轻地材料制造，其自身

固有频率要远大于测量频率的上限.当您需要特殊夹具时请联络我们。

（9）加速度计的电缆要可靠固定,如果电缆线在测量过程中发生晃动、弯曲、拉伸将

引起导体与屏蔽层之间的局部电容和电荷的变化，从而引入更多的干扰。（10）对小而轻地物体（如小叶片）要考虑安装加速度计后的质量加载效应，一般

加速度计与被测物的质量比要小于1/10。（11）请勿将传感器掉落到结实的坚硬表面。（12）各种传感器都不能在超出规定的温度范围外工作


• 不要紧贴被测物表面，并远离反射面与障碍室外测量时距离反射面至少3.5m，当需要测量环境噪声如交通噪声对某居民的影响时，传声器应距离房屋正面1～2m;建议采

用三角架固定传声器，如果需要手持，则需要伸出手臂，传声器距离人体1m • 顺风，当风速超过 5 m/s时要加防风罩 • 传声器距离地面高度 1.2至1.5m • 传声器的主轴方向与声传输方向的关系随所用传声器类型不同有差异：如图示 (1)当在自由场内使用自由场型传声器时

（4188/4189/4190/4191型），自由场型传

声器对传声器加入声场后引起的差异进行修

正(设计时即保证)，测量结果相当于传声器未

放入时的情况，传声器主轴方向须与声传输

方向一致。 (2)当在自由场内使用压力场型传声器时

(4192/4193型)，压力传型传声器则不对传声

器加入声场后引起的差异进行修正，传声器主轴方向须与声传输方向夹90o角 (3)当在自由场内使用无规入射型传声器时，传声器主轴方向须与声传输方向夹70°至80°角。 • 不要打开传声器的保护盖，更不能在前端工作中打开保护盖或插拔传声器。 • 传声器的膜片与后极板之间距离很近，一般只有几十微米，虽然 B&K4188 至 4193 型传声器

47

均能在 100% RHD(相对湿度)下正常工作，但是为了延长使用寿命，建议传感器在不使用时放

入干燥皿中保存。一般的，对于传声器，无论是哪一家公司生产的，都不宜放在空气潮湿的地

方保存。

48

《声学基础》

实验指导书


2006 年 7 月

49

目录

实验一振动基本特性…………………………………………………1

实验二声音及其基本特性……………………………………………4

实验三声学仪器与设施………………………………………………7

10

目录

实验一文档管理工具实用技巧上机实践………………………………….…1 实验二 Matlab 编程技巧及上机实践………………………………………….3 实验三可视化编程技巧及上机实践………………………………………….5 实验报告…………………………………………………………………….…..7

1

噪声与振动测量实验

杨有粮

西北工业大学航海学院环境工程系

2

内容简介

本讲义是为了适应环境工程专业“声学测量” 和“振动测试”选修课及其相关

课程的教学及实践需要而编写的。本讲义包含了 16 个声学实验及 8 个振动试验，这些实验基本上包含了噪声与振

动测试中的主要内容，实验内容中对所涉及到的仪器设备的结构原理及使用方

法也作了详细的介绍，希望通过这些实验的完成，能够掌握噪声与振动基本参

量的测试方法和技术。本讲义主要面向噪声与振动控制、建筑声学和环境声学方向的研究生，也可作

为相关专业师生及工程技术人员的教材和参考书。

i

目录

实验一噪声声级测量实验 1

一、实验目的 ........................................................................................................................... 1 二、实验要求 ........................................................................................................................... 1 三、实验环境 ........................................................................................................................... 1 四、实验原理与方法 ............................................................................................................... 1

1.噪声的客观物理度量......................................................................................................... 1 2.噪声的主观评价................................................................................................................. 2 3.噪声的频率分析................................................................................................................. 4 4.倍频带声压级与计权声级的转换关系 ............................................................................. 6 5.噪声测量与分析方法......................................................................................................... 6

五、实验内容及步骤 ............................................................................................................... 8 六、实验报告要求及计录、格式............................................................................................ 8 七、实验注意事项 ................................................................................................................... 8 八、讨论、思考题 ................................................................................................................... 8

实验二声级计的使用（时间计权） 10

一、实验目的 ......................................................................................................................... 10 二、实验要求 ......................................................................................................................... 10 三、实验环境 ......................................................................................................................... 10 四、实验测量原理、方法 ..................................................................................................... 10 实验原理：.......................................................................................................................... 10 实验方法：.......................................................................................................................... 11

五、实验内容、步骤 ............................................................................................................. 11 实验内容: ............................................................................................................................ 11 测量步骤：.......................................................................................................................... 11

六、实验报告要求及计录、格式.......................................................................................... 12 七、实验注意事项 ................................................................................................................. 12 八、讨论、思考题 ................................................................................................................. 12

实验三声级计的使用（频率分析） 13

一、实验目的 ......................................................................................................................... 13

ii

二、实验要求 ......................................................................................................................... 13 三、实验环境 ......................................................................................................................... 13 四、实验测量原理、方法 ..................................................................................................... 13 实验原理：.......................................................................................................................... 13 实验方法：.......................................................................................................................... 14



实验四多声源噪声级测量 17

一、实验目的 ......................................................................................................................... 17 二、实验要求 ......................................................................................................................... 17 三、实验环境 ......................................................................................................................... 17 四、实验原理、方法 ............................................................................................................. 17 五、实验内容、步骤 ............................................................................................................. 18 实验内容：.......................................................................................................................... 18 实验步骤：.......................................................................................................................... 18

六、实验报告要求及测量数据计录...................................................................................... 18 七、实验注意事项 ................................................................................................................. 18 八、讨论、思考题 ................................................................................................................. 19

实验五纯音响度测量实验 20

一、实验目的 ......................................................................................................................... 20 二、实验要求 ......................................................................................................................... 20 三、实验环境 ......................................................................................................................... 20 四、实验测量原理、方法 ..................................................................................................... 20 实验原理：.......................................................................................................................... 20 实验方法：.......................................................................................................................... 20



iii

实验六声信号采集及 SPECTRA 软件应用 23

一、实验目的 ......................................................................................................................... 23 二、实验要求 ......................................................................................................................... 23 三、实验环境 ......................................................................................................................... 23 四、实验内容、步骤 ............................................................................................................. 23 实验内容：.......................................................................................................................... 23 实验步骤：.......................................................................................................................... 23

五、实验报告要求及记录格式.............................................................................................. 24 六、实验注意事项 ................................................................................................................. 24 七、讨论思考题 ..................................................................................................................... 24

实验七城市区域环境噪声测量 25


五、实验报告要求及计录、格式.......................................................................................... 26 六、实验注意事项 ................................................................................................................. 26 七、讨论、思考题 ................................................................................................................. 27

实验八城市交通噪声测量 28



实验九自由场法测量声功率 31

一、实验目的 ......................................................................................................................... 31 二、实验要求 ......................................................................................................................... 31

iv

三、实验环境 ......................................................................................................................... 31 四、实验内容、步骤 ............................................................................................................. 31 实验内容：.......................................................................................................................... 31 测量原理：.......................................................................................................................... 31


实验十混响室法测量声功率 34

一、实验目的 ......................................................................................................................... 34 二、实验要求 ......................................................................................................................... 34 三、实验环境 ......................................................................................................................... 34 四、测量内容、步骤 ............................................................................................................. 34 测量内容：测量手电钻（320W）空载状态下的声功率。测量系统如图 10.1 所示。 34 测量原理：.......................................................................................................................... 34 实验步骤：.......................................................................................................................... 35


实验十一声强扫描法测量声功率 39

一、实验目的 ......................................................................................................................... 39 二、实验要求 ......................................................................................................................... 39 三、实验环境 ......................................................................................................................... 39 四、实验内容、步骤 ............................................................................................................. 39 实验内容: ............................................................................................................................ 39 测量原理、方法：.............................................................................................................. 39 测量步骤：.......................................................................................................................... 41


实验十二混响室法测量声学材料吸声系数 43

一、实验目的 ......................................................................................................................... 43 二、实验要求 ......................................................................................................................... 43 三、实验环境 ......................................................................................................................... 43 四、实验内容、步骤 ............................................................................................................. 43

v

实验内容：.......................................................................................................................... 43 测量原理：.......................................................................................................................... 43 测量步骤：.......................................................................................................................... 44


实验十三阻抗管法测量声学材料吸声系数 46

一、实验目的 ......................................................................................................................... 46 二、实验要求 ......................................................................................................................... 46 三、实验环境 ......................................................................................................................... 46 四、实验内容、步骤 ............................................................................................................. 46 实验内容：.......................................................................................................................... 46 实验原理与方法：.............................................................................................................. 46 实验步骤：.......................................................................................................................... 47


实验十四构件隔声量测试 50

一、实验目的 ......................................................................................................................... 50 二、实验要求 ......................................................................................................................... 50 三、实验环境 ......................................................................................................................... 50 四、实验内容、步骤 ............................................................................................................. 50 实验内容：.......................................................................................................................... 50 实验原理简介：.................................................................................................................. 51 实验方法和计算.................................................................................................................. 51 实验步骤：.......................................................................................................................... 52


实验十五传声器电声性能测量 54

一、实验目的 ......................................................................................................................... 54 二、实验要求 ......................................................................................................................... 54 三、实验环境 ......................................................................................................................... 54 四、实验内容、步骤 ............................................................................................................. 54

vi

实验内容: ............................................................................................................................ 54 实验测量原理：.................................................................................................................. 54


实验十六扬声器电声特性测量 60

一、实验目的 ......................................................................................................................... 60 二、实验要求 ......................................................................................................................... 60 三、实验环境 ......................................................................................................................... 60 四、实验内容、步骤 ............................................................................................................. 60 实验内容: ............................................................................................................................ 60 实验测量原理：.................................................................................................................. 60


实验十七加速度计灵敏度测量实验 65

一、实验目的 ......................................................................................................................... 65 二、实验要求 ......................................................................................................................... 65 三、实验环境 ......................................................................................................................... 65 四、实验内容、步骤 ............................................................................................................. 65 实验内容：测量加速度计灵敏度...................................................................................... 65 实验步骤：.......................................................................................................................... 65


实验十八加速度计的频响曲线的测量 67


五、实验报告要求及计录、格式.......................................................................................... 67 六、实验注意事项 ................................................................................................................. 68

vii

七、讨论、思考题 ................................................................................................................. 68

实验十九简谐振动基本参数的测量 69

一、实验目的 ......................................................................................................................... 69 二、实验要求 ......................................................................................................................... 69 三、实验环境 ......................................................................................................................... 69 四、实验内容、步骤 ............................................................................................................. 69 实验内容：.......................................................................................................................... 69 仪器功能简介...................................................................................................................... 69 实验步骤：.......................................................................................................................... 70


实验二十衰减振动的测量 72

一、实验目的 ......................................................................................................................... 72 二、实验要求 ......................................................................................................................... 72 三、实验环境 ......................................................................................................................... 72 四、实验内容、步骤 ............................................................................................................. 72 实验内容：.......................................................................................................................... 72 测量原理：.......................................................................................................................... 73 实验步骤：.......................................................................................................................... 73


实验二十一弹性结构振动响应测试 74



viii

实验二十二振动系统幅频特性曲线的测量 77



实验二十三机械阻抗测量 79

一、实验目的： ..................................................................................................................... 79 二、实验要求 ......................................................................................................................... 79 三、实验环境 ......................................................................................................................... 79 四、实验内容、步骤 ............................................................................................................. 79 测量原理.............................................................................................................................. 79 实验内容：.......................................................................................................................... 79 实验步骤.............................................................................................................................. 80


实验二十四城市区域环境振动测量 81

一、实验目的： ..................................................................................................................... 81 二、实验要求 ......................................................................................................................... 81 三、实验环境 ......................................................................................................................... 81

1.仪器概述：....................................................................................................................... 81 2.工作原理简介：............................................................................................................... 81 3.使用方法：....................................................................................................................... 83 4.振动校准：....................................................................................................................... 86 5.测量量及读数方法（GB0071－1988） ......................................................................... 86

四、实验内容、步骤 ............................................................................................................. 87 实验内容：.......................................................................................................................... 87


ix

附录 A：环境振动测量记录表（见下页） 87

附录一测量仪器简介 91

1. HS5633 数字声级计 91

一、概要 ................................................................................................................................. 91 二、主要技术指标 ................................................................................................................. 91 三、使用方法 ......................................................................................................................... 91 四、注意事项 ......................................................................................................................... 92

2. HS6288 型多功能噪声分析仪 92

一、概述................................................................................................................................ 92 特点：.................................................................................................................................. 92

二、主要技术性能................................................................................................................ 93

3. HS6020 型声校准器 94

一、概述 ................................................................................................................................. 94 二、主要技术性能 ................................................................................................................. 94 三、使用与维护 ..................................................................................................................... 94

4. B&K 4231 型声级校准器 94

一、主要技术指标： ............................................................................................................ 94 二、主要特点： ..................................................................................................................... 95

5. B&K2716 功率放大器 95

一、概述 ................................................................................................................................. 95 二、主要技术指标 ................................................................................................................. 96

6.B&K4296 无指向性声源 96

一、概述 ................................................................................................................................. 96 二、主要技术性能 ................................................................................................................. 97

7. 阻抗管 4206 介绍 98

x

一、声学材料测试介绍 ........................................................................................................ 98 二、项目设置........................................................................................................................ 99

8. PULSE 声强工具箱 TYPE3599 简介 102

应用： ................................................................................................................................... 102 特性： ................................................................................................................................... 102 一、声强传声器对 ............................................................................................................... 102 二、遥控单元 ....................................................................................................................... 103 三、技术规范 ....................................................................................................................... 103 四、声强麦克风对 TYPE4197 ............................................................................................. 104

9. VS302USB 双通道声学分析仪 104

一、概述 ............................................................................................................................... 104 二. VS302USB 双通道声学分析仪的主要功能 .................................................................. 105

1.双通道频域分析............................................................................................................. 105 2.瞬态信号采集................................................................................................................. 105 3.信号发生功能：............................................................................................................. 105

三、安装步骤 ....................................................................................................................... 105

10.PULSE 噪声和振动测试系统及 B&K 3560C 前端 106

一、概述 ............................................................................................................................... 106 二、3560 型 PULSE 多分析仪系特点统 ............................................................................ 106 三、PULSE 系统操作基础 .................................................................................................. 107 四、传感器的使用安装方法................................................................................................ 108

1.传感器数据库................................................................................................................. 109 2. 前端中通道的工作方式(也是传感器工作方式) ........................................................ 109 3.加速度计的安装和使用................................................................................................. 110 4.传声器的安装和使用：................................................................................................. 111

11.YD 系列加速度传感器 111

一、概述.............................................................................................................................. 111 二、主要技术指标.............................................................................................................. 112

12.SD-6A 双积分电荷放大器 113

一、概述.............................................................................................................................. 113 二、主要技术指标.............................................................................................................. 113

xi

13. ZN1681 噪声信号发生器 114

一、概述：.......................................................................................................................... 114 二、工作特性：.................................................................................................................. 115

1.噪声源部分..................................................................................................................... 115 2.压缩部分......................................................................................................................... 115

14. GF-10 功率放大器 116

一、概述 ............................................................................................................................... 116 二、主要技术指标 ............................................................................................................... 116

15 .JZ-2A 型激振器 116

一、概述.............................................................................................................................. 116 二、主要技术指标.............................................................................................................. 117

16. TDL-2 调谐式带通滤波器 117

一、概述.............................................................................................................................. 118 二、主要技术指标.............................................................................................................. 118

附录二实验报告样式 119

1

实验一噪声声级测量实验

一、实验目的

1.测量机器（手电钻）噪声的声压级及声级； 2.了解噪声的基本度量及评价参量； 3.掌握声级计的基本结构原理及其使用方法。

二、实验要求

1.掌握计权声级及等效连续声级的基本概念及意义； 2.了解噪声频率分析及倍频程的概念； 3.掌握噪声测量的一般方法及 HS6288 声级计的基本使用。

三、实验环境

1．HS6288 声级计； 2．声级校准器 BK4321； 3．噪声源：大宇 6060T 手电钻（320W）空（满）载状态。

四、实验原理与方法

1.噪声的客观物理度量噪声有两种意义：①在物理上指不规则的、间歇的或随机的声振动；②在心理上指

任何难听的、不谐和的声或干扰。噪声可用其强度、频率特性及时间特性来描述。

作为噪声强度的客观物理度量，可以用声压级（声强级和声功率级）来表示；通过

测量频带声压级反映其频谱特性；其时间特性可通过测量噪声信号的峰值、平均值

及有效值等来表示。声压级定义为:

2

20 0

20lg 10lgpp pLp p

= = (1.1)

其中 p 为待测声压， 0p为参考声压，

50 2 10 ( )ap p−= ×

。声强级定义为:

0

10lgIILI

= (1.2)

其中 I 为待测声强， 0I为参考声强，

12 20 10 /I W m−=

。声强级定义为:

2

0

10 lgWWLW

= (1.3)

其中W 为待测声强， 0W为参考声强，

120 10W W−=

。

由声强和声功率的关系 WIS

=以及空气中声强级近似地等于声压级的关系可得出：

10 lgp I WL L L S≈ = − (1.4)

这就是空气中声强级、声压级与声功率级之间的关系。必须注意的是，式（1-4）成

立的条件必须是自由声场，即除了声源发声外，其他声源的声音和反射声的影响均

小到可以忽略不计的程度。 2.噪声的主观评价

噪声对人影响的大小，要由人的主观感觉来衡量，人耳听声，虽说声压越大，声音

越响，但声压与人耳感觉的响度并不成比例关系，而是近似成对数关系，同时人耳

对于不同频率声音的响度感觉也是不一样的，因此，根据人耳的听觉特性，引入响

度与响度级、计权声级和等效连续声级等主观评价量。（1）响度与响度级根据 ISO 规定，任何声音的响度级在数值上与该声音同样响的 1000Hz 纯音的声压

级相同。具体说来就是，对于 1kHz 的纯音，它的响度级就是这个声音的声压级，

对频率不是 1kHz 的纯音，则用 1kHz 纯音与这一待定的纯音进行试听比较，调节

1kHz 纯音的声压级，使它和待定的纯音听起来一样响，这时 1kHz 纯音的声压级

就被定义为这一纯音的响度级。响度级的单位是方（phon）。例如声压 60dB、1kHz 纯音的响度级就是 60 方，而 100Hz 的纯音其声压级要达 67dB 才是 60 方，两者听起来才一样响。对各个频率的声音

都作这样的试听比较，把听起来同样响的各相应声压级按频率连成一条条曲线，这

些曲线就称为等响曲线，如图 1.1 所示。同一条曲线上的每个频率的声音在感觉上

都一样响，它们的响度级就是这条曲线上 1kHz 处的声压级值。

图 1.1 等响曲线

3

声音“响”的程度，叫响度，它与正常听力对声音的主观感受量成正比，也就

是说，响度加倍时，声音听起来也加倍的响。响度记为 N ，单位是宋（sone）。规

定响度级为 40 方时响度为 1 宋，经实验得出响度级增加 10 方则响度增加一倍，如

响度级 LN 由 40 方增加到 50 方时，响度 N 加倍，由 1 宋增加为 2 宋，当 LN 由50 方变到 60 时，响度再加倍由 2 宋增加至 4 宋，等等。由此可得响度级 LN与响

度 N 的关系为： 0.1( 40)2 NLN += (1.5)

40 33.3lgNL N= + (1.6)

（2）计权声级为了用声音的客观物理量来表达人耳听觉的主观感受，可在声学测量仪器中加入模

拟人听觉特性的计权网络，使所接收的声音在人耳敏感的频域加以增强，人耳不敏

感的频域加以衰减，就可从仪器上直接读出反映人耳对噪声感觉的数值，使主、客

观评价量趋于一致。这种通过计权网络读出的声级叫做计权声级。图 1.2 为 A、B、C、D 等计权网络的响应曲线。 3）等效连续声级 A 计权声级对于稳定的宽频带噪声是一种较好的评价方法，但对于一个声级起伏不

定或不连续的噪声，A 计权声级就显得不合适了。对于室外环境噪声，如交通噪声，

噪声级是随时间而变化的，当有汽车通过时，噪声可能是 85～90dBA，但当没有车

辆时可能是 50～55dBA，这时就很难说这个地方的交通噪声到底是多少分贝。又如，

一台机器虽其声级是稳定的，但它是间歇地工作，而另一台机器噪声级虽与之相同，

但一直连续地工作，那么这两台机器对人的影响就不一样。因为在相同时间内作用

于人的噪声能量不相同。于是，人们提出了用噪声能量按时间平均的方法来评价噪

声对人的影响，即等能量声级，又称等效连续声级，用符号 AeqL 表示。也就是说，

用一个在相同时间内声能与之相等的连续稳定的 A 声级来表示该时段内不稳定噪

声的声级。

等效连续声级定义为：

图 1.2 计权网络频响曲线

4

2

1

0.1

2 1

110lg 10 At L

Aeq tL dt

t t⎛ ⎞

= ⎜ ⎟−⎝ ⎠∫ (1.7)

式中 AL 为在 t 时刻测量到的 A 计权声级。当测量是等间隔采样测量时， AeqL 可表示

为：

0.1 0.1

1 1

1 110lg 10 10lg 10 10lgAi Ain n

L LAeq

i iL n

n n= =

⎛ ⎞= = −⎜ ⎟⎝ ⎠

∑ ∑ (1.8)

其中 n 为测量次数， AiL为第 i 次测得的 A 计权声级。当测量值位非连续离散值

时, AeqL可表示为:

0.11010lg

AiLi

Aeqi

tL

t⋅

= ∑∑ (1.9)

其中 AiL为第 i 段时间内测得的 A 计权声级， it 为第 i 段测量时间。

3.噪声的频率分析对噪声作频率分析时，一般并不需要每一个频率上声能量的详细分布。为方便起见，

常在连续频率范围内把它划分为若干个相连的小段，每一小段叫做频带或频程，常

用的频率分析带宽为窄频带宽（恒定频率分析带宽）、倍频程和 1/3 倍频程带宽（恒

定百分比频率分析带宽）法，恒百分比带宽，中心频率 0f 与带宽上、下限截止频率

hf 和 lf l f 的关系为:

0 h lf f f= ⋅ (1.10)

2nh lf f= ⋅ (1.11)

式中 n 可以为任何值。n = 1，为倍频程带宽，n = 1/ 3，为 1/3 倍频程带宽，图 1.1表示了倍频程和 1/3 倍频程滤波器相对带宽的计算方法。表 1.3 是倍频程和 1/3 倍频

程带宽中各中心频率值与其上、下限截止频率值的对应关系。

5

表 1.1 中心频率与其上下限截止频率的对应关系

图 1.3 倍频程滤波器相对带宽的计算

6

4.倍频带声压级与计权声级的转换关系若已知噪声的各倍频带声压级，可以将其转换为计权声级。如 Lpi为测得的各倍频带的声压级(dB)，按声压级的定义有：

0

20lg ipi

pLp

= ，故

/ 20

0

10 piLipp

=，或

2/10

0

10 piLipp

⎛ ⎞=⎜ ⎟

⎝ ⎠ ，所以，n 个倍频带的声压级

相加后，总的声压级为：

0.1

1

10lg 10 p in

Lp

i

L=

⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠∑ (1.11)

由总的倍频带声压级 Lp 转换为总的 A 计权声压级 LpA 有：

0.1(

1

10 lg 10 p i in

L ApA

i

L +

=

⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠∑ (1.12)

式中 Ai为第 i 个频带的 A 计权修正值。一般测量倍频带 63～8000Hz 八个倍频程。

A 计权的修正值见表 1.2。表 1.2 倍频程 A 计权修正值

中心频率／Hz 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 修正值 Ai/dB -26.2 -16.1 -8.6 -3.2 0 1.2 1.0 -1.1

5.噪声测量与分析方法图 1.4 是噪声测量仪器系统的构成框图。实现噪声测量，一种方法是用声级计直接测量，读出声级；另一种方法是通过磁带

记录仅录下噪声信号，再把录下的信号回放，用计算机、分析仪或声级记录仪进行

分析处理，获得相应的声级大小、噪声频谱及时间特性，便于对噪声进行分析研究。

现代的声学测量系统一般由传声器、数据采集系统（前端）、接口设备和分析器（计

算机）组成，采集器可以是多个传声器组成的多通道输入，接口设备通常为 USB或网线将数据送入计算机。实际上高性能的声级计，如 BK2260 就相当一个小型声

学测量系统，除只有 2 通道输入外，几乎可以实现所有的声学参数测量及分析计算。

图 1.4 噪声测量和分析设备系统

7

噪声现场测量大都采用声级计（Sound Level Meter，简称 SLM），它是一种按照一

定的频率计权和时间计权测量声音声压级和声级的仪器。声级计的种类虽然很多，

但其基本结构是相同的，一般由传声器、放大器、频率计权网络、检波器、时间计

权单元和指示器等部分组成，如图 1.5 所示。声级计一般设有线性计权及 A 计权网络，可以测量噪声总声级和计权声级。功能强

的声级计，除具有线性计权及 A 计权外，还具有 B、C 计权及频率分析功能，可在

现场进行频率分析；有的声级计还有“外接滤波器”插孔，可与其他滤波器连接，

实现感兴趣的频带测量； “放大器输出”插孔，可输出交流倍号，用来与其他仪

器配合使用，例如与声级记录仪连用，进行测量的自动记录，也可与示波器连用，

观察被测信号的波形等。用声级计测量噪声时，要合理选择测点，正确读数和记录，还要考虑测量时环境条

件的影响。 (1)测点的选择：要根据噪声测量的对象选择不同的测点。如为了评价或检验机器

设备噪声，测点应分布在机器近旁。对于已颁布的一些机器噪声测量标准，可按规

范要求进行布点。一般机器设备可按下述情况选点：对于尺寸不大于 30cm 的小型

机器，测点距机器表面 30cm，周围布置 4 个测点；尺寸大于 30cm，但小于 50cm的中型机器，测点距机器表面 50cm，周围布置 4 个测点；尺寸为 0.5～1m 的大型

机器，测点距表面为 1m，周围布置 6 个或 8 个测点。测试结果以大值(或算术平

均值)表示，并在大值测点进行频谱分析。对于特大型或危险性设备，可取较远的

测点。测点高度以机器半高度为宜，但距地面不得小于 0.5m。 (2)时间计权的选择：声级计一般都具有“快”、“慢”计权。在测量噪声时一殷都

使用“快”档。因为“快”档读数近似人耳听觉的生理特性。只有在“快”档声级

起伏超过 3dB 时才用“慢”档。对于离散的冲击声，用脉冲声级计读取脉冲或脉种

保持值；对于间歇噪声，用“快”档读取每次出现的大值，以数次测量的平均值

表示；对于无规则变动噪声，可用“慢”档，每隔 5s 读取一次瞬时值，计算连续其

等效连续声级。 (3)测量环境条件的影响：测量噪声时，常受到环境和气象因素的影响。①测量时

图 1.5 声级计结构原理图

8

要注意传声器附近不能有反射物存在，传声器距反射物一殷应不小于 2m。②测量

时若有风吹向传声器时，则将产生湍流，使传声器膜片上压力涨落而产生噪声，因

此测量时应在传声器上安装防风罩。③本底噪声的影响：如果被测噪声的 A 声级及

各倍频带声压级均高出本底噪声 10dB，则本底噪声不影响测量。如果被测噪声与

本底噪声的差值小于 10dB，则应按表 1.3 进行修正。为了保证测量精度，应尽量设

法降低本底噪声。表 1.3 倍频程 A 计权修正值

总声压级与本底声压级之差／dB 10 9 8 7 6 5 4 3 由总声压级扣除的修正量／dB 0.6 0.7 1.0 1.3 1.3 1.7 2.2 3

五、实验内容及步骤

1.用声级计测量环境噪声的 A、C 声级并作倍频程频率分析； 2.测量某一机器(如手电钻)在空载运转时的噪声，填写噪声测量记录表(表 1.3)，并

对机器噪声频率特性进行分析。


见表 1.3


1.如上所述，注意测点选择和环境影响。 2.外出测量时，要密切注意周围情况变化，确保人身及仪器安全。


环境噪声测量时，如果周围有由反射体，应采取哪些措施以保障测量精度？表 1.3 机器设备噪声测量记录表

仪器名称型号校准方法时间计权备注

测量仪器

仪器名称型号额定功率转速外型尺寸长×寬

×高设备实际运转

情况待测

设备

情况

房间尺寸长×寬

×高室内吸声情况设备附近物体分布气象条件

测量

环境

声级／dB 倍频带声压级／dB 设备测点示意图测点

A C 31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 80001 2

3

9

4 平均本底

年月日测量地点测量者

10

实验二声级计的使用（时间计权）

一、实验目的

1. 掌握声级计 BK2239A 的使用； 2. 掌握不同类型噪声测量时间计权的选择。

二、实验要求

1．采用三种计权方式测量声级； 2．正确理解时间计权的含义； 3. 掌握峰值因数的测量。

三、实验环境

1．HBK2239A 数字声级计 2. 声级校准器 BK4231 4. 普通收音机 5. 榔头


实验原理：声级计一般具有“快”和“慢”时间计权，在脉冲声级计中还有“脉冲”和“保持”时间计

权特性，测量时要根据被测噪声特性来选择。例如测量车辆噪声时规定用“快”计权

特性，测量城市环境噪声规定用“慢”计权特性。在没有规定时，若测量比较稳定的

噪声，“快”和“慢”计权特性会得到相同的测量结果。如果噪声不稳定，当用“快”计权特性时，若测量值显示波动较大（如大于 3dB），就应当用“慢”计权特性。如果要

测量某一时间内的大值，则应当

用“快”计权特性。国际电工委员会（IEC）依据对正

弦脉冲的响应，把时间计权进行了

标准化，即各种时间计权对足够长

的正弦脉冲都能给出相同的输出。

时间计权仅对 RMS 信号有效。

“快”计权和 “慢”计权具有相

同的上升时间和衰减时间，分别为

125ms 和 1s，而“脉冲”计权具有

较快的上升时间（35ms）和较慢

的衰减时间（1.5s），如图 2.1 所示。图 2.1 时间计权特性曲线

11

同样，可用非常快的上升时间（us 级）确定信号峰值，这就是精密声级计中的“保

持”功能。该功能一般都配有复位（解除）按钮。因此，对于短暂的脉冲和冲击声，

应当使用“脉冲”计权特性。而要测定某段时间内噪声峰值，可以使用“保持”特性。实验方法：

用收音机发出连续噪声，采用“快”、“慢”和“脉冲”三种计权方式，分别用手动

测量及自动测量测出该噪声的有关参数，详见表 2.1 及表 2.2；再用榔头敲击物体作

为声源，通过手动方式测出冲击噪声的有关参数，详见表 2.3；同时计算出峰值因

数。


实验内容: 测量不同种类声源的 A 声级测量步骤： 1.手动测量

1）打开 2239 声级计，进行测前校准； 2）设置时间计数为“快”方式，频率计数为 A，测量范围为 30～100dB，预置时间

为“off”； 3）打开收音机并置于适合位置，调节音量开关，使其 1 米处的声级大约为 60～70dBA； 4）把声级计指向收音机，距收音机 1 米处，并开始测量，大约 1 分钟后停止； 5）使用参数选择按钮，选择下列参数，记录其测量值（参见表 2.1）。表 2.1 连续噪声手动测量记录表


6）切换时间计权为“慢”方式及“脉冲”方式，其它不变，重复以上测量，记录

测量数据。 2.自动测量：预置时间设为 1 分钟，分别用“快”、“慢”“脉冲”计权进行自动测量。

数据记入表 2.2；表 2.2 连续噪声自动测量记录表


1）将连续噪声换为冲击噪声，冲击噪声用榔头敲击物体产生，在测量时间内可敲

击 1 次，手动方式控制测量时间（或自动设置），测量时间大约为 5 秒，数据记入

表 2.3；表 2.3 冲击噪声手动测量记录表

“快”计权 “慢” 计权 “脉冲”计权 MaxP /dB

12

MaxL /dB MinL /dB Leq /dB

2）峰值因数测量：采用“快”方式， C 计权，将传声器指向声源，测量 3 次敲击

之后停止，记录 MaxP,Leq，计算峰值因数。


1.按表 2.1～2.3 记录相应的实验数据并对所测数据进行分析； 2.总结出纯音响度与声压级的关系。


1.实验环境应尽量保持安静。 2.注意与传声器保持一定距离，决不能碰到传声器支架。试听结果应由不同实验者

多次试听的结果来决定。



13

实验三声级计的使用（频率分析）

一、实验目的

掌握声级计 HS6288B 的使用。

二、实验要求

1．掌握噪声频率分析的意义； 2．掌握两种常用的带宽分析法；


三、实验环境

1．HS6288B 数字声级计 2. 普通收录机（多媒体系统） 3. 声级校准器 BK4231


实验原理：现实生活中，噪声信号的类型多种多样（如图 3.1 所示），但一般来讲都是由许多频

率组成的复合声，不

同类型的声音，所包

含的频率成分及各个

频率上的能量分布是

不同的，这种频率成

分与能量分布的关系

称为声音的频谱，声

音的频率特性通常用

频谱来描述。在许多情况下，频谱

可以给出信号更为详

细的信息，这是从时域

中无法获得的，如图

3.2 所示，齿轮箱在工

作中由于振动而产生

噪声，对噪声及振动信

号进行测量及频率分

析，可以发现在时域中

图3.1 噪声信号的类型

图 3.2 齿轮箱声振信号频率分析

Sound

14

各齿轮振动的能量混在一起，但在频域中被明显的分开，因此频谱给出了齿轮及啮

合引起的振动级别，它对定位振源（噪声源）是很有价值的。声学信号频率分析中常采用倍频程和 1/3 倍频程恆百分比带宽滤波器（CPB 滤波

器），如图 3.3 所示，一般而言，频率分辨率越高，越能显示原信号更多的信息。

实验方法：在实验室或教室用收录机(或多媒体扬声器)发出语言声、音乐声及手电钻发出稳态

噪声，将声级计设置为滤波器选频测量，分别采用手动方式和自动方式对以上三种

声源进行倍频程谱分析测量，记录各频段的等效连续声压级数据（参见表 3.1）。


实验内容: 1.测量稳态噪声（手电钻空转）的频谱（倍频程）； 2.测量语言声频谱（倍频程）； 3.测量音乐声频谱（倍频程）；测量步骤：

1.准备好声源，打开 HS6288B 声级计并进行校准； 2.测量并记录背景噪声； 3.按[复位]键使 HS6288B 声级计系统复位，按[计权]键显示“Lin”线性，按[频率]键进入滤波器方式，显示出 1/1 中心频率“· ”符号。按[定时]键设定好每倍频程

测量时间，例如在“10s”档，打开手电钻开关，将声级计指向声源，按[运行]键显

示“RUN”，到预定时间后，显示“PAUSE”，表示对应的中心频率测量结束。若继

续测量，再按[频率]键，中心频率依次选通，按[运行]键进入测量，直到全部测量完

成，测量数据以单组数据形式自动记录在内存中，关闭声源； 4.按[复位]键使系统复位，按[计权]键显示“Lin”线性，按[频率]键进入滤波器方式，

按[定时]键设定好测量时间，再连续按[频率]键，直到 1/1 中心频率点全部选通，显

示全部的“·”号，打开声源，此时按[运行]键，机内 CPU 根据设定的测量时间，

图 3.3 倍频程和 1/3 倍频程滤波器示意图

15

自动从 AP→31.5Hz→63Hz→125Hz→500Hz→1kHz→2kHz→4kHz→8kHz 依次选频

测量完，并自动记录数据。若重复测量，只需在 1/1 中心频率全部选通时，直接按[运行]键即可，并以滤波器自动测量数据方式存储测量结果。 5.将声源切换成语言声，重复步骤 4，自动测量语言声频谱。 6.将声源切换成音乐声，重复步骤 4，自动测量音乐声频谱。 7.输出测量数据，记入表 3.1；按[输出]键，显示器显示两个数字，接着按[输出]键，前面一个数字改变，1，2，3，分别表示将内存中的数据送显示，送 HS4784 打印机，送微机处理；若接着按[↑]键，后面一个数字改变，1，2，3，分别表示输出单组数据、整时方式数据、自动

滤波器方式数据。例如：假设 HS6288B 声级计已存储有 3 组单组数据、3 组整时数

据、3 组滤波器测量数据，操作如下：（按[复位]键，可使显示器复位，退出任何测

量方式）。（1）若要显示单组第 2 组数据：在显示 1-1 时，按[运行]键，先显示 3，表示总组

数，按[↑]键显示 2 后，为第 2 组数据，按[运行]键和[选择]键，显示出该组数据 Leq～L10。按[时钟]键，显示出该组数据起始测量时间。按[运行]键，退出显示。（2）若要显示所有单组数据：在显示 1-1 时，按[运行]键，显示 3，按[↑]键使显示

器显示 ALL，再按[运行]键和[选择]键后显示第 1 组数据。再按[运行]键和[选择]键后显示第 2 组，依次可调出显示第 3 组数据。（3）若要显示整时方式测量数据（详见说明书）（4）若要显示滤波器测量数据：按[输出]键和[↑]键，使显示器为 1-3，按[运行]键，

显示 3，表示总组数。按[↑]键，选定 1，再按[运行]键，则显示第一组滤波器数据，接着按[频率]键，显示数据： AP→31.5Hz→63Hz→125Hz→250Hz→500Hz→1kHz→2kHz→4kHz→8kHz 对应的

Leq 值。表 3.1 噪声频谱测量记录表（Leq/dB）背景噪声：


手电钻(手) 手电钻(自) 语言声音乐声


1.按表 3.1 测量记录实验数据并画出三种噪声的频谱图； 2.根据频谱图及实验过程对所测噪声进行分析。


1.实验环境应尽量保持安静。 2.注意测点的选择应符合一般声学测量规定。

16



17

实验四多声源噪声级测量

一、实验目的

1．掌握多声源噪声级的测量方法。 2．掌握 2239A 数字声级计的使用。

二、实验要求

1．掌握多噪声源声级加减运算方法。 2．了解背景噪声对所测噪声的影响情况。

三、实验环境

1．消声室。 2．2239A 数字声级计。 3．大宇 6060T 手电钻（320W）。 4．两台收音机。 5．1／2 吋传声器延长电缆 6．传声器支架

四、实验原理、方法

一般情况下，两个以上的噪声源产生的声波是不相干的，因此可以用声能量叠加的

概念。若两个声源在被测点单独作用时的声压分别为 1P及 2P

，则在该点总的声压 TP

为： 2 2 2

1 2Tp p p= + （4.1）

如果第一个声源在测点处产生的声压级 1pL ，则由声压级的定义得:

1 / 201 0 10 pLp p= × （4.2）

或 1 /102 21 0 10 pLp p= × （4.3）

所以，总声压级 pTL 为： 1 20.1 0.110 lg(10 10 )p pL L

pTL = + （4.4）

对于 N 个噪声源的情况有：

0.1

1

10lg 10 piN

LpT

i

L=

⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠∑ （4.5）

在测量噪声的过程中，往往会受到其它外界噪声的干扰，此种噪声称为背景噪声（或本底

噪声）。如果所测得车间内某机器运行时包括背景噪声在内的总声压级为 pTL ，在机器停止时，

18

测得背景噪声声压级为 pBL ，那么被测机器的噪声级 pSL 可由式（3.4）导出： 0.1 0.110 lg(10 10 )pT pBL L

pSL = − （4.6）

实验方法用手电钻发出的噪声模拟被测机器噪声，用两个收音机发出的声模拟背景噪声，先

在消声室测出三个声源单独作用时的声压级，再测出共同作用时总的声压级并进行

计算比较；通过音量调节改变被测噪声级与背景噪声级的级差，总结级差对测量精

度的影响。


实验内容：1.多声源噪声级相加测量 2.背景噪声扣除测量实验步骤：

1．每两人一组到实验室领取声级计，并进行标定。用标准声源标定时，显示器应指示 94±0.5dB,否则，调节 CAL 电位器使之达到规定值。

2．声源位置选择：被测声源安装消声室中，使测点均处于各声源的远场，声源之

间的距离至少应大于 1米。 3．将传声器置于三个噪声源形成的声场中央某一点（测点 1），先测出初始背景噪声，再

分别测出每个声源单独作用的声压级和三个声源共同作用的声压级，记录下该组数据；然后选

择测点 2 和 3，重复上述测量，记录下相应数据，参见表 4.1。表 4.1 多声源声级测量记录

初始背景噪

声/ dB 收音机1单独

作用/ dB 收音机2单独

作用/ dB 手电钻单独

作用/ dB 3 个声源共同

作用/ dB pTL 计算值/

dB 测点 1 测点 2 测点 3

4．关闭收音机 2，用收音机 1 作为背景噪声源，调节收音机音量旋钮，测出收音机与手电

钻声压级相差 0dB、1dB、2dB、3dB、8dB、10dB、15dB 总的声压级；表 4.2 背景噪声影响测量记录

与背景噪声差值/dB 0 1 2 3 8 10 15 总声压级测量值/dB 被测声压级计算值/dB 手电钻单独作用/ dB 初始背景噪声/dB

六、实验报告要求及测量数据计录

1．要求注明实验时间、地点及环境状况，用表格形式记录各测量值； 2．对总声级的测量值与计算值进行比较及误差分析；分析背景噪声对测量的影响。


1．测量要求传声器离地面高 1.2m，离墙壁至少 1.5m，并不可靠近噪声源。 2．使用仪器时要安全可靠，不可掉在地上。数据记录完毕，立即将仪器交还实验

19

室（交还时也需校准验收）。使用中有问题立即与实验室老师联系。

八、讨论、思考题 1．多声源同时发声时，总的声压级为什么不等于各声源单独作用时的声压级之和？

2．当测出的总声压级 pTL高出背景噪声不到 pBL 3dB 时，所测的结果是否还可信，

为什么？

20

实验五纯音响度测量实验

一、实验目的

1. 掌握纯音响度测量方法与客观量（声压级）的关系； 2. 掌握声音响度与客观量（声压级）的关系。

二、实验要求

1．掌握 HS6288 数字声级计的使用方法； 2．掌握纯音响度与响度级的换算关系； 3. 进一步理解等响曲线的形成与意义。

三、实验环境

1．HS6288 数字声级计 2. 音频信号源 3. 功率放大器 4. 扬声器 5. 消声室


实验原理：响度表示声音响与不响的程度，是人耳对声音的主观感觉，它主要取决于声音强度

（声压级的大小），但与声音的频率也有一定联系。可以用响度级把声压级与频率

这两个客观量统一的联系起来。响度级是以 1kHz 纯音为基准，对听觉正常的人进

行大量比较试听后定出的。具体说来就是，对于 1kHz 的纯音，它的响度级就是这

个声音的声压级，对频率不是 1kHz 的纯音，则用 1kHz 纯音与这一待定的纯音进

行试听比较，调节 1kHz 纯音的声压级，使它和待定的纯音听起来一样响，这时 1kHz 纯音的声压级就被定义为这一纯音的响度级。响度级用 LN 表示，单位是方（phon）。响度级是一个相对量，它只能表示被研究的声音与什么样的声音响度相当，不便于

进行直接比较。因而用响度表示声音强弱的绝对程度。响度用 N 来表示。单位是宋

(sone)，并规定响度级 40 方时的响度为 1 宋。响度与响度级的关系如式（5.1）和（5.2）所示。

0.1 ( 40)2 NLN × −= (5.1)

40 33.3lgNL N= + (5.2)

实验方法：由音频信号发生器发出不同频率的纯音信号经功放后推动扬声器产生单频声，在感

受该声音响度的同时用声级计测出其声压级，将各频率的声音响度提高一倍，再记

21

录相应的声压级，将声音响度再提高一倍，第三次记录相应的声压级，从而可得出

一组数据，由初始音量计算出相应的响度，再由感受到的响度计算相应的响度级，

与所测客观量进行比较，总结其中的关系。


实验内容: 测量不同频率纯音的响度测量步骤：

1.在消声室按图 5.1 搭建实验系统； 2.测量前，先要测量消声室背景噪声，注意测量过程中要保证被测声音要高出背景噪声 10dB； 3.调节音频信号源至某一频率（参见表 5.1），增大输出旋钮（或功放增益），给出初

始音量，感觉其响度，同时记录相应的声压级； 4.改变不同频率，通过调节音频输出保证响度不变，记录下相应声压级； 5.重复步骤 4，按表 5.1 测量所有频率等响下相应的声压级； 6.对应于某一频率，将音量提高 1 倍，记录相应的声压级，将音量再提高 1 倍，再

记录相应的声压级； 7.重复步骤 6，按表 5.1 测量所有频率音量连续 2 次加倍情况下相应的声压级。


1.按表 5.1 测量记录个实验数据并计算出相应的响度及响度级 2.总结出纯音响度与声压级的关系。

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 测量频率 20Hz 50Hz 100Hz 200Hz 500Hz 1KHz 2KHz 4KHz 8KHz

初始音量对应的声压级 /dB 音量提高 1 倍对应的声压级

/dB

音量再提高 1 倍对应的声压级 /dB

初始音量对应的响度/sone 响度级 /phon

音量提高 1 倍对应的响度/sone

功放音频信号源

图 5.1 消声室测量响度系统连接示意图

消声室 50.0dB

22

表 5.1 实验数据测试记录


1.实验环境应尽量保持安静。 2.注意与传声器保持一定距离，决不能碰到传声器支架。试听结果应由不同实验者

多次试听的结果来决定。



音量再提高 1 倍对应的响度

/sone 响度级 /phon

23

实验六声信号采集及 Spectra 软件应用

一、实验目的

1. 学会用计算机声卡采集、保存、处理声频信号，并将其存为数据文件； 2. 采集给定设备的噪音信号或语音信号，分析其时域特征及频谱结构； 3. 学习 spectra lab(plus)谱分析软件的使用,用该软件对所采集的声信号进行谱分析。

二、实验要求

1. 熟悉 spectra lab 的应用环境，能够在各种模式下正确操作运行； 2. 能够正确地采集语言、音乐及设备噪声信号，并将其记录成数据文件，同时能用

spectra 软件对这些文件进行时域及频域分析。

三、实验环境

1. 声传感器（microphone） 2. 大宇牌手电钻：250W 3. 通用计算机 4. spectra lab(plus)谱分析软件 5. 有源音箱


实验内容： 1. 采集并保存手电转钻空转时的噪音信号，观察其时域信号特点（大值、小值

及均值等）及频谱特征；将其存为.WAV 文件格式，用 Matlab 语言调入后分析频谱

结构，绘出频谱简图。 2. 采集并保存本人的声音信号（唱或朗读），观察其信号时域及频域特点，绘出频

谱简图。实验步骤：

1.将声传感器（microphone）连接到计算机的 mic 输入口。 2.启动计算机，打开 spectra lab(plus)谱分析软件，进行有关设置，如：采样频率/样本点数/平均次数/抽取比例/显示设置等。 3.模式（Mode）设置 (1). 将 Mode 设置为实时（Real time）方式,打开 Run 运行开关，此时输入的信号

为背景噪声，通过时域及频域观察窗可观察到相应的时域及频域波形，通过调节有

关按钮（如频率扩展、压缩、自动量程等），使图形显示适中。 (2). 由声源分别发出单频、多频及扫频声，调节有关按钮，观察相应的时域及频域

24

图形，同时注意观察有信号时和无信号时声级的差别，即背景噪声的大小。 (3). 将 Mode 设置为记录器方式（Rcorder）,由声源分别发出单频、多频及一段音

乐，将其记录为三个.wav 文件，按 Rec 按钮开始记录，同时记时表开始记时，根据

记时表，将所记录将文件长度控制在 4～10 秒。所记录的文件也可在该方式下播放。 (4). 将 Mode 设置为后处理方式（Post process），分别打开所记录的文件，进行相

应的谱分析。该文件也可用 Matlab 程序打开，做进一步的编辑处理等。


1. 根据谱分析结果,画出手电钻空载时的时域及频域图，并分析其频谱特性； 2. 画出所采集的语言声及音乐声时频域图，分析其频谱特点。


1．声音信号采集时注意控制背景噪声（说话、桌面及地面振动等）。 2．设备噪声信号采集时应注意安全。


本试验所用的采集系统有什么优缺点？不同形式的信号听起来有什么区别？

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实验七城市区域环境噪声测量

一、实验目的


二、实验要求

1．在校园内选择具有代表性的区域，通过目测进行网格布点，测点应不小于 10 点。 2．要求 2 人一组，相互配合，每个测点记录数据不少于 100 个。

三、实验环境

1．校园内自选具有代表性的区域 2．HS5633 数字声级计 HS5633 数字声级计简介：该仪器符合国际 IEC651 或 GB3785-83Ⅱ型仪器的要求。能实现一般声级测量并具



实验内容：城市区域环境噪声测量实验步骤：

1．每两人一组到 302 专业实验室领取声级计，并进行仪器标定。用标准声源标定

时，显示器应指示 94±0.5dB,否则，调节 CAL 电位器使之达到规定值。 2．选择合适的测量区域如各教学区、体育场、生活区等，将其划分为等距网格，

确定测点位置，测点数为 15～20。 3．每隔 5 秒读一瞬时 A 声级，每次每个测点应连续读取 100 个数据。 4．按照下式计算各测点的等效连续声级 LAeq，T。

0.1,

110 lg 10 10 lgPAi

nL

Aeq Ti

L n=

⎡ ⎤= −⎢ ⎥

⎣ ⎦∑


26

5．按照 LAeq，T绘制噪声污染图，一般以 5dB 为以等级，以不同颜色或阴影线表示

各噪声污染等级，如下表所示。噪声带颜色阴影线 35dB 以下浅绿色小点，低密度 36～40dB 绿色中点，中密度 41～45dB 深绿色大点，高密度 46～50dB 黄色垂直线，低密度 51～55dB 褐色垂直线，中密度 56～60dB 橙色垂直线，高密度 61～65dB 朱红色交叉线，低密度 66～70dB 洋红色交叉线，中密度 71～75dB 紫红色交叉线，高密度 76～80dB 蓝色宽条垂直线 81～85dB 深蓝色全黑

6．根据城市区域噪声标准 GB3096—93（见下表）进行噪声评定类别昼间（LAeq dB）夜间（LAeq dB）

0 50 40

1 55 45

2 60 50

3 65 55

4 70 55

各类标准的适用区域： ①．0 类标准适用于疗养院、高级别墅区、高级宾馆等特别需要安静的区域，位于

城郊和乡村的这一类区域分别按严于 0 类标准 5dB 执行。 ②．1 类标准适用于以居住、文教机关为主的区域。乡村居住环境可参照执行该类

标准。 ③．2 类标准适用于居住、商业、工业混杂区。 ④．3 类标准适用于工业区。 ⑤．4 类标准适用城市中的道路交通干线两侧区域，穿越城区的内河航道两侧区域。


1．给出各测点的原始记录数据及等效连续声级； 2．绘出所选定的测量区域的噪声分布图，给出该区域的噪声评定结论，并对该区

域产生的噪声进行分析。


1．选择测量区域时要充分考虑测量时的安全性，若中心点的位置不便于测量（如

房顶、污沟、禁区等），可移到旁边能测量的地方进行测量。 2．测量要求传声器离地面高 1.2m，并远离其他反射机构。 3．使用仪器时要安全可靠，不可掉在地上。数据记录完毕，立即将仪器交还实验

27



1．如果想了解所测区域噪声的时间分布，应采用什么法？ 2．如何提高城市区域环境噪声测量精度？

28

实验八城市交通噪声测量

一、实验目的

1．城市交通噪声的测量方法。 2．掌握 HS5633 数字声级计的使用

二、实验要求

1．了解城市交通噪声的基本量值及车流量变化引起交通噪声变化情况。 2．了解道路两侧的交通噪声分布规律。

三、实验环境

1．城市交通干线两侧 2．HS5633 数字声级计 HS5633 数字声级计简介：该仪器符合国际 IEC651 或 GB3785-83Ⅱ型仪器的要求。能实现一般声级测量并具



实验内容：城市交通噪声测量实验步骤：

1．每两人一组到 302 专业实验室领取声级计，并进行仪器标定。用标准声源标定

时，显示器应指示 94±0.5dB,否则，调节 CAL 电位器使之达到规定值。 2．测点选择：测点应选在两路口之间的交通干线路边的人行道上，离车行道 20cm处，此处距路口应大于 50m，这样该测点的噪声可以代表两路口之间的该段道路的

交通噪声。 3．为调查道路两侧区域的交通噪声分布，在垂直道路方向上由近及远设测点测量

（每隔 1～2m 设一个测点，至少应取 10 个），直到噪声级降到临近道路功能区（混

合区）的允许标准值为止。 4．每个测点在规定的时间内（如 10min），隔 5 秒读一瞬时 A 声级，连续读取 200数据，同时记录下车流量。 5．计算累积百分声级 L10、L50 、L90 及等效效连续声级 LAeq，T。等效连续声

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级可按照下式计算。

nL PAiLn


1, −⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡= ∑

=

其中 n 为每个测点的数据个数，LPAi为瞬时 A 声级。 6．按照 LAeq，T 或累积百分声级绘制道路两侧的交通噪声分布图，一般以 5dB 为

以等级，以不同颜色或阴影线表示各噪声污染等级，如下表所示。噪声带颜色阴影线 35dB 以下浅绿色小点，低密度 36～40dB 绿色中点，中密度 41～45dB 深绿色大点，高密度 46～50dB 黄色垂直线，低密度 51～55dB 褐色垂直线，中密度 56～60dB 橙色垂直线，高密度 61～65dB 朱红色交叉线，低密度 66～70dB 洋红色交叉线，中密度 71～75dB 紫红色交叉线，高密度 76～80dB 蓝色宽条垂直线 81～85dB 深蓝色全黑

7．根据城市区域噪声标准 GB3096—93（见下表）进行噪声评定类别昼间（LAeq dB）夜间（LAeq dB） 0 50 40

1 55 45

2 60 50

3 65 55

4 70 55

各类标准的适用区域 ①．0 类标准适用于疗养院、高级别墅区、高级宾馆等特别需要安静的区域，位于

城郊和乡村的这一类区域分别按严于 0 类标准 5dB 执行。 ②．1 类标准适用于以居住、文教机关为主的区域。乡村居住环境可参照执行该类

标准。 ③．2 类标准适用于居住、商业、工业混杂区。 ④．3 类标准适用于工业区。 ⑤．4 类标准适用城市中的道路交通干线两侧区域，穿越城区的内河航道两侧区域。


1．要求注明实验时间、地点及环境状况，绘处所测区道路两侧的交通噪声分布图； 2．给出该段道路交通噪声评定结论，并对交通流量变化引起交通噪声变化情况及

道路两侧的噪声分布进行分析。

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1．测量时要时刻牢记安全第一，不要阻碍人流车辆的通行，测量要求传声器离地

面高 1.2m，并远离其他反射机构。 2．使用仪器时要安全可靠，不可掉在地上。数据记录完毕，立即将仪器交还实验



1．可否以所测路段的噪声代表该城市的交通噪声水平？ 2．道路两旁的噪声分布符合什么样的规律？

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实验九自由场法测量声功率

一、实验目的

掌握消声室和半消声室精密法测声功率的原理和方法

二、实验要求

1．在消声室采用半球面作为测量表面。 2．每个测点至少测量 2 次。

三、实验环境

1．消声室（或半消声室） 2．噪声源（以 320W 大宇 6060T 手电钻为例） 3．HS6288B 声级计（2 型） 4．1／2 吋传声器延长电缆 5．传声器支架


实验内容：测量手电钻空载时的声功率

测量原理：

噪声源的辐射特性通常用指向特性和辐射功率描述。声功率的单位为瓦，如用声功

率级表示，则 120W10L AW += lg (9.1)

式中 AW 为声源辐射功率， WL 为声功率级（dB）；基准声功率为 10－12 W。

1．无指向性声源的声功率测量若声源是放在自由空间中的无指向性声源，则在声源远处某个位置上，测量其声压

级或频带声压级就可以计算出声功率。自由声场（或球面声场）：

)(lg dB11r20LL pW ++= (9.2)

半自由声场（或半球面声场）： )(lg dB8r20LL pW ++= (9.3)

式中 r 是声源与传声器的距离（m）； pL 为距离声源 r 处的声压级（dB）。

实际上测量是在消声室进行的，消声室内各表面的吸声系数要大于 0.99。传声器的

位置选择 2～5 倍于被测声源的尺寸，通常不应小于 1 米。传声器位置离墙面的距

32

离不应小于被测信号波长的 1/4。 2．指向性声源的声功率测量

对于指向性声源的声功率测量，当声源放在自由场时，必须测量出声源周围固定距

离处假想球面上许多点的声压级，球的半径应该使测量点位于远场。测量点数目不

能太少，测得数值之间的大变化不得超过 6 dB 左右，否则必须在更多的点上进

行测量。确定声源的声功率时，应将假想球面分成与测点数目相同的面积，如果传声器测点

占有的测试球（或半球）的面积相等，可用（9.4）求出表面平均声压级：

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡= ∑

=

N

i

Lp

pi

NL

1

1.0101lg10 （9.4）

式中 pL 是表面平均声压级； piL 是第 i 个测点的声压级，N 是测点数目。如果传声器测

点所属的测量表面的面积不相等时，则用（9.5）求表面平均声压级：

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡= ∑

=

N

i

Lip

piSS

L1

1.0101lg10 （9.5）

式中 pL 是表面平均声压级, piL 是第 i 个测点的声压级，Si 是第 i 个测点所占有的球（或

半球）面积。S 是测量球（或半球）的总面积。这时在自由场中噪声的声功率为：

1pW S10LL lg+= (9.6)

式中 pL 是测试球面上表面平均声压级,2

1 r4S π= 。若测量面为半球面，则被测噪声级的声功

率为：

2pW S10LL lg+= (9.7)

式中2

2 2S rπ= 。表 9.1 给出以声源为原点测点的直角坐标（x,y,z），z 轴选择垂直于水平面

向上的方向。

表 9.1 测点直角坐标分布如下: 测点号 x/r y/r z/r 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

-0.99 0.50 0.50 –0.45 –0.45 0.89 0.33 –0.66 0.33 0

0 -0.86 0.86 0.77 –0.77 0 0.57 0 -0.57 0

0.15 0.15 0.15 0.45 0.45 0.45 0.75 0.75 0.75 0

通常,机械设备的声功率多数只能放在地面上进行测量,因此常用半自由场计算公式,方法是半径为 r 的球面上布置若干个测点，测出各点的声压级，然后由平均声压计

算出声功率级。图 9.1 所示为半球面上测点分布，当然，也有测点数目更多的布置，

但因测量工作量很大而较少采用。

33

3. 测量步骤：将 HS 自由场传声器经延长电缆加装在 HS6288B 声级计上并进行校准，在消声室地

面中央处画圆确定测量表面的位置，将电钻置于圆心，将传声器夹在支架上，调整

支架延伸杆的长度及角度，按图 9.1 确定测点位置依次测量各点声压级，按公式（9.7）计算被测电钻的声功率级。


1. 画出实测时的测量表面及测点布置

图，注明测量半径及被测声源的尺度。 2. 给出每个测点的原始记录数据及其

均值计算表格，计算出被测声源的声功

率及测量不确定度。


1．传声器装支架移动时要高度注意，

绝对不能倒（掉）在地面上。 2．测量时要注意控制背景噪声。


测量半径的大小对测量结果有无影

响？如何提高声功率的测量精度？图 9.1 半球面测点布置示意图

34

实验十混响室法测量声功率

一、实验目的

掌握混响室法测声功率的原理和方法

二、实验要求

1．正确理解混响场的性质、特点及应用； 2．了解 Pulse 3560C 声振测量系统的基本结构及使用方法。

三、实验环境

1．混响室 2．被测声源（以空载状态的 320W 大宇 6060T 手电钻为例） 3．HS6288B 声级计（2 型） 4．1／2 吋传声器及延长电缆 5．电容传声器 BSW 及传声器支架 4 套 6．B&K Pulse 声振测量系统 3560C 7．M6K 通用计算机 8．声级校准器 BK4231

四、测量内容、步骤

测量内容：测量手电钻（320W）空载状态下的声功率。测量系统如图 10.1 所

示。

测量原理：把噪声源放在混响室内，测得室内平均声压级后可以求出噪声源的功率级。在混响

Pulse 声振测试前端

计算机


混响室

传声器

被测声源

35

室内，除了非常靠近声源处，离开壁面半波长的其它任何地方的声压级差不多相同。

这时声压和声源总功率的关系为

00

2

4 cpSWA ρ

α= （10.1）

其声功率级为 1.6)lg(10 −+= SLL pW α （10.2）

式中 Sα 为室内总吸收量； pL 为室内平均声压级。公式(10.2)没有考虑空气吸收对高频声的

影响，如作高频空气吸收修正，则可改写为

1.6)4lg(10 −++= mVSLL pW α （10.3）

α2=m 为空气的声强吸声系数，测量时应该使用无规入射传声器。传声器的位置离

墙角和墙边至少 43λ ，离墙面至少 4λ （λ 是低频率声波的波长）；传声器不要

太靠近声源，至少相距 1 米，平均声压级至少要在一个波长的空间内进行。测量位

置约 3～8 点，与噪声源频谱有关，如噪声源有离散频率，就需要更多的传声器测

点。混响室的总吸收量是通过测量混响时间来计算的，这时噪声源声功率用下式计算

148

1lg10lg10 −⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +++=

VS

TVLL pW

λ （10.4）

式中 V 为混响室体积(m3)；T 为混响时间(s)；λ 为相应于测试频带中心频率的声波

波长(m)；S 为混响室内表面的总面积(m2)； pL为平均声压级。

实验步骤： 1. 混响时间测量：混响时间是描述封闭空间混响强弱的参量，它的定义是在扩散场中，当声源停止发

声后，从初始声压级降低 60dB 后所需要的时间。混响时间可采用多种方法测量，

本实验中采用声源中断法，即用白噪声激励，在混响室产生高声级（约 100dB）的

扩散场，然后切断声源测量其衰减曲线，即可计算出混响时间。此方法在 PULSE应用程序里有一个测量模板，可直接给出 1/3 倍频程的混响时间数据表（柱状图），

具体操作如下：（1）按图 10.2 搭建测量系统，当采用 PULSE3560C 采集前端时，采集传声器可

用 1～4 个，实验中使用声望公司的 BSWA 型自由场传声器（内部带有前置放大器），

对应于 PULSE3560 前端的 4 路输入通道，并应用相应的 4 通道混响时间测量软件；

传声器用双 BNC 电缆与前端相连，用传声器支架上的夹具夹持（用海绵或软棉布

将传声器裹好再进夹持在支架夹上），4 个传声器在混响室进行合理的空间分布在。（2）用 BK4296 全指向性声源作为激励源，使用连接时用专用驱动电缆与功率放大

器 BK2716 对应的输出端相连，功放的输入连至 3560 前端信号输出端口 1 。（3）检查各设备的连线确认无误后，将功放 2716 的增益开关放置低档，关闭混

响室房门，打开计算机、功放及 3560 前端电源，在 PULSE 应用软件菜单中，启动

4 通道声源中断法混响时间测量软件，并按屏幕左侧的任务菜单依次进行。

36

a. 在测量管理器中删除不用的信号； b. 在函数管理器中删除不用的信号；（4）自动量程设置：测量时的第一步是自动量程设置，这会使 PULSE 采用合适

的输入电压范围，防止测量过程中的过载。 a. 点击左侧任务中的“自动量程设置” ； b. 不用在信号发生器窗检查 Burst 选项； c. 激活测量模板（F2）； d. 将功放增益旋至合适位置（提高 1～2 挡），打开信号发生器（shift+F8）,注意：

该步骤在屏幕可能没有反应，此时应该听到来自声源的响声； e. 进行自动量程设置（F3），此时，在 PULSE 左下位置会有一个蓝色的状态条，该

状态条会随着室内声级的稳定而有些变化； f. 一旦自动量程设置完成，关闭信号发生器（F8）； g. 在信号发生器窗重新使能 Burst，该方式意味着在预置一定时间后会自动关闭。（5）进行一次测量：在自动量程设置后，即可准备采集数据 a. 在左侧任务栏点击 “采样监视” ； b.开始测量（F5），信号发生器会自动打开，运行大约 5 秒钟，然后关闭，此时设

置好的 PULSE 自动获取数据； c. 当信息窗显示“多缓冲器 1”完成时，即表示混响时间数据采集完成； d. 停止测量（F6）； e. 存储本次测量（F7）； f. 用两个特别的符号重新命名所存的测量结果，第 1 个数字代表测量位置，第 2 个

数字代表该测量位置的测量号（次数），这样可以进行多个位置测量，每个位置可

测量多次；（6）重复步骤 b～f，直到获得所需测量位置及测量次数；例如：有 3 个测量位置，

每个位置进行 2 次测量，则可记为 1.1（第 1 个位置，第 1 次测量）、1.2；2.1、2.2；3.1、3.2 。（7）计算混响时间： a. 点击左侧任务栏“混响时间计算”任务钮； b. 填写测量参数（位置数和每个位置的测次数）； c. 选择计算方式：自动（推荐）或 T20 方式，注意后向积分是一种用脉冲法测量混

扬声器

监视传声器声级监视器 HS6288

计算机及采

集计算软件


混响室

功率

放大器 BK2716


采集传声

器

37

线时间的方法； e. 点击“计算”，PULSE 会自动创建（在函数管理器）新函数，并显示出所计算的

混响时间结果；在该函数上右击，即可进行 copy/past 到 excel 或作为文件输出。（8）修改混响时间结果：以上是通过找出斜率自动计算的，然而在某些情况下，比如多于 4 面墙的房子里，

需要用户手动定义衰减曲线，在 PULSE 混响时间测量方案中，可进行检查和修改

混响时间测量结果。 a. 点击 “修改混响时间”任务钮； b. 在 Band 设置里点击 updata 钮，这会出现 3 个图形，平均混响时间、衰减斜率和

混响时间（对应某测量位置）； c. 用两个顶部箭头（drop-down）选择数据进行检验或修改（一个选择信号／测量

位置，另一个选择 1/3 倍频带），这会自动把图形改到合适的衰减斜率及合适的混响

时间； d. 有两种方法改变混响时间的值：①简单的键入新的混响时间值（按 enter）,然后，

在视窗底部点击 Aceept 钮，则所有混响时间按此值更新；②用新的“界限”重新计

算，即在衰减曲线上重新定义一个新的始、终点，这可用主标记（红色）及参考标

记（绿色）在衰减曲线上进行定界，红色表示起点，绿色表示终点，移动参考标记

时按按住 shift 键，当标记好以后，点击 updata 钮（位于 Modification updata 区），

然后在视窗底部点击 Accept 钮，所有的混响时间将被更新以适应新值。 2. 测量平均声压级（1）按图 10.1 连接系统，被测声源以正常安装方式置于混响室中相对于边界面的

一个或多个典型安装位置，如果不另外规定特殊的位置，声源置于地面离任何墙面

至少 1.5 米，如果必须有两个或多个源的位置，则不同位置之间的距离应等于或大

于相应于测量的低中心频率的半波长。在混响室为矩形地面情况下，声源应置于

地面上不对称的位置。（2）打开 BK 声学测量软件平台，建立一个声压测量模板，在配置管理器中加入添

加各通道传声器，并进行相应的测量设置，点击 Setup，在声压测量组插入 CPB（FFT）分析器，并向分析器添加信号组；单击分析仪，在其 Setup 界面，设置分析仪属性，

选择 1/3 倍频程分析器，频率范围一般定为 50Hz～16KHz，平均方式可选为线性方

式，平均时间选为 10 秒，频谱菜单中选中声压谱。（3）激活测量模板按钮（或按 F2 键）之后，打开 Level Meter 级值表，来检测输

入信号当前的大小，选择合适的量程可提高测量信噪比。（4）在函数管理器中插入所测信号的声压谱函数，双击该函数，可观察到相应的

声压谱图（未测量时无数据）。（5）传声器校准，可用声压校准器分别对各个传声器进行常规校准。校准时打开

校准器开关，点击校准大师按钮即可进行。（6）模板设置及校准完成后，打开电钻开关，关闭混响室门，点击测量开始按钮，

平均 10 秒钟后即可记录一组数据，为了获得更好的空间平均，可改变传声器的位

置，再进行测量，将各传声器的各次测量的声压级按 1/3 倍频带进行平均，即可得

到所需的平均声压级。

38

（7）测量混响室的几何尺寸，按公式（10.4）计算各频带声功率级，并按式（10.5）计算声功率总级。

0.1

1

10lg 10 Wi

NL

Wi

L=

⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠∑ （10.5）

式中 N 为频带数， WiL是第 i 个频带的声功率级。


1.按 1/3 倍频程给出混响室的混响时间； 2.按 1/3 倍频程给出混响室各测点的声压级平均值； 2.按 1/3 倍频程画出声功率与频率的关系图，并给出声功率总级值。


1.传声器装夹及传声器支架移动时，要特别注意，谨防支架倒下损伤传声器； 2.被测声源要按标准规定放置，否则会带来较大的测量误差。


试分析混响法测量声功率和自由场法测量的区别，那种方法测量精度更高？

39

实验十一声强扫描法测量声功率

一、实验目的

掌握声强法测声功率的原理和方法。

二、实验要求

1．正确理解声强法测量声功率标准(GB/T16404.2—1999)的基本原则； 2．掌握 Pulse 3560C 声振测量系统的基本功能及使用方法。

三、实验环境

1．声源（以空载状态的 320W 大宇 6060T 手电钻为例） 2． B&K Pulse 声振测量系统 3560C 3． M6K 通用计算机 4． B&K3599 声强探头套件 5． B&K 声学测量软件平台


实验内容: 测量手电钻（320W）空载状态下的声功率。

测量原理、方法：

单位时间内声源所辐射的声能量称为声源的平均声功率，因为声能量是以声速 c0

传播的，因此平均声功率可表示为 0W c Sε= （11.1)

其中ε 为平均声能量密度，S 为垂直声传播方向的面积；它与声强的关系为： W I S= ⋅ （11.2）

因此，它可以通过测量包围该声源封闭面积 S 上总的声强来测量声功率。由于声强

反映了测量面单位面积上所通过的平均声功率，所以将声强沿曲面的法向分量 nI在

整个封闭曲面上进行积分，就可以直接求出声源的声功率W 。即：

ns sW I SdA I SdA= ⋅ = ⋅∫∫ ∫∫ （11.3）

由式（11.3）可知，采用声强测量法确定声功率时，首先需要确定一个假想的测量

面。理论上讲，只要曲面内无其它声源或吸声体，任何曲面都可作为测量面，而且

测量面与声源的距离是任意的。图 11.1 所示为常用的三中测量面。第一种矩形表面为简单。不仅测量表面很容易确定，而且平均声强的测量也很简

单，只要将各表面测出的局部声功率相加即可求出总声功率。第二种是半球面。这种测量面所需测点较少，且对于自由场中的无方向性声源，球

40

面上各点声强相等。根据 ISO3754，采用此测量面时，少的测量点数为 10。即在

三个截面图上各设三个测点，另一个设在顶部（见图 11.1）。如果 10 个测点的声强

差别很大，则应增加测量点数。第三种是形状同声源相似的测量面。这种测量面主要用于近场测量，同时也可用于

被测机器的噪声源定位。确定了测量表面以后，即可采用下述两种方法对测量面法线方向上的声强进行空间

平均，从而求得平均声强。 1.扫描测量法扫描测量法是将声强探头在适当长的时间

内，沿测量表面反复扫描。见图 11.2。这样

可测得一个表面的空间平均声强，再乘以相

应的表面积就得到该表面的声功率值，后

将各表面的声功率相加，就可获得总的声功

率。从理论上讲，扫描（技术）是连续空间平均

较好的数学近似，因而测量精度较高。但应

注意探头必须以速扫描均地覆盖被测

表面。 2.离散点平均测量这种方法是将所选的测量表面离散化，然后

在每部分测量声强，将每一表面各离散部分

（面元）所测得的声强值进行平均，再乘以

相应的表面积，即可求出每一表面所发出的

声功率，后求和，的出总声功率，见图

11.3，实测中常用绳子或金属丝做成网格，

以便在相应的测点上，将探头精确定位。与扫描法相比，该法测量精度略低（可通过

增加测点数加以改善），但重复性较好。实际测量中可根据不同测量要求加以选择。

图 11.1 三种不同的测量表面

41

测量步骤： 1.打开 B&K3599 声强探头套件（参见附录），组装好声强探头，并通过专用电缆与

PULSE3560 前端输入通道 3、4 相连。 2.打开 BK 声学测量软件平台，建立一个声强测量模板，在配置管理器中加入声强

传声器对 4197，并进行相应的测量设置，点击 Setup，在声强测量组插入 CPB（FFT）分析器，并向分析器添加信号组；单击分析仪，在其 Setup 界面，设置分析仪属性，

选择 1/3 倍频程分析器，频率范围一般定为 100Hz～10KHz，平均方式可选为线性

方式，平均时间选为无限大（扫描时由手动控制），频谱菜单中选中声强谱。 3.激活测量模板按钮（或按 F2 键）之后，打开 Level Meter 级值表，来检测输入信

号当前的大小，选择合适的量程可提高测量信噪比。 4.在函数管理器中插入所测信号的声强谱函数，双击该函数，可观察到相应的声强

谱图（未测量时无数据）。 5.探头校准，可用专门的声强校准器进行，如果没有声强校准器，也可用声压校准

器分别校准两个传声器，这时需要拆开声强探头，以便将校准器套在传声器上。校

准时打开校准器开关，点击校准大师按钮即可进行。 6.模板设置及校准完成后，即可按图 11.2 所示进行测量，为了方便起见，选择 1.2m×1.2m×1.2m 的正方箱体，将被测电钻放置在实验室光滑地板上，并处于箱体底面

中心位置，然后用声强探头对 5 个测量表面分别进行扫描测量，每个表面连续扫描

测量 2 次，测量时用探头手柄上的开关控制开始与停止时间，同时记录每个测量面

2次测得的声强数据及声强谱图（可在谱图上右击，使用Ctrl+C拷贝及Ctrl+V粘贴），

由于声强具有方向性，因此扫描过程中要保持探头的方向一致。 7. 声功率级的计算（1）计算每个测量表面声功率级对于每个测量面测得的 1/3 倍频程声强级数据（谱），按式（11.4）计算每个测量面

的声功率级。 0.1

1

10lg 10lg 10 10lgIn

NL

w In

L L S S=

⎛ ⎞= + = +⎜ ⎟⎝ ⎠∑

（11.4）

式中： WL—某个测量面的声功率级；S —测量面面积（m2）； N —被测频带个数；

（2）噪声源总声功率级的计算将所有测量面声功率级相加，即可得到被测声源总的声功率级，可按下式计算。

0.1

1

10lg 10 wi

ML

wTi

L=

⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠∑

（11.5）

式中： wTL—被测声源总声功率级；M —包围被测声源的面元个数。


1.按 1/3 倍频程给出各测量面的法向声强平均值。 2.按 1/3 倍频程给画出声功率与频率的关系图，计算声功率总级值。

42


1．扫描测量时，要保持探头在一个水平面上，扫描速度均 ,方向一致； 2．在扫描各个测量面的过程中，不要碰撞声源连线，保证声源稳定。


声强法测量声功率有什么优点？测量准确度如何？试和其他两种方法比较。

43

实验十二混响室法测量声学材料吸声系数

一、实验目的

1. 掌握混响时间的测量方法； 2．掌握混响室法测量材料吸声系数的原理和方法。

二、实验要求

1．正确理解混响时间的概念； 2．基本掌握 Pulse 3560C 声振测量的基本功能及使用方法。

三、实验环境

1．混响室 2．被测材料：晴纶地毯，面积 3×4 ，厚 2.5 3．BK 声学测量平台 9.0 4．自由场传声器 BSWA 型 4 个 5．声级监视器 HS6288 6．Pulse 3560C 7．功率放大器 BK2716 8．全指向性声源 BK4296 9．通用计算机及 M6k 10．声级校准器 4321


实验内容：测量晴纶地毯的无规入射材料吸声系数。测试系统如图 12.1 所示。

测量原理：混响室测量吸声系数的原理是先测出空房间的混响时间 T1，放入被测材料后再测出

44

相应的混响时间 T2，然后可通过公式（12.4）计算得到材料的吸声系数。由声学理论可知，当混响室内被声源激励时，混响室内被激发出较多的简正振动方

式，使室内建立稳定声场，该声场接近于扩散声场，建立稳态声场所需的时间大致

与混响时间相同。由赛宾公式可知，将吸声材料放入混响室前后，其等效吸声面积 A 值与混响时间的

关系可用下式表示：

0

55.3VA - 4m Vc T

= （12.1）

混响时间的长短和房间的吸声本领及其体积有关，因为前者决定了每次反射所吸收

的声能，后者决定了每秒钟声波的反射次数。所以在房间大小固定后，混响时间只

与房间对声音的吸收本领有关，故吸声材料或吸声物体的吸声系数可在混响室里通

过混响时间的测量来进行。先测出没有放入声学材料时某频率的混响时间 T1，再测出放入声学材料时响应频率

的混响时间 T2，则根据公式(12.1)可推出：

( ) 2 1 2 12 2 1 1

1 1A - A 55. 3V - - 4 m - m Vc T c T

⎛ ⎞= ⎜ ⎟

⎝ ⎠ （12.2）

式中 V 为混响室的体积，c1、 c2 为两次测量时声速，m1,m2 为两次测量时的声强吸

收系数（由室内空气的吸收产生），如果两次测量时的室内温度及湿度相差很小，

则 c1≈ c2, 1 2m m′≈ ,于是(12.2)式可化简为：

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛==

12012

111355T

-Tc

V. - AAΔA （12.3）

当试件是安装在房间地板、墙壁或天花板上的平面吸声体时，其面积与整个混响室表面积

相比较小，再考虑到被试件覆盖的那部分吸声系数很小，所以有：

sΔAαS

= ⋅ （12.4）

式中 sα 为试件无规入射的吸声系数，S 为表面积。由此可见，吸声系数的测量

可以归结为两次混响时间的测量，混响时间的测量步骤见实验五实验步骤一。

测量步骤： 1. 按实验五实验步骤 1 测量空室的顺向时间 T1 ； 2. 放入被测材料，按上述步骤测量有吸声材料时的混响时间 T2； 3. 数据记录完毕，测量出混响室的几何尺寸，根据公式（12.3）、（12.4）按 1/3 倍

频程计算相应的吸声系数。


1.按 1/3 倍频程给出空室中的混响时间。 2.按 1/3 倍频程给出所测材料吸声系数。

45


1.实验中铺设吸声材料时，要特别注意，谨防电缆会牵动支架倒地将传声器摔坏； 2.混响测量声级较高，注意每次测试时要将功放的增益旋至小，以免使声源受到

冲击。


试分析混响室法测量材料吸声系数的优缺点。

46

实验十三阻抗管法测量声学材料吸声系数

一、实验目的

掌握用阻抗管法测量吸声材料吸声系数、声阻抗率的原理及操作方法。

二、实验要求

1．了解 BK 阻抗管 4206 型的结构原理及功能； 2．掌握 Pulse 3560C 测量声学材料的吸声系数的程序。

三、实验环境

1．BK4206 阻抗管套件 2．被测材料：海绵样品直径 100 3．BK 声学测量软件平台 9.0 4．Pulse 3560C 前端 5．功率放大器 BK2716C 6．通用计算机及 M6k 7．声级校准器 4321


实验内容：测量海绵样品

(纳米材料或自选声学材料)的吸

声系数。测量系统如图 13.1 所示。

实验原理与方法：阻抗管测量材料吸声性能的原理

是基于传递函数法。其原理是将宽

带稳态随机信号分解成入射波 pi

和反射波 pr， pi 和 pr 大小由安装

在管上的两个传声器测得的声压

决定，如图 13.2 所示。其中 s 为

双传声器的间距， l 为传声器 2至基准面（测量表面）的距离。入射波声压和反射波声压分别可写为：

0jk xi Ip P e=

（13.1）

图 13.1 阻抗管测量吸声系数系统连接示意图

47

0jk xr Rp P e−=

（13.2）

式中，PI是基准面上 pi的幅值，PR是基准面上 pr 的幅值。

两个传声器位置处的声压分别为：

图 13.2 阻抗管测量原理示意图

0 0( ) ( )1

jk s l jk s lI Rp P e P e+ − += + （13.3）

0 02

jk l jk lI Rp P e P e−= +

（13.4）

入射波的传递函数 Hi 为：

02

1

jk sii

i

pH e

p−= = （13.5）

其中 s 为两个传声器之间的距离, 反射波的传递： 02

1

jk srr

r

pH ep

= = （13.6）

总声场的的传递函数 H12可由 p1、p2获得，并有 PR = rPI

0 0

0 0

212 ( ) ( )

1

jk l jk l

jk s l jk s l

p e reHp e re

−

+ − +

+= =

+ （13.7）

使用 Hi、Hr 改写上式

02 ( )12

12

j k s li

r

H Hr eH H

+−=

− （13.8）

反射系数 r 可通过测得的传递函数、距离 s、l 和波数 k0确定。因此，吸声系数和阻抗率分别为：

21 rα = − （13.9）

011

rz cr

ρ+=

− （13.10）

实验步骤：

48

1. 按图 13.1 连接并将大管接入系统，将双传声器 BK4187 与相应的专用测量电缆连

接后，插入阻抗管相应的传声器位置处。安装时，先松开测量管上传感器插孔的锁

紧螺母，然后将传声器轻轻插入孔内到指定位置，并锁紧螺母。传声器 A 插入位置

2，传声器 B 插入位置 3，不用的插孔用哑元封堵；同时将传声器 A 接入前端 3 通

道，B 接入前端 4 通道；前端输出通道 1 与 BK2716C 通道 1 输入端相连，对应得

输出接入阻抗管的声源激励端；检查无误后，打开计算机、功放及前端电源，注意

功率放大器增益放至小一档。 2. 在 PULSE 软件平台的应用程序中，选择材料试验程序，点击大管并打开程序，

进行相关设置： (1) 在 Measurent 栏输入合适的频率范围，在 Front End 栏中点击 Connect Signal 对输入通道进行正确配置； (2) 对使用 Random 信号激励声场的 FFT 分析，建议取较细的频谱分辨率，这样

可以增大 FFT 分析的数据块长度； (3) 建议选择 100 次以上的线性平均以提高信噪比。 3.通道校准(每次必须执行，只在使用同一 PULSE 项目，同一序列号传声器，同一

管子时可以跳过) 。取出 4187 麦克风对，使用 4231 校准器，进行常规的幅值增益校准。 4.信噪比测量分别选择背景噪声测量和信号测量(建议按照先背景后信号的顺序进行)，系统将自

动计算信噪比，如果在测量完成后没有警告出现，即可继续下一步；在测量时，建议选择 Autorange 自动定量程以避免发生过载。 5.传递函数修正分别选择互换麦克风位置测量和正常麦克风位置测量(建议按先互换、后常规的顺序

进行)，系统将自动完成修正(两次测量的传递函数作几何平均)。如果在测量完成后没有警告出现即可继续下一步(在分析频率范围高达 6.4kHz 时，

一般幅值误差均能满足容限差，但是可能出现相位误差超出容限值，这时可以返回

第一步的设置栏，调大相位误差容限) 。在测量时，一般选择 Autorange 自动定量程。 6.样品测量在 Add New Measurnent 中添加测量次数和样品名称然后点击 Add 加入添加信息，

之后即可 Meausrment Control 栏中选中某个按 Start 进行测量。 7.后处理在 Average 栏可以按照管的类型，输入平均后希望出现的名称，选择某几次测量结

果，点击 Average 进行平均；在 Combine 栏可以组合大管和小管的测量数据后点击 Combien 进行组合。 ( 注意：Tube low表示是测量低频范围――大管，Tube high表示是测量高频范围――

小管，不可以颠倒顺序) 。在 Extract 栏可以按照管的类型，从 FFT 频响法测量结果中合成 1/n 倍频程方式的结

果后在 Result 栏，在希望显示的函数名称前打钩，显示图形。

49

(注意：如果没有数据在图形上显示，可以在图形中央单击右键，选择属性，在

Function 页，选择 Result 函数组，在组中单击要显示的函数 -c 表示数据经过大小

管的组合 -e 表示数据是从 FFT 线性谱合成为 1/n 倍频程方式 ) 8.报告存储注意在 Excel 表格的左下角的多表格选项中存有各个函数结果。


1.按 1/3 倍频程绘出两种材料的吸声系数数据及曲线。 2.对测量结果进行分析，提出改进意见。


1.安装样品时，不要和后板之间留有间隙，否则曲线上会出现吸收峰； 2.交叉校准时，完全松开固紧螺栓，轻轻拿出传声器，然后再轻轻放到位后固紧。


这种方法测量的吸声系数和混响室法测量的吸声系数有什么区别？各有什么优缺

点？

50

实验十四构件隔声量测试

一、实验目的

掌握构件隔声量的测量原理及测试方法。

二、实验要求


三、实验环境

1．混响室和消声室 2．BK 声学测量平台 9.0 3．自由场传声器 BSWA 4．声级监视器 HS6288 5．Pulse 3560VC 6．功率放大器 BK2716 7．全指向性声源 BK4296 8．通用计算机及 M6k 9．被测构件：航空隔声板 10．声级校准器 4321


实验内容：测量航空隔声板的隔声量。测试系统如图 14.1 所示：


功

率

放

大

器

扬声器传声器

计算机

混响室消声室

图 14.1 隔声量测量系统连接示意

图

51

实验原理简介：假设发声室有一声源以声功率 W 辐射时，则发声室内混响声能密度

11

4RcW

=ε (14.1)


111 41 cSW ε= （Sl为试件面积） (14.2)


1112 41 cSWW τετ == (14.3)


2

22

4cRW

=ε (14.4)


cpρ

ε2

= (14.5)


2

121 lg10

RSLLTL +−= (14.6)

式中 L1，L2 分别为发声室和接收室内的声压级，当接收内壁面吸收系数很小时，式

(6.2.7)可用下式表示

ASLLTL 1

21 lg10+−= (14.7)

式中 A 为接收室的等效吸收面积。所以，测得发声室和接收室内的平均声压级即可

由式(16.7)计算出试件的传声损失


声源室内产生的声场应该是稳定的，并且在所考虑的频率范围内有—个连续的频谱。室内

声功率要足够高，使得在接收室内的声压级在任何一个测试频带都比环境噪声级至少高出

10dB。假使声源是多个扬声器，并且同时工作，则扬声器应该装在一个音箱内，它的大尺寸

应不超过 0.7m，各扬声器应该同位相驱动。并合理放置扬声器(箱)，使它产生一个尽可能扩散

的场。并且距实验试件有一定距离，使它对试件的直接辐射不占主要成分。为了满足这一要求

通常把扬声器放在试件对面的角落处。 (2) 测量平均声压级

可按下式计算出在室内不同点测量结果的平均声压级

20

222

21

lg10np

pppL n+++

= （dB） (14.8)

式中 p1，p2，…，pn 是室内 n 个不同位置上的有效均方根声压。μ200 =p Pa 是参考

声压，n 是测点数目。当然，所有的测点和声源之间的距离都应该在声源的扩散距

52

离之外，且和壁面之间的距离要大于 4λ 。实际测量时可以用许多固定的传声器位

置或用一个具有积分 p2 的连续运动的传声器获得平均声压级。所使用的传声器必须

是无指向性的。 (3) 测量的频率范围应采用 1/3 倍频程的滤波器测量声压级。滤波器的频率特性应该按照 IEC 225 规定。至少

要采用以下中心频率的 1/3 倍频程滤波器，100，125，160，200，250，315，400，500，630，800,1000,1250,1600，2500，3150 Hz。


TVA 161.0

= (14.9)


的右端第三项需作修正，现分述如下： ① 发声室测点相当接近于试件表面，接收室测点仍在响声场之中。由于隔声试件表面的吸

声系数一般总是比小，可近似看成反射面，所以靠近壁面的声压级比混响室出 3dB，因此式(14.7)要改成

3lg102

121 −+−=

RSLLTL (14.10)

② 发声室测点在混响声场中，接收室测点靠近试件试件本身就相当于一个声源，所以在接

收室测点附近的声密度应由直达声和混响声两部分声能密度组成，同时考虑从发声室传来的声

波分布在半球面之中，因此式(14.4）改写为

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

21

22

412RSc

Wε (14.11)

于是可求得

341lg10

2

121 +⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++−=

RSLLTL (14.12)


⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++−=

2

121 4

1lg10RSLLTL (14.13)

实验步骤：

1.按要求的仪器连接好测试系统 2.标定，用 4321 声级校准器对每个传声器进行标定 3.调节信号输出幅度（粉红噪声）及功放增益，保证混响声级达到 95dB 以上。 4.设置 Pulse 数据记录软件，记录测量数据； 5.改变发声室及接受室传声器位置 2 次，重复步骤 4，记录下所有数据； 6.测量发声室接受室的有关几何尺寸。


1. 按公式（14.8）计算各室内平均声压级

53

2. 按公式（14.12）计算各频段的隔声量（其中混响时间用上次实验结果） 3. 按 1/3 倍频程绘出 TL 与频率的关系曲线。


1.传声器装夹时，要高度注意，不能将其掉在地板上； 2.测量中声级较高，注意每次测试时要将功放的增益旋至小，以免使声源受到冲

击。


本实验中测量隔声量的方法与国家标准（GBJ75-1984）是否一致？其误差如何修正？

54

实验十五传声器电声性能测量

传声器是一种将声信号转变为相应的电信号的换能器件，它广泛地用于广播、录音及扩声

系统中，主要用来接收声音。它的电声特性决定了录音和扩声系统的质量，对于测量传声器而

言，则影响测量的精度、频率范围甚至使用场合，为了检验产品的质量和提供研制新产品的可

靠依据,必须对传声器的电声性能进行测量。

一、实验目的

掌握传声器的主要电声性能的测试方法并熟悉测试仪器和设备的应用。

二、实验要求

1．正确理解传声器各种灵敏度的定义及其指向性指标的含义； 2．掌握不同测试场合下传声器的选用原则。

三、实验环境

1．BK2239 积分声级计(标准) 2. HS6288B 数字声级计 3. 1/2 英寸驻极体测试电容传声器（HS14423 4. 12 英寸电动扬声器 5. 声频信号发生器 6. 功率放大器 7. PULSE3560 声学测试系统 8. 消声室


实验内容: 测量所给传声器的灵敏度、频率响应及指向性；实验测量原理： 1．传声器灵敏度测量

传声器的灵敏度是表征传声器在一定声压作用下能产生多大电输出的一个物理量。

它是传声器的输出电压同该传声器所受声压的复数比。它的数学表达式为：

0eMp

= （15.1）

式中，M 为传声器的灵敏度(V/Pa)； 0e为传声器的开路输出电压(V)；P 为传声器

所受声压(Pa)。上式用对数表示时即为：

20 lgLref

MMM

= （15.2）

55

其中，M L为传声器的灵敏度级(dB)；M ref为参考灵敏度(M ref =1V／Pa)。传声器的灵敏度值是声波频率、声波入射角的函数,也与其输出端的负载以及声场有

关。因此，传声器的灵敏度分为声压灵敏度和声场灵敏度；声场灵敏度又分为自由

场灵敏度和扩散场灵敏度。当传声器接入前置放大器（系统）后的输出电压与所受

声压的比值定义为传声器的有载灵敏度 ML ，相应的没有接入负载时称为空载灵敏

度（开路灵敏度）。有载灵敏度 ML为：

0 0t

Lt i

CM M G K MC C

= ⋅ ⋅ = ⋅+

（15.3）

其中，M0 为空载灵敏度，G 为前置放大器增益，Ct 为传声器头电容，Ci 为前置放

大器输入电容，K 为相关系数。 (1)自由场灵敏度

传声器的自由场灵敏度是指在自由声场中,使其参考轴与声波入射方向平行时,对某

一频率,其开路输出电压与传声器未放入声场前该场点的自由场声压之比。一般规定

用基准频率 1000Hz 时的自由场灵敏度来表示。比较法：在自由场中将待测传声器和经校准的标谁传声器同时放置在声场中两

个对称的邻近点上,比较两者的开路输出电压值,便可得到待测传声器的灵敏度值。

假设标准传声器的灵敏度级为 LSM（灵敏度为 SM

）,其开路输出电压为 0Se ,待测传

声器的开路输出电压为 0xe ,则待测传声器的灵敏度级 L xM（灵敏度为 xM

）为: 0

0

20lg xL x LS

S

eM Me

= +

或 0

0

xx S

S

eM Me

= ⋅ （15.4）

如果采用有载灵敏度表示，用比较法测量时，每个传声器的负载及相应的增益应一

致，只有这样，其输出电压才具有可比性。如果输出电压以 dB 表示（如通过切换

传声器用同一声级计来测量），则当用标准传声器时，其输出读数为 SL，换为被测

传声器时输出读数为 Lx ,则被测传声器的灵敏度级 LxM（灵敏度为 xM

）为: ( )L x LS x sM M L L= + −

或 ( ) / 2010 x SL L

x sM M −= ⋅ （15.5）

用比较法测量传声器自由场灵敏度的原理如图 15.1 所示。两传声器正对声源，

声级记录器功率放大器

声频信号

发生器

消声

室

图 15.1 比较法传声器灵敏度测量示意图

声级记录器

标准传声

器

被测传声

器

声源

56

它们的参考轴与声源的参考轴平行,并对称地置于声源参考轴两恻。两传声器之

间距离的选择,应使得它们相互的影响小,一般选择 10cm 左右。间距过小时,相互

影响大,而间距过大,由于同一平面上声压的不均性会使两传声器所在位置上的声

压值的同一性变差。声源到测点的距离应满足远场条件,此距离一般选为 lm。

替代法：在上述的比较法中，标准传声器和被测传声器是同时放入声场中，因

此，由于两传声器对声波的散射所带来的相互影响是难于消除的。此外，两传声器

所在位置的声压值也不可能完全相等，会给测量带来误差。采用替代没可以消除这

种系统误差。测量条件与原理基本上与比较法相同。所不同的是在声场中选择同一

点作为测量点，此点一般选在声源的参考轴上，离声源 lm 处(应满足远场条件)。声

源在测量点产生 1000Hz 的稳定声压，把标淮传声器和被测传声器先后放在测量点

并测量它们的开路输出电压。灵敏度值的计算公式与比较法相同。在测量过程中应

保证两传声器的受声面处在同一位置，传声器的参考轴要与声源参考铀重合(若消声

室内备有良好的传声器支架就能做到这一点)。 (2)声压灵敏度

是指在某指定频率或某一指定额带上，传声器开路输出电压与传声器受声面上的实

际声压之比。对于某些特殊用途的传声器，如探针式传声器(可测量小腔体内某一点

声压)，它们的灵敏度通常在耦合腔内用比较法测量。 (3)扩散场灵敏度

指传声器置于扩散场中，其开路输出电压与传声器未放入该点前的声压之比。 (4)额定灵敏度

指以基准频率 1000 Hz为中心频率，在对数刻度的频率坐标上,带宽为 1 个倍频程内，

传声器的灵敏度的算术乎均值。 (5)特性灵敏度

指在传声器的有效频率范围内，用一个同粉红噪声功率谱分布一致的计权网络进行

平均而得到的值。可用下式计算： 1/ 2

2

1

1 ( )n

c f kk

M Mn =

⎡ ⎤= ⎢ ⎥⎣ ⎦∑ （15.6）

式中 n 为有效频率范围内倍频程或 1/3 倍频程数(对于在频率范围的高、低端不足 1

倍频程或 l/3 倍频程时，可以把范围扩展到恰好 l 倍频程或 I/3 倍频程)，( )f kM为第

k 个倍频程或 1/3 倍频程内相应的灵敏度( k ＝1，2，3…n )。 2.传声器的频率响应

传声器的频率响应是指在某一确定的声场中,声波以按指定方向入射并保持声压恒

定时,传声器的开路输出电压(灵敏度)随频率变化的曲线。根据使用的场合不同可分

为自由场频率响应、声压频率响应和扩散场频率响应。 (1)自由场频率响应：

传声器置于自由声场中,其平面自由场灵敏度随频率变化的曲线称为自由场频率响

应。—般常用声波以零度角入射时,即传声器的参考抽和波前垂直时的频率响应来表

示传声器的自由场频率响应。

57

自由场频率响应的测量原理图，如图 15.2 所示。测量要求与用比较法测量传声器的

灵敏度的方法类同。不同的是为了保持测量点处的声压恒定,即不随频率变化，在测

量系统中应用了声场自动压缩技术，标准传声器的自由场频率特性是很平直的(在被

测传声器的频率范围内，一般都能做到不均度在± 1dB 以内)，而声源在测量点产

生的声压是随频率变化的。因此，声场中标准传声器的输出电压随声场起伏而变化，

将该输出电压从测量放大器输出端反馈给声频信号发生器，当声场中测量点处的声

压高时，传声器的输出增加,通过信号发生器内的压缩系统使声频信号发生器的输出

变小，反之,则变大，以保证测量点处的声压恒定。由电平记录仪控制声频信号发生

器的频率变化，这样可以自动记录被测传声器的频率响应曲线。

传声器的频率响应曲线也可用点测法进行测量，即直接由测量放大器测量在各个频

率点上传声器的输出电压，这时的声压仍需经标准传声器和压缩系统使之保持恒

定。在测量过程中，遇到明显的峰谷点时，应该在该蜂谷点所在频率附近多选几点，

把有意义的峰谷都测出来。为了提高测量精度，也可以用替代法。标准传声器和被测传声器交替地放在声场中

同一位位置，分别测出规定频率的被测传声器与标准传声器的开路输出电压，将前

者与后者之比的分贝数标在对数刻度的坐标纸上，即得传声器的自由场频率响应曲

线。在测量过程中不要遗漏有意义的峰谷点。 (2)声压频率响应：

当传声器的声压灵敏度与频率之间的关系以声压灵敏度频率响应应曲线来表示时，

称为声压频率响应。传声器的声压频率响应可以在耦合腔内测量。如同自由场频响

测量一样，可采用比较法和替代法。 (3)扩散场频率响应：

传声器的扩散场灵敏度与频率之间的关系，用传声器扩散场灵敏度频率响应曲线来

表示。 3.指向性特性测量

传声器输出电压（灵敏度）随声波入射方向变化的特性称为灵敏度指向特性。测得

一组不同频率的传声器灵敏度指向特性,称为指向性频率特性。这是表示指向性的—

种较简便的方法。 (1)指向性图案测量

用极坐标表示传声器某一频率的灵敏度随声波如射角变化的图形,称指向性图案,其

压缩信号

测量放大器功率放大器

声频信号发

生器

消声室

图 15.2 用比较法测量传声器自由场频率响应

原理图

测量放大器

标准传声器

被测传声器

声源

电平记录

仪

同步

58

测量方框如图 15.3 所示。点测法测出指向性图案：用手转动转动轴,被测传声器的受声膜片准确放置在手动转

动轴的轴线上,参考点与声源参考点之间的距离保持不变,其距离一般选 1m;声频信

号发生器输出某一单频保持不变,而且在测试点上保持声压恒定。声压大小应满足

低灵敏度方向时其信噪比应大于 10dB。

图 15.3 传声器指向性图案测量图

测量时声波入射角q 从 0°度开始,用步进法每 10°或 15°为一级,连续跃变,保持测

量点的声压恒定,测出各q 角的输出电压,在手动传动轴进行连续跃变时,可以漫漫转

动,对输出电压有极大值或极小值的某角处,应增加测量点,测出极大值或极小值,使指向性图案能真实地反映客观实际。根据测得数据，求出传声器各q 角的灵敏度与q 角为 0°时灵敏度之比的分贝数，其

表达式为：

( ) ( )( )

20lg0

UN

Uq

q = （15.7）

式中( )U q

——声波入射角为q 时的输出电压； ( )0U

——声波入射角为 0°时的输出电压. 将 N 值依次标在极坐标纸上,得到 N 随q 变化的曲线,就是该频率的指向性图案.

(2)指向性频率特性测量测量不同声波入射角的一组传声器频率响应曲线,即称为指向性频率响应特性. 测量方框图和比较法测量传声器自由场频率响应的图 15.2 一样,而且测量要求也一

样，仅改变声波入射角q ,在一张记录纸上测得不同声入射角时的一组频率响应曲线,即是该传声器的指向性频率特性.声波入射角q 的选择,应根据被测传声器的指向性

类型来确定.如心型指向性传声器,一般选 0°(正面) 、90° (侧面) 、和 180°(背面)三个方向,对超心型指向性,则选 0°, 90°, 135°三个方向.根据需要还可以加测 0°、45°、0°60°、120°、150°等角度的频率特性。在测灵敏度较低的入射角频率特性时,应注意本底噪声的影响,这时可以增加测试点

的声压级或调节测量仪器的衰减档进行测量,但后在同一张纸上标出所测得的一

组曲线时,应注意扣除所增减部分。在没有自动转动台的情况下，可以把θ角每变 10º或 15º测出一条指向性频率特性

曲线，然后从特性曲线某频率点上读取各个角度的灵敏度与 0º时的灵敏度的分贝

差，一一标在极坐标纸上，就可绘出各所需频率的指向性图案。这样做的优点是既

59

可以测得一组指向性频率特性，又可大体得到所需各频率的指向性图案。测量时应

对准信号发生器的频率与记录仪上记录纸的频率，尽量避免两者的差异给读取计算

指向性图案时产生较大的误差。


1.测量并确定所给传声器的自由场灵敏度； 2.测量并画出所给传声器的频率响应曲线； 3.测量并画出所给传声器的指向性图案（按倍频程中心频率测量）。


1.实验环境应尽量保持安静，注意传声器安装的可靠性及支架的安全性； 2.注意声源在高低端是否有失真产生（可通过观察其波形来判断）。


传声器除以上 3 个电声声参数外，还有哪些？如何测量？

60

实验十六扬声器电声特性测量

扬声器是广泛应用于广播、电影、录音及扩声系统中的电声换能器件，主要用来播放声音。

它的性能好坏直接影响了放声系统、录音和扩声系统的质量。为了提高扬声器的品质和研制新

产品，必须对其电产性能进行测量。

一、实验目的

通过本实验掌握扬声器的主要电声性能的测试方法。

二、实验要求

1．正确理解扬声器灵敏度及特性灵敏度的定义及额定阻抗和阻抗曲线的关系； 2．熟悉掌握实验中测试仪器的使用方法。

三、实验环境

1．8 英寸电动扬声器（被测） 2. BK2239 积分声级计(标准) 3. 1/2 吋电容传声器（BK4190L） 4. 声频信号发生器 5. 功率放大器 6. PULSE3560 声学测试系统 7. 消声室


实验内容: 测量所给扬声器的阻抗曲线、灵敏度、声压频率响应曲线；实验测量原理： 1．扬声器的阻抗特性——阻抗曲线和额定阻抗

扬声器的等效电路如图 16.1 所示。根据机、电、声类比可以得出电动扬声器的等效

输入电阻抗为：

61

E e eMZ Z Z= + （16.1）

式中， eZ为扬声器的静态阻抗， eMZ

为扬声器输出端总的机械阻抗通过机电耦合反

映导电端的等效阻抗。其中： e e eZ R j Lω= + （16.2）

11 1

11 1

2

eMZj C

R j Lω

ω

=+ +

（16.3）

式中， eR为扬声器音圈的直流电阻， eL

为扬声器音圈的电感，R1、C1、L1 分别为

机械系统反映到电端的等效电阻、电容和电感。图 16.1 中的 U 为信号源的电动势，

Zs 为信号源内阻。｜ZE｜随频率变化的曲线就是扬声器的阻抗曲线。如固 16.2 所

示。由图 16.1 可以看出，为了测量｜ZE｜随频率变化的曲线，信号源必须为恒流源。只

要在声频信号发生器的输出端串接一只大电阻 R（R > 10｜ZE｜），则加到扬声器上

的信号源即为一恒流源。因为 AB EU IZ=。只有当电流 I 不随频率变化时， ABU

才与

ZE成正比，即扬声器两端电压 ABU随频率变化的曲线才反映｜ZE｜随频率的变化。

扬声器的等效电阻抗是随频率变化的，在某一频率时，扬声器的机械振动部分的反

射阻抗(动生阻抗)发生并联谐振，这时阻抗达极大值。随着频率的增加，动生阻抗

与扬声器的静态阻抗发生串联谐振，这时阻抗达极小值。一般制造厂把阻抗极小值

定为标称阻抗，或称为额定阻抗。测量扬声器阻抗的实验装置如图 16.3 所示。设加到扬声器上的信号源为一恒流源。先由电压表测得扬声器两端电压值，然后在

扬声器上并联一只电阻箱，调节电阻箱值使扬声器两端的电压值为末加电阻箱值的

一半，此时电阻箱上所示值即为扬声器的阻抗。

2．扬声器的灵敏度

声器的灵敏度是指在扬声器的有效频率范围内，馈给它相当于在额定阻抗上有 1W（或单位电压）电功率的窄带(如 1/3 倍频程带宽)噪声信号, 在其参考轴上离参考点

62

1m 远处产生的声压，其数学表达式为：

f

V

pS

E= (16.4)

式中，E 为馈给扬声器的电压(v)；Pf 为距扬声器参考点 1m 远处的声压值 (Pa)。也

可用对数来表示：

0

20 lg VV L

SSS

= （16.5）

式中， V LS为扬声器的灵敏度级(dB)； 0S

为参考灵敏度( 0S＝1Pa/v)。 VS

或 V LS值常

用已知灵敏度的传声器来进行测量。因标准传声器的灵敏级为：

0

20 lg SS L

MMM

= （16.6）

式中，Ms 是标准传声器灵敏度（/s oc fM e p=

），pf 是自由场声压(Pa)， oce是标准传

声器输出的开路电压(V)，M0 为传声器的参考灵敏度(M0＝lV/Pa)。考虑传声器的灵

敏度级，则式(16－5)改写为：

20 lg ocV L S L

eS ME

= − + （16.7）

扬声器平均特性灵敏度——在扬声器的有效频率范围内，扬声器被馈给相当于在额

定电阻上消耗 lw 电功率的纯音信号，在其参考轴上离参考点 1m 处，读出各规定频

率点的声压然后求其算水平均值，这样求得的灵敏度称为平均特性灵敏度。其数学

表达式为：

0 0

22

r rL

e

p pr rMr E rp

= ⋅ = （16.8）

式电 rp为有效频率范围内各规定频率点的声压的算水平均值(Pa)；r 为测试距离(m)，

r0 为参考距离(m)，Pe 为馈给扬声器的电功率(W)；E 为馈给扬声器电压(v)；Z 为扬

声器的额定阻抗(Ω)。所谓有效频率范围—指在场声器的声压频率取向上，于声压级某—值下降一指定的

分贝数处划一水平直线，与频响曲线相交的上下限频率所包含的频率范围称为有效

频率范围。在频响曲线上，从哪一点声压级算起，各个国家有不同的规定。国际电

工委员会(IEC)规定，在频响曲线的高声压的区域取一个倍频程的宽度，求其中的

平均声压级，然后从这个声压级算起，下降 10dB 的一条水平直线与频响曲线的交

点所对应的频率，作为有效频率范围的上下限。对于电动纸盆扬声器，其频率范围

的下限应从其低频机械共振频率算起，因为低于这共振频率部分，扬声器处于劲度

控制，其辐射声功率随频率的降低以每倍频程 12dB 的速度下降。 3．扬声器的声压频率响应曲线

扬声器的频率响应是指自由场条件下，在恒定电压作用下，扬声器在参考轴上离参

考点 l m 处所产生的声压随频率变化的特性。参考点一般选择在辐射口平面中心，

参考轴则是通过参考点垂直于辐射口平面的一条直线，是扬声器的大响应轴，通

常称为主轴。

63

扬声器声压频率响应曲线的测量应该在自由场中进行，扬声器安装在标准障板上，

测量传声器应该放在参考轴上，离扬声器的参考点的距离要满足远场条件。根据声

场误差的要求选择测量距离，一般对于 100φ mm 以上的扬声器选 1m，不足 100φ mm 的扬声器选 0.5m。本底噪声级应低于扬声器有效频率范围内平均声压级 30dB。扬

声器声压频率响应曲线采用恒压法测量，即馈给扬声器的电压恒定，不随频率变化。

根据馈给扬声器的信号不同(用纯音信号或粉红噪声)，测试用的设备也不同。

图 16.4 扬声器频响测量系统示意图

用纯音信号测量扬声器声压频率响应曲线的测量装置如图 16.4 所示；纯音信号由声

频信号发生器产生，经过功放加给扬声器，要求馈给扬声器的电压恒定，不随频率

变化。扬声器的输出由传声器检测，通过声级记录器读出扬声器辐射的声压随频率

变化的情况。用粉红噪声信号测量声压频率响应曲线的实验装置与图 16.4 类似所示。只是将声频

信号发生器换成粉红噪声信号发生器即可，粉红噪声信号发生器发出等比例带宽能

量相等的连续噪声信号。经功率放大器馈给扬声器，由扬声器辐射的声压经测量传

声器接收后馈给频率分析仪。在频谱分析仪上可以读出某一频带的输出电压，由声

级记录器记录相应各中心频率（倍频程或 1/3 倍频程）声压级。以上两种方法中，甩纯音信号测量是常用的一种，测量设备简单易行．但真实性

差，即与扬声器实际使用时的状态差异较大。由于输入的信号是纯音信号，扬声器

纸盆作分格振动，由于波的相互干涉，在频率响应曲线上会出现很窄的峰谷。实际

使用时，输入到扬声器的信号总是复合音，这时扬声器的频响曲线上就不会出现这

种很窄的峰谷。另外噪声信号的峰值因数与语言或音乐信号的峰值因数较为接近。

因此，用粉红噪声信号模拟复合音来测量，与扬声器实际工作状态更为接近，测量

结果更真实，但是对测量设备的要求高。测量步骤：

1.按图 16.3 连接系统，手动逐点测量，频率选取 1/3 倍频程中心频率，在在共振点

附近可增加测点，绘制阻抗曲线图。 2.按图 16.4 连接系统，测量所给扬声器的灵敏度及其频率响应曲线，确定特性灵敏

度值。


1.列表给出各频率点的阻抗，确定额定阻抗值； 2.计算扬声器平均灵敏度，给出频响曲线。

64


1.注意实验中扬声器前 1m 范围内不许有反射物； 2.实验过程中特别注意测量传声器的安全及功放的操作规程。


当输给扬声器的信号为纯音分和粉红噪声时，试分析比较扬声器的声压频率响应曲

线和特性灵敏度的测试结果。

65

实验十七加速度计灵敏度测量实验

一、实验目的

掌握用振动校准仪测量（校准）加速度计灵敏度的方法

二、实验要求

1. 学会振动校准仪的使用方法。 2. 掌握电荷放大器的结构原理及使用方法。

三、实验环境

1.加速度计：YD－5，YD－39 2.电荷放大器：SD－6 3.振动校准仪：JX－3B 4.高精度万用表


实验内容：测量加速度计灵敏度用校准器使被测加速度传感器产生振动，并使振动加速度为某一标准值（如 a=10米/秒 2），此时，与该加速度计相连接的电荷放大器的输出增益开关设置在某一档

（Sa=0.1 V/ms-2）,则电荷放大器的输出电压 V0=a×Sa =10×0.1=1 V), 用电压表测量

电荷放大器的输出电压，如果电压表的读数 V0 为 0.707 V（1 V 的有效值），则适调

开关上的数字即为所测加速度传感器的电荷灵敏度，否则，调节适调放大器的增益

（面板上的拨码开关），使输出 V0=0.707 V,这时，拨码开关所对应的数字即为所测

加速度计的灵敏度。如果输出开关在高一档位（Sa=1 V/ms-2）时，电压表测出的值

为低一档对应值，则被测加速度计的电荷灵敏度 Ka 为拨码开关上的数字与输出开

关上的 Sa 向对应的增益值之比。实验步骤：

1.将待测加速度传感器用钢螺栓联结到校准器平台上，连接时，用专用扳手卡住振

动顶杆以免旋转而损坏径向支承弹簧，传感器输出与 SD-6B 电荷放大器相连接，如

图 17.1 所示。

图 17.1 加速度计灵敏度测量示意图

66

2.校准仪振动频率选 80Hz，功能开关选加速度，幅度开关逆时针旋到小，仔细检

查各仪器接线有无短路，输出旋钮是否在小位置，确认无误后，依次打开校准仪、

电荷放大器电源开关，预热 5 分钟。 3.将电荷放大器输出开关置于 1～11pc/m/s2 范围内，并指定在 0.1V/unit out，滤波器

置“线性”档，功能开关选“加速度”档。 4.调节校准器幅度输出旋钮。使加速度计获得 10 米／s2 的加速度，观察电压表输出，

应为 0.707V，此时，拨码开关上的数字及是所选范围的加速度即的电荷灵敏度。若

电荷灵敏度低于 1～11pc/m/s2,此时可将电荷放大器输出开关提高一档，置于 1V/unit out，再调节拨码开关，使电压表指示 0.707V，则此时电荷灵敏度为 0.1～1.1pc/m/s2f范围内的电荷灵敏度。


1．分别测出 YD－5 和 YD－39 加速度计的灵敏度，测量数据记入表 17.1。

2．与产品鉴定正上的灵敏度比较，分析测量误差。加速度计型号输入标准值灵敏度范围输出开关增益电压表读数被测灵敏度值 YD－5/标号 YD－39/标号


1．安装加速度计时一定注意不要使校准仪振受扭专力，以免使其损坏或精度降低；

2．切换加速度及时，注意应将电荷放大器输出开关旋至小或关闭。


试分析实验中测量方法的优缺点及误差来源。

67

实验十八加速度计的频响曲线的测量

一、实验目的

掌握加速度计频响曲线的测试方法

二、实验要求

1. 熟悉 PULSE3560C 振动测试系统的应用； 2. 掌握振动分析软件的使用方法。

三、实验环境

1.被测加速度计 YD－5，YD－39； 2．激振器 JZ-2A； 3. BK 振动测量平台 9.0； 4．Pulse 3560C ； 5．功率放大器 BK2716； 6．通用计算机及 M6k；


实验内容：测量 YD－5，YD－39 的频响曲线。实验步骤：

1.按图 18.1 搭建系统；

图 18.1 加速度计频响曲线测量仪器框图

2.参照实验 10 中有关 Pulse 有关通道设置，主要包括三个管理器； 3.给振动台施加以白噪声激励，可选用 FFT 或 PCB 分析仪记录频响曲线； 4.也可用扫频正弦信号作为激励源，观察被测加速度计的频率响应。


1．分别测出 YD－5 和 YD－39 加速度计的 1/3 倍频程频谱数据及曲线；

2．与产品鉴定正上的频谱曲线比较，分析测量误差。

68


1．安装加速度计时一定注意不要使激振器受扭转力，以免使其损坏或精度降低；

2．切换加速度计时，注意应将功率放大器、电荷放大器输出开关旋至小或关闭。



69

实验十九简谐振动基本参数的测量

一、实验目的

学习简谐振动中的频率、振幅、两个同频振动信号之间相位差的测量方法。

二、实验要求

掌握测试系统中各仪器的基本原理和简单的操作方法。

三、实验环境

1. 被测加速度计 YD－5，YD－39； 2．激振器 JZ-2A； 3. 电荷放大器 SD-6A； 4．正弦噪声信号发生器； 5．功率放大器； 6．频率计； 7．示波器；


实验内容：测量正弦振动参数。测量系统框图 19.1 中振动的基本参数:振动频率、振幅(位移、速度、加速度)、两个

同频振动信号之间的相位差和振动系统的阻尼。在简谐振动中测量振幅(位移、速度、加速度)、振动频率和两个同频振动信号之间

的相位差。

图 19.1 简谐振动参数测试实验仪器框图

仪器功能简介 (1)信号发生器:用来发出正弦信号，其频率和电压幅值可调。 (2)功率放大器:将来自信号发生器的电压信号进行功率放大输出，用以推动振动台

70

工作。 (3)电动力式振动台:振动台的台面可以按照信号发生器输出的信号的频率和幅值振

动。 (4)加速度传感器:将被测系统的机械振动量(加速度)转换成电量。 (5)电荷放大器:它的作用是，一是将加速度传感器输出的较小的电荷信号放大成可

供检测的电压信号，二是将加速度信号积分成速度、位移信号，三是将输出电压信

号归一化。 (6)电压表:测量振动模拟电压信号的电压值。 (7)相位计:测量两个同频率振动信号的相位差。 (8)示波器:直接观察振动模拟电压信号的波形、估测信号幅值和周期。 (9)频率计:测量振动模拟电压信号的频率和周期。

实验步骤： (1)按图 19.1 所示连接实验仪器设备，仔细检查(包括各仪器间的导线连接有无短路、

输出旋钮是否在小位置)确认无误。 (2)依次打开信号发生器、功率放大器、电压表、相位计、转速测量仪及示波器的电

源开关，接通电源，预热 3 分钟后，打开电荷放大器的电源开关。 (3)将信号发生器置于正弦信号输出，输出频率为 30 Hz 左右。 (4)缓慢调节信号发生器的输出电压，使振动台产生振动，在示波器上观察到一个较

稳定的正弦波形。 (5)记录各仪器的指示值。包括： ①电荷放大器的设置数据，如单位输出(unit out)，每单位输出的毫伏(mV/unit out)和电压表读数 mV。 ②频率计指示的振动频率。 ③位移信号与加速度信号的相位差，速度信号与加速度信号的相位差。 (6)振动幅值的换算方法:振动的幅值＝mV/ (mV/unit out) (7)改变振动频率(30 Hz--100 Hz)，重复(4), (5), (6)项的内容。 (8)将各仪器的输出旋钮恢复到零，依次关闭信号发生器、功率放大器、电荷放大器、

电压表、相位计、示波器的电源开关。整理好实验现场。


按表 19.1 记录原始数据，按表 19.2 计算振动幅值。表 19.1 测量数据记录表

71

表 19.1 根据测量的加速度计算速度和位移并计算误差


1．安装加速度计时一定注意不要使激振器受扭转力，以免使其损坏或精度降低；

2．切换加速度及时，注意应将功率放大器、电荷放大器输出开关旋至小或关闭。



72

实验二十衰减振动的测量

一、实验目的

掌握衰减法测量自由平板振动混响时间及结构阻尼的方法

二、实验要求

1．了解被测试件混响时间与频率的关系。 2．掌握振动测试仪器设备的性能及使用方法。

三、实验环境

1．振动噪声谱分析软件 spectra 2．被测试件: 面积 0.5×0.5 ，2 厚铁板 3．冲击力锤 LC－02 型 4．型加速度传感器 YD－5 5．电荷放大器 SD－6B 6．调谐滤波器 TDL-2 型 7．通用计算机 P4 1.7/256 8．Micphone 输入线


实验内容：

测量薄扳振动混响时间及结构阻尼。测试系统如图 20.1 所示

图 20.1 结构阻尼测试系统

73

测量原理：

被测结构受到力锤的冲击力作衰减振动，其位移相应为：

)cos( 0

2200 ϕδωξξ δ −−= − te

，其中 0ξ、 0ϕ

是由初始条件决定的两个常

数，δ 位衰减系数， 00 2 fπω =为系统固有角频率。由此可见，衰减振动对振幅：

tetA δξ −= 0)(

随时间作指数衰减，其振幅衰减到初始值的 10－3（－60dB）时对应对时间为混响时

间 60T，即

60310 Te δ−− = 由 2

0ηωδ = 及对数运算可知：

600600

2.22

10ln6TfTf

≈=π

η

实验步骤： 1.按要求的仪器连接好测试系统； 2.打开个仪器电源，用冲击锤试击被测试件，确定被测信号的大小，并保证合适的

信噪比，同时设置采集软件的采样率、通道等参数； 3.调节滤波器的相对频宽为 23%，调节中心频率为 63Hz,打开采集软件为记录模式，

用钢头力锤敲击试件，等信号幅值降低到等同背景噪声时，停止采集并记录下数据

（或通过时域记录结果，直接用时标标记从显示图上量出 T60）； 4.更换力锤为橡皮头，重复步骤 3； 5. 改变中心频率依次为 80、100、125、160、200、250、315、400Hz,重复步骤 3～4，记录下所有数据。


1.将所有数据整理成表格，根据采样频率按 T20 或 T30（视信噪比定）计算 T60，或

直接依据实验中从时域图上获得的 T60 ,按公式 600

2.2Tf

≈η计算阻尼；

2. 按 1/3 倍频程绘出 T60 及阻尼η 与频率的关系。


1．对试件进行冲击激励时，可选不同的锤头，获得不同的冲击脉冲宽度。 2．带通滤波器输出通过 Micphone 输入线送入计算机，注意滤波器输出不能短路。


除冲击试验外，还可选用哪种方法实现结构的动态参数测试？

74

实验二十一弹性结构振动响应测试

一、实验目的

1．掌握振动系统的组成原理及构件振动的测试方法 2．了解所用仪器的工作原理及使用方法

二、实验要求

1.学会使用 spectra(softest)软件进行数据采集及数据文件记录 2.学会使用 MATLAB 软件进行 FFT 分析，绘出被测试件的振动频谱图

三、实验环境

1．谱分析软件 VS302USB 2. MATLAB7.0 3. 噪声信号发生器 ZN1681 4．功率放大器 GF-10 5．激振器 JZ-2A 6．试件 0.5m×0.5m×2m2 7．加速度传感器 YD5 8．电荷放大器 SD-6A 9．通用计算机 P4 1.7/256 10．试件支架 11．Microphone 输入线


实验内容：测量薄扳在宽带激励下稳态振动响应。测试系统如图 21.1 所示

图 21.1 稳态振动测试系统

实验步骤： 1．熟悉系统中各仪器的使用方法，检查系统连接的正确性； 2．将信号发生器的“输出控制”旋钮、功放的“增益调节”旋钮及电荷放大器的

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“输出”旋钮反时针置于小位置，打开计算机及其它仪器； 3．打开 spectra(softest)软件包，可在操作桌面上观察到时域及频域窗口（或通过 view命令设置），通过 MODE 命令设置为实时方式（real time），打开 RUN 按钮，即可

观察到实时信号的时域及相应的频域波形。窗口下的状态栏显示有信号强度、采样

频率、通道数等信息显示。 4．将功放“输入选择”开关置于 AC 位置，输出方式设置为“恒压”，“增益调节”

旋钮旋至“0 时 10 分”位置，电荷放大器的“输出”旋钮置于 10mv/m/s2 档，缓慢

调节信号发生器的“输出控制”旋钮，可听见试件被激励的声音，同时可在 CRT 上观察到相应的时域及频域波形。在调节信号发生器的“输出控制”旋钮时，要观察

功放的输出电压表不要超过 0.4V，若未达到，则可通过功放上的“增益调节”旋钮

调至 0.4V。 5．进行数据记录时，应将操作桌面上的 MODE 设置为记录方式（RECORDER）。此时按下 REC 按钮即可开始采集数据，（其采样频率可用 OPTION 命令中的

SETTING 来设定或使用默认值，其范围为 11025～44100Hz），采样时间一般控制在

2 秒即可，按下 STOP 按钮结束采样。 6．打开 FILE 命令，将数据以“文件名.WAV”格式存入 F 盘，文件名自定。检验

数据是否以存盘，可用 MODE 命令中的后处理方式（post process）进行观察。 7．小化 spectra，打开 MATLAB 软件包，在该软件操作桌面上打开存在 F 盘的“文

件名.WAV”数据文件，注意操作时，文件类型选为 ALL FILE（*.*），确认后，即

可看到所记录的声音文件处于 IMPORT WIZARD 的文件行，点击 FINISH 钮，将其

调入内存，此时在工作空间窗口即可看到数据以构架数组的变量形式存于内存中。 8．在 COMMAND 命令窗口，输入文件名即可看到 data 及 fs两个子项，输入“文

件名.data”，回车后，将显示出所有的采样数据。 9．可选其中一部分数据进行 FFT，所选数据的长度 N 应符合 N=2m，一般选 N 为

2048 或 4096，可采用赋值语句将所选数据赋给另一变量。如： y=文件名.data(1:4096) 即将原数据中的第 1～4096 个数据赋给变量 y，此时可在工作空间窗口看到该变量，

右键点击该变量，即可直接用所给命令 Plot 画数据图。 10．对创建的数据数组 y 进行 FFT，可用以下命令； Y=fft(y) 其中 Y 是一个复数数组。 11．计算 Nyquest 频率 fn=fs/2 及相应的频率刻度，并形成频率轴上的一维数组 w，

即 w=linspace(1,fn,N/2) 其中 linspace 为线性等分命令，1 为数组的第一个数据，fn 为数组的后一个数据，

N/2 为数据总数。 12．用如语句取 Y 的模 Ya： Ya=abs(Y(1:N/2)) 13．作频谱图 Plot(w,Ya) 14．在频谱图上，可用放大、缩小及加辅助线等功能，确定有关峰点的频率值及相

76

应的幅度。


1．画出 0～1000Hz 的振动频谱图，标出各共振峰的频率。

2．对应低频率的共振峰，按半功率法求损耗因子η。


1．试件与激振器顶杆连接是通过磁力（座）吸附在试件表面，并悬挂在支架上，

因此，实验中不要碰撞试件，以免试件转动使激振器顶杆受力而损坏激振器。 2．功放极易损坏，因此，其输出幅值不能超出规定电压，更不能短路。注意信号

发生器及电荷放大器的输出也不能短路。


根据频谱图分析试件的振动模态。

77

实验二十二振动系统幅频特性曲线的测量

一、实验目的

学习测绘振动系统幅频特性曲线的方法。

二、实验要求

1.熟悉 Pulse3560 振动测试系统的使用。 2.根据幅频特性曲线，确定被测系统的固有频率，用半功率点的方法计算出系统的

阻尼系数。

三、实验环境

1. 简支梁； 2．激振器 JZ-2A； 3. BK 振动测量平台 9.0； 4．Pulse 3560C ； 5．功率放大器 BK2716； 6．通用计算机及 M6k；


实验内容：用白噪声和正弦试验法分别测试被测试件的扶贫特性。实验步骤：

1.按图 22.1 搭建系统；

图 22.1 幅频特性曲线测试框图

2.参照实验 10 中有关 Pulse 有关通道设置，主要包括三个管理器； 3.给激振器以白噪声激励，可选用 FFT 或 PCB 分析仪记录被测结构频响曲线； 4.也可用扫频正弦信号作为激励源，观察被测加速度计的频率响应。 5.用单频信号激励系统，记录测试数据并做出被测结构频响曲线；

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1．用 FFT 分析仪进行测试分析，给出系统的幅频特性曲线；

2．按表 22.1 记录正弦测试数据，手工绘制系统幅频特性曲线,并与上述曲线作比较。

3. 按曲线确定有关振动参数，在幅频特性曲线中：

共振峰的横坐标 (固有频率)： 0 zf H= ；

共振峰的纵坐标 (振幅的大值)： 0 max( )H f mm=

半功率点的纵坐标：

0 max( )

2

H fmm=

半功率点的横坐标： 1 1,z zf H f H= =

用半功率法估计系统的阻尼：

2 1

02f f

fξ

−=

表 22.1 正弦试验数据记录


注意激振器顶杆的跟随条件，功放输出一定从小到大慢慢调节。



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实验二十三机械阻抗测量

一、实验目的：

掌握工程结构机械阻抗的测量方法

二、实验要求

1. 了解 Pulse 声振测量系统的组成原理及传递函数测量模板的应用； 2. 掌握阻抗头的使用方法。

三、实验环境

1．阻抗头（YD25+YD12 组合） 2． YD－29 加速度传感器 3． SD-6B 电荷放大器（2 台） 4．激振器 5． Pulse3560C 声振测量系统


测量原理所谓机械阻抗（Mechanical impedance ）是指变化着的激振力与结构由此引起的运

动参数的矢量比，即

输出运动参数（矢量）

输入力（矢量）机械阻抗（矢量）＝

其倒数（输出／输入）称为机械导纳（Mechanical mobility）,由于振动系统的响应

是用位移、速度和加速度来表示的，故机械阻抗又分为位移阻抗、速度阻抗和加速

度阻抗，相应的有位移导纳、速度导纳和加速度导纳，分别定义如下：

XF

XeFe

txtfZ tj

tj

x === ω

ω

)()(

FX

tftxM x ==)()(

VF

VeFe

txtfZ tj

tj

=== ω

ω

υ )()(

&

FV

tftxM ==)()(&

υ

根据激振点和响应点的位置，可分为驱动点阻抗和传递阻抗。驱动点阻抗的激振点

测量的响应点是同一点，故称为点阻抗或阻抗。传递阻抗（跨点阻抗）的激振点和

测量响应点不是同一点，而是根据研究的对象和要求来选点。测得系统的机械阻抗

并进行频率分析，即可采用参数识别法求出结构的振动模态和结构参数。实验内容：

本次试验采用阻抗头测出被测系统的点阻抗，通过加速度计测得非激振点响应获得

80

系统的传递阻抗。实验步骤

1. 按图 23.1 连接测试系统，特别注意有关 B&K 仪器连线不要强行插拔。 2. 仔细检查系统单元之间连线，尤其是功率放大器和电荷放大器输出不能短路。 3. 确认连接正确后，将功放增益开关放至小，电荷放大器开关置于合适位置，

打各仪器电源开关。

图 23.1 机械阻抗测量系统框图

4. 打开 Pulse 系统软件，建立一个测量项目，在配置管理器中进行前端设置，并

插入力信号和加速度信号；在测量管理器中点击 get configuration,建立一个机械阻抗

测量组，在组中插入被测的力和加速度信号，在测量模板中插入 FFT、 CPB 分析

器，对 FFT、 CPB 分析器进行频率分辨率、分析带宽、平均时间（次数）及备频

程等设置，同时激活测量模板，打开级值表，可看到信号连通情况；在函数管理器

中插入测量组函数，并对其进行设置，如自谱、互谱及传递函数等；打开显示管理

器，插入待显示的函数，双击该函数，即可显示相应的函数图形界面，点击开始测

量按钮，即可看到当前函数图形。 5. 一次测量完毕，可将测量数据通过保存或拷贝记录下来作进一步分析。 6．本次实验要求测出原点和跨点加速度阻抗曲线，同时测出两点的加速度实谱图，

并对以上曲线进行分析及相关参数识别。


1.选择 2 个激励点，分别测出原点加速度阻抗曲线； 2.选择振动敏感处，测出相对于两个原点的 3～4点跨点加速度阻抗曲线。


注意移动测点时，各仪器输出放置小，功放输出从小到大慢慢调节。


1.实验中是否存在有干扰？如何降低其影响？ 2.测量机械阻抗有何意义？

81

实验二十四城市区域环境振动测量

一、实验目的：

掌握城市区域环境振动标准及测量评价方法。

二、实验要求

学会 HS5933A 型环境振级分析仪的结构原理及使用方法。

三、实验环境

型环境振级分析 HS5933A 1.仪器概述：

本实验所用仪器为 HS5933A 型环境振级分析仪，该仪器具有自动量程转换、液晶

数字显示、大值保持、自动测量等效连续振级、统计振级等特点，同时具有数据

存储、分析、打印功能，是一种智能化、轻型便携式振级测量仪，仪器符合国际

ISO8041-1990《人体响应振动计》对 2 型振动测量仪的要求，并符合 ISO2631《人

承受全身振动评价》、GB10071-1988《城市区域环境振动测量方法》对测量仪器的

要求。其主要技术指标如下： 1．传感器：压电式加速度计，电压灵敏度 400mV/g；频率范围：1～160Hz；横

向灵敏度：＜5％；幅值线性：＜5％ 2．振级测量范围：60～140dB 3．频率范围：1～80Hz 4．频率计权：VLz（全身垂直）,VLx-y（全身水平）,VAL（线性、加速度级） 5．时间计权：时间常数 1 秒 6、自动测量功能： ①测量日期设定：年，月，日，时，分。 ②测量时间设定：an,10s,1m,5m,10m,15,20m,1h,8h,24h,24h 整时。 ③ 大瞬时振级保持与过载显示。 ④等效连续声级 VLeq 之与统计振级 VL10,VL50,VL90,VLmin,VLmax,标准偏差 SD 等

数据存储（可存储 127 组）、显示、打印。参考校准：内部电信号，20Hz 正弦波。

2.工作原理简介：根据 ISO2631 文件，振动对人体的影响主要通过以下振动测量标准来评价： ①频率为 1～80Hz 范围内的全身振动 ②频率为 0.1～0.63Hz 范围内人承受的 Z 轴方向全身振动本仪器用于 1～80Hz 频率范围内全身振动测量。振动加速度级定义为：

82

0

lg20aaVAL =

，其中 a 为振动加速度有效值（m/s2）,为参考加速度，a0＝10－6 m/s2。通过仪器内部设置 Z 垂直方向和 X-Y 水平方向计权网络获得计权振动测量结果：

0

lg20aaVL Z

Z = ， 0

lg20a

aVL YXYX

−− =

，其中 YXX aa −, 为振动计权加速度有效值

（m/s2），计权特性见图 24.1 及表 24.1。

1 10 f202 80505-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

dB

图 24.1 全身垂直、水平振动频率计权特性

表 24.1 振动测量频率计权特性的相对响应标称频率/Hz 准确频率/Hz 全身垂直方向全身水平方向加速度公差 1 1.000 -7.4 1.82 0 ±3 1.25 1.259 -5.87 2.56 0 ±2 1.6 1.995 -4.59 2.61 0 ±2 2 2.612 -3.34 2.01 0 ±2 2.5 3.162 -2.06 0.82 0 ±1.5 3.15 3.981 -0.84 -0.84 0 ±1.5 4 3.981 0.12 -2.76 0 ±1.5 5 5.012 0.53 -4.78 0 ±1.5 6.3 6.310 0.19 -6.84 0 ±1.5 8 7.943 -0.86 -8.90 0 ±1.5 10 10.00 -2.93 -10.94 0 ±1.5 12.5 12.59 -4.17 -12.97 0 ±1.5 16 15.85 -6.00 -14.99 0 ±1.5 20 19.95 -8.03 -17.01 0 ±1.5 25 25.12 -10.02 -19.03 0 ±1.5 31.5 31.62 -12.04 -21.06 0 ±1.5 40 39.81 -14.10 --23013 0 ±2 50 50.12 -16.25 -25.29 0 ±2 63 63.10 -18.63 -27.66 0 ±2 80 79.43 -21.44 -30.48 0 ±

本仪器还可对振动信号进行连续采样，从而得到等效连续振级 VLeq 统计振级 VLn 和

83

标准偏差 SD:

)()(1lg10

2

0 20

dBdta

taT

VLT

eq ∫= 2

1

1

2)(1

1⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−

−= ∑

=

n

ii LL

nSD

仪器框图如下：

图 24.2 振级分析仪方框图

仪器主机采用塑压成型的上下机壳，内侧喷涂导电漆，形成屏蔽层，具有良好的抗

电磁干扰性。振动传感器是单向型的，测量 Z 振级时应垂直放置，测量 X-Y 振级时

应水平放置。传感器外客用铝金属制造，抗腐蚀能力强，具有重量轻、自身稳定性

好，适合环境振动测量要求，传感器与仪器主机通过四芯电缆连接，两插座上用外

套螺母固紧，可靠性好。 3.使用方法：

仪器面板及开关操作说明如图 24.3 所示 ① 【RUN/PAUSE】为测量运行键。在测量日期输入方式时，该键作为日期确定

键；在打印时该键作为打印命令键。② 【MODE】测量数据读出操作键。在测量

日期输入方式时，该键作日期输入调整键，递减。③【HOLD】为瞬时振级保持测

量键。④【TIME】为测量时间设定键，连续按此键，依此按 Man（手控方式）→

10s→1min→5min→10min→15min→20min→1h→8h→24h→24hTime（整时）→日期

输入方式→Man 循环，在日期输入方式时，该键作为日期输入调整键，递增。⑤

【OUTPUT】为打印机输出方式选择键。⑥【RESET】为复位键，不会清除内存中

已存的数据，仅复位到瞬时振级指示方式。电缆连接：仪器测量方式开关置于 OFF 位置，取下传感器和仪器输入端各自插座上

的保护盖，再将电缆插头分别接在传感器与仪器的插座上，插头上各有一个定位槽

口，应对准插座上的凸点进行配合，并拧紧外套螺母。通电检查：将频率计开关置于 VAL 位置，在拨动测量方式开关至 CAL，此时接通

电源，进行内部参考校准，显示器读数应能为定在 120dB±0.5dB 内。若发现显示

屏左端出现“LOBAT”标记时，表示电池电压不足，应及时更换电池。

84

瞬时振级测量：①根据测量要求，将振动传感器垂直或水平放置在被测物体上；②

频率计权开关设置于 Z 或 X-Y 位置，与振动传感器放置方向相对应；③测量方式开

关置于 MEAS 位置；④在显示器上直接读出被测振级值（注意：仪器在刚接通电原

时，读数会从大到小变化，待稳定后测得的 dB 数方可作为测量结果）。如果显示器

出现“OVER”标记，表示输入过载，应重新测量）；⑤ 大振级保持测量，按一下

【HOLD】键，显示器上出现“HOLD”标记，显示器读数将保持测量期间的大

振级，不需要时，再按一次【HOLD】键，读数回到瞬时测量状态。

1.自动测量 Leq、Ln、SD 等数据：①开关设置方法与瞬时振级测量相同；②必须先

输入日期：按【TIME】键使时间设定循环至日期输入方式，按【RUN/PAUSE】键，

显示器中出现三位数，百位数先为 1，而十位个位为任意数，可按↑键或↓键设定，

再按【RUN/PAUSE】键确认，直至日期输入完毕。表 24.2 给出的日期为 97 年 9 月

18 日 8 时 16 分 9 秒；③在日期输入方式时，按【TIME】键进行时间设定，其中

5min 与 10min 同时显示表示 15min，10min 与：号同时显示表示 20min；24h 与 Time同时显示表示整时 24h。若在 10min 时停止按健，表示自动测量时间为 10min，其

dB

HS5933A 型环境振动分析仪

连接传感器

液晶显示

连打印机

频率计权开关

测量方式开关

右侧面

左侧面外接 7.5V 电源

参考校准调节

振动校准灵敏度调节电位器

图 24.3 面板与开关示意图

OUTPUT

RESET

HOLD

MODE

RUN

PAUSE

TIME

85

余类似；④测量运行：按【RUN/PAUSE】键进入自动测量状态，显示器左端出现

闪动的“RUN”运动标记，到预定测量时间自动结束，“RUN”标记消失，转变为

“PAUSE”暂停标记，且测量数据被保存在内存中，不清除或关机在一定时间内不

会丢失数据；⑤读取数据：直接按【MODE】键，数据依次调出显示 Leq→SD→L90(先显示90后显示L90值)→L50(先显示50后显示L50值)→L10(先显示10后显示L10值) →Lmin(先显示 0000 后显示 Lmin值) →Lmax(先显示 9999 后显示 Lmax值)；⑥数据存储：

若上一次测量结束（或重新设定时间），继续按【RUN/PAUSE】键则自动进入第二

次测量，待测量结束，数据将按顺序存于内存中，上一次数据不丢失，并自动作上

序号标记，在打印时依次打印出各组测量数据。数组多可自动存 127 组。图 24.4为其中打印的一组数据，当然在实际测量工作中，应按测量顺序记录数组对应得测

点及振源等情况。表 24.2 日期输入示例百位数对应标记百位数十位个位数先设定后确认年 1 97 按 ↑ 或 ↓ 键按【RUN/PAUSE】键月 2 09 按 ↑ 或 ↓ 键按【RUN/PAUSE】键日 3 18 按 ↑ 或 ↓ 键按【RUN/PAUSE】键时 4 08 按 ↑ 或 ↓ 键按【RUN/PAUSE】键分 5 16 按 ↑ 或 ↓ 键按【RUN/PAUSE】键秒 6 09 按 ↑ 或 ↓ 键按【RUN/PAUSE】键

2.清除内存数据：必须先按下【RESET】键不松开，再按下【RUN/PAUSE】键，然

后先松开【RESET】键,清除内存后要重新输入当天日期。 3.Man 时间测量：按【TIME】键使时间设定于 Man，然后按下【RUN/PAUSE】键

进入测量。Man 时间不会自动结束，需再按一次【RUN/PAUSE】键，暂停测量。

若继续按【RUN/PAUSE】键，测量时间累计，若暂停测量后按下【RESET】键,测量数据被保存。Man 时间长为 24h。 4.整时 24h 测量：按【TIME】键设定于 24Time 后，按【RUN/PAUSE】键确认，再

06/06/18 10:28 REGULAR TIME OFF

--------------------------- NO.=1 MAN

SD= 0.4dB Leq=60.8dB

Lmax=61.5dB Lmin=60.0dB L90 =60.3dB L50 =60.8dB L10 =61 3dB--------------------------- NO.=2 10S


Lmax=61.3dB Lmin=59.8dB L90 =60.0dB L50 =60.5dB L10 =61.0dB ---------------------------

---------------------------NO.=3 1m


Lmax=87.8dB Lmin=59.3dB L90 =60.3dB L50 =61.8dB L10 =70.3dB ---------------------------NO.=4 5m



--------------------------- NO.=5 10m


Lmax=96.0dB Lmin=59.0dB

L90 =60.0dB L50 =61.0dB L10 =63.8dB

--------------------------- NO.=6 15m



图 24.4 打印示例

86

按【TIME】键选择定时测量时间 10s→1min→5min→10min→15min→20min→1h→10s。然后按【RUN/PAUSE】键校对时钟，可重新输入时、分、秒。若时钟正确按

【RUN/PAUSE】键直接进入运行，第一次测量结束后，机内 CPU 暂停，显示器只

有 24Time 标记，直到一个小时后自动运行进行第二次测量，依次重复。经过 24 小

时全部测量结束，24 组数据保存于内存中。打印数据（略） 4.振动校准：

1.将振动传感器垂直放置在一标准振动台上。 2.频率计权开关设置于 VAL 位置。 3.测量方式开关设置于 MEAS 位置。 4.调节标准振动台产生 20Hz（或 8Hz）1m/s2 有效值加速度振动。 5.调节左侧面小孔内振动校准灵敏度电位器使振级指示 120.0dB。 6.关掉标准振动台电源，将测量方式开关设置在 CAL 位置，调节右侧面小孔内参考

校准电位器使振级指示 120.0dB,校准完毕。（此项校准在出厂时已进行，以后每年

应送到制造厂或计量部门进行一次校准） 5.测量量及读数方法（GB0071－1988）

1.测量量为铅垂向 Z 振级。 2.读数方法和评价量： ① 本方法采用的仪器时间计权常数为 1s； ② 稳态振动：每个测点测量一次，取 5s 内的平均示数作为评价量。 ③ 冲击振动：取每次冲击过程中的大示数为评价量。对于重复出现的冲击振动，

以 10 次读数的算术平均值为评价量。 ④ 无规振动：每个测点等间隔地读取瞬时示数，采样间隔不大于 5s，连续测量时

间不少于 1000 s，以测量数据的 VLz10 值为评价量。 ⑤ 铁路振动: 读取每次列车通过过程中的大示数，每个测点连续测量 20 次列车，

以 20 次读值的算术平均值为评价量。 3.测量位置及拾振器的安装

① 测量位置: 测点置于各类区域建筑物室外 0. 5 m 以内振动敏感处。必要时，测点

置于建筑物室内地面中央。 ② 拾振器的安装：确保拾振器平稳地安放在平坦、坚实的地面上。避免置于如地

毯、草地、砂地或雪地等松软的地面上。拾振器的灵敏度主轴方向应与测量方向一

致。 4. 测量条件： ① 测量时振源应处于正常工作状态。 ② 测量应避免足以影响环境振动测量值的其他环境因素，如剧烈的温度梯度变化、

强电磁场、强风、地震或其他非振动污染源引起的干扰。 5. 测量数据记录和处理

环境振动测量按待测振源的类别，选择附录 A(补充件)中的对应表格逐项记录。测

量交通振动，必要时应记录车流量。

87


实验内容： 1. 测量办公室（或教室）内的 VLz ，要求选 3～10 个测点，每个测点测量 5s 的等

效连续振级，将所有测点的平均值作为评价量。 2. 在办公室（或教室）所在建筑物室外 0.5 米内振动敏感处，选 3～10 个测点，每

个测点测量 5s 的等效连续振级，将所有测点的平均值作为评价量。 3. 在交通干线两侧选取 3～5 个测点，每个测点测量 5s 的等效连续振级，将所有测

点的平均值作为评价量。


1. 按环境振动测量记录表给出所测区域的完整记录 2. 根据城市区域环境振动标准（GB10070-1988）(见表 24.3)，给出所测区域环境振

动评定结论，并对该区域产生的振动进行分析。

表 24.3 城市各类区域铅垂向 Z 振级标准值列于下表适用地带范围昼间 /dB 夜间/dB 特殊住宅区 65 65 居民、文教区 70 67 混合区、商业中心区 75 72 工业集中区 75 72 交通干线道路两侧 75 72 铁路干线两侧 80 80

适用地带范围的划定 1.“特殊住宅区”是指特别需要安宁的住宅区。 2.“居民、文教区”是指纯居民区和文教、机关区。 3.“混合区”是指一般商业与居民混合区；工业、商业、少量交通与居民混合区。 4.“商业中心区”是指商业集中的繁华地区。 5.“工业集中区”是指在一个城市或区域内规划明确确定的工业区。 6.“交通干线道路两侧”是指车流量每小时 100 辆以上的道路两侧。 7.“铁路干线两侧”是指距每日车流量不少于 20 列的铁道外轨 30m 外两侧的住宅区。 8. 本标准适用的地带范围，由地方人民政府划定。本标准昼间、夜间的时间由当地人民政府按当地习惯和季节变化划定


1．注意振动传感器要轻拿轻放，千万不能掉落在地面上；

2．测量交通干线两侧环境振动时，一定要注意人身安全，注意避让车辆行人。


有明显感觉的环境振动的级是多少？所测的振级与地震的级别关系如何？附录 A：环境振动测量记录表（见下页）

91

附录一测量仪器简介

1. HS5633 数字声级计

一、概要

HS5633 数字声级计，由液晶显示器指示测量结果、具有现场声学测量的全部功能。

它体积小，重量轻，结构简单，操作方便，其外形如图 F.1 所示。特点：（1）除能进行一般声级测量外，HS5633 还有保持大声级和设定声级测量范围的

功能。（2）HS5633 使用 4 节 5 号干电池工作，并且具有电池检查指示。


（1）适用标准：符合国际 IEC651 或 GB3785－1983II型仪器的要求（2）测量范围：40－130dB （3）频率特性：A 计权（4）检波：真实有效值（5）动态特性：快和慢（6）显示器：液晶显示器（7）传声器：1/2 英寸驻极体电容传声器（8）电源：四节 5 号干电池（9）外形尺寸：13.0×6.5×3.5cm （10）重量：290g（带电池）

三、使用方法

1.用前准备（1）拧松地盖螺丝，拉开电池盒的拉扣，拿出电池盒。（2）按标记的及形装入 4 节 5 号电池，放入电池盒并联上拉扣。（3）装入电池盖板，拧紧螺钉。注：电池下降到正常工作以下时，Low Battery 指示灯亮，应换新电池。

图 F-1 声级计 HS5633

92

2.校准及测量（1）测量前应进行仪器校准，接通电源使用 HS6020 型或 BK4231 型声级校准器进

行校准。（2）移开仪器侧面标有“CAL”的标签，将声级校准器套在传声器上。（3）按一下校准器上的开关，仪器应显示 94±0.5dB，否则，调节“CAL”电位器

使其显示 94±0.5dB 即可。（4）测量时，首先接通电源开关，根据被测噪声的特性置时间计权开关到 F（快）

或 S（慢），功能选择开关置“MEASL”。显示器上的读数即为测量结果。注：测量大声及时，按一下大致保持开关，显示器上出箭头符号，此表示大

值测量方式，其示值表示测量时间内的大值。

四、注意事项

（1）除操作部分外，请勿触摸其他部件，切勿擅自拆卸或修理（2）如果仪器工作不正常，请检查仪器的工作条件并将电源关闭，请专业人员或

厂家维修。（3）安装电池应注意极性.以期长期不用，应卸下电池，以免电池漏液损坏仪器。

2. HS6288 型多功能噪声分析仪

一、概述

HS6288 型多功能噪声分析仪如图 F.2 所示，是一种袖珍式的智能化噪声测量仪

器。符合 IEC651 和 IEC804 对 2 型仪器的要求。它集积

分声级计、噪声统计分析仪、噪声采集器等几种仪器功

能于一机，具有多种用途。内置单片计算机，能按照预

先设定的功能自动进行噪声数据的采集及计算，将计算

得到的等效连续声级 Leq、声暴露级 LAE、统计声级 LN

（L10 L50 L90）、大声级 Lmax、小声级 Lmin、标准

偏差 SD 等在液晶显示器直接显示，亦可将数据储存，

再经由RS-232C口将全部结果在HS4784 打印机或系统

计算机上输出，实现脱机采集，联机结果输出。过载时，

用液晶（“OVER”）记忆显示方式，以便正确测量。特点：

（1）由于能同测量 Leq LAE SD LN Lmin Lmax ，所以对结果分析时非常方便。（2）由于能同时测量 Leq LAE SD LN Lmin

Lmax ，测量结果时，记忆了这一组数据的值和测量时

间，测量结束后可多次读取，可在现场打印，或事后通图 F.2 HS6288 声级计外形图

93

过 RS-232 接口连接到系统计算机上打印出结果，画出统计分布和累积分布曲线，

也可由系统计算机对测量数据作进一步处理，打印或存盘。（3）Leq、 LAE的自动测量分为 10 秒、1 分、10 分、15 分、20 分、1 小时、8 小

时、24 小时，手动操作可设置任意时间。本仪器还可以进行 24 小时整时噪声测量，

每遇整点测量一次，测量时间可设定，中间停止测量时仪器处于掉电方式。24 小时

测量结束，可在现场或事后通过 4784 打印机或系统计算机打印出每小时 Leq LAE SD LN （10 L50 L90）Lmin Lmax 及 24 小时总的 Leq LAE Ld Ln Ldn SD LN

Lmin Lmax 值。（4）过载时，用液晶（“OVER”）的记忆显示方式，以便正确地测量。（5）重量轻、体积小、单手即可操作，使用很简便。（6）功耗低，用 5 号 LR6 高能碱性电池可连续工作 24 小时，用外接直流稳压器可

使用市电测量，不受场地地限制。


1．传声器：1/2”驻极体测试电容传声器频率响应：20Hz～12.5kHz 标称灵敏度：约 25mV/Pa 2．声级测量范围：（以 2×10－5Pa 为参考） 35～130dB 3．频率范围：31.5Hz～8kHz 4．检波器特性： LMS 真有效值峰值因素：3 5．时间计权特性：F（快）、S（慢）、大值保持 6．功能： Leq LAE Ld Ln Ldn SD LN L10 L50 L90 Lmin Lmax

7．数字显示： Leq：分辨力 0.1dB，显示周期 0.5 秒一次 LAE：分辨力 0.1dB，显示周期 0.5 秒一次 8．时间测量： MAN（手控）、10s、 1min、 5min、 10 min、 15min 、20min 、1h 、8h 、24h、 24 小时整时测量 9．过载指示：自锁型：用 LCD 显示“OVER” 10．储存：可储存 127 组测试分析数据 11．输出接口： RS-232C，可接 HS4784 打印机或系统计算机，打印测量结果，画出统计分布和累

积分布曲线，或 24 小时 Leq 分布曲线 12．校准：使用 ND9 型声级校准器，声级 94dB、频率 1kHz 13．电源：五节 LR6 型高能碱性电池 14．外形尺寸：290×80×30mm 15．质量：0.48kg1/2 吋及 1/4 吋

94

3. HS6020 型声校准器

一、概述

HS6020 型声校准器适用于所有 HS 型传声器和声学测量仪器，用以进行声压灵敏度

校准，体积小，重量轻，使用方便。符合 IEC942 声校准器中的 1 级校准器技术要

求，其外形如图 F.3 所示。


1.声压级：94dB（以 2×10－5Pa 为参考） 2．声压级精度：±0.3 dB（20±5），±0.5 dB（0±40）频率响应：20Hz～12.5kHz 标称灵敏度：约 25mV/Pa 3．频率：1000Hz±2％ 4．谐波失真：〈 3％ 5.延迟时间：约 1 分钟

三、使用与维护

1.温度范围：0～40 2.相对湿度：〈 80％ 3.大气压力：65kPa～100 kPa 4.电池电压：7.5～9V

4. B&K 4231 型声级校准器

BK4231 型校准器外形如图 F.4 所示。

一、主要技术指标：

1.符合标准： IEC942(1988) 声压级校准器，

1 级；ANSI S1.40-1984(R 1997) 2.标称声压级值： 94 ±0.2 dB 或 114 ±0.2dB 两档 3.校准频率： 1000Hz ±0.1% 4.适用传声器类型：B&K (或其他公司类似

产品) 1/2 和 1”的传声器，选配相应的适配

图 F.3 HS6020 声级校准器外形图

图F.4 HS6020声级校准器外形图

95

器时，也可用于 1/4 和 1/8 的传声器 5.总谐波失真： <1% 6.温度系数： ±0.0015dB/ 7.压力系数：＋8*10-5dB/hPa 8.湿度系数： 0.001dB/%RH 9.供电电池： 2 节 1.5V 电池 (“AA” 规格) ，建议使用碱性电池；电池工作时间：使用碱性电池，典型连续工作 200 小时(20下) 10.自动电池状态检查：当 4231 只能连续按 On/Off 按钮才能工作时，表明需要更换

电池 11.节电设计：当从接口处去除传声器，校准器 5 秒后自动关闭。 12. LED 指示灯: 两个 LED 指示灯分别指示 94dB 状态或 114dB 状态 13. 尺寸：高 30 mm , 宽 72 mm , 长 72 mm (便携式口袋型设计) 14. 自重： 150 克(包括电池)

二、主要特点：

校准频率为 1000Hz，因各种计权特性在此频率上的衰减都为零，所以它可独立于计

权网络进行校准。高声级档（114dB）可用于背景噪声较大的场合。在设计上 4231采用了反馈技术，反馈环使用了一只电容传声器，而此传声器具有极高的稳定性，

不会受静态压力和温度变化的影响，保证了校准器的声压级标称值非常稳定。

5. B&K2716 功率放大器

一、概述

BK2716 功率放大器是一种高性能的功率放大器，主要适用于声学和振动信号的功

率放大，也可作为电声使用的通用功率放大器。该功放有两个均衡的输入通道，通

图 F.5 BK2716 功率放大器外形图

96

道衰减器可衰减 80dB（无级），两通道可由桥接器桥接为单通道，输出功率可提高

一倍，具有各种先进的保护功能，如图 F.5 所示。


1. 大输出功率

2.频率范围

20Hz～20KHz : ＋0，－1dB 10Hz～100KHz : ±2dB

3. 大输出电压

8 Ω负载 30 rmsV ，峰值电压（无负载）：50V 4.失真

THD 20Hz～20KHz 1W，满功率 0.05% THD @1KHz －1dB 箝位时 0.03% 5.前面板增益控制（×2）:通道 A ，B 保护指示器（×2）:黄色 LED 削波指示器（×2）:红色 LED 信号指示器（×2）:绿色 LED，〉满度 25dB 时亮工作指示器（×2）:绿色 LED，DC 工作电压

6.B&K4296 无指向性声源

一、概述

B&K4296 无指向性声源是由 12 个扬声器配置在球体 12个表面上组成的球形声源，如图 F.6 所示。所有的扬声器

经过串并联接以保证阻抗及相位的匹配，全部组合重

14Kg，安装容易，移动方便；可以通过桥接电缆 AQ0621


单通道 8Ω 110 W 100 W

单通道 4Ω 160 W 150 W

单通道 2Ω 200 W 180 W

单通道 8Ω 320 W 300 W

单通道 4Ω 400 W 400 W

图 F.6 无指向声源 4296

97

选用双通道功率放大器 2716 的桥接输出，从而获得 122dB 的声功率，这样高的声

功率输出可作为理想的隔声测量。 B&K4296 无指向性声源主要用于建筑声学测量，可用于空气中隔声测量、混响时

间测量及脉冲声测量等。


B&K4296 无指向性声源满足 DIN52210，ISO3382 标准（见图 F.7 和 F.8）的要求。

其指向性如图 F.9、F.10 所示。图 F.7 是用 2260 Investigator 产生的粉红噪声经功率放大器 2716 放大后发出的大



1/1 倍频程声功率级。图 F.9 是按 ISO140 标准测出的偏离平均值的大偏差,上下两条曲线是相应的公差。图 F.10 是按 ISO3382 标准测出的偏离平均值的大偏差,上下两条曲线是相应的公

差。



98

图 F.9 4296 平均值大偏差（ISO3382）

图 F.10 4296 指向性（ISO140）

7. 阻抗管 4206 介绍

阻抗管 4206 是一种用来测量材料声功能学性能

的设备，其外部结构如图 F.11 所示，有大管、小

管和中管三种形式，其测量的频率范围有所不同。

一、声学材料测试介绍

与阻抗管相配的 PULSE 7758 应用软件，通过使

用 4187 型双麦克风，测量 4206 阻抗管内声源发

出的白噪声的法向入射(即正入射,这与混响室法

测量时的无规入射或称为随机入射不同)和反射

成分来计算吸声系数、反射系数( 频率范围: 50 图 F.11 阻抗管 4206 外部结构示意图

99

Hz ～ 6.4kHz)。管内噪声的反射成分由样品的声学特性决定。系统使用的 4187 传声器及其放大器

经过特别设计、符合严格的相位匹配要求，并采用 3560C 数据采集系统输入模块

的后两个通道――也经过特别的设计、符合严格的相位匹配要求－－来测量。阻抗管的内部结构如图 F.12 所示。注意：在测量时对 4206 中不使用的 Holder 要插入哑元进行密封，在取出 4187 传声器前要

松开卡紧螺母，在重新插入后要锁上螺母。声源输入端的频域加权模拟滤波器选项：高通--适用于小管进行的高频测量低通--适用于大管(大间距)进行的低于 100HZ 以下频测量线性--适用于大管测量测试样品制作要求：大管内样品直

径:100mm；中管内样品

直径:63.5mm；小管内样

品直径:29mm ；样品表

面尽量保证是一个平面，

不需要太松与管子内径

形成间隙，也不需要太紧

压迫样品的中心；如果

不能保持表面为平面，可

以截取材料的两块典型

表面进行两次测量取平

均样品的背面好也是平面，否则可以在推杆和样品背面中间填充以橡皮泥，这样

两者之间没有间隙。

二、项目设置

对应不同频率范围的测量有三种标准的配置方案，如图F.13所示。

图 F.12 阻抗管内部结构示意图

100

(1)首先根据测量的频率范围选择大小管，在 PULSE 项目中选择合适的管件； - 小管: 500 Hz to 6.4 kHz - 大管: 50 Hz to 1.6 kHz - 大管(宽间距): 50 Hz to 1.6 kHz ，在 100Hz 以下能给出更好的互相干结果,测量更

准确。大管小管适用于 ISO10534-2 标准，中管适用于美国 ASTM 标准)；延长管主要用于

测试较厚的材料。 (2) 然后在 Measurent 栏输入合适的频率范围，在 Front End 栏中点击 Connect Signal 对输入通道进行正确配置； (3) 对使用 Random 信号激励声场的 FFT 分析，建议取较细的频谱分辨率，这样可

以增大 FFT 分析的数据块长度； (4) 建议选择 100 次以上的线性平均以提高信噪比。 (5) 通道校准(每次必须执行，只在使用同一 PULSE 项目，同一序列号传声器，同

一管子时可以跳过) 取出 4187 麦克风对，使用 4231 校准器，进行常规的幅值增益校准。 (6)信噪比测量分别选择背景噪声测量和信号测量(建议按照先背景后信号的顺序进行)，系统将自

动计算信噪比，如果在测量完成后没有警告出现，即可继续下一步,在测量时，建议

选择 Autorange 自动定量程以避免发生过载。 (7)传递函数修正分别选择互换麦克风位置测量和正常麦克风位置测量(建议按先互换、后常规的顺序

进行)，系统将自动完成修正(两次测量的传递函数作几何平均)。如果在测量完成

后没有警告出现即可继续下一步(在分析频率范围高达 6.4kHz 时，一般幅值误差均

能满足容限差，但是可能出现相位误差超出容限值，这时可以返回第一步的设置栏，

调大相位误差容限)，在测量时，一般选择 Autorange 自动定量程。 (8)样品测量

图 F.13 阻抗管 4206 的不同组合 (a) 小管 (b) 大管 (c) 大管(宽间距)

101

在 Add New Measurnent 中添加测量次数和样品名称然后点击 Add 加入添加信息，

之后即可 Meausrment Control 栏中选中某个按 Start 进行测量 (9)后处理在 Average 栏可以按照管的类型，输入平均后希望出现的名称，选择某几次测量结

果，点击 Average 进行平均；在 Combine 栏可以组合大管和小管的测量数据后点击 Combien 进行组合，( 注意：

Tube low 表示是测量低频范围――大管，Tube high 表示是测量高频范围――小管，

不可以颠倒顺序) ；在 Extract 栏可以按照管的类型，从 FFT 频响法测量结果中合成 1/n 倍频程方式的

结果后在 Result 栏，在希望显示的函数名称前打钩，显示图形(注意：如果没有数据

在图形上显示，可以在图形中央单击右键，选择属性，在 Function 页，选择 Result函数组，在组中单击要显示的函数 -c 表示数据经过大小管的组合 -e 表示数据是

从 FFT 线性谱合成为 1/n 倍频程方式 )。 (10)报告存储注意在 Excel 表格的左下角的多表格选项中存有各个函数结果。参考: 1、对于多孔材料，低可用的吸声频率范围受 1/4 波长的限制，即为了吸收低频

声，材料不得不做的很厚,如：对 152.4mm 厚的材料只能有效吸收 565Hz 以上的声

频信号； 2、实际使用吸声材料时，如果能在吸声材料与墙面或者天花板之间存在空气间隙，

可以大大提高材料对低频声的吸收； 3、参考标准一：ISO 10534–2: Acoustics – Determination of sound absorption coefficient and impedance in impedance tubes – Part 2: Transfer-function method ； 4、参考标准二：ASTM E 1050–98: Standard Test Method for Impedance and Absorption of Acoustical Materials using a Tube, Two Microphones and a Digital Frequency Analysis System .

102

8. PULSE 声强工具箱 TYPE3599 简介

Type3599是用于声强测量的双传声器探头工具箱，，如图F.14所示，专为BK的声强分析仪设计

的。探头组件包括ZH0632遥控单元、1/2”声强麦克风对4197（1/3倍频程中心频率：

20Hz～6.3KHz，用声压校准器时，1/3倍频程中心频率可达10 KHz）。组装好的声强

探头如图F.15所示。

应用：声强测量：用双传声器技术，根据 IEC1043 标准 1；声功率测量：根据 ISO9614－1，ISO9614－2；ECMA160 及 ANSIS12－12 声强地图

特性：相位及幅度严格匹配的传声器对；分别进行校准的数据； 1/3 倍频程中心频率范围： 20Hz～10KHz(修正) 20Hz～6.3KHz(按 IEC1043) 小的掩蔽及衍射效应；

明确的传声器间距；与分析仪相配的遥控单元。

一、声强传声器对

1/2"传声器对 Type 4197 的相位匹配在 20Hz～250Hz 之间优于 0.05°，在高频时优

图 F14 BK3599 声强探头工具箱

图 F15 声强探头结构示意图

103

于 f/5000 度，此处，f 为频率。装在 4197 传声器上的积分式相位修正器可达到这种

结果。规格化的传声器频率响应在 1KHz 内小于 0.2dB，在 7.1KHz 内小于 0.4dB。 Type4197 带有 8.5 ，12 和 50 的分隔器。所提供的校准数据（如图 F.16 所示）

包括上限达 6.3KHz 的 1/3 倍频带的相位差，250Hz 时传声器灵敏度及单个自由场频

率响应（安装在 1/4"前置上）。

二、遥控单元

与 Type3599 相配的遥控单元 ZH0632 有 4 个控制按钮及 4 个 LED 指示器，这些控

制按钮和指示器的功能由分析仪所用的应用软件所确定。遥控单元配备有可分离的电缆，既可可传送控制信号，又能传送麦克风信号。工具

箱内包括两种电缆：一种是用 2 个 7 芯 LEMO 和 1 个 9 芯 SUB—D 连接器连接便

携式 3560C；另一种是用 18 芯 LEMO 输入（例如：Type 2144,2143 和 3560）连接

遥控单元到分析仪。该电缆也用作 3560C 电缆的延长电缆。

三、技术规范

匹配的声强麦克风对声强自由场频率响（1/3 倍频程中心频率，用 1/2"麦克风 4197 连接到双通道前置

Type2683）： 8.5mm 分隔器：250Hz～6.3KHz（ δpi0 > 15.3dB） 12.5mm 分隔器：250Hz～5.0KHz（ δpi0 > 16.8dB） 50mm 分隔器：250Hz～1.25KHz（ δpi0 > 23dB）声强自由场频范围（用 1/4"麦克风 Type 4178） 6mm 分隔器：大 10KHz 12mm 分隔器：大 5KHz 尺寸：延伸杆长度：42 （16.5 英寸）宽度：43mm（1.7 英寸）重量：包含手柄：0.35 ，箱体：6.5

图 F.16 Type4197 校准数据

104

四、声强麦克风对 Type4197

直径：1/2" 极化电压（V）：200 开路灵敏度：11.2 mv/Pa (-39dB re 1V/Pa) 自由场频响（0°入射）：±1dB(5 Hz～12.5KHz), ±2dB(0.3Hz～20KHz) 共振频率：34KHz 频率低限（－3dB）：0.14 Hz 动态范围上限（失真 < 3%,100Hz）：162dB SPL 温度系数(－10～＋50,250Hz)：: -0.002dB/ 环境压力系数(250Hz): -0.00dB/Kpa 湿度系数（100%RH）：< 0.1dB 振动灵敏度（1m/s2）：65.5dB SPL 磁场灵敏度（50Hz,80A/m）：6～34dB SPL 前置安装螺纹：5.7～60 UNS 附件包括：8.5 分隔器 UC5439, 12 分隔器 UC5269,50 分隔器 UC5270

9. VS302USB 双通道声学分析仪

一、概述

BSWA VS302USB 是由

数据采集、数字信号处理

和计算机等部分组成的

虚拟仪器系统，其采集前

端如图 F.17 所示。各种

声学测量分析功能均通

过软件来实现，根据测量

原理及算法编成的程序，

被加载到数字信号处理

系统中运行。分析的结果

由计算机来显示，保存并打印；计算机是 BSWA VS302USB 硬件的核心组成部分，

几乎所有的分析计算工作都是由它来完成。分析的结果由计算机来显示，保存并打

印。

图 F.17 VS302USB 双通道声学分析仪系统前端

105

二. VS302USB双通道声学分析仪的主要功能

1.双通道频域分析

（1）测量频率范围：20 ～ 20 kHz，或自定义；（2）采样点数：512, 1024, 2048, …, 65536 点 FFT；（3）动态范围：96 dB （ 16 位 A/D， D/A ）；（4）窗函数：矩形，三角, Hamming , Hanning , Blackman , Barlett, Kaiser, Parzen；（5）平均方式：线性平均，指数平均，瞬态显示；（6）分析结果显示（两通道）：时间序列，幅频特性，相位频率特性，声谱，3D Surface；（7）频谱分析（自谱，互谱，传递函数，相关函数）；1/1, 1/3 倍频程谱分析，频

率范围（中心频率）：20 Hz ～20 kHz；（8）计权方式：线性及 A，B，C 计权；（9）平均方式：线性平均，指数平均，瞬态显示；

2.瞬态信号采集

（1）双通道同时采集；（2）采集长度：自定义, 数据直接存入硬盘；（3）触发电平可调；触发前采用循环缓冲区记录数据；（4）可在屏幕上显示数据的波形，相当于记忆示波器的功能，形成数据文件，可

供用户对数据作进一步处理，有后处理模块，可对记录数据进行分析处理。


白噪声，粉红噪声，1kHz 单频信号，自定义单频或多频信号，扫频信号，扫振辐信

号，方波，三角波，脉冲信号，自定义函数发生器。

三、安装步骤

1、计算机须有一个可用的标准 USB 接口，用 USB 线连接计算机和 MC112 USB。 2、启动计算机，安装时可能需要 Windows98/2000 的安装盘。 3、当设备接入计算机时，Windows98/2000 即插即用功能会找到这个新设备。计算机会提示找到‘USB Composite Device’，点击‘下一步’。 4、选定‘搜索设备的新驱动程序’，点击‘下一步’。 5、选定‘搜索软盘驱动器’，插入‘USB DRIVER DISK’，点击‘下一步’。 6、选定‘某一其他驱动程序’，点击‘查看列表’，选定‘USB Composite Device’，点‘确定’。 7、点击‘下一步’，此时需要 Windows98/2000 的安装光盘。 8、上述安装完成后，计算机会找到‘USB Audio Device’设备。 9、再次‘搜索软盘驱动器’，插入‘USB DRIVER DISK’，点击‘下一步’。 10、选定‘升级驱动程序 ST190-RCA’，点击‘下一步’，完成安装。 11、安装完成后，可用下述方法确认，点击‘控制面板’->‘系统’，选取‘设备管理器’

106

页面，确定在‘声音、视频和游戏控制器’栏下有 USB Audio Device。 12、运行 SpectraPlus ，在 Options 菜单中 Device 项，将 Input Device 改为 USB Audio Device。

10.PULSE 噪声和振动测试系统及 B&K

3560C 前端

一、概述

PULSE 系统是丹麦 B&K 公司于 1996 年推出的世界上首个噪声和振动多分析仪系

统，能够进行多通道、实时的、FFT、CPB、总级值等分析，目前的高版本为 10.0 。 PULSE 系统的平台包括软硬件两个部分：硬件和软件部分。硬件部分为 3560 B/C/D/E 型智能数据采集前端，如图 F.14 所示，前端中的模块可

以按照用户的测量和分析需求选择。软件部分为 7700 型平台软件(7700 型还可以细分为 7770 型 FFT 分析和 7771 型 CPB分析)。与 PULSE 平台上的其他应用软件相结合，可以满足用户在数据记录与管理、结构

动力学分析(如模态分析)、机械故障诊断(如包络分析、阶次分析)、声品质、声学材

料测试、电声测试等方面的多种要求。实验中 PULSE 系统的硬件配置为 3560C,如图 F.18 所示。

二、3560型 PULSE多分析仪系特点统

1.PULSE 多分析仪系统在 Windows 2000 或 Windows 2000XP 系统下工作。 2.每个通道分析带宽可达 204.8KHz,每个通道独立使用 24 位 A/D 转换（B&K 3560C前端具有 4 路输入通道及两路输出通道，每路输入通道具有 BNC 及 lemo 两种输入

图 F.18 B&K PULSE 声振测量系统前端 3560C 面板及外观结构图

107

方式），如图 F.18 所示。 3.对同一输入信号同时进行多种分析，减少了测试所需时间。 4.同时使用多种分析仪和采用多个同类型分析仪作不同参数分析. 5.支持外部悾件和数据导出（OLE 自动化和 Axtive 悾件），很容易通过 VB 、VC、Delphi 等常用的编程语言进行二次开发；内置 VBA（Visiual Basic for Application），不安装任何额外的编程语言也可方便的对 PULSE 进行编程控制。 6.利用 MS Word 快速及自动生成测量报告。 7.自动检测前端硬件，自动检测带传感器电子数据表的传感器（IEEE1445.4 标准，

即插即用）。 8.标准输入配置包括电压、恒流源驱动 CCLD、传声器和电荷型选件。 9.采集前端的数据通过 LAN 传至 PC 时，通讯距离可达 150 米（用无线 LAN 时更

远），由此可减少传感器长度。

三、PULSE系统操作基础

一个 PULSE 项目涵盖整个测量过程，并可包含许多不同的任务和分析。PULSE 的

设置主要在 Organizer 菜单的三个部分完成：Configuration Organizer (配置管理器), Measurement Organizer （测量管理器）和 Function Organizer (函数管理器)。 Configuration Organizer：用于设置传感器，定义测量信号名。 Measurement Organizer：用于设置所用的分析仪及其属性。 Function Organizer：用于对测量数据进行后处理。下面分别介绍这三个管理器的设置

1 .Configuration Organizer (用于对通

道选择传感器，对信号命名) 本步骤对使用智能型传感器，如 4190L 和

4508B，时可以省略打开 Organizer->Configuration，展开机箱和

模块图标（见图 F.19），单击 input 通道,从右

键菜单中 Select Transducer,在传感器数据库

中选择传感器,之后，通道图标会变成一个传

感器的形状。在传感器数据库的右半页中，点击 Find,选择对应传感器的 Serial Number 如果通道下没有信号名，可以单击通道,右键选择 Add Signal；在完成以上工作后，为了便于记忆关于测量的信息，可以编辑信号名。

2. Measurement Organizer(添加分析仪并设置分析仪、信号的属性) (1)打开 Organizer->Measurement，弹出测量管理器菜单，点击测量模板 (默认为

Working )，右键选择 Get Configuration 将 Configuration Organizer 中的设置读取到

Measurement Organizer 中来, (2)单击”Groups”,右键选择“New Group”,向信号组“Insert Signal” 信号编组的目的在于: a. 可在一次设置组中所有信号的属性,而不需要对每个信号

单独设置 b. 分析仪以信号组为单位来分析信号 c. 计算信号之间的互谱

图 F.19 配置管理器通道设置

108

CrossSpectrum 时需要用到一个组或不同组中的不同信号 (3)点击 Set-Up, Insert 所需要的分析仪，并向分析仪添加信号组 FFT 分析仪适合于对谐波成分丰富信号,找出纯音的频率； CPB 分析仪适合于对声音信号进行等百分比带宽分析； Recorder 分析仪用于记录原始时域数据(需要 7701 软件的授权) (4)之后向分析仪加入信号组 (5)单击分析仪，右键选择属性，在其 Setup 页面,设置分析仪的属性(第 4 章有这些

属性的详细解释) (6)激活，然后选择合适量程激活测量模板（或按 F2 键）,之后可以打开 Level Meter 级值表，如图 F.20所示 (或从 View 菜单下选择 Show Level Meter) 来监测输入信号当前的大小，从而

判断量程是否合适，合适的量程能够提高测量的信噪比。测量微弱信号，如消声室本底噪声、仪器本底噪声，一定要用小量程 7mV 测量。级值表的一大优点就是可方便的为非稳态信号定量程：在进行实测之前，进行一次

试测，然后点击级值表的第二个菜单项系统自动调整到合适的量程，即可进行正式

的测量. 如图 F.20 所示。当取得合适的量程时，信号显示为绿色，如 Sound 信号的大小约占

该量程满刻度的 1/2 至 2/3 。Acc 信号过载显示红色，需要提高量程。级值计显示

的其他颜色中，黄色代表信号大小接近该量程满刻度，蓝色代表信号远低于量程。 3. Function Organizer (对测量数据进行后处理)

(1) 打开 Organizer->Function,在 Function Group 中添加函数，单击函数的图标，可

以选择该函数的类型，双击该函数，可以得到该函数的图形(未点击 Start 之前，函

数图形为空白)。

(2)点击 Start （或按 F5 键）开始测量，即可观察函数图形按以上步骤建立测量项目，并可以保存该项目中的全部设置,包括该次测量的所有结

果,保存之后的文件名后为“.pls”。下一次可以直接打开此文件，激活，待 Level Meter 级值表中显示值稳定即可直开始测量。


图 F.20 被测信号级值表

109


如果所选择的传感器不在

Transducer Database 中，那

么在打开 Configuration Organizer 的前提下，打开

PULSE 程序界面菜单栏的

Configuration 菜单项，选择

Transducer Database 项 (倒数第 5 个菜单选项)，进入传

感器编辑界面，添加所设置

传感器的信息. 可以在传感器数据库的左半

个界面中先选择相应的传感

器类型，然后在序列号栏输

入该传感器的序列号(不能有

重复序列号 )、在 Accredit Calibration 下的灵敏度栏输

入该传感器的灵敏度—Accredit Calibration 下的灵敏度比 Nom .Sensitivity 下的灵敏

度优先权高。如果传感器灵敏度单位的加速度单位 m/s2 无法输入，请使用重力加速度 g，或者将

Windows 的区域设置改为 USA


在 Configuration Organizer 中对通道选择了正确的传感器后，好不要改动信号属

性 Channel 页的 Input 项，该项表示传感器的输入方式，如果改错了，将显示过

载或者测量结果不对，如图 F.21 所示，Input 共有三种输入方式：Direct / CCLD / Preamp • Direct –可接入直接电压信号或者经过理调后的信号，注意电压单峰值在通道的量

程以下，如 3109，3032A 模块通道量程均为 7V 峰值，注意这时需要编辑通道的灵

敏度，否则测得结果将只显示电压值 • CCLD - Constant Current Line Drive 恒流源线驱动工作方式，该方式需要为传感器

内部或外部的放大电路提供电源，电流为 4mA，电压 24V.使用内置放大电路的 B&K传感器有 4506、4507、4508 等等、可由前端供电的外部放大器有 2646、2647 等。传感器内置放大电路的缺点是不耐高温，因此在高温环境下常使用电荷型加速度计,外接适调放大器，如 2647、2692 系列，再接入前端的输入通道。CCLD 方式的传

感器在激活测量模板之后需要经过 5s左右的建立时间(供电――会显示短时的过载)才开始工作；

图 F.21 信号属性设置菜单

110

• Preamp – 使用 7 芯 LEMO 接头对 Microphone 的前置放大器供电前置放大器是传声器与 3560C 输入通道的联接部分，起阻抗变换作用，同时，还经

由它为传声器提供极化电压。预极化类型的(Prepolarized也称为驻极体.)Microphone不须加极化电压, 外部极化类

型(Ext. Polarized ) 的 Microphone 需要由前端的通道或外部理调放大器(如 2690)提供极化电压,极化方式错误会导致通道的输入值远远低于真实值. 请注意，在直接使用 PULSE 知识库中的范例时，需要对通道进行传感器工作的正

确设置。如，4508 传感器需要恒流源供电，又如,某个通道接 4191 传声器，需要 200V的后极化电压。


测量振动一般使用加速度计，因为加速度计具有以下优点：动态范围大、频率范围

宽、线性度好、稳定性高、安装比较方便。压电加速度计能正确测量被测物振动的前提是加速度计的底座与被测物保持刚性

连接。下面简介使用和安装的基本原则: （1）安装加速度计的平面应平整光洁，并且与被测对象之间有直接或短传递

路径。对单轴向加速度计，要注意测量的方向即主轴方向是否是所关心的测量方向。（2）使用螺栓连接时，螺纹孔应与表面垂直。（3）加速度计的电气绝缘性能是各不相同的, 如4394本身带有绝缘底座, 而4397则需使用绝缘螺栓外加云母垫片附件(Type YO0534)来保证绝缘。绝缘螺钉接触面垫

以云母垫片固定；绝缘螺钉安装可很好的解决测量系统的地回路问题。（4）蜂蜡固定法适合在常温下、传感器重量小于 100 克时使用，非常方便，但

温度被限制在 40以下。大振级为 100 m/s^2 或 20 g(峰值)。（5）快干胶如 502 等使用也较多，频率特性较宽（但不宜使用软性粘接剂），且

胶水易弄脏螺孔，温度也受到一定地限制。在拆卸传感器时请从侧面轻轻剪切，而

不是从安装的垂直面拔。（6）磁铁座安装适合快速测量，但使用磁性底座高振级和测量频率受到限制。

这一安装方法使得安装共振频率下降到 7kHz 左右，从而使高可用频率下降到

2kHz(即 1/3 安装共振频率附近)。磁铁座的吸力也有限，可测振动范围不超过 200g。（7） 3M 公司双面胶带安装，其 9473 型双面胶工作温度可达 +249 , 厚度

0.25mm , 您也可以直接向 3M 公司技术中心寻求相关支持详情请查询

http://www.3m.com/的中文网页. （8）特殊地点需要夹具安装时，夹具要采用刚度大、质地轻地材料制造，其自

身固有频率要远大于测量频率的上限.当您需要特殊夹具时请联络我们。（9）加速度计的电缆要可靠固定,如果电缆线在测量过程中发生晃动、弯曲、拉伸

将引起导体与屏蔽层之间的局部电容和电荷的变化，从而引入更多的干扰。（10）对小而轻地物体（如小叶片）要考虑安装加速度计后的质量加载效应，一

般加速度计与被测物的质量比要小于 1/10。

111

（11）请勿将传感器掉落到结实的坚

硬表面。（12）各种传感器都不能在超出规定的

温度范围外工作


• 不要紧贴被测物表面，并远离反射面

与障碍室外测量时距离反射面至少 3.5m，当需要测量环境噪声如交通噪声对某

居民的影响时，传声器应距离房屋正面 1～2m;建议采用三角架固定传声器，如果需

要手持，则需要伸出手臂，传声器距离人体 1m • 顺风，当风速超过 5 m/s 时要加防风罩 • 传声器距离地面高度 1.2 至 1.5m • 传声器的主轴方向与声传输方向的关系随所用传声器类型不同有差异，如图 F.22示。 (1)当在自由场内使用自由场型传声器时（4188/4189/4190/4191 型），自由场型传声

器对传声器加入声场后引起的差异进行修正(设计时即保证)，测量结果相当于传声

器未放入时的情况，传声器主轴方向须与声传输方向一致。 (2)当在自由场内使用压力场型传声器时(4192/4193 型)，压力传传声器则不对传声器

加入声场后引起的差异进行修正，传声器主轴方向须与声传输方向夹 90o 角 (3)当在自由场内使用无规入射型传声器时，传声器主轴方向须与声传输方向夹 70°至 80°角。 • 不要打开传声器的保护盖，更不能在前端工作中打开保护盖或插拔传声器。 • 传声器的膜片与后极板之间距离很近，一般只有几十微米，虽然 B&K4188 至 4193型传声器均能在 100% RHD(相对湿度)下正常工作，但是为了延长使用寿命，建议

传感器在不使用时放入干燥皿中保存。一般的，对于传声器，无论是哪一家公司生

产的，都不宜放在空气潮湿的地方保存。

11.YD 系列加速度传感器

一、概述

压电式加速度传感器在振动测试领域中是应用广泛的传感器之一。因为它具有工

作频带宽、体积小、重量轻、受命长、安装方便、不易损坏等优点、这种传感器的

设计与生产在国际上已趋于标准化。北京测振仪器厂生产的 YD 系列加速度计外形

如图 F.23 所示，可以方便地与的 DHF 系列电荷放大器、阻抗变换器（电压跟随器）

图F.22 不同类型传声器与声波入射的方向

112

或国内外同类产品配套使用。

图 F.23 YD 系列加速度计


（1）电荷灵敏度 SQ：传感器承受单位加速度输出电荷量的多少称为电荷灵敏度，单位是微微库仑/米秒

－2

（PC/ms-2）（2）电压灵敏度 SV：传感器承受单位加速度输出电压量的多少称为电压灵敏度，单位是毫伏/米秒

－2

（mv/ms-2）（3）横向灵敏度比：传感器承受横向加速度时的大灵敏度与轴向灵敏度的百分比，成为横向灵敏度

比。这是由于制造尺寸的公差和压电元件的不均造成的。该比值越小越好。优势

传感器<2%，一般应<5%。（4）频率响应：在振动加速度恒定时，传感器在不同频率下的输出响应。200Hz 以下取决于配接的

二次仪表下限，一般可以达到 0.3～1Hz，频率上限（f 上）对于各种规格的传感器

不尽相同。fn 为安装谐振频率。低于 f 上的频带为工作频带，一般为 fn 的 1/3～1/5. （5）温度响应：不同温度下的输出变化量。（6）环境特性：如声灵敏度（ms-2/130dB）、磁灵敏度（ms-2/100Gs）、基座应变灵

敏度（ms-2/ μ ε ）、温度瞬变灵敏度（ms-2100ºC）等。压电加速度传感器的主要技

术指标按 ZBY198-1983《压电加速度传感器国家专业标准》的要求进行检定。压电加速度传感器一般应每年检定一次，年稳定度为 3％。（7）北京测振仪器厂 YD 系列传感器的技术性能参数详表 11.1。表 11.1YD 系列传感器的技术性能参项目 YD-1 YD-3-G YD-5 YD-8 YD-12 YD-36 YD-39 电荷灵敏度

（pc/ms-2） 0.3-0.5 8-12 7-11 0.7

电压灵敏度

（mv/ms-2） 8-13 1-2 0.4-1.0

频响（ Hz

± 1dB） 1-10000 1-10000 1-1000 1-15000 1-20000

1-18000 1-10000 1-5000 1-10000

113

横向灵敏度

（<%） 5 5 5

工作温度（oC） -40-+80 -40-+150 -40-+80 -40-+80 -40-+80 -40-+80 -40-+80 大可测加速

度（ms－2） 2000 2000 300000 5000 2000 2000 5000

安装螺纹

（mm） M5 M5 M5 M3 M5 M5 M5

外形尺寸

（mm） 15 六方×30高

17 六方×13.5高

12 六方×14高 9 六方×9 高 19 六方×26

高 17 六方×22高 9 六方×11 高

重量（g） 26 12 11 2.5 25 50 10

12.SD-6A 双积分电荷放大器

一、概述

SD-6A 双积分电荷放大器（见图 F.24）是一种多功能的非电量电测仪器，它与压电

加速度传感器配合，可组成理想的振动和冲击测量系统，实现对车辆、桥梁、铁路、

公路、地质、桩基、建筑物、飞行器等振动和冲击的加速度、速度、位移等多种物

理量的测量。功能多，可靠性高，用途非常广泛。 SD-6A 双积分电荷放大器具有如下特点： 1.双同道组合，体积小。 2.仪器具有三位数字拨盘开关，在使用不同灵敏度的传感器时，可使仪器输出归一

化，便于测试读数。 3.在电荷量测试中，可是用数百米长电缆，而被测信号无明显衰减。 4.由于器件集成度高，因此电路结构简化，性能稳定可靠。 5.仪器设低通 1（倍频程衰减 12dB）、低通 2（倍频程衰减>80dB），可供选用。 6.仪器设积分电路，可测量振动和冲击状态下的加速度、速度、位移。


1．大输入电荷量：低通 1 时为 105pC，低通 2 时为 5×104pC 2．大输出电压：低通 1 时为±10V（峰值），低通 2 时为±5V（峰值） 3．满量程时误差：加速度≤ 2％速度≤ 3％位移≤ 5％ 4．谐波失真：≤ 1％ 5．噪声电压：≤ 10％

114

图 F.24 SD－6A 电荷放大器面板

6．频率范围：加速度：0 dB、20dB：－0.1Hz～100kHz（－3dB）；40 dB、60dB－0.8Hz～100kHz（－3dB）；（低通 2 时高频率 20kHZ）速度：5Hz～2kHz；位移：5Hz～200Hz 低通滤波：低通 1（倍频程衰减 12dB），转角频率（Hz）：30、100、1k、线性（100kHz）（－3dB1±dB）低通 2（倍频程衰减>80dB），转角频率（Hz）：10、20、50、100、200、500、1k、2k、5k、10k、20k（－3dB±1dB）增益：0dB、20dB、40dB、60dB 供电方式：市电 220V（±10％） 50Hz；直流 12V 10．使用环境：相对湿度<80% 11．外形尺寸：宽×高×深＝280×70×222mm3

13. ZN1681噪声信号发

生器

一、概述：

ZN1681 噪声信号发生器（见图 F.25）是高

稳定度的噪声源，与我国目前生产的同类产

品相比较，它具有小型，轻便，功能齐全的特点。

图 F.25 ZN1681 噪声信号发生器面板

115

本仪器可以产生 20Hz～100KHz 和 20Hz～20KHz 的白噪声，还可以产生 20Hz～50Hz 的粉红噪声。本仪器有一个-3dB/0ct.滤波器和一个压缩范围>70dB 的压缩电路，这两者都可以单

独使用。本仪器作为测试设备中模拟系统中的噪声源，它可以广泛的应用于电声学，建筑声

学，振动，电影，音响设备和无线电通讯等方面。白噪声可以测量接收机的频率响应，测量自动控制系统和遥感系统的抗干扰度。粉

红噪声还可以用于测量混响特性，也可测量影院系统推广采用的 A、B 环绕监听特

性曲线。本仪器的压缩放大器，可以控制声和振动试验。此压缩放大电路即可控制本仪器产

生的噪声，也可单独使用。本仪器符合 SJ2577～2581-1985《扬声器标准》对白噪声信号的要求。本仪器属于电子工业部部标准 SJ2075-82《电子测量仪器环境总纲》中规定的Ⅱ组

仪器。消耗功率：5W 外形尺寸：l×b×h，mm：240×140×210；重量：约 3.25Kg。

二、工作特性：

1.噪声源部分

(1)20Hz～100KHz 白噪声 20Hz～50KHz 频率范围内功率谱密度为 10-4V2/Hz，电平不均度为± 1dB。 (2)20Hz～20kHz 白噪声电平不均度为± 1dB (3)20Hz～50kHz 粉红噪声电平不均度为± 1.5dB (4)可输出-10dB 的 20Hz～50kHz 粉红噪声 (5)用作-3dB/oct.滤波器 (6)0-3.16Vrms 连续可调（20Hz～100KHz 白噪声） (7)输出电平稳定度：0～40oC 温度范围内≤ ± 1dB (8)输出负载阻抗≥ 5k Ω (9)信号杂音比：优于 60dB

2.压缩部分

(1)压缩速度：3dB/s 10 dB/s 30 dB/s 100 dB/s 300 dB/s 1000 dB/s (2)压缩范围：>70dB (3)压缩信号的频率范围：20Hz～200kHz (4) 大输入信号：9.5Vavg (5) 小输入信号：0.5Vavg (6)失真：压缩速度为 1000 dB/s 时，小于 2％； (7)压缩速度为 3 dB/s，10 dB/s，30 dB/s，100 dB/s，300 dB/s 时，小于 1%

116

14. GF-10 功率放大器

一、概述

GF-10 功率放大器（见图 F.26）主要用来推动小激振器、振动台、

扬声器等负载，其的使用频率范

围从 DC～100KHz，输出功率为

10VA（10Ω），该放大器带有输

出电压、电流指示和过流保护装

置。


输出能力：功率：10VA(0.5Hz～10KHz), 5VA(DC～0.5Hz,10 ～70KHz) 电压：10V(0.5Hz～10KHz), >7V(DC～0.5Hz,10 ～70KHz) 电流：1A 频率响应：（小信号型）直流输入：DC～100KHz < 0.5dB 交流输入：20Hz～100KHz < 0.5dB 输入阻抗：10KΩ 增益：20dB 谐波失真：< 0.5% 20Hz～100KHz（全输出）输出噪音：< 2mV (输入短路) 稳定度： < 50mV (在电源电压 220V±10%环境温度－10～＋40条件下) 指示精度：±5% 1KHz 条件测试，±1dB 20Hz～10KHz 功率消耗：全输出时 < 30VA。

15 .JZ-2A 型激振器

一、概述

是一台具有永久磁场的小型振动设备(见图 F.27)，由于采用新设计，新材料及新工

艺，其性能基本达到国际先进水平，并已得到美国 PCB 公司认可。

图 F.26 GF-10 功率放大器面板

117

通常，JZ-2A 型激振器由本厂生产的

GF-10 型功率放大器来驱动。同时也可用

任何放大器来驱动，其大输入电流为

2A。 JZ-2A 型激振器是利用新型材料制造的

永久磁钢在空气隙内提供高的磁通密度，

产生大的加速度，其大空台免得大加

速度为 340m/s2(34g). 运动部件采用新设计方法制成的，从而达

到极宽的频带，使空台面达到 18kHz 以

上的第一轴向共振频率。


1．额定出力：1kg 2．额定输入电流：2A 3．力常数：0.55kg/A（有效值） 4．系统共振频率：18kHz 5．线路阻抗：2.5 Ω（500kHz） 6．大位移：± 3mm 7．重量：1900g（不包括手轮、支架） 8．外形尺寸：Φ 76×83mm（不包括支架） 9．可动部分重量：29g

16. TDL-2 调谐式带通滤波器

图 F.27 JZ-2A 型激振器外形

118

一、概述

TDL-2 调谐式带通滤波器（见图 F.28），具有 3％和 23％（1/3 倍频程）恒百分

比带宽选择，是小型便携式滤波器，其

频率范围为 1Hz-10kHz 分成 4 档，每档

为一个十倍频程，中心频率连续可调。该仪器采用了先进的开关电容滤波器

模块，具有 Q 值高，选择性好，可靠性

高的特点，作为测量仪器的外接式滤波

器，它适用于通用于通用测振仪配接振

动信号的窄带频率分析。


1.频率范围：1Hz-10kHz 分四个量程：1-10Hz,10-100Hz,100-1000Hz,1kHz-10kHz； 2.分析带宽选择：3％ 23％（1/3 倍频程）； 3.衰减：3％档>34dB/倍频， 23％档>16dB/倍频程； 4.输入电压范围：0.2－3.5V（有效值）； 5.选择频率增益：0dB ± 1dB； 6.输入阻抗 >200k Ω； 7.噪声 <10mV； 8.失真度 ≤ 1％； 9.电源：AC：220V； 10.尺寸：120（B）×124（H）×180（D）mm； 11.重量：1.5kg

图 F.28 TDL-2 调谐式带通滤波器

119

附录二实验报告样式

实验报告

姓名：实验名称：

学号：课程名称：

班级：实验室名称：

组号：实验日期：

一、实验目的、要求

二、实验原理

三、实验环境实验用的软、硬件环境（软件名称、版本，仪器、设备名称及主要规格等）

MATLAB7.0 WindowsXP 通用计算机 P4 1.7/256

五、实验过程、数据记录、处理及结论

六、讨论对实验中存在的问题、进一步的想法等进行讨论

指导教师评语:

成绩：指导教师签名：

批阅日期：

1

《单片机原理与应用》

实验指导书


2006 年 7 月

2

目录

第一章：实验设备简介 5

1.1 系统实验设备的组成.......................................................................................................................... 5 1.2 CYGNAL C8051F 单片机开发工具简介 ............................................................................................. 5

1.2.1 开发工具概述 .............................................................................................................................. 5 1.2.2 开发工具主要技术指标 .............................................................................................................. 5 1.2.3 IDE 软件运行环境........................................................................................................................ 5 1.2.4 开发工具与 PC 机硬件连接 ....................................................................................................... 5

1.3 NMC-20XX 核心模块简介................................................................................................................. 6 1.3.1 核心模块概述 .............................................................................................................................. 6 1.3.2 C8051F020 片上系统单片机片内资源 ....................................................................................... 6 1.3.3 核心模块的组成(框图)................................................................................................................ 7

1.4 系统实验板 ......................................................................................................................................... 7

第二章 CYGANL 单片机开发工具集成开发环境 IDE 使用

说明 9

2.1 CYGNAL 集成开发环境软件简介 ....................................................................................................... 9 2.2 CYGNAL IDE 界面 ............................................................................................................................. 10

2.2.1 窗口 ............................................................................................................................................ 11 2.2.2 菜单 ............................................................................................................................................ 11 2.2.3 工具栏 ......................................................................................................................................... 14 2.2.4 状态栏 ......................................................................................................................................... 16

2.3 软件的基本操作 ............................................................................................................................... 16 2.3.1 项目管理（创建和打开项目） ................................................................................................ 16 2.3.2 源程序的编辑 ............................................................................................................................ 17 2.3.3 源程序的编译和链接 ................................................................................................................ 17 2.3.4 集成开发环境与您的目标系统连接 ........................................................................................ 17 2.3.5 下载代码到 FLASH ................................................................................................................... 18 2.3.6 设置断点和观察点 .................................................................................................................... 18 2.3.7 运行和停止 ................................................................................................................................ 19 2.3.8 查看和修改存储器寄存器和变量 ........................................................................................ 20

第三章 CYGNAL 单片机实验 22

3.1 C8051F 单片机 I/O 口交叉开关设置............................................................................................. 22 3.1.1 优先权交叉开关译码器 ............................................................................................................ 22 3.1.2 交叉开关引脚分配 .................................................................................................................... 22

3.2 在 C8051F020 单片机上的初级软件实验(汇编语言) .................................................................. 23 3.2.1 无符号数、十进制加法实验 .................................................................................................... 23

3

3.2.2 数据传送实验 ............................................................................................................................ 24 3.2.3 数据排序实验 ............................................................................................................................ 25 3.2.4 整数二翻十实验 ......................................................................................................................... 26 3.2.5 查表实验 ..................................................................................................................................... 30

3.3 I/O 口与标准串行口实验（C 语言） ............................................................................................. 31 3.3.1 七段码显示实验 ........................................................................................................................ 31 3.3.2 HD7279 键盘输入实验 .............................................................................................................. 32 3.3.3 C8051F020 定时器实验 ............................................................................................................ 34 3.3.4 I2C 接口日历时钟 S-3530A 应用实验..................................................................................... 34 3.3.5 RS232 串行口实验..................................................................................................................... 35

3.4 应用实验（C 语言） ....................................................................................................................... 37 3.4.1 温度测量实验 ............................................................................................................................ 37 3.4.2 压力测试实验 ............................................................................................................................ 38 3.4.3 点阵液晶显示实验 ..................................................................................................................... 40 3.4.4 直流电机转速测量控制实验 .................................................................................................... 42 3.4.5 步进电机控制实验 .................................................................................................................... 44 3.4.6 以太网测控实验 ......................................................................................................................... 46 附录 1 C8051F 系列单片机开发工具 JTAG 口线定义 ................................................................... 51 附录 2 NMC-20XX 核心模块原理图 ................................................................................................. 52 附录 3 系统实验板原理图 ................................................................................................................. 54 附录 4 系统实验板元件排列图 ......................................................................................................... 55 附录 5 CYGNAL 单片机选型表 ......................................................................................................... 57

4

前言

MCS-51单片机及其衍生产品在我国乃至世界范围获得了非常广泛的应用，尤

其是在我国，大部分大专院校都采用MCS-51单片机作为教学机型，大部分单片机

系统工程师都熟悉MCS-51单片机。随着一些高集成度高性能的8位和16位RISC单

片机的推出,基于标准8051 内核的单片机正面临着退出市场的境地。因此一些半

导体公司开始对传统8051内核进行大的改造，主要是提高速度和增加片内模拟和

数字外设，以期大幅提高单片机的整体性能。Cygnal集成产品公司推出的C8051F

单片机的出现令业界人士耳目一新使广大单片机系统设计人员看到了51单片机

新的曙光。

MCS-51单片机引入教学已达10年之久，大家一直期盼着有更先进的单片机引

入教学，C8051F已成为事实上51的升级换代产品，那么必然会成为经典单片机教

学的方向，该设备可为大专院校教学实验课提供多项实验，使得学生和单片机的

初学者建立单片机系统，并可完成基础应用的培训，使学生掌握C8051F的基本应

用。本实验设备比常规的教学设备增加了以太网测控实验，可做为研究生教学选

修课。也可起到为本科生提供了解当前测控领域前沿技术的引导作用。

5

第一章：实验设备简介

1.1 系统实验设备的组成

NCD-CIP51F020系统实验设备由Cygnal片上系统单片机开发工具、可用于以

太网测控的NMC-20XX核心模块和系统实验板三部分组成，应用该设备可进行片上

系统单片机较典型应用的实验，请参见以下介绍。

1.2 Cygnal C8051F 单片机开发工具简介

1.2.1 开发工具概述

Cygnal的开发工具实质上就是计算机IDE调试环境软件及计算机RS232到

C8051F单片机JTAG口的协议转换器(EC2)的组合。CygnalC8051F系列所有的单片

机片内均设计有调试电路，该调试电路通过边界扫描方式获取单片机片内信息，

通过4 线的JTAG 接口与开发工具连接以便于进行对单片机在片编程调试。

NCD-CIP51F020系统实验设备中的NMC-20XX核心模块上的单片机为C8051F系列中

的F020。

适配器(EC2)一端与计算机相连，另一端与C8051F单片机JTAG口相连，应用

Cygnal提供的IDE调试环境或Keil的uVision2调试环境就可以进行非侵入式、全

速的在系统编程(ISP)和调试。

Cygnal 开发工具支持观察和修改存储器和寄存器支持断点、观察点、堆栈指示

器、单步、运行和停止命令。调试时不需要额外的目标 RAM、程序存储器、定

时器或通信通道、并且所有的模拟和数字外设都正常工作。

1.2.2 开发工具主要技术指标

支持的目标系统：所有C8051Fxxx 系列单片机。系统时钟：大可达25Mhz。通过RS232接口与PC机连接。支持汇编语言和C51源代码级调试。第三方工具支持（Keil C）。

1.2.3 IDE 软件运行环境

要求PC 机能够运行开发工具软件并能与串行适配器通信对PC 机有如下系统

要求： Windows 95/98/Me/NT/2000/XP 操作系统 32Mb RAM 40Mb 自由硬盘空间空闲的COM口

1.2.4 开发工具与 PC 机硬件连接

在系统编程和调试环境如图下所示。

6

硬件连接及软件安装：将JTAG扁平电缆与串行示配器EC2连接；将JTAG扁平电缆的另一端与目标系统连接； RS232串行电缆的一端与EC2连接；连接RS232串行电缆的另一端到PC；给目标系统上电；插入CD并运行“SETUP.EXE”，将IDE软件安装到您的PC机；在PC机的开始菜单的程序项中选择Cygnal IDE点击Cygnal图标，运行IDE

软件。

1.3 NMC-20XX 核心模块简介

1.3.1 核心模块概述

NMC-20XX 核心模块是为了用于工业测控包括以太网测控功能而设计的，模

块中包含有功能非常强的C8051F020单片机(F020片内资源见1.3.2)；片外扩展的

1MBit SRAM、IS62LV1024；片外以串行方式扩展的4MBitFlash存储器AT45DB081；

该模块用4层PCB板设计面积仅为42.5mm×53.8mm，模块上设计有连接F020单片机

的JTAG调试接口，有用于扩展和应用连接的2×40P双排针，该双排针可与不同用

户设计的应用系统连接，如在该教学系统上将和系统实验板连接。

1.3.2 C8051F020 片上系统单片机片内资源

① 模块外设

(1) 逐次逼近型8路12位ADC0

转换速率大100ksps

7

可编程增益放大器PGA

温度传感器

(2) 8路8位ADC1输入与P1口复用

转换速率500ksps

可编程增益放大器PGA

(3) 两个12位DAC

(4) 两个模拟电压比较器

(5) 电压基准内部提供 2.43V

外部基准可输入

(6) 精确的VDD监视器

② 高速8051微控制器内核

流水线式指令结构速度可达25MIPS

22 个矢量中断源

③ 存储器

片内4352字节数据RAM

64KB Flash程序存储器可作非易失性存储

外部可扩展的64KB数据存储器接口

④ 数字外设

8个8位的端口I/O

I2C 、SPI、2个增强型UART串口

可编程的16位计数器/定时器阵列(PCA)

5个通用16位计数器/定时器

专用的看门狗WDT

更详细资料可参见Cygnal C8051F02x datasheet

1.3.3 核心模块的组成(框图)

1.4 系统实验板

系统实验板硬件逻辑结构如下图，电路图及器件分布图参见附录

系统实验板框图

8

系统实验板可按教学需要与核心模块组成目标系统，然后由与核心模

块中的C8051F020单片机，JTAG口相连接的Cygnal开发工具在系统实现开发

调试。

实验者可参照第三章后的实验例程下装各应用程序，也可独立设计程

序(C或汇编)，然后就可开始在系统调试了。

该系统实验板由多个相对独立，又能组合的实验硬件模块组成(参见框

图)。硬件模块包含有：

(1) NMC-20XX核心模块，核心模块资源：

1) C8051F020 外扩1MBit SRAM-IS62LV1024；

2) C8051F020 以串行方式扩展的4MBitFlash存储器-AT45DB081；

3) 用于以太网功能的RTL8019AS；

4) 系统日历时钟芯片日本精工S-3530A；

5) C8051F020 片内的Flash用于非易失性存储实验；

6) C8051F020 片内4KSRAM的应用实验；

7) C8051F020 片内可编程计数器阵列PCA的应用实验；

8) C8051F020 片内温度传感器应用实验。

(2) HD7279 6 位 LED 数码显示与 4 4 键盘扫描电路；

(3) 用于开关量输出接口实验的D1～D16发光二极管；

(4) 用于8 路开关量接口实验的K1～K8，KP1～KP8；

(5) 温度测试实验的DS18B20数字温度传感器；

(6) 电位器测量电压模拟输入电路；

(7) 压力应变片传感器模拟输入电路；

(8) 128×64点阵液晶显示模块；

(9) RS232通讯电路；

（10）RS485通讯电路；

（11）RJ45以太网接口；

（12）DAC输出控制直流电机调速电路；

（13）步进电机控制实验电路；

9

第二章 Cyganl 单片机开发工具集成开发环境 IDE 使用说

明

2.1 Cygnal 集成开发环境软件简介

Cygnal集成开发环境软件提供了开发和测试您的项目所必须的工具。具有如下特

点：

源代码编辑器

项目管理器

集成8051宏汇编器

FLASH编程器

支持Cygnal 的全速、非侵入、在线调试逻辑

实时断点

比使用ICE 芯片、目标仿真头、电缆与仿真插座的仿真系统有更优越的性

能

源程序级调试

有条件的存储器观察点

存储器与寄存器检查与修改

单步与连续单步执行方式

支持第三方开发工具

MCU程序代码初始化配置向导

源代码编辑器

编辑器包括所有标准的Windows编辑功能，包括剪切、粘贴、复制、取消/重

复、查找/替换及书签等。并为8051汇编语言和C语言提供了彩色句法加亮功能。

你可以扩充加亮的关键字的目录，也可以定义所使用的颜色、用户可配置字体文

本颜色与Tab键设置。

项目管理器

一个项目由源文件、目标与库文件、工具配置和IDE查看等组成。项目管理

保存了查看与工具设置，及在编译中所使用的多卷文件，包括要通过第三方汇编

器、编译器和连接器处理的文件。

集成8051宏汇编程序

8051宏汇编程序与IDE 结合成一体。此汇编程序接受IntelMCS-51可兼容源

文件并且创立可下载的Intel十六进制文件。它也产生所有的必要调试信息，提

供汇编语言源程序级调试。

FLASH编程器

编译之后，在IDE界面集成的FLASH编程器允许代码立即下载至MCU在片闪存，

将源代码修改与在系统调试之间的时间小化。

非侵入调试

10

连接到MCU片上调试电路的IDE，使用终应用中安装的MCU 进行全速、非侵

入式在系统编程调试。片上调试逻辑比使用ICE芯片、目标仿真头与有噪声的电

缆的仿真系统性能更优越，为评估你的混合信号设计的实际模拟性能，提供了必

要的信号完整性。

源程序级调试

源程序窗口也是工作调试窗口。当监控寄存器与存储器内容时，你可以在源

程序中观察当前的程序计数器位置，设置并且清除断点，执行单步运行。

断点

断点可以设置在源程序行中在执行指定源程序行的第一指令之前，立即停止

执行断点由MCU的片上调试电路支持，并且不影响程序的实时执行。

存储器观察点

当一个或者多个数据存储器位置或者寄存器与指定的值符合或者改变时，可

以有条件的定义存储器观察点，停止程序执行。

第三方工具支持

完全支持FLASH 编程和IntelOMF-51绝对目标文件的源程序级调试，允许在

软件开发时使用第三方链接工具。

配置向导

配置向导自动地产生MCU和片上外设初始化代码。单击检验栏，并且在对话

框中输入数值产生所需的带注释的汇编语言代码，使能和配置外部设备，设定输

入/输出端口功能，并指定MCU等操作。

2.2 Cygnal IDE 界面

Cygnal IDE的主界面如下图所示。

11

2.2.1 窗口

Cygnal IDE的主界面由项目窗口编辑、调试窗口和输出窗口组

成。

项目窗口文件察看，用于察看和管理与项目相关的文件。符号察看，用于察看项目中使用符号的地址。

编辑/调试窗口

编辑窗口―用于项目中所选文件的编写或编辑。

调试窗口―代码下载后，在调试期间此窗口用于观察存储器、寄存器和

变量等

输出窗口

输出窗口是由三个复选窗口组成，这些复选窗口用于显示调试过程中的信息。 Build选项窗口―显示由集成的汇编/编译/链接工具产生的输出信息。如

果在汇编/编译过程中出错，用户可以双击窗口中的一条错误信息，则在编

辑窗口中就会显示发生错误的代码行。

List选项窗口―用来显示新编译或汇编所产生的列表文件。

Tool选项窗口，如果工具输出被重定向到“tool.out”文件名，此窗口

将显示自定义工。

2.2.2 菜单

File菜单

菜单项描述

New File （新文件）创建新文件

Open File （打开文件）打开文件对话框打开所选文件

Close File （关闭文件）关闭当前打开的文件如果打开的文件已被编辑则将弹出对

话框询问是否存盘

Save （保存）保存当前激活的文件

Save As （另存为）允许当前打开的文件换名存盘

Save All （保存所有） IDE 将保存所有打开的文件

Print Setup （打印设置）打开打印机对话框选择打印机参数

Print （打印）打印当前文件

Recent Files （近文件）此菜单区将列出IDE 近编辑的文件

Recent Projects （近项

目）此区域提供一种快捷方式用以打开IDE 的近打开的项目

Exit （退出）推出IDE

Edit 菜单

菜单项描述

Undo (撤消) 此命令使编辑器退回到近的编辑命令

Redo （重做）此命令使编辑器退回到近的undo 命令

Cut（剪切）此命令使选定的文字高亮被删除但将文字复制到剪切板

12

Copy （复制）此命令将选定的文字复制到剪切板

Paste (粘贴) 此命令将剪切板的内容粘贴到当前光标位置

Find (查找)_ 此命令打开对话框用户可键入查找的参数并在当前文件查找

Replace （替换）此命令打开话框允许用户在当前文件查找并替换字符串

View 菜单

菜单项描述

Debug Windows (调试窗口) 此菜单包含有子菜单在子菜单中列出了所有存储器和寄

存器窗口这些窗口只有在调试时才可见

Project Window （项目窗口）此菜单项触发显示IDE 项目观察窗口

Output Window （输出窗口）此菜单项触发显示IDE 输出窗口

Toolbars （工具栏）此项目菜单允许用户选择工具栏是否可见也允许用户定

制工具栏

Status Bar （状态栏）此菜单允许用户触发显示IDE 状态栏

Workbook Mode （工作薄模式）此菜单项允许用户在正常和笔记本模式之间选择

Project 菜单

菜单项描述

Add Files to Project （加文件到项目）此菜单命令将添加文件到当前项目

Assemble/Compile Current File and Stop

Assemble/Compile Current File （汇编/

编译当前文件和停止汇编/编译当前文件）

此菜单将汇编/编译当前文件汇编器/编译器

输出将显示在输出窗口中的build 窗如果编

译器/汇编器报告错误输出窗口中将显示错

误概要用鼠标双击错误IDE 将显示相应发生

错误的源代码行

Build/Make Project （生成项目）此菜单命令将生成目标代码

Open Project （打开项目）调用浏览对话框浏览项目文件并打开

Save Project （保存项目）保存当前打开的项目

Save Project As （另存项目为）换名保存项目

Close Project （关闭项目）关闭当前打开的文件和窗口

Tool Chain Integration （工具链接集成）调用集成链接工具对话框来定义外部汇编器

编译器和链接器

Target Build Configuration (目标生成配

置) 调用目标生成配置对话框用来定义生成过程

Debug 菜单

菜单项描述

Connect (连接) 通过EC2 将串口目标系统连接起来

Disconnect (断开) 释放计算机串口

Download (下载)

将下载当前打开项目代码到Flash 如果当前无文件或项目

打

开将弹出对话框允许用户选择文件下载但文件必须是Intel

Hex 或 OMF-51 格式

Go (运行) 将释放调试中断信号允许运行用户程序代码

13

Stop (停止) 将发出调试中断信号使芯片停止运行程序并开始执行调试

用户程序代码

Step (单步) 单步执行用户程序代码

Multiple Step (多步) 执行N 步用户程序代码

Step Over (越过单步) 允许用户程序代码越过当前代码行执行下面的代码

Run to Cursor (运行到光标) 将允许用户程序代码运行到光标所在的代码行

Breakpoints (断点) 调用断点管理对话框显示当前所有断点信息断点可以加入/

删除/允许/禁止

Watchpoints (观察点) 调用观察点管理对话框显示当前所有观察点信息观察点可

以加入/删除/允许/禁止

Refresh (刷新) 当在IDE 中修改某些值后强制写仿真器修改存储器或寄存

器值

Reset (复位) 复位按钮迫使IDE 和硬件返回到调试初始状态

Tools 菜单

菜单项描述

Cygnal Configuration Wizard Cygnal （配置向

导）

调用Cygnal 配置向导能快速生成带有

外设详细信息的初始化配置代码

Memory Fill （填充存储器）此菜单包含有子菜单调用填充存储器

器对话框填充RAM 代码空间或外部Mem

Erase Code Space （擦除代码空间）删除和复位整个 FLASH 代码空间

Output Memory to File （输出存储器到文件）调用输出存储器器到文件对话框

Add/Remove User Tool （加入/移出用户工具）调用对话框管理IDE 用户工具可以添

加移出或修改用户工具

Options 菜单

菜单项描述

Multiple Step Configuration （多步配

置）调用多步配置对话框

Serial Port （串口）选择RS232 串口

Serial Baud Rate (串口波特率) 选择串口波特率

Toolbar Configuration (工具栏配置) 调用对话框选择允许那些工具栏可见工具栏按

钮配置还可创建新工具栏

Toolbar Extended Styles (工具栏扩展类

型) 调用对话框允许选择各种工具类型

Editor Font Selection (编辑器字体选择) 调用对话框允许设定编辑器字型大小和颜色

Editor Tab Configuration 调用对话框允许tab 键设置

Select Language （选择语言）强制编辑器使用特殊语言配置文件

Debug Window Font Selection （调试窗

口字体选择）

调用对话框允许选择调试/编辑窗口的字体

File Backup Settings （文件备份设置）调用对话框允许选择备份文件的数量

Window 菜单

菜单项描述

14

Cascade （层叠）标准windows 层叠格式

Tile Horizontal （水平平铺）标准windows 水平平铺格式

Tile Vertical （垂直平铺）标准windows 垂直平铺格式

Help 菜单

菜单项描述

CYGNAL IDE Help 调用在线帮助程序

Keil Assemble/Link Manual Keil 汇编/链接手册

Keil Compile Manual Keil 编译手册

About CYGNAL IDE 显示IDE 版本信息

2.2.3 工具栏

工具栏按钮描述

新建创建一个新文件

打开打开一个文件

保存保存当前文件

文件/编辑

剪切剪切选定文本到剪切板

复制复制选定文本到剪切板

粘贴粘贴剪切板到光标位置

打印打印当前文件

汇编/编译停止

生成

汇编/编译当前文件停止生成代码

生成代码汇编/编译和链接文件

连接断开连接IDE 和目标板断开按钮释放

串口

编译和生成代码

下载下载代码到目标硬件flash

调试

运行/停止开始/停止执行目标处理器中的程

序代码

15

复位硬件和IDE 返回调试初态

单步执行一条用户代码程序

多步执行N 条用户代码程序

单步越过单步越过函数或子程序

运行到光标程序运行到光标处代码行

插入/移出断点设置/清除光标处断点

移出所有断点移出所有断点

允许/禁止断点激活/禁止当前断点

禁止所有断点禁止所有断点

内部观察点对

话框

打开内部观察点对话框

刷新 IDE 改变数值后强制写仿真器

SFR 寄存器察

看窗

触发察看窗口

寄存器察看窗触发察看窗口

RAM 察看窗触发察看窗口

代码察看窗触发察看窗口

调试窗口

反汇编察看窗触发察看窗口

下一个书签移动光标到下一书签位置

触发书签设置/清除光标处书签

上一个书签移动光标到前一书签位置

书签

移出所有书签移出所有书签

16

2.2.4 状态栏

显示您目标系统中使用的 MCU 的型号，程序计数器 PC 的值，观察点的状态程

序的运行状态及光标所在的行和列。

2.3 软件的基本操作

2.3.1 项目管理（创建和打开项目）

(1) 创建项目

项目是用来保存文件链接工具，目标代码生成和窗口配置信息的Project菜

单中的“New Project”选项或“Save Project As ”，选项来创建项目如果使

用“Save Project As”选项将出现“Save Workspace”对话框来选择项目名称

和存放的位置(项目文件的扩展名为.wsp)。

一旦项目被保存，将保存如下信息：

当前所有打开的文件。（如果创建了新文件，且未存盘，则IDE将弹出对

话框提示你保存文件）

集成链接工具的设置目标生产配置主IDE 窗口及已经打开的调试窗口的位置和大小。编辑器的设置如字体和文字颜色等

（2）重新打开项目有两种不同的方法打开项目：

1) 选择File菜单中的“Recent Projects”子菜单区中列出的近打开过的

项目。

2) 使用Project菜单中的“Open Project”命令调用“Open Workspace”对

话框，允许你浏览计算机中的项目文件（*.wsp）并打开所选文件。

（3）保存一个项目保存项目用“Project”菜单中的“Save Project”选项项目不必每次打开

后都保存遇到下面的情况需保存项目：

已打开新文件且将作为项目的一部分。

已打开新窗口，且每次打开项目时都需要重新打开这些窗口。

IDE 窗口的位置和/或大小改变了，且在下次项目重新打开时需保留这种

变化。

（4）在项目中添加文件可用下面的方法向已存在的项目中添加文件：

A. 在项目窗口的File选项窗口中添加文件到项目

1 在项目或组上点击鼠标右键

2 在弹出菜单点击“Add Files”菜单选项。

B.从Project 菜单中加文件到一个打开的项目

1 打开项目

2 在Project 菜单中用“Add Files to Project”选项

C.从“Build Button Definition ”对话框中添加文件到项目

1 从“Project”菜单中打开“Target Build Configuration”对话框

2 点击“Customize”按钮

17

3 使用“Add Files to Project”按钮

（5）从项目中移出文件从已有项目中移出文件可用下面的方法：

在项目窗口的文件窗口中在要移出的文件上点击右键，选择Remove

filename from project。

2.3.2 源程序的编辑

IDE 包括一个全功能的编辑器可用文件菜单中的“New File”命令来新建文

件或用文件工具栏中的“New ”按钮然后开始键入源程序。只有当文件的

扩展名为.asm 或.c 时，才具有源程序关键字符彩色显示功能。可用文件保存按钮

或用文件菜单中的“Save”或“Save As”命令保存文件。然后再将编辑好

的源代码添加到您的项目中。

2.3.3 源程序的编译和链接

(1) 汇编和编译

可用生产工具栏中的汇编/编译按钮或“Project ”菜单中的

Assemble/Compile File 命令来汇编/编译一个文件。如果一个项目或文件是打

开的，那末当前活动的文件将被汇编/编译。

当汇编/编译完成后“Build”选项窗中显示汇编/编译结果如果您的源程序

有错误，将在输出窗口中提示，双击错误提示，在编辑窗口中将显示源代码错误

行如果产生列表文件，那末将在输出窗口的“List”选项窗中显示。

(2) 链接

可用生成工具栏中的生成按钮，或用项目菜单中的“uild/Make

Project”命令来生成项目。如果没有打开的项目此命令是被禁止的。

当汇编/编译和链接完成后结果将显示在输出窗口的“Build ”选项窗中如

果产生列表文件，文件将显示在输出窗口的“List”选项窗中。

2.3.4 集成开发环境与您的目标系统连接

在IDE与硬件连接之前，确保，

a) RS232串行电缆已经连接PC机和EC2。

b) JTAG扁平电缆已经连接EC2和目标硬件。

c) 电源已经接到目标硬件（注意：EC2不向目标板供电但目标板可向EC2

供电）。

d) 在IDE 的Options菜单的Serial Port子菜单中选定的串行口

（COM1,COM2,COM3,COM4）与硬件连接的一致。

e) 在IDE的Options 菜单中的Debug Interface子菜单中选择的调试接口的

正确：

如果是C8051F3XX 器件选择“Cygnal2-Wire”。

18

如果是C8051F系列的其它器件选择“JTAG”。

当所有的硬件已连接，已在IDE 中选择了串行接口，现在可将IDE 与硬件连

接。可用生成工具栏中的连接按钮或使用调试菜单中的“Connect”命令来

完成连接。如果IDE 不能访问串行口将报告出错。这可能是由于串口被其它程序

占用，如果是这种情况关闭其它应用程序重试连接。

注意：如果其它应用需要使用串口，可以用“Disconnect”命令或生成工具栏中

的断开连接按钮来断开连接。

2.3.5 下载代码到 FLASH

简单地按下生成工具栏中的下载按钮，或使用Debug 菜单中的Download命

令，就可以下载程序到目标处理器的flash（注意：只有在执行Connect命令后才

能下载代码到目标硬件）。如果在调用下载命令时有项目或文件已打开，相关的

目标文件将被下载如果当前无文件或项目打开，则将弹出一个对话框要求选择需

下载的文件。

IDE下载的文件格式为Intel Hex或OMF-51（默认）。如果下载的文件是OMF-51

文件并带有调试信息，则IDE将打开所有相关的源文件并开始源级调试。这一功

能不支持不带调试信息的十六进制或OMF-51文件。

一旦程序被下载，你就可以在目标硬件上调试和运行你的程序，而不是在仿

真器上。（一旦程序被下载到目标硬件，所有的调试按钮，如Go，Stop，和Step

等都将被允许）。

2.3.6 设置断点和观察点

(1) 设置断点

简单地按下工具栏中的断点设置按钮，即可在源代码所在的行处设置

和取消断点（注意此断点为硬件断点，多可设置4 个）。

（2）设置观察点

观察点是由用户设置的软件断点，当设定值在程序运行时匹配是程序停止

运行。

如果想察看SFR 存储单元跳到下一步，打开项目窗口的“Symbal”

选项窗，找到你想要观察的符号/变量。

打开观察点对话框，在四个观察点位置选择RAM或SFR，并复制RAM 单

元到相应的观察点地址框或从地址框中选择SFR。

注意：你可以按十六进制或十进制指定RAM地址。

选择是在与你指定的值相匹配或不相匹配是停止。

指定与符号/变量的比较值。注意：你可以按十六进制或二进制指定

值。

如果你只想观察某些位而忽略其它位，指定要屏蔽的位。逻辑1察看，

反之逻辑0忽略。

注意：可以按十六进制或二进制指定屏蔽位。

19

在四个位置重复上述过程加入要观察的变量。

在观察点配置框中选择你要观察的是ANY 或ALL。如果选择ANY，当

四个观察点中有一个匹配时IDE 将停止并显示观察点对话框。如果选择

ALL，当所有的四个观察点都匹配时IDE将停止并显示观察点对话框。

在Internal Watchpoint Control 中选择Internal Watchpoints

Enabled。

点击OK 按钮，现在你可以单步或运行代码，当观察点匹配时IDE将

停止运行并显示观察点对话框。

一旦遇到匹配值IDE 停止并显示观察点对话框，为了IDE能够继续运

行而不会因当前匹配而再次停止，匹配值必须清除或改变。Internal

Watchpoints 对话框提供了“Clear All”和“Clear Matched ”按钮，

使清除更加容易。

Internal Watchpoints 对话框

2.3.7 运行和停止

CYGNAL IDE包括一个完整的调试器，它运行在实际的产品硬件上，而不是仿

真器。

注意在你使用调试器之前你的PC 机必须与EC2 连接,而EC2 必须与目

标板连接而且程序代码必须下载到目标处理器Flash中。

“Go” 和“Stop” 按钮―开始和停止目标用户代码执行。

“Step” 按钮―单步执行代码，一次一条源级指令（包括中断服务

程序）。

20

可配置的“Multiple Step” 按钮―执行N步。

“Step Over” 按钮越过函数或子程序和“Run to Cursor” 按

钮运行到光标处。

2.3.8 查看和修改存储器寄存器和变量

（1）打开调试窗口

查看和修改存储器、寄存器和变量是在 Debug Windows 中实现的，集成开发

环境包含很多调试窗口，在调试期间用它来察看和修改存储器和寄存器的信息你

可以通过“View”菜单的 Debug Windows 来激活调试窗口，也可以通过点击工具

栏中的图标按钮激活某些调试窗口。

下图中显示了如何激活调试窗口

（2）修改存储器和寄存器值

可以在光标处键入数值来修改寄存器原值。修改后的值可以在执行用户代

码（点击"Go" 或"Step" 按钮前下载到硬件。方法是“Refresh”按钮强

制写入。这样修改后的值被写入仿真器。寄存器窗口将重读仿真器，窗口将被刷

新，所有变化的值以红色显示。

注意：修改寄存器的值只能在调试器处于停止状态时进行。目标处理器正在执行

用户代码时不允许写入。

（3）如何向观察窗口（Watch Window）中添加变量

在生成和下载程序代码后可以将要观察的变量加到观察窗口，有两种方法可

21

将变量加到观察窗口：

① 在符号观察窗口中找到要加入的变量，在变量上点击鼠标右键并选择变

量类型。

② 在源程序代码中找到你要加入到观察窗口的变量，然后在变量上点击鼠

标右键。从弹出菜单选择“Add”变量名到观察窗口。并选择变量类型。窗口大

小是可调整的，在窗口中删除变量的方法是选定变量然后按下Delete键。

22

第三章 Cygnal 单片机实验

3.1 C8051F 单片机 I/O 口交叉开关设置

3.1.1 优先权交叉开关译码器

优先权交叉开关译码器，或称为“交叉开关”，按优先权顺序将端口0-3的

引脚分配给器件上的数字外设（UART、SMBus、PCA、定时器等）。端口引脚的分

配顺序是从P0.0开始。为数字外设分配端口引脚的优先权顺序列于下图。

优先权交叉开关译码表（EMIFLE=0；P1MDIN=0xFF）

3.1.2 交叉开关引脚分配

当交叉开关配置寄存器 XBR0、XBR1 和 XBR2 中外设的对应允许位被设置

为逻辑‘1’时，交叉开关将端口引脚分配给外设，相关的特殊功能寄存器的定

义见数据手册或相关书籍。给 IO 口分配数据外设的方法有两种：第一，按照“优

先权交叉开关译码表”并参考相关特殊功能寄存器的值来定义（参考下面的例

子）。另一种方法是用配置向导，在Cygnal IDE中选择Tools->Cygnal Configuration

23

Wizard，进入配置向导界面进行 IO 口配置。

交叉开关引脚分配示例

在本例中,我们将配置交叉开关,为UART0、SMBus、UART1、/INT0和/INT1分

配端口引脚（共8 个引脚）。另外，我们将外部存储器接口配置为复用方式并使

用低端口我们还将P1.2、P1.3和P1.4配置为模拟输入，以便用ADC1测量加在这些

引脚上的电压。配置步骤如下：

1. 按UART0EN=1、SMB0EN=1、INT0E=1、INT1E=1和EMIFLE=1设置XBR0、XBR1

和XBR2，则有：XBR0=0x05，XBR1=0x14，XBR2=0x02。

2. 将外部存储器接口配置为复用方式并使用低端口，有：PRTSEL=0，EMD2=0。

3. 将作为模拟输入的端口1引脚配置为模拟输入方式：设置P1MDIN为

0XE3(P1.4、P1.3和P1.2为模拟输入，所以它们的对应P1MDIN被设置为逻

辑‘0’)。

4. 设置XBARE=1以允许交叉开关：XBR2=0x42。

-UART0有高优先权，所以P0.0被分配给TX0，P0.1被分配给RX0。

-SMBus的优先权次之，所以P0.2被分配给SDA，P0.3被分配给SCL。

-接下来是UART1，所以P0.4被分配给TX1。由于外部存储器接口选在低端口

（EMIFLE=1），所以交叉开关跳过P0.6(/RD)和P0.7(/WR)。又因为外部存储器接

口被配置为复用方式，所以交叉开关也跳过P0.5(ALE)。下一个未被跳过的引脚

P1.0被分配给RX1。

-接下来是/INT0，被分配到引脚P1.1。

-将P1MDIN设置为0xE3，使P1.2、P1.3和P1.4被配置为模拟输入，导致交叉

开关跳过这些引脚。

-下面优先权高的是/INT1，所以下一个未跳过的引脚P1.5被分配给/INT1。

-在执行对片外操作的MOVX，指令期间外部存储器接口将驱动端口2和端口3。

5. 我们将UART0 的TX引脚（TX0，P0.0）、UART1的TX引脚（TX1，P0.4）、

ALE、/RD、/WR（P0.[7:3]）的输出设置为推挽方式，通过设置P0MDOUT=0xF1

来实现。

6. 我们通过设置P2MDOUT=0xFF和P3MDOUT=0xFF将EMIF端口（P2、P3）的输

出方式配置为推挽方式。

7. 我们通过设置P1MDOUT=0x00（配置输出为漏极开路）和P1=0xFF（逻辑‘1’

选择高阻态禁止3个模拟输入引脚的输出驱动器。

3.2 在 C8051F020 单片机上的初级软件实验(汇编语言)

3.2.1 无符号数、十进制加法实验

(1)实验目的掌握汇编语言设计和调试方法，熟悉在CYGNAL IDE 环境下观

察内部RAM的方法。

(2) 实验内容编写并调试一个双字节无符号十进制数加法程序，其功能为

将被加数写入40H、41H单元，加数写入51H、50H单元，运行程序结果写

24

入52H，51H，50H单元中，则加法程序功能为：

(41H)(40H)+(51H)(52H)=(52H)(51H)(50H)

(3) 实验参考程序

DATA0 EQU 12H

DATA1 EQU 34H

DATA2 EQU 56H

DATA3 EQU 78H

ORG 0000H

AJMP 100H

ORG 0100H

MOV 40H,#DATA0

MOV 41H,#DATA1 ；被加数送41H,40H

MOV 50H,#DATA2

MOV 51H,#DATA3 ；加数送51H,50H

MOV A,40HADD A,50H ；(40H)+(50H)→A

DA A

MOV 50H,A ；保存结果

MOV A,41H

ADDC A,51H ；(41H)+(51H)+CY→A

DA A

MOV 51H,A ；保存结果

MOV 52H,#0

MOV A,#0

ADDC A,52H

MOV 52H,A ；进位→52H

LOOP0:AJMP LOOP0

END

(4)调试方法

按前面介绍的方法建立一个新的项目文件，将参考程序加到这个项目

文件中，编译连接后，将程序下载到C8051F020中。打开RAM观察窗口，

运行程序。运行程序时，可单步执行或在送数指令后加断点观察RAM 存

储单元的变化，观察加法结果是否正确。

3.2.2 数据传送实验

(1) 实验目的掌握对C8051F020内部RAM及外部RAM的数据操作，掌握

C8051F020片内的外扩RAM的操作方法。

(2) 实验内容本例程将内部RAM 70H～7FH的16个数据送到外部

RAM7000H~700FH

(3) 实验参考程序

ORG 0000H

AJMP MAIN

ORG 0100H

MAIN：MOV R7,#16

25

MOV R1,#70H ；内部RAM地址70H送R1

MOV DPTR,#7000H ；DPTR指向XRAM地址7000H

LOOP：MOV A,@R1 ；内部RAM内容送累加器A

MOVX @DPTR,A ；将累加器A 的值送到XRAM

INC DPTR

INC R1

DJNZ R7,LOOP ；判断数据是否送完

HERE: AJMP HERE

END

(4) 调试方法

a) 可单步执行可设断点执行程序。

b) 打开RAM 及EXTERRANL MEMORY 窗口，观察相对应的数据区的数据是否一

致。

3.2.3 数据排序实验

(1)实验目的熟悉MCS-51指令系统，掌握排序程序的设计方法。

(2)实验内容本例程采用交换排序法将内部RAM 中的50～59H单元中的10

个单字节无符号二进制数按从小到大的次序排列，并将这一列排序后的

数据从小到大依次存贮到外部RAM1000H开始处。

(3)参考程序

ORG 0000H

JMP MAIN

ORG 0100H

MAIN：MOV R0,#50H

MOV @R0,#5FH

INC R0

MOV @R0,#56H

INC R0

MOV @R0,#5AH

INC R0

MOV @R0,#5EH

INC R0

MOV @R0,#51H

INC R0

MOV @R0,#5BH

INC R0

MOV @R0,#53H

INC R0

MOV @R0,#58H

INC R0

MOV @R0,#57H

INC R0

MOV @R0,#55H ；将10个随机数送入内部RAM的50～59H

单元

26

NOP ；可在此处设置断点

ACALL QUE ；调用排序子程序

OUT:MOV R0,#50H

MOV DPTR,#1000H

MOV R7,#10

OUT1: MOV A,@R0

MOVX @DPTR,A

INC R0

INC DPTR

DJNZ R7,OUT1

HERE: AJMP HERE

QUE: CLR 00H ；清交换标志

MOV R1,#50H

MOV R6,#09H

I3:MOV A,R6

MOV R7,A

MOV A,R1

MOV R0,A

MOV A,@R0

I2:INC R0

MOV R2,A

SUBB A,@R0

MOV A,R2

JC I1

SETB 00H

XCH A,@R0

I1:DJNZ R7,I2

NOP ；可在此处设置断点观察每次排

序结果

JNB 00H,STOP

MOV @R1,A

INC R1

DJNZ R6,I3

STOP: RET

END

(4)调试方法

a) 可在程序中的指令NOP处设置断点，在第一个断点处可观察50～59H单元

内容是否为10个任意排列原始数据

b) 在第二个断点处可观察每次排序的结果。

c) 可单步执行程序观察排序过程。

3.2.4 整数二翻十实验

(1) 实验目的掌握计算机数制转换的方法熟悉 C8051F020 汇编程序的设置方

27

法。 (2) 实验内容本例程将键盘输入的 1位十六进制数转换为十进制数，并将转换

结果在七段码显示器上显示出来。在数码管上显示二位十进制数，不足二位

十位显示 0。显示时用数码管 1，数码管 2 显示，同时将前一显示数据左移。 (3) 实验参考程序

$INCLUDE(C8051F020.INC)

BIT_COUNT DATA 07FH

TIMER DATA 07EH

TIMER1 DATA 07DH

TEN DATA 07CH

DATA_IN DATA 020H

DATA_OUT DATA 021H

CLK BIT P1.6

DAT BIT P1.7

ORG 0000H

JMP START

ORG 0100H

START:MOV WDTCN, #0DEH ；DISABLE WATCHDOG TIMER

MOV WDTCN, #0ADH

MOV OSCXCN, #67H ；ENABLE EXTERNAL CRYSTAL

；OSCILLATOR AT 22.1184MHZ

CLR A ；WAIT AT LEAST 1MS

DJNZ ACC, $ ；WAIT ~512US

DJNZ ACC, $ ；WAIT ~512US

OSC_WAIT: ；POLL FOR XTLVLD-->1

MOV A, OSCXCN

JNB ACC.7, OSC_WAIT

ORL OSCICN, #08H ；SELECT EXTERNAL OSCILLATOR

AS

；SYSTEM CLOCK SOURCE

ORL OSCXCN, #80H ；ENABLE MISSING CLOCK

DETECTOR

CP1INIT:MOV CPT1CN, #080H ；COMPARATOR 1 CONTROL

REGISTER

MOV A, #010H ；CPT1CN

DJNZ ACC, $ ；CPT1CN WAIT AT LEAST 20US

ANL CPT1CN, #NOT(30H)

MOV EIP1, #040H

MOV TIMER,#50

PORTINIT :MOV XBR2, #044H

MOV P0MDOUT, #001H

DELAY0: MOV TIMER1,#255

DELAY1: DJNZ TIMER1,DELAY1

28

DJNZ TIMER,DELAY0

ANL P5,#00H

MOV DATA_OUT,#10100100B

CALL SEND

ORL P5,#80H

MAIN: MOV A,CPT1CN ；等待有键按下,发送读键盘

指令

ANL A,#40H

JNZ MAIN

MOV DATA_OUT,#00010101B ;

CALL SEND

CALL RECEIVE

ANL P5,#80H

MOV B,#10

MOV A,DATA_IN

DIV AB

MOV TEN,A


CALL SEND


CALL SEND


CALL SEND

MOV DATA_OUT,TEN

CALL SEND


CALL SEND

MOV DATA_OUT,B

CALL SEND

ANL P5,#80H

WAIT: MOV A,CPT1CN ；等待按键放开

ANL A,#40H

ORL A,#00H

JZ WAIT

JMP MAIN

SEND: MOV BIT_COUNT,#8 ；发送字符子程序

ANL P5,#00H

CALL LONG_DELAY

SEND_LOOP:MOV C,DATA_OUT.7

MOV DAT,C

SETB CLK

MOV A,DATA_OUT

RL A

MOV DATA_OUT,A

29

CALL SHORT_DELAY

CLR CLK

CALL SHORT_DELAY

DJNZ BIT_COUNT,SEND_LOOP

CLR DAT

RET

RECEIVE:MOV BIT_COUNT,#8 ；接收字符子程序

SETB DAT

CALL LONG_DELAY

RECEIVE_LOOP:SETB CLK

CALL LONG_DELAY

MOV A,DATA_IN

RL A

MOV DATA_IN,A

MOV C,DAT

MOV DATA_IN.0,C

CLR CLK

CALL SHORT_DELAY

DJNZ BIT_COUNT,RECEIVE_LOOP

CLR DAT

RET

LONG_DELAY: MOV TIMER,#150 ；延时约200US

DELAY_LOOP: DJNZ TIMER,DELAY_LOOP

RET

SHORT_DELAY: MOV TIMER,#20 ；延时约20US

SHORT_LP: DJNZ TIMER,SHORT_LP

RET

END

(4)、实验程序参考框图

30

图3.2.4 整数二翻十实验参考框图

(5)、调试方法

a) 在读取键值后设置断点，观察 DATA_IN 的值是否与键入值相等。

b) 全速运行程序，观察数码管显示的数值与键入值的关系。

3.2.5 查表实验

(1) 实验目的

熟悉 MCS-51 的查表指令功能和使用方法，掌握查表程序的设计和调试。 (2) 实验内容本

例程的功能为读键盘输入的 0～7 数字键，通过查表获得相应的数值并在

七段码显示器上显示出来。

数字键‘0’----8000H 数字键‘1’----8001H 数字键‘2’----8002H 数字键‘3’----8003H 数字键‘4’----8004H 数字键‘5’----8005H 数字键‘6’----8006H 数字键‘7’----8007H

(3) 实验程序参考框图

图3.2.5 查表程序参考图

(4) 调试方法

a) 在读取键后设置断点，观察DATA_IN的内容与键入值是否相同。

b) 在调用查表程序后设置断点，观察R2，R3的内容与表中的内容是否相同。

c) 全速运行程序，键入数字键，观察显示器上的内容是否为键值对应的数

值。若有错误，应采用单步可断点分段调试。

31

3.3 I/O 口与标准串行口实验（C 语言）

3.3.1 七段码显示实验

(1) 实验目的

根据附录3 系统实验板原理图掌握七段码显示器硬件线路原理，掌握用

HD7279A芯片实现显示的编程方法。

HD7279A是一片具有串行接口的，可同时驱动8位共阴式数码管(或64只独立

LED)的

智能显示驱动芯片，该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵。

HD7279A内部含有译码器，可直接接受16进制码，HD7279A还同时具有2种译

码方式，HD7279A还具有多种控制指令，如消隐闪烁左移、右移、段寻址等。

HD7279A 的指令结构有三种类型：

1. 不带数据的纯指令，指令的宽度为8个BIT，即微处理器需发送8个CLK脉

冲；

2. 带有数据的指令，宽度为16个BIT，即微处理器需发送16 个CLK肪冲；

3. 读取键盘数据指令，宽度为16个BIT，前8个为微处理器发送到HD7279 的

指令，后8个BIT为HD7279A返回的键盘代码。

本套实验板采用6位共阴式数码管。（原理图见附录）

(2) 实验内容

a) 本实验例程通过C8051F020的P1.6，P1.7模拟I2C接口7279A编程。实现数据

的显示，左移，右移及闪烁。

b) 编写并调试一个实验程序，成数据的显示，左移，右移及闪烁。


图3.3.1 七段码显示程序参考框图

(4) 调试方法

⑶ 运行程序，观察显示的数值是否与框图一致，若有错可单步执行，排除程序

错误。

⑷ 全速运行程序，实现所要求的显示功能。

32

3.3.2 HD7279 键盘输入实验

(1) 实验目的

熟悉键盘的工作原理，掌握用HD7279A芯片实现键盘扫描程序设计及调试方

法。

(2) 实验内容

a) 根据实验板的原理图，掌握键盘的工作原理，了解HD7279A的读取键盘指令

格式。

b) 本实验例程通过C8051F020 的SPI串行外设接口对HD7279A编程。HD7279A的

键盘中断信号输入到C8051F020的片内电压比较器CPT1的输入端，用查询方

式判断是否有键输入。

c) 编写一个程序，能读出键盘上闭合按键的编号关在显示器上显示。

(3) 实验程序函数说明表(包括七段码显示实验程序函数说明)


1 Delay1us(unsigned char us) 延时1us Us 延时时

间

无

2 SYSCLK_Init(void) 初始化系统时钟采

用18.432MHZ 外部

晶振

无无



5 Timer0_Init(void) 定时器0 初始


系统时钟,定时

1ms)

无无

6 Timer0_ISR(void)

interrupt 1

定时器0 中断服务

程序

无无



9 Send7279Byte(unsigned

char ch)

向7279 传送字节 Ch 向7279

发送的字节

无

10 Receive7279Byte(void) 接收7279 发送的

字节

无 Ch 7279 发

送的字节

11 FlashLED(unsigned char No) 向7279 发闪烁指

令

No 闪烁的

位数

无

12 MoveLeft(void) 子程序向7279 发左移指

令无无

13 MoveRight(void) 向7279 发右移指

令无无

33

14 DispLED(char*DispBuf,char

ShowDot)

显示数字 *DispBuf,

ShowDot 显

示数据缓冲

区指针及小

数点

无

15 GetKeyValue(void) 读键值无 Ch 键值

16 WaitKeyOff(void) 等待按键释放无无

17 Test7279(bit LoopFlag) 测试7279 功能 LoopFlag

(循环标志)

无

(4) 实验程序参考框图(包括七段码显示实验程序)

(a) 主程序框图 (b) 7279 子程序

框图图：3-1 HD7279A 程序参考框图

(5) 调试方法

全速运行运行程序，数码管先显示123456后左移显示，当6移到左端后，显

示-CDEF并右移显示，当右移到右端后，左端显示F，右端显示闪烁的，然后等待

按键输入，并在有按键按下后显示相应的键值。

若按键按下后没有显示相应的键值，应使用万用表测量 HD7279A 的 KEY脚的电平是否在按键按下后变成低电平。

34

3.3.3 C8051F020 定时器实验

(1) 实验目的掌握定时器 T0~T4 的方式选择和编程方法，了解定时器中断服务程序设计

方法。 (2) 实验内容

a) 本实验例程，使用片内 T3 定时器中断控制软件计数，计数器每 0.1 秒加 1，

当计数器

加到 5 时，改变 P2、P3 口的状态，P2，P3 口驱动发光管实现走马灯效果。 b) 设置定时器 T3 的时钟基准为系统时钟的 12 分频。系统时钟采用片内 2MHz

的时钟源。 c) 试编写一个程序，可用 T0T4～定时器，实现上述效果。 (3) 实验准备

将拨码开关S1和S2置于OFF位置，用连接线将CN7(CN8)及CN10(CN11)按顺序连到发光管。 (4) 实验程序参考框图

(a)主程序 (b) 定时器中断子程序

图 3.3.3 定时器实验程序参考框图 (5) 调试方法

观察数码管的显示是否实现了走马灯的效果如有错误应检查定时器的配

置是否正确及 P2、P3 口的输出是否正确。

3.3.4 I2C 接口日历时钟 S-3530A 应用实验

(1) 实验目的熟悉SP3530日历时钟的编程方法，熟悉SMBUS编程方法。

35

(2) 实验内容读取SP3530的时间并在LCD上显示出来，通过键盘修改

时间。

(3) 实验程序的函数说明表序号子程序程序功能入口参数出口参数

1 void SMBus_ISR (void) SMBus 中断服务程

序无无

2 void ResetRealClock(void) 复位3530 无无

3 void SetRealClock(void) 设置3530 无无

4 void GetRealClock(void) 读取3530 无无

5 Unsigned char

GetRealClockStatus(void) 读取3530 状态无

3530 状

态

6

void

SetRealClockStatus(unsigned

char status)

设置3530 状态 status 无

7 unsigned char

revolve(unsigned char val) 移位 Val Val1

8 void TestI2C (void) 测试3530 无无

*液晶及7279程序说明见相应实验程序说明


图 3.3.4 程序参考框图 3530 (5) 调试方法

全速运行程序点观察，按修改键修改时间若有错误在调用3530设置及读

取时间函数前设断。

3.3.5 RS232 串行口实验

(1) 实验目的掌握C8051F020 单片机的串行通信的工作原理，并用串行口

与PC 机进行串行通信，掌握通信程序的编制方法。

36

(2) 实验内容本实验例程将片内温度传感器采集的温度值传到PC 机并在

PC机的屏幕上显示。通讯协议采用:波特率 115200，1个起始位，8个数据

位，1个停止位。PC机的程序可自己按上述通讯协议编写，也可以使用操作

系统自带的超极终端接收。

(3) 实验程序的函数说明表


1 SYSCLK_Init

(void);



2 PORT_Init (void); 端口初始化无无

3 UART0_Init (void); 初始化UART0 无无

4

ADC0_Init (void); 初始化ADC0 内部温度

传感器作为ADC0 的输

入

无无

5 Timer3_Init (int

counts); TIMER3 初始化

Counts:TIMER3

重载值无

6 ADC0_ISR (void); ADC0 转换结束中断无 Result: 采样

结果的平均值


图 3-2 串口通信主程序参考框图 (5) 调试方法

a) 将实验板上的RS-232串行口插座用通信电缆与PC机的串行口连接。(任意一

台PC机)

b) 程序中的串行口工作在查询方式实验板及PC机均工作正常后，PC机上将显

示：

Temperature is 23.222 字样(23.222 是当前C8051F020 的温度值)。

c) 本例程可采用断点运行，断点设在printf()函数后,检查变量temp_int及

temp_frac的数值是否与PC机显示的数值相同。

d) 如有错误，可检查实验板的串口与PC机的连接是否正确，通讯协议是否一致。

37

3.4 应用实验（C 语言）

3.4.1 温度测量实验

(1) 实验目的

了解温度测量的原理，掌握温度数据采集的程序设计方法，掌握单总线器件

的编程方法。

*本实验板采用的温度传感器DS18B20是美国DALLAS公司推出的增强型单总

线数字温度传感器。

(2) 实验内容

a)弄通DS18B20的工作原理。

b)编写一个实验程序，测量环境温度，并用实验板上的七段码显示相应的温度

值。

(3) 实验准备

用连接线将JH端子的DS18B20位与CN7或CN8的P37口相连，即：将DS18B20的

数据输出端连到C8051F020的输入端。

(4) 实验程序函数说明表

序

号子程序程序功能

入口

参数出口参数

1 SYSCLK_Init(void)





4 Timer0_Init(void)

定时器0 初始化.(定时

器0 使用系统时钟, 定

时1ms) 无无

5 Timer0_ISR(void)interrupt 1 定时器0 中断服务程序无无

6 Delay1ms(unsigned char T) 延时1ms

T 延

时时

间

无

7 Delay1s(unsigned char T) 延时1s

T 延

时时

间

无

8 Delay1us(unsigned char us) 延时1us

us 延

时时

间

无

9 Delay15us(void) 延时15us 无无

10 Delay10us(void) 延时10us 无无

38

11 bit RstDS1820(void) 复位DS18B20 无

RstFlag 0-有设

备连接1-无设备

连

12

WriteDS1820(unsigned char

ch) 写DS18B20

Ch:

待写

数据

无

13 unsigned char

ReadDS1820(void) 读DS18B20 无 Ch: 返回数据

14 SkipROMCode(void) 跳过ROM 段无无

15 StartADC(void) 启动温度转换无无

16 unsigned int

GetTempValue(void) 读取温度值无温度值

*Test7279.c 程序中的子程序功能可参考test7279 程序


a) 主程序流程图 b) 读写 DS18B20 程序流程

图图 3-3 温度测量程序参考框图

3.4.2 压力测试实验

(1) 实验目的了解力测量的方法掌握C8051F020 单片机内部A/D 转换的工作原理及数据

采集的编程方法。熟悉C8051F020 单片机内部A/D转换器的配置方法。 (2) 力测量工作原理

电阻应变片在受力作用变形后，其阻值发生变化。将电阻应变片与另外三个

阻值与应变片相同的电阻构成电桥测量电路的桥架，在应变片未受外力作用时，

电桥的输出电压为0，当应变片受力后，阻值发生变化，电桥有微弱的电压信号

输出，将此信号放大后接入A/D转换器，通过运算可算出相应的压力。

(3) 实验内容

a) 压力信号从 AIN2 输入，使用片内的 ADC0 转换器转换成数字量。

39

b) 应变片电桥测量电路的调零：通过调整精密电阻 R26 来调整电桥的输入。 c) 编写一个程序，测量加在弹簧片上的外力，并在七段码上显示出压力的值。


序


1 Delay1us(unsigned char

us) 延时1us

Us 延时时

间无

2 SYSCLK_Init(void)

初始化系统时

钟采用

18.432MHZ 外

部晶振

无无


4 SPI0_Init(void) SPI0 串口初

始化无无

5 Timer0_Init(void)

定时器0 初始

化(定时器0

使用系统时

钟,定时1ms)

无无

6 Timer0_ISR(void)

interrupt 1

定时器0 中断

服务程序无无


8 Delay1s(unsigned char T)

延时1s T 延时时间无

9 init_adc(void) ADC0 初始化无无

10 read_analog_inputs(void) 读取模拟量输

入值

mux_select

选择输入通

道

Temp,volt,press:

温度电压压力测量

电路输入值

11 int GetADCValue(char No) 读取模数转换

结果 No. 通道值

Temp,volt,press:

温度电压压力值

注：test7279.c程序中的子程序说明见7279说明


40

(a) 主程序流程图 (b) 模数转换程序流程图图3-4 压力测试程序参考框图

注：本例程包括压力测量，电位器输入及片内温度测量三个部分。电位器的输出

接到AIN1端口。

(6) 调试方法

a) 程序运行后，可通过数字键改变输入通道（1、片内温度测量2、电位器

电压测量3、应变片压力测量）。

b) 按数字键1进行片内温度转换程序，此时七段数码管显示C8051F020的温

度，可通过触摸c8051f020芯片，观察温度的变化。

c) 按数字键2进入电位器电压测量程序，调节电位器观察数码管显示的电压

值的变化。

d) 按数字键3进入应变片压力测量程序，在弹簧片上加不同的压力观察数码

管数值的变。

3.4.3 点阵液晶显示实验

(1) 实验目的

了解点阵液晶显示实验的工作原理，掌握点阵液晶显示实验程序的设计方法。

(2) 点阵液晶显示实验工作原理

a) 本实验板中使用的是内置12864A的液晶屏。12864A由两片带控制器的列驱

动电路KS0108 和一片行驱动电路KS0107 组成主要的硬件电路，另外还可以

附加负压发生电路。显示方面由一片128*64点的液晶片组成。 b) KS0108将显示区分为左右半屏，整个屏从上到下64行分为8页，每页8行，页

地址范围为：B8H BFH。列地址范围为：40H-7FH。数据为纵向读写，即

每页的第一行对应D0 第八行对应D7。左右半屏由CS1，CS2选择。 c) 控制器KS0108的指令相当简单，总共7条指令：显示开关设定（3EH/3FH），

41

显示起始行设定（C0H-FFH），页地址设定（B0H-BFH），列地址设定

(40H-7FH)，状态读取，写数据，读数据。 12864A 接口定义及其与C8051F020 的接口

(3) 实验准备将拨码开关 S1 和 S2 置于 ON 位置

(4) 实验程序函数说明表序



初始化系统时钟采

用18.432MHZ 外部

晶振

无无



4 Timer0_Init(void)

定时器0 初始


系统时钟,定时

1ms)

无无

5 Timer0_ISR(void)interrupt1 定时器0 中断服务

程序无无



8 LCD_WaitReady1(void) 判断LCD 控制芯片

KS0108 是否忙CS1 无无

9 LCD_WaitReady2(void) 判断LCD 控制芯片

KS0108 是否忙CS2 无无

10

LCD_WriteCommand1(char ch) 向LCD 控制芯片

KS0108 发送控制

命令CS1

Ch 控制命令字

无

11 LCD_WriteCommand2(char ch)

向LCD 控制芯片

KS0108 发送控制

命令CS2


12


KS0108 发送数据

命令CS1


13


KS0108 发送数据

命令CS2


42

14 LCD_WriteHZ(char x,char

y,char *Dot)

显示16*16 点阵汉

字

X 行号Y:列号DOT

汉字点阵指针无

15 InitLCD(void) 初始化LCD 无无

16 DispBmp(char *buf) 显示一幅位图 buf:位图点阵的指

针无

17 TestLCD(void) 测试LCD 功能无无


a) 例程主程序 b)LCD 子程序

图3-5 点阵汉字显示程序参考框图

(6) 调试方法

a) 程序全速运行后 LCD 将从下到上滚动显示“沈阳新华龙 CYGNAL”然

后交替显示：“换代创新后的 51-高速 SOC 美国 CYGNAL 8051F”“新华龙电

子-单片机推广应用

急先锋!”,“汉字” b) 改变字库的内容显示其它汉字。 c) 改变页地址或列地址，使显示的内容改变位置。

3.4.4 直流电机转速测量控制实验

(1) 实验目的了解直流电机的工作方式，掌握转速测量及控制的基本原理。

(2) 转速测量和控制的基本原理转速的单位为：转/分。本实验板选用美国普拉格公司生产的 3013 霍尔开关

传感器测量转速。根据霍尔效应原理，将一块磁钢固定在电机转轴的边沿，在转盘下方安装一

43

个霍尔器件，当转盘旋转到霍尔元件上方时，霍尔器件输出脉冲信号，其频率和

转速成正比，测量输出脉冲的周期和频率即可计算出转速。直流电机的转速与施加于电机两端的电压大小有关。本例程采用片内的D/A

转换器DAC0的输出控制输出到直流电机的电压从而控制电机的转速。本例程中采用差动方法调节DAC0的输出调节电机的转速。实际操作中可调

整算法为PI或PID算法，以达到较好的动态特性和静态特性。 (3) 实验准备

用连线将JH 端子的CKMOT(转速反馈信号)与P10(INT0)连接。 (4) 实验内容

a) 本例程采用INT0中断对转速脉冲CKMOT计数，每1s读一次计数值，将此值

与预设的转速值比较，若大于预设的转速值则减小DAC0的数值，若小于转速

预设的转速值则增加DAC0的值，调整电机的转速，直到转速值等于预设定的

值。

b) 编写并调试一个实验程序，将电机当前的转速值在七段数码管上显示出

来，在电机的可

控范围内控制电机转速等于预设值。



1 Delay1us(unsigned char

us) 延时(1*us)us

Us: 延时系

数无






5 Timer0_Init (void) Timer0 初始化,定时

时间为1ms 无无

6 Timer0_ISR (void)

interrupt 1 Timer0 中断无

DAC0

COUNT1S

COUNT1MS

7 Int0_ISR (void) interrupt

0 外部0 中断无

8 Delay1ms(unsigned char T) 延时(1*T)ms T: 延时系数无

9 Delay1s(unsigned char T) 延时(1*T)s T: 延时系数无

10 TestMotor(void) 测速并显示无无

*Test7279.c程序中的子程序功能可参考test7279程序


44

a) 主程序流程图 b) 定时器0中断服

务程序

图3-6 直流电机转速测量控制实验程序参考框图

(7) 调试方法

a) 打开观察DAC0的窗口，改变DAC0的数值，观察电机转速的变化。

b) 使用视波器观察CKMOT的频率，计算出电机的转速，与七段数码管显示的

数值比较，比较速度测量的准确性

c) 改变常量SetSpeed的值(改变转速的预设值)，观察速度稳定后七段数码

管的数值。

d) 可将断点设在外部中断INT0的入口和T0中断的入口，运行程序，观察程

序运行是否正常。

3.4.5 步进电机控制实验

(1) 实验目的了解步进电机工作原理，掌握使用 C8051F020 控制步进电机的硬件设计方

法，熟悉步进电机驱动程序的设计与调试。 (2) 步进电机的工作原理

以三相反应式步进电机为例:它的定子上有三对磁极，每一对磁极上绕着一

相绕组，绕组通电时，这两个磁极的极性相反；三相绕组接成星形，转子铁心

及定子极靴上有小齿，定转子齿距通常相等。转子铁心上没有绕组，转子的齿

数为40，相邻两个齿之间夹角为9°。当某一相绕组通电时，由于定转子上有齿和槽，所以当转子齿的相对位置

不同时，在磁场的作用下，转子将转动一个角度，使转子和定子的齿相互对齐，

这就是使步进电机旋转的原因。步进电机运转是由脉冲信号控制。通过改变各相通电的次序可以调整步进

电机的运转方向。

45

改变脉冲信号的周期就可以改变步进电机的动转速度。本实验板选用的是四相步进电机实验例程采用四相四拍的方式驱动步

进电机。正方向：A-B-C-D-A 反方向：A-D-C-B-A

(3) 实验内容 a) P12-P15 跳线到发光管，观察步进电机在四相四拍工作方式下四相的通

电顺序。 b) 编写正向步进子程序，反向步进子程序和主程序，使步进电机按指定的

步长运行。

(4) 实验程序函数说明表序号子程序程序功能入口参数出口参数

1 SYSCLK_Init(void) 初始化系统时钟采用




4 Timer0_Init(void)

定时器0 初始化.(定时器

0 使用系统时钟,定时

1ms)

无无

5 Timer0_ISR(void)

interrupt 1 定时器0 中断服务程序无无

6 Delay1ms(unsigned

char T) 延时1ms

T 延时时

间无

7 TestStepM(void) 步进电机测试程序无无


a）主程序流程图 b)步进电机控制流程图图 3.7 步进电机控制程序参考框图

46

(6) 调试方法 a) 观察指示灯工作的状态是否与程序中控制的方向一致 b) 常量 CPTIME 观察步进电机转速的变化.

3.4.6 以太网测控实验

(1) 实验目的熟悉 RTL8019 硬件结构及软件编程方法。了解 TCP/IP、HTTP、UDP、ARP 协

议的内容及用单片机实现 TCP/IP 协议的方法。 (2) 实验内容

以实验板为WEB服务器编写一段程序实现用局域网内的其他计算机可以访

问此服务器，并能实现互动式功能，即：可用客户机发送指令给服务器并由服务

器完成相应的动作。本例程将C8051F020内的温度传感器采集的温度应变片采集

的压力值，电位器的输入值传给上位机，上位机可发送命令控制指示灯的亮灭。

(3) 实验程序函数说明表序

号子程序

程序功

能入口参数出口参数

1 init_adc(void) 初始化

ADC0 无无

2 Read_analog_inputs(void)

读取模

数转换

值

mux_select 转换值

3 page(unsigned char pagenumber)

计算页

地址 pagenumber Temp

4 Rtl8019AS_Reset() 复位网

卡无无

5

ReadRtl8019NodeID(void)

读取网

卡物理

地址

无 my_hwaddr[i]

6 WriteRtl8019NodeID()

写网卡

物理地

址

my_hwaddr[i] 无

7 init_8019(void) 初始化

网卡无无

8 send_frame(UCHAR xdata * outbuf,

UINT len)

发送一

个数据

包

* outbuf,len 无

9 query_8019(void) 查询

8019 无 event_word

10

UCHAR xdata * rcve_frame(void)

接收一

个数据

包

无 Buf[I]

47

11 eth_send(UCHAR xdata * outbuf,

UCHAR * hwaddr, UINT ptype, UINT

len)

发送数

据

outbuf,*hwad

dr,ptype,len 无

12 eth_rcve(UCHAR xdata * inbuf)

接收数

据无 * inbuf

13

init_http(void)

初始化

HTTP

协议

无无

14 char * strstr(char * haystack,

char * needle)

字符串

查询

*haystack,

*needle * haystack

15 http_send(UCHAR xdata *

发送

TCP 段

到IP

outbuf,len nr 无

outbuf, UINT len, UCHAR nr)

层

16 Replace_tag(UCHAR xdata * start,

char * tag, char * sub) 更新标

志 start,tag, sub 无

17 http_server(UCHAR xdata * inbuf,

UINT header_len, UCHAR nr, UCHAR

resend)

HTTP

服务程

序

inbuf,header_

len,nr, resend 无

18 ip_send(UCHAR xdata * outbuf,

ULONG ipaddr, UCHAR proto_id, UINT

len)

发送IP

数据包

outbuf,ipaddr,

proto_id,len 无

19 ip_rcve(UCHAR xdata * inbuf)

接收IP

数据包 inbuf inbuf

20 init_tcp(void)

初始化

TCP 协

议

无无

21 tcp_send(UINT flags, UINT

hdr_len, UCHAR nr)

发送

TCP 段 flags,hdr_len, nr 无

22 Tcp_retransmit(void) 重发

TCP 段无无

23 Tcp_inactivity(void) 停止

TCP 无无

24 tcp_rcve(UCHAR xdata * inbuf, UINT

len)

接收

TCP 段 inbuf,len inbuf,len

25

timer2_interrupt(void) interrupt

5

定时器

2 中断

服务程

序

无无

26 init_timer2(void) 初始化无无

48

定时器

2

27 cksum(UCHAR xdata *check,UINT

length)

计算校

验和 *check,length ) Sum

28 init_main(void) 初始化

缓冲区无无

29 PORT_Init (void) 端口初

始化无无

30 SPI0_Init (void) SPI0

初始化无无

31 Timer0_Init (void)

定时器

0 初始

化

无无


系统时

钟初始

化

无无

33

Timer0_ISR (void) interrupt 1

定时器

0 中断

服务程

序

无无

34 Delay1ms(unsigned char T)

延时

Tms 程

序

T 无

35 LightONOFF(bit b)

控制显

示灯程

序

b 无


49

图3.3.6 以太网程序参考框图 (5) 调试方法

将实验程序中的 IP 地址及网关改成与做实验的局域网的 IP 同一范围内，例

如：局域网的 IP 地址为：192.168.X.X，网关为:192.168.0.1 时，可将实验板的 IP 地址设置为：192.168.0.10 并保证此 IP 地址与其他计算机的 IP 地址不冲突。

用跳线将 P3.6 与 LED 发光二极管连接用网线将实验板接入局域网，打开局

域网内的任意一台计算机，打开 IE 在地址栏内输入 HTTP:\\192.168.0.10\，可

看到如下的网页内容：

如见不到此网页，可检查局域网的设置及 RJ45 接头是否连接正常。见到此

内容后可点击亮灭单选按钮，然后点发送按钮，LED 将被控制为亮或灭。如有错误可在相应子程序中设置断点观察。

50

附录 1 C8051F 系列单片机开发工具 JTAG 口线定义

附录 2 NMC-20XX 核心模块原理图

附录 3 系统实验板原理图

附录 4 系统实验板元件排列图

附录 5 CYGNAL 单片机选型表

51

附录 1 C8051F 系列单片机开发工具 JTAG 口线定义

引脚说明

1 3.0 to 3.6VDC 输入

2 3 9 接地

4 TCK

5 TMS

6 TDO

7 TDI

8 10 没连接

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附录 2 NMC-20XX 核心模块原理图

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附录 3 系统实验板原理图

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附录 4 系统实验板元件排列图

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附录 5 CYGNAL 单片机选型表

C8051FXXX 单片机典型特点

22个中断源7个复位源WDT VDD监视器。 ISP FLASH程序存储器可用于非易失数据存储。

高速CIP-51内核70%的指令在1~2个时钟周期完成。带可编程增益放大器PGA 和采样保持的ADC。

可编程数字I/O允许5V输入,电源电压2.7V~3.6V 低功耗。 5个比较/捕捉模块PCA,实现捕捉软件定时高速输出PWM。

通过在片JTAG接口进行非侵入式全速在系统编程调试。

工业温度范围-40～+85。

典型自编教材目录 - nwpu.edu.cnhanghai.nwpu.edu.cn/shiyanzhidaoshu.pdf5 实验1...

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