虚拟仪器实验电子学

虚拟仪器实验,=实验教材：虚拟仪器实验指导书（自编）=虚拟仪器技术室软、硬件介绍=实验课程安排=实验要求与课程考核=实验室地址：3号楼3111室=,一、虚拟仪器概述,1、什么是虚拟仪器？,传统仪器厂商定义功能,虚拟仪器用户定义功能,虚拟仪器系统是由计算机、应用软件和仪器硬件三大要素构成的。计算机与仪器硬件又称为VI的通用仪器硬件平台。,软件技术是虚拟仪器的核心技术。常用的仪器用开发软件有LabVIEW、LabWindows/CVI、VEE等等，其中以LabVIEW应用最为广泛。,2、什么是Labview？,LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而LabVIEW则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序。它用图标表示函数，用连线表示数据流向。,LabVIEW程序被称为VI（VirtualInstrument），即虚拟仪器。LabVIEW的核心概念就是“软件即是仪器”，即虚拟仪器的概念。LabVIEW还包含了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示与存储等。,3、Labview可以做什么？,LabVIEW在测试、测量和自动化等领域具有最大的优势，因为LabVIEW提供了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示和存储。用户可以在数分钟内完成一套完整的从仪器连接、数据采集到分析、显示和存储的自动化测试测量系统。它被广泛地应用于汽车、通信、航空、半导体、电子设计生产、过程控制和生物医学等各个领域。,LabVIEW不仅可以用来快速搭建小型自动化测试测量系统，还可以被用来开发大型的分布式数据采集与控制系统。在美国LawrenceLivermore国家实验室，一个花费2000万美金的极为复杂的飞秒激光切割系统就是基于LabVIEW开发的。在北京正负电子对撞机二期工程北京谱仪慢控制系统中，大约有30种物理量共7000多点的现场数据点需要实时采集控制和分析记录等。,二、我系虚拟仪器技术室软、硬件介绍,1、硬件虚拟仪器主机:采用美国NI公司的电子学教育平台ELVISII平台，共25台。计算机：25台计算机。电阻、电容、电机、发光二极管、数码管等电子元器件若干。,2、软件交互式电路仿真软件Multisim软件和图形化开发软件LabVIEW软件。我系基于NI电子学教育平台（包括ELVIS硬件、Multisim软件和LabVIEW软件）而构建的虚拟仪器技术室集多领域、多学科技术于一体，充分体现了先进性、开放性和功能多样化。能紧密结合理论仿真与实际电路原型设计，适合于通信、电子信息工程、自动化等相关专业开展“虚拟仪器”及其综合应用的实践教学。实验室全天开放，学生除在实验课时间来做实验，也可利用课余时间来实验室开展课设、毕设等相关研究。,实验一LabVIEW软件基本操作（一）（设计性）实验二LabVIEW软件基本操作（二）（设计性）实验三NIELVISII平台工作环境（验证性）实验四电子温度计实验（设计性）实验五运放滤波器实验（综合性）实验六LED营救实验（综合性）,虚拟仪器实验项目,实验要求与课程考核,（一）、实验要求1.实验前做好预习，按照实验要求,编写好程序。2.实验时到实验室将预习时编写好程序利用NIELVISII平台等实物进行硬件测试，调试程序，记录实验结果，检查设计的功能。（上实验课要求带好实验教材，做好实验数据记录）3.实验中发现异常情况，如冒烟、烧焦异味等立即撤断电源，报告老师。4.实验完成后整理好实验台，打扫好实验场地。5.每次实验后认真书写实验报告，实验报告要求同实验一样，每人独自完成，不得相互照抄，发现雷同，重作。6.若实验课因事没有参加的，要求在第18周前补做好。7.实验课中内容没完成的，课后自行到实验室完成或利用自己的电脑完成，实验室全天开放。,（二）、实验课程考核1.平时每次实验情况50%2.实验考勤、实验场地整理10%3.实验报告成绩40%,返回,实验一LabVIEW软件基本操作（一）,（本实验为设计性实验）,一、实验目的,1、熟悉虚拟仪器编程软件LabVIEW的基本操作和熟悉虚拟仪器实验平台；2、掌握常见项目的编程方法和仿真调试。,二、实验原理,LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而LabVIEW则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序。它用图标表示函数，用连线表示数据流向。,LabVIEW程序被称为VI（VirtualInstrument），即虚拟仪器。LabVIEW的核心概念就是“软件即是仪器”，即虚拟仪器的概念。LabVIEW还包含了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示与存储等。,三、实验内容,1、数据操作,编写一个温度监测器，如右图所示，当温度超过报警上限，而且开启报警时，报警灯点亮。温度值可以由随即数发生器产生。,2、程序结构,利用顺序结构和循环结构写一个跑马灯，如下图所示，5个灯从左到右不停的轮流点亮，闪烁间隔由滑动条调节。,3、字符串、数组、簇和矩阵,利用簇模拟汽车控制，如右图所示，控制面板可以对显示面板中的参量进行控制。油门控制转速，转速油门*100，档位控制时速,时速档位*40，油量随VI运行时间减少。,四、实验仪器与设备,1、计算机2、ELVISII平台LabVIEW编程环境,五、实验报告格式及要求,（一）、实验目的（二）、实验内容及步骤要求每写一项实验内容，紧跟其后写出下列内容：项目的电路图及前面板；项目的程序框图；记录实验调试结果，分析是否符合设计要求。（三）、实验仪器与设备,返回,参考程序-1,参考程序-3,实验二LabVIEW软件基本操作（二）,（本实验为设计性实验）,参考程序-2,二、实验原理,LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而LabVIEW则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序。它用图标表示函数，用连线表示数据流向。,LabVIEW程序被称为VI（VirtualInstrument），即虚拟仪器。LabVIEW的核心概念就是“软件即是仪器”，即虚拟仪器的概念。LabVIEW还包含了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示与存储等。,一、实验目的,1、熟悉虚拟仪器编程软件LabVIEW的基本操作和熟悉虚拟仪器实验平台；2、掌握常见项目的编程方法和仿真调试。,4、图形化显示数据图表和图形,利用随机数发生器仿真一个0到5V的采样信号，每200ms采一个点，共采集50个点，采集完后一次性显示在WaveformGraph上。,在上例基础上再增加1路电压信号采集，此路电压信号的范围为5到10V，采样间隔是50ms，共采100个点。采样完成后，将两路采样信号显示在同一个WaveformGraph中。,三、实验内容,5、ExpressVI快速搭建专业测试系统,利用ExpressVI产生一个带白噪声的正弦信号，然后用功率谱分析ExpressVI对其进行功率谱分析，并将原信号与分析结果写入测量文件。,6、文件I/O,有一个测量程序，采集两路信号，每1s采集一次，要求每采集一次，就将采集结果写入文本文件尾部，即使重新运行程序，仍能保证数据添加到文件尾部，而不会覆盖原有数据。格式为a保留4位小数，b为整数，如右图所示。,7、子VI,写一个子VI计算输入双精度数组所有元素的平均值，并在上层VI调用它。,四、实验仪器与设备,1、计算机2、ELVISII平台LabVIEW编程环境,五、实验报告格式及要求,（一）、实验目的（二）、实验内容及步骤要求每写一项实验内容，紧跟其后写出下列内容：项目的电路图及前面板；项目的程序框图；记录实验调试结果，分析是否符合设计要求。（三）、实验仪器与设备,返回,参考程序-4,参考程序-5,参考程序-6,参考程序-7,实验三NIELVISII平台工作环境,（本实验为验证性实验）,一、实验目的,1、熟悉NIELVISII平台的组成、功能及使用；2、掌握虚拟仪器LabVIEW编程环境。,构思来源于加州州立大学圣伯纳迪诺分校PaulDixon,物理学系教授虚拟仪器教学实验的带头人,NIELVIS平台的起源,二、NIELVISII平台简介,从构思到实现,基于LabVIEW和数据采集卡可替换的原型板集成各类常用仪器功能,NIELVIS工作台,PC,外部DAQ设备,Software,NIELVISII,NIELVISII+,ELVISII平台硬件指标1,数字万用表隔离5位60VDC，20Vrms,2ADC,2Arms,100M,内部电路保护可复位保险丝,函数发生器10-bit5V范围0.2Hz到5MHz正弦0.2Hz到1MHz三角波/方波软件或手动可控BNC或原型板连接,USB连接即插即用USB2.0,示波器16bit分辨率1.25MS/s单通道500kS/s双通道共计1到1.5MHz带宽1x和10 x探针10V输入范围AC/DC耦合BNC连接,新ELVISII+100MS/s采样率50MHz带宽(-3dB)8bit分辨率20Vmax.输入范围AC/DC/GND耦合20MHz可选噪声滤波器1x和10 x探头BNC连接,ELVISII平台硬件指标2,阻抗分析仪0.2Hz到35kHz范围NPN,PNP,二极管其他分析:波特图分析仪2-线电流电压分析3-线电流电压分析,可变电源供电10bit分辨率0到+12V,0到-12V500mA电流范围,集成DAQAI采样率1.25MS/s单通道,500kS/s双通道16bit分辨率AO2.8MS/s更新率24DIO,15PFI,2CTR,原型板可替换自定义Banana,BNC,D-Sub连接,ELVIS平台原型板,数字I/O,AI、示波器、PFI,计数器、LED,电源、波形发生器、自定义I/O、AO、DMM,原型板行、列连接,电路设计原型板连接,操作仪器|NIELVISmx仪器面板,数字万用表DMM示波器SCOPE函数发生器FGEN可变电源VPS波特图仪Bode动态信号分析仪DSA,任意波形发生器ARB数字读DigIn数字写DigOut阻抗分析仪Imped2-线伏安特性测试仪2-Wire3-线伏安特性测试仪3-Wire,通过软面板调用-与传统仪器前面板相类似的体验在Multisim仿真环境中调用在LabVIEW编程环境中调用,在仿真环境中调用仪器,在同一面板上：,通过切换设备名称访问NIELVIS硬件,NIELVISII仪器在Multisim中比较仿真数据和NIELVISII的测量信号,通过软面板调用-与传统仪器前面板相类似的体验在Multisim仿真环境中调用在LabVIEW编程环境中调用,操作仪器|自定义仪器编程,通过软面板调用-与传统仪器前面板相类似的体验在Multisim仿真环境中调用在LabVIEW编程环境中调用（ExpressVI/DAQmxAPI）,三、实验内容,1-1测量器件值1-2在NIELVISII开发板上创建分压电路1-3使用DMM测量电流1-4观察RC瞬态电路的电压变化1-5可视化RC瞬态电路的电压详细步骤请参考实验指导书。,四、实验仪器与设备,1、计算机2、ELVISII平台LabVIEW编程环境,五、实验报告格式及要求,（一）、实验目的（二）、实验内容及步骤要求每写一项实验内容，紧跟其后写出下列内容：项目的电路图及前面板；项目的程序框图；记录实验调试结果，分析是否符合设计要求。（三）、实验仪器与设备,返回,实验四电子温度计实验,（本实验为设计性实验）,一、实验目的,1、熟悉NIELVISII平台的组成、功能及使用；2、掌握虚拟仪器LabVIEW编程环境。,二、实验内容,2-1测量电阻元件阻值2-2操作可变电源2-3热敏电阻电路2-4构建NIELVIS虚拟数字温度计详细步骤请参考实验指导书。,三、实验仪器与设备,1、计算机2、ELVISII平台LabVIEW编程环境,四、实验报告格式及要求,（一）、实验目的（二）、实验内容及步骤要求每写一项实验内容，紧跟其后写出下列内容：项目的电路图及前面板；项目的程序框图；记录实验调试结果，分析是否符合设计要求。（三）、实验仪器与设备,返回,实验五运放滤波器实验,（本实验为综合性实验）,一、实验目的,1、熟悉NIELVISII平台的组成、功能及使用；2、掌握虚拟仪器LabVIEW编程环境。,二、实验内容,4-1测量电路元件的规格赋值4-2基本运放电路的频率响应4-3测量运放的频率特性4-4高通滤波器4-5低通滤波器4-6带通滤波器详细步骤请参考实验指导书。,三、实验仪器与设备,1、计算机2、ELVISII平台LabVIEW编程环境,四、实验报告格式及要求,（一）、实验目的（二）、实验内容及步骤要求每写一项实验内容，紧跟其后写出下列内容：项目的电路图及前面板；项目的程序框图；记录实验调试结果，分析是否符合设计要求。（三）、实验仪器与设备,返回,实验六LED营救实验,（本实验为综