虚拟仪器技术实验指导书(紫金2012).doc

实验2 LabVIEW图形、数组、簇编程实验（设计型）1.实验目的（1）学习如何创建数组和簇，掌握它们的区别以及相应的操作。（2）学习并掌握波形图和波形图表的使用，了解它们的区别。2.实验设备安装有LabVIEW8.2的计算机3.实验内容（1）利用For循环建立一个一维数组并给出数组中的元素个数；建立一个二维数组给出数组中元素个数，并求出二维数组中元素的最大值、最小值。（2）产生两个一维数组，分别组成一个二维数组和一个簇，然后用波形图显示二维数组，用XY图显示簇。（3）设计一个VI来测量温度，每隔0.25秒测一次，共测定10秒，温度范围为0100度。在数据采集过程中，VI将在波形图表上实时地显示测量结果。在采集过程结束后，在波形图上画出数据波形曲线，并算出温度的最大值，最小值和平均值。4.实验原理（1）数组数组是一些具有相同类型的元素组成的集合。数组包含两方面的内容：元素和维数。数组中的元素可以是数字、布尔、字符、路径、波形和簇等数据类型。（2）簇簇相当于一个容器，容器中的元素可以是各种不同的数据类型。也就是说，可以在一个簇中放置控制选板上的各种控件，如数字控件、布尔控件、数组控件等，但是不能将输入控件和输出控件同时放入其中。（3）图形子选板LabVIEW8.2的图形子选板提供了完成各种图形显示功能的控件。按照处理测量数据的方式和显示过程的不同，图形显示控件主要分成两大类，一类为图形，另一类称为图表。这两类控件都是用于图形化显示采集或生成的数据。图形和图表的区别在于各自不同的数据显示和更新方式。含有图形的VI通常先将数据采集到数组中，再将数据绘制到图形中。该过程类似于电子表格，即先存储数据再生成数据的曲线。数据绘制到图形上时，图形不显示之前绘制的数据而只显示当前的新数据。图形一般用于连续采集数据的快速过程。与图形相反，图表将新的数据点追加到已显示的数据点上以形成历史记录。在图表中，可结合先前采集到的数据查看当前读数或测量值。当图表中新增数据点时，图表将会滚动显示，即图表右侧出现新增的数据点，同时旧数据点在左侧消失。图表一般用于每秒只增加少量数据点的慢速过程。5.实验步骤（1）利用For循环建立一个一维数组并给出数组中的元素个数；建立一个二维数组给出数组中元素个数，并计算出最大、最小值。打开一个新的前面板，在前面板上，创建包含一维数组、二维数组及显示数组大小、二维数组最大值、最小值等指示器。在程序框图中，利用For循环和“随机数（0-1）”函数创建一维数组和二维数组。利用“数组大小”函数求1维和2维数组的大小；利用“数组最大值与最小值”函数求出输入数组中元素的最大值、最小值。（2）产生两个一维数组，分别组成一个二维数组和一个簇，然后用波形图显示二维数组，用XY图显示簇。打开一个新的前面板，在前面板上，创建包含一维数组大小输入控件、两个一维数组显示器以及波形图和XY图显示器。在程序框图中，利用For循环和“随机数（0-1）”函数创建一个一维数组，利用For循环和For循环的重复端口i创建另一个一维数组。利用“创建数组”函数将两个一维数组组成二维数组并送波形图显示；利用“捆绑”函数将两个一维数组捆绑后送XY图显示。（3）利用随机数产生器乘以100来模拟0100度的温度，利用数值函数和比较函数计算最大值、最小值、平均值，并用波形图和波形图表两种方式显示测量结果。6.实验结果分析（1）运行程序，观察波形图和XY图的区别。（2）簇和数组的区别是什么？（3）波形图和波形图表的区别是什么？实验3 虚拟信号发生器实验（设计型）1.实验目的学习并掌握LabVIEW 8.2的信号产生、case结构及波形显示控件的使用。2.实验设备安装有LabVIEW8.2和NI-DAQmx的计算机。3.实验内容（1）利用信号产生节点和Case结构创建一个简单的可产生正弦波、方波、三角波和锯齿波的信号发生器。（2）可设置信号的频率、幅度、初相位以及方波的占空比。（3）求产生的信号的平均值和有效值。4.实验原理当无法获得真实信号或需要产生与系统相适应的测试信号时，需要利用软件产生仿真信号。仿真信号可以是模拟信号，也可以是数字信号，如设计一个虚拟信号发生器，可产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等模拟信号。LabVIEW8.2的函数选板提供了丰富的波形函数，可以产生正弦波形、方波、三角波、脉冲波形、扫描波形、随机噪声波形等各种仿真信号波形序列的功能模块，这些功能模块都是用来产生指定波形的一维数组。LabVIEW8.2的信号生成子选板如图4.1所示。图4.1 信号生成子选板在信号生成子选板中的某些VI需要使用数字频率控制，因此在使用这些VI时，必须确定采样频率，才能将模拟信号频率转化为数字频率。根据采样定理，在一个信号周期至少要取两个采样点，即采样频率必须2倍的最高信号频率，这就是著名的奈奎斯特频率。需要使用数字频率控制的VI包括：正弦波、三角波、方波、锯齿波、任意波形及线性扫频波等。虚拟信号发生器的测试接线图可按图 4.2所示连线。图 4.2 虚拟信号发生器的测试接线图虚拟信号发生器为被测器件或系统提供测试用信号，被测系统对输入激励进行响应，响应的结果由虚拟测试仪器，如虚拟电压表、虚拟示波器、虚拟频率计等进行定量测试。5.实验步骤（1）打开一个新的前面板，在前面板上，创建包含信号源类型选择、信号频率、信号幅度、信号相位、占空比，以及采样频率、采样点数、波形图显示等前面板对象。（2）在程序框图设计中，使用Case结构选择输出信号类型，4个Case分支输出不同的信号。（3）可在信号产生子选板中分别选择“正弦波”、“三角波”、“方波”、“锯齿波”函数产生不同的波形。（4）将X轴的初始值、采样间隔和波形数组捆绑后送波形图显示，波形图的X轴为时间轴。（5）可在信号处理的波形测量子选板中，选择“基本平均直流-均方值”函数进行波形参数的测量。6.实验结果分析改变信号产生的频率和波形，运行VI，观察并记录结果。实验4 信号处理实验（设计型）1.实验目的学习并掌握LabVIEW 8.2的信号处理函数的使用。2.实验设备安装有LabVIEW8.2的计算机3.实验内容使用低通滤波器提取正弦波。设计方法是：利用波形生成子选板中的“正弦波形”函数产生三组正弦信号，其频率分别为80Hz、300Hz、1000Hz，采样频率设置为5000Hz。将三组正弦信号叠加后通过巴特沃斯低通滤波器提取80Hz的正弦信号。并用波形图显示滤波前、后的时域波形和功率谱。4.实验原理滤波是信号处理中的一种基本而重要的技术，利用滤波技术可以在形形色色的信号中提取所需的信号，抑制不需要的干扰信号。数字滤波器按照离散系统的时域特性，可以分为无限冲激响应滤波器（Intinite Impulse Response Digital，IIR）和有限冲激响应滤波器（Finite Impulse Response Digital Filter，FIR）两大类，这两种滤波器中都包含有低通、高通、带通、带阻等几种类型。LabVIEW8.2的滤波器子选板如图5.1所示。图5.1 滤波器子选板本实验要求输入三种不同频率的正弦波，叠加后，设计一个低通巴特沃斯滤波器，以滤除高频分量，提取低频正弦信号。5.实验步骤（1）打开一个新的前面板，在前面板上，创建包含正弦信号频率输入、采样点数、采样频率，以及低通滤波器的截止频率、滤波器的阶数和滤波前、后波形图显示等前面板对象。（2）在程序框图设计中，利用波形生成子选板中的“正弦波形”函数，分别产生80Hz、300Hz、1000Hz的三组正弦信号；利用“加”函数将三组正弦波叠加，产生合成的模拟信号。（3）在滤波器函数子选板中，选择“Butterworth”滤波