PCI6211采集卡实验说明书

1、北京君合泰科技有限公司 LabVIEW虚拟仪器教学实验系统前言 本实验系统是为本科生、研究生开设的测控技术与虚拟仪器课程提供的实验设备。它提供验证性、设计性、创新性的各种典型实验。通过实验了解和掌握常用的物理量如位移、速度、力、温度、浓度、湿度等检测方法，并能初步分析典型测控系统中传感器的工作原理及其在检测与控制中的作用于地位：认识到传感器技术在信息技术应用的重要性。训练具有根据被测对象及测量要求合理选用传感器及相应测量电路的能力。并能构建相应的测控系统。了解仪器接口的规范和技术，懂得如何建立特定测试目的的自动化测量系统。懂得编写仪器控制软件，了解虚拟仪器技术的概念，体验虚拟仪器环境的实验研究

2、。了解LabVIEW软件及相应的虚拟仪器技术，了解传感器技术与计算机技术、通信技术及微电子技术等相关技术结合的现状与发展趋势，从而提高学生们毕业后独立设计自动化检测系统和智能化仪器仪表的能力。实验箱底板功能说明一. 本系统所用NI PCI-6221数据采集卡资源如是，24路双向数字I/O，16路模拟输入、2路模拟输出，2路定时计数器，底板上68针插座接口为采集卡68-pin VHDCI母头接口。采集卡用法详见NI-DAQmx帮助。二步进电机控制与霍尔元件位置检测实验模块集成在实验箱板底上。目录第一部分 传感器模块实验实验一 双向磁场场强计设计 3实验二 人体感应报警系统设计5实验三 电子秤设计

3、7实验四 可燃气体检测系统设计9实验五 湿度测量计设计11实验六 光强检测与控制系统设计13实验七 红外数据传输系统设计15实验八 步进电机控制与霍尔元件位置检测系统设计17实验九 温度测量与温度控制PID系统设计21实验十 电机调速与测速开环系统设计23实验十一 电机调速与测速闭环PID系统设计 25实验十二 模拟电梯超重报警系统设计27实验十三 遥控电风扇系统设计30实验十四 自动控制窗帘系统设计32实验十五 模拟小车遇障系统设计35 第二部分信号处理实验实验一 典型信号的频谱分析实验 38实验二 典型信号的概率密度分析实验40实验三 典型信号的相关分析实验42实验四 信号的采样与恢复实验

4、44实验五 数字FIR滤波器实验46实验六数字IIR滤波器实验48实验七信号的调制（调幅）实验50实验八信号的调制（调频）实验52实验九 信号的调制（调相）实验54实验十信号的合成与分解实验56第一部分 传感器模块实验 实验一 双向磁场场强计设计1、 实验目的1.初步认识采集卡，了解采集卡AD采集功能。2.学会读取、运算数据，并使用各种控件显示采集卡采集到的数据。2、 实验内容1.利用“双向磁场场强计”采集磁场信号。2.仿照实验程序自行编写程序，并连接仪器测试程序的运行状况。3、 实验仪器、设备及器材虚拟仪器测控实验实训平台实验箱一台、NI PCI-6221采集卡一块、68针配套屏蔽线一根、磁

5、场强度传感器与调理电路模块一块、导线若干、磁性螺丝刀一把。4、 实验原理美国物理学家霍尔（A.H.Hall，18551938）于1879年在研究金属的导电机构时发现，当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应。这个电势差也被叫做霍尔电势差。利用此特性即可检测场强。本实验利用Allegro MicroSystems公司推出A1301线性感应器作为敏感元件，A1301是连续的时间，比例，线性霍尔效应传感器，能够提供准确的与磁场强度成正比的电压输出，最高灵敏度为2.5mV/G。A1301感应产生的信号通过放大电路处理转化为NI PCI-

6、6221采集卡准确采集范围内的电压，然后利用NI PCI-6221采集卡采集输入计算机，最后通过labview编程运算和显示采集到的信号。电路原理图如下图：5、 实验步骤1.将采集卡连接计算机与实验箱。2.将磁场强度传感器与调理电路模块装上实验箱，拧上彩色螺母固定。3.将模块上MAG_OUT端（或TP4）用导线连接至采集卡AI15端(实际接线以程序中设置的通道为准，以后不再说明），模块上GND端连接至采集卡AI GND端。4.接通电源，打开“双向磁场场强计.vi”程序，运行。5.用带磁性的螺丝刀靠近模块上A1302霍尔传感器元件，改变方位，观察采集到的信号。6.仿照实验程序自行编写程序，并连接

7、仪器测试程序的运行状况。6、 实验截图实验二 人体感应报警系统设计1、 实验目的1.进一步认识采集卡，了解采集卡AD采集功能。2.学会读取、运算数据，并使用各种控件显示采集卡采集到的数据，同时学会利用采集的数据做其他处理。2、 实验内容1. 利用“人体感应报警系统系统”采集人体热源信号。2. 仿照实验程序自行编写程序，并连接仪器测试程序的运行状况。3、 实验仪器、设备及器材虚拟仪器测控实验实训平台实验箱一台、NI PCI-6221采集卡一块、68针配套屏蔽线一根、热释电人体感应系统电路模块一块、导线若干。4、 实验原理当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热变化

8、产生的电极化现象，被称为热释电效应。通常，晶体自发极化所产生的束缚电荷被来自空气中附着在晶体表面的自由电子所中和，其自发极化电矩不能表现出来。当温度变化时，晶体结构中的正负电荷重心相对移位，自发极化发生变化，晶体表面就会产生电荷耗尽，电荷耗尽的状况正比于极化程度，下图表示了热释电效应形成的原理。热释电效应的晶体称之为热释电体或热释电元件，其常用的材料有单晶(LiTaO3 等)、压电陶瓷（PZT等）及高分子薄膜（PVFZ等）。热释电元件感应产生的信号通过放大电路处理转化为NI PCI-6221采集卡准确采集范围内的电压，然后利用NI PCI-6221采集卡采集输入计算机，最后通过labview编

9、程运算处理和显示采集到的信号，进而判断人（热源）的靠近和远离。电路原理图如下图：5、 实验步骤1.将采集卡连接计算机与实验箱。2.将热释电电路模块装上实验箱，拧上彩色螺母固定。3.将模块上OUT端（或TP3）用导线连接至采集卡AI13端，模块上GND端连接至采集卡AI GND端。4.接通电源，打开“人体感应报警系统系统.vi”程序，运行。5.人靠近传感器，观察采集到的信号；远离传感器，再观察采集到的信号。6.仿照实验程序自行编写程序，并连接仪器测试程序的运行状况。6、 实验截图 实验三 电子秤设计1、 实验目的1.熟练掌握采集卡AD采集功能。2.学会利用软件修正采集卡采集到的数据，即定标。2、

10、 实验内容1. 利用“电子称”采集压力信号2. 仿照实验程序自行编写程序，并连接仪器测试程序的运行状况。3、 实验仪器、设备及器材虚拟仪器测控实验实训平台实验箱一台、NI PCI-6221采集卡一块、68针配套屏蔽线一根、压力传感器与桥用激励电路模块一个、导线若干。4、 实验原理通过力敏传感器将压力信号转化为电压信号，再将电压信号通过电路处理成NI PCI-6221采集卡准确采集范围内的电压，然后利用NI PCI-6221采集卡采集输入计算机，最后通过labview编程运算和显示采集到的信号。电路原理图如下图：5、 实验步骤1.将采集卡连接计算机与实验箱。2.将压力传感器模块装上实验箱，拧上彩

11、色螺母固定。3.将模块上OUT端用导线连接至实验箱AI8端，将模块外接电源接口-5V端用导线连接至实验箱-5V端，将模块上GND端连接至实验箱AGND端。4接通电源，打开“电子称.vi”程序，运行。5按照前面板上的“实验步骤”操作。6仿照实验程序自行编写程序，并连接仪器测试程序的运行状况。6、 实验截图实验四 可燃气体检测系统设计1、 实验目的1.进一步认识采集卡，掌握采集卡AD采集功能。2.巩固前面所学知识，会读取、运算数据，并使用各种控件显示采集卡采集到的数据。2、 实验内容1. 利用“可燃气体检测系统”检测酒精在空气中的浓度2. 仿照实验程序自行编写程序，并连接仪器测试程序的运行状况。3

12、、 实验仪器、设备及器材虚拟仪器测控实验实训平台实验箱一台、NI PCI-6221采集卡一块、68针配套屏蔽线一根、可燃性气体检测电路模块一块、导线若干。4、 实验原理以酒精为例，当传感器遇酒精气体时，电压生高；当浓度降低时，电压降低。传感器产生的信号通过电路处理后利用NI PCI-6221采集卡采集输入计算机，最后通过labview编程运算和显示采集到的信号。电路原理图如下图：5、 实验步骤1.将采集卡连接计算机与实验箱。2.将可燃性气体电路模块装上实验箱，拧上彩色螺母固定。3.将模块上TP1端接至采集卡AI14端，模块上GND端连接至采集卡AI GND端。4.接通电源，打开“可燃气体检测系

13、统.vi”程序，运行。5.用酒精靠近传感器，观察采集到的信号；移开酒精，再次观察采集到的信号。6.仿照实验程序自行编写程序，并连接仪器测试程序的运行状况。6、 实验截图实验五 湿度测量计设计1、 实验目的1.初步掌握采集卡计数器功能。2.学会利用采集卡计数器检测脉冲信号频率。2、 实验内容1. 利用“湿度测量计”采集大气湿度信号2. 仿照实验程序自行编写程序，并连接仪器测试程序的运行状况。3、 实验仪器、设备及器材虚拟仪器测控实验实训平台实验箱一台、NI PCI-6221采集卡一块、68针配套屏蔽线一根、湿度传感器与调理电路模块一块、导线若干。4、 实验原理水是一种极强的电解质。水分子有较大的

14、电偶极矩，在氢原子附近有极大的正电场，因而它有很大的电子亲和力，使得水分子易吸附在固体表面并渗透到固体内部。利用水分子这一特性制成的湿度传感器称为水分子亲和力型传感器。而把与水分子亲和力无关的湿度传感器称为非水分子亲和力型传感器。在现代工业上使用的湿度传感器大多是水分子亲和力型传感器，它们将湿度的变化转换为阻抗或电容值的变化后输出。本实验中采用水分子亲和力型传感器HS1101作为敏感元件，控制TLC555输出频率，达到检测湿度的目的湿度传感器感应的湿度信号通过电路转化为脉冲信号，再将脉冲信号然后利用NI PCI-6221采集卡计数器功能采集输入计算机，最后通过labview编程运算和显示采集到

15、的信号。电路原理图如下图：5、 实验步骤1.将采集卡连接计算机与实验箱。2.将湿度传感器与调理电路模块装上实验箱，拧上彩色螺母固定。3.将模块上HUM_OUT端（或TP4）用导线连接至采集卡PFI3/P1.3端（计数器引脚应用请参照PCI6221采集卡计数器引脚说明），模块上GND端连接至采集卡DGND端。4.接通电源，打开“湿度测量计.vi”程序，运行。5.程序稳定后，对着传感器吹一口气，观察信号变化；待湿气耗散后，再观察信号变化。6.仿照实验程序自行编写程序，并连接仪器测试程序的运行状况。6、 实验程序实验六 光强检测与控制系统设计1、 实验目的1. 进一步熟练掌握采集卡AD采集功能。2.

16、初步学会使用DA功能。2、 实验内容1. 利用“光强检测与控制系统”采集光强信号，并调节控制光强。2. 仿照实验程序自行编写程序，并连接仪器测试程序的运行状况。3、 实验仪器、设备及器材虚拟仪器测控实验实训平台实验箱一台、NI PCI-6221采集卡一块、68针配套屏蔽线一根、光强传感器与控制电路模块一块、导线若干。4、 实验原理通过光敏电阻将光强信号转化为电压信号，再将电压信号通过电路处理成NI PCI-6221采集卡准确采集范围内的电压，然后利用NI PCI-6221采集卡采集输入计算机，最后通过labview编程运算和显示采集到的信号。通过程序输出控制信号给采集卡，采集卡DA输出信号给电

17、路驱动发光二极管发光，从而达到调节控制光强的目的。电路原理图如下图：5、 实验步骤1.将采集卡连接计算机与实验箱。2.将光强传感器与控制电路模块装上实验箱，拧上彩色螺母固定。3.将模块上LIG_OUT端（或TP4）用导线连接至采集卡AI8端，CON_IN端（或TP1)连接至采集卡AO0，GND端连接至采集卡AI GND端和AO GND。4.接通电源，打开“光强检测与控制系统.vi”程序，运行。5.调节“光强控制”控件值，观察硬件上光强变化，同时观察采集信号的变化。6.仿照实验程序自行编写程序，并连接仪器测试程序的运行状况。6、 实验截图实验七 红外数据传输系统设计1、 实验目的1. 进一步掌握

18、采集卡数字IO功能。2.了解红外传输原理及工作过程。2、 实验内容1. 利用“红外数据传输系统”采集红外光信号。2. 仿照实验程序自行编写程序，并连接仪器测试程序的运行状况。3、 实验仪器、设备及器材虚拟仪器测控实验实训平台实验箱一台、NI PCI-6221采集卡一块、68针配套屏蔽线一根、红外数据传输与控制电路模块一块、导线若干。4、 实验原理Labview程序输出信号给采集卡，控制采集卡DO口输出数字信号驱动红外发光二极管工作，实现DO控制。发出的红外光由HS0038红外光传感器门电路接收，转换成TTL电平信号传输给采集卡DI口，采集卡将采集到的数字信号进一步传输给计算机，计算机通过lab

19、view程序判断和处理接受的信号，实现DI采集。电路原理图如下图：5、 实验步骤1.将采集卡连接计算机与实验箱。2.将红外数据传输与控制电路模块装上实验箱，拧上彩色螺母固定。3.将模块上DI9端（或TP7）用导线连接至采集卡P1.2端，CON_IN端（或TP1）连接至采集卡P1.7，GND端连接至采集卡DGND端。4.接通电源，打开“红外数据传输系统.vi”程序，运行。5.在“发送”控件内输入任意0-65535范围内数值，观察结果。6.单击“输入类型”控件，改变“传输数组”控件值，观察结果。7.仿照实验程序自行编写程序，并连接仪器测试程序的运行状况。6、 实验截图实验八 步进电机控制与霍尔元件

20、位置检测系统设计1、 实验目的1. 学习掌握采集卡DI、DO功能，掌握labview的数字通信。2.了解步进电机的控制方法。2、 实验内容1. 利用“步进电机控制与霍尔元件位置检测系统”模拟电梯工作。2. 仿照实验程序自行编写程序，并连接仪器测试程序的运行状况。3、 实验仪器、设备及器材虚拟仪器测控实验实训平台实验箱一台、NI PCI-6221采集卡一块、68针配套屏蔽线一根、导线若干。4、 实验原理 本实验使用的步进电机用直流+12V 电压，电机线圈由A、/A、B、/B 四相组成。 驱动方式为四相四拍方式,各线圈通电顺序如下表。表中首先向A 线圈输入驱动电流， 接着/A、B、/B 线圈驱动，

21、最后又返回到A 线圈驱动，按这种顺序切换，电机轴按顺时针方向旋转。若通电顺序相反，则电机轴按逆时针方向旋转。（注：为提高步进电机负载能力和运行平稳可使用四相八拍驱动方式。）电机带动磁铁转动，磁铁的位置代表“电梯”的位置，利用霍尔元件检测“电梯”的位置，即“电梯”处于某个霍尔元件位置时，相应霍尔传感器通过电路传出TTL高电平信号，信号由采集卡DI采集传给计算机，通过labview程序判断“电梯”的“当前楼层”，此即实现DI采集功能。由Labview程序判断“当前楼层”后，输出数字信号给采集卡，控制采集卡输出数字控制信号，一部分信号传递给ULN2003芯片电路驱动步进电机转动，一部分信号驱动数码管

22、，在硬件上显示“当前楼层”，此即实现DO控制。电路原理图如下图：5、 实验步骤1.将采集卡连接计算机与实验箱。2接通电源，打开“步进电机控制与霍尔元件位置检测系统.vi”程序，运行。3增大“楼层选择”控件的值，观察“电梯”运行状态，同时观察程序界面显示信息；减小“楼层选择”控件的值，再次观察“电梯”运行状态，同时观察程序界面显示信息。4改变“驱动方式”控件值，重复步骤4。比较电机运行有何异同。5仿照实验程序自行编写程序，并连接仪器测试程序的运行状况。6、 实验程序实验九 温度测量与温度控制PID系统设计1、 实验目的1. 进一步熟练掌握采集卡AD采集功能与DA功能。2.了解PID控制原理。2、

23、 实验内容1. 利用“温度测量与温度控制PID系统”采集温度信号，并实现温度的控制。2. 仿照实验程序自行编写程序，并连接仪器测试程序的运行状况。3、 实验仪器、设备及器材虚拟仪器测控实验实训平台实验箱一台、NI PCI-6221采集卡一块、68针配套屏蔽线一根、温度测量与控制电路模块一块、导线若干。4、 实验原理通过热敏电阻将温度信号转化为电压信号，再将电压信号通过电路处理成NI PCI-6221采集卡准确采集范围内的电压，然后利用NI PCI-6221采集卡采集输入计算机，最后通过labview编程运算和显示采集到的信号。通过程序输出控制信号给采集卡，采集卡DA输出信号给加热电阻加热，从而

24、达到调节控制光强的目的。电路原理图如下图：5、 实验步骤1.将采集卡连接计算机与实验箱。2.将温度测量与控制电路模块装上实验箱，拧上彩色螺母固定。3.将模块上CH0端（或TP3）用导线连接至采集卡AI10端，DA3端或连接至采集卡AO1，GND端连接至采集卡AI GND端。4.接通电源，打开“温度测量与温度控制PID系统.vi”程序，运行。5.增大“要求温度”控件值，观察结果。6.减小“要求温度”控件值，观察结果。7.更改PID参数，重复步骤6、7。8.仿照实验程序自行编写程序，并连接仪器测试程序的运行状况。6、 实验程序实验十 电机调速与测速开环系统设计1、 实验目的1. 进一步熟练掌握采集

25、卡AD采集功能和计数器功能。2.初步学会数据的采样与保存。2、 实验内容1. 利用“电机调速与测速开环系统”控制电机转速，测量电机转速，并处理和保存数据。2. 仿照实验程序自行编写程序，并连接仪器测试程序的运行状况。3、 实验仪器、设备及器材虚拟仪器测控实验实训平台实验箱一台、NI PCI-6221采集卡一块、68针配套屏蔽线一根、电机转速控制与测速电路模块一块、导线若干。4、 实验原理labview程序输出控制信号给采集卡，采集卡通过DA口输出相应电压，经过信号放大与功率放大控制电机旋转，实现DA控制。利用光电门检测电机的旋转，转化的TTL脉冲电平信号由采集卡计数器采集，进而传给计算机，计算

26、机再通过labview程序计算出脉冲频率进而计算出电机转速，最后显示出来，实现计数测速功能。对于每一个DA控制值，电机稳定后都有一个对应的转速值，采样多组对应值后，可以绘制出“DA-转速曲线”，通过拟合，可以得出DA与转速之间的关系式。电路原理图如下图：5、 实验步骤1.将采集卡连接计算机与实验箱。2.将电机转速控制与测速电路模块装上实验箱，拧上彩色螺母固定。3.将模块上OUT端用导线连接至采集卡PFI3端，IN端连接至采集卡AO1，GND端连接至采集卡AI GND端和DGND端。4.接通电源，打开“电机调速与测速开环系统.vi”程序，运行。5.从小到大调节DA值，每调节一次待电机运转稳定后单

27、击“采样”控件一次。6.选项卡控件选择“结果分析”，单击“获取采样曲线”控件。7.选择保存路径，单击保存。8.仿照实验程序自行编写程序，并连接仪器测试程序的运行状况。6、 实验截图实验十一 电机调速与测速闭环PID系统设计1、 实验目的1. 进一步熟练掌握采集卡AD采集与计数器功能。2.掌握使用labview实现控制的方法。2、 实验内容1. 利用“电机调速与测速闭环PID系统”实现电机控制。2. 仿照实验程序自行编写程序，并连接仪器测试程序的运行状况。3、 实验仪器、设备及器材虚拟仪器测控实验实训平台实验箱一台、NI PCI-6221采集卡一块、68针配套屏蔽线一根、电机转速控制与测速电路模

28、块一块、导线若干。4、 实验原理labview程序输出控制信号给采集卡，采集卡通过DA口输出相应电压，经过信号放大与功率放大控制电机旋转，实现DA控制。利用光电门检测电机的旋转，转化的TTL脉冲电平信号由采集卡计数器采集，进而传给计算机，计算机再通过labview程序计算出脉冲频率进而计算出电机转速，最后显示出来，实现计数测速功能。检测到的速度再次反馈代入PID函数，通过程序的比较和运算得出控制量给DA输出，进而调节电机转速，整个过程闭环，实现了电机的PID控制。电路原理图参考“电机调速与测速（开环）”。5、 实验步骤1.将采集卡连接计算机与实验箱。2.将电机转速控制与测速电路模块装上实验箱，

29、拧上彩色螺母固定。3.将模块上OUT端用导线连接至采集卡PFI3端，IN端连接至采集卡AO0，GND端连接至采集卡AI GND端和DGND端。4.接通电源，打开“电机调速与测速闭环PID系统.vi”程序，运行。5.增大“要求转速”控件值，观察结果。6.减小“要求转速”控件值，观察结果。7.更改PID参数，重复步骤5、6。8.仿照实验程序自行编写程序，并连接仪器测试程序的运行状况。6、 实验截图实验十二 模拟电梯超重报警系统设计1、 实验目的1. 复习采集卡AD采集与数字IO功能。2.掌握AD采集与数字IO的结合使用。2、 实验内容1. 利用“模拟电梯超重报警系统”模拟电梯运行情况受载重影响实验

30、。2.仿照实验程序自行编写程序，并连接仪器测试程序的运行状况。3、 实验仪器、设备及器材虚拟仪器测控实验实训平台实验箱一台、NI PCI-6221采集卡一块、68针配套屏蔽线一根、导线若干。4、 实验原理 本实验使用的步进电机用直流+12V 电压，电机线圈由A、/A、B、/B 四相组成。 驱动方式为四相四拍方式,各线圈通电顺序如下表。表中首先向A 线圈输入驱动电流， 接着/A、B、/B 线圈驱动，最后又返回到A 线圈驱动，按这种顺序切换，电机轴按顺时针方向旋转。若通电顺序相反，则电机轴按逆时针方向旋转。（注：为提高步进电机负载能力和运行平稳可使用四相八拍驱动方式。）电机带动磁铁转动，磁铁的位置

31、代表“电梯”的位置，利用霍尔元件检测“电梯”的位置，即“电梯”处于某个霍尔元件位置时，相应霍尔传感器通过电路传出TTL高电平信号，信号由采集卡DI采集传给计算机，通过labview程序判断“电梯”的“当前楼层”，此即实现DI采集功能。由Labview程序判断“当前楼层”后，输出数字信号给采集卡，控制采集卡输出数字控制信号，一部分信号传递给ULN2003芯片电路驱动步进电机转动，一部分信号驱动数码管，在硬件上显示“当前楼层”，此即实现DO控制。通过力敏传感器将压力信号转化为电压信号，再将电压信号通过电路处理成NI PCI-6221采集卡准确采集范围内的电压，然后利用NI PCI-6221采集卡采

32、集输入计算机，最后通过labview编程运算和显示采集到的信号。程序通过采集的AD值判断是否“超重”，进而通过数字IO控制“电梯”是否“运行”，此即AD采集与数字IO的结合使用。电路原理图参考“电子称”、“步进电机控制”。5、 实验步骤1.将采集卡连接计算机与实验箱。2.将压力传感器与桥用激励电路装上实验箱，拧上彩色螺母固定。3.将模块上OUT端用导线连接至实验箱AI9端，将模块上外接电源接口-5V端用导线连接至实验箱-5V端，将GND端连接至实验箱AGND端。4接通电源，打开“模拟电梯超重报警系统.vi”程序，运行。5照压力的测量实验校准“电子秤”。6输入一个合适的“电梯最大承重”值，再输入

33、一个“要求楼层”，让“电梯”运行起来。7在“电梯”运行途中给“电子秤”施加压力直至压力值超过“电梯最大承重”，观察“电梯”电梯运行状态。8改变“要求楼层”，看电梯是否运行。9减小压力直至压力值小于“电梯最大承重”观察“电梯”运行状态。10复步骤7。11仿照实验程序自行编写程序，并连接仪器测试程序的运行状况。6、 实验程序实验十三 遥控电风扇系统设计1、 实验目的1. 进一步熟练掌握采集卡DA输出功能、数字IO功能。2.学会DA输出功能、数字IO功能的结合使用。2、 实验内容1. 利用“遥控电风扇系统”输出与接收红外信号，并控制电机转速。2.仿照实验程序自行编写程序，并连接仪器测试程序的运行状况

34、。3、 实验仪器、设备及器材虚拟仪器测控实验实训平台实验箱一台、NI PCI-6221采集卡一块、68针配套屏蔽线一根电机转速控制与测速电路模块一块、红外数据传输与控制电路模块一块、导线若干。4、 实验原理Labview程序输出信号给采集卡，控制采集卡DO口输出数字信号驱动红外发光二极管工作，实现DO控制。发出的红外光由HS0038红外光传感器门电路接收，转换成TTL电平信号传输给采集卡DI口，采集卡将采集到的数字信号进一步传输给计算机，计算机通过labview程序判断和处理接受的信号，实现DI采集。根据接收到的信号，labview程序输出控制信号给采集卡，采集卡通过DA口输出相应电压，经过信

35、号放大与功率放大控制电机旋转，实现DA控制。电路原理图参考“红外传输”、“电机调速与测速（开环）”5、 实验步骤1.将采集卡连接计算机与实验箱。2.将电机转速控制与测速电路模块和红外数据传输与控制电路模块装上实验箱，拧上彩色螺母固定。3.将电机模块上DA1端连接至采集卡AO1，GND端连接至采集卡AO GND端；红外模块上DI9端（或TP7）用导线连接至采集卡P1.2端，CON_IN端连接至采集卡P1.7，GND端连接至采集卡DGND端。4.接通电源，打开“遥控电风扇系统.vi”程序，运行。5.分别选择“大风”、“中风”、“小风”、“停止”，观察实验现象。6.仿照实验程序自行编写程序，并连接仪

36、器测试程序的运行状况。6 实验程序实验十四 自动控制窗帘系统设计1、 实验目的1. 熟练掌握采集卡数字IO功能与AD采集功能。2. 进一步掌握步进电机的控制方法。3. 尝试AD采集与DO输出的反馈控制。2、 实验内容1. 利用“自动控制窗帘系统”模拟根据光强变化，“窗帘”的自动打开与拉上。2.仿照实验程序自行编写程序，并连接仪器测试程序的运行状况。3、 实验仪器、设备及器材虚拟仪器测控实验实训平台实验箱一台、NI PCI-6221采集卡一块、68针配套屏蔽线一根、光强传感器与控制电路模块一块、导线若干。4、 实验原理 本实验使用的步进电机用直流+12V 电压，电机线圈由A、/A、B、/B 四相

37、组成。 驱动方式为四相四拍方式,各线圈通电顺序如下表。表中首先向A 线圈输入驱动电流， 接着/A、B、/B 线圈驱动，最后又返回到A 线圈驱动，按这种顺序切换，电机轴按顺时针方向旋转。若通电顺序相反，则电机轴按逆时针方向旋转。（注：为提高步进电机负载能力和运行平稳可使用四相八拍驱动方式。）电机带动磁铁转动，磁铁的位置代表“窗帘”的打开程度，利用霍尔元件检测“窗帘”的打开程度，即“窗帘”“打开”到某一位置时，相应霍尔传感器通过电路传出TTL高电平信号，信号由采集卡DI采集传给计算机，通过labview程序判断“窗帘”的打开程度，此即实现DI采集功能。由Labview程序判断“窗帘”的打开程度后，

38、输出数字信号给采集卡，控制采集卡输出数字控制信号，一部分信号传递给ULN2003芯片电路驱动步进电机转动，一部分信号驱动数码管，在硬件上显示“窗帘”的打开程度，此即实现DO控制。通过光敏电阻将光强信号转化为电压信号，再将电压信号通过电路处理成NI PCI-6221采集卡准确采集范围内的电压，然后利用NI PCI-6221采集卡采集输入计算机，最后通过labview编程运算和显示采集到的信号。通过程序输出控制信号给采集卡，采集卡DA输出信号给电路驱动发光二极管发光，从而达到调节控制光强的目的。由采集到的光强大小labview程序判断“窗帘”是“拉起”还是“打开”，通过DO输出信号控制电机的运行。

39、电路原理图参考“光强的检测与控制”、“步进电机控制”。5、 实验步骤1.将采集卡连接计算机与实验箱。2将光强传感器与控制电路模块装上实验箱，拧上彩色螺母固定。3将模块上LIG_OUT端（或TP4）用导线连接至采集卡AI11端，CON_IN端（或TP1）连接至采集卡AO0，GND端连接至采集卡AI GND和AO GND端。4接通电源，打开“自动控制窗帘系统.vi”程序，运行。5给定一个合适的“拉起窗帘光强”6调节“光强控制”控件，观察硬件上光强变化和采集信号的变化，同时观察随着光强的变化步进电机的运转情况。7“光强控制”值设为0，使发光二极管发光最强，在发光二极管和光敏电阻间添加不透明障碍物挡住

40、光线，观察电机运行状态；移开障碍物，再次观察电机运行状态。8仿照实验程序自行编写程序，并连接仪器测试程序的运行状况。6 实验程序实验十五 模拟小车遇障系统设计一、实验目的1.熟练掌握采集卡数字IO功能与AD采集功能。2.进一步掌握步进电机的控制方法。3.尝试AD采集与数字IO的反馈控制。二、实验内容1.利用“模拟小车遇障系统”模拟根据有无障碍物，“小车”的运行与停止。2.仿照实验程序自行编写程序，并连接仪器测试程序的运行状况。三、实验仪器、设备及器材虚拟仪器测控实验实训平台实验箱一台、NI PCI-6221采集卡一块、68针配套屏蔽线一根、光强传感器与控制电路模块一块、导线若干。四、实验原理

41、本实验使用的步进电机用直流+12V 电压，电机线圈由A、/A、B、/B 四相组成。 驱动方式为四相四拍方式,各线圈通电顺序如下表。表中首先向A 线圈输入驱动电流， 接着/A、B、/B 线圈驱动，最后又返回到A 线圈驱动，按这种顺序切换，电机轴按顺时针方向旋转。若通电顺序相反，则电机轴按逆时针方向旋转。（注：为提高步进电机负载能力和运行平稳可使用四相八拍驱动方式。）电机带动磁铁转动，磁铁的位置代表“小车”的位置，利用霍尔元件检测“小车”的位置，即“小车”处于某个霍尔元件位置时，相应霍尔传感器通过电路传出TTL高电平信号，信号由采集卡DI采集传给计算机，通过labview程序判断“小车”的“当前位

42、置”，此即实现DI采集功能。由Labview程序判断“当前位置”后，输出数字信号给采集卡，控制采集卡输出数字控制信号，一部分信号传递给ULN2003芯片电路驱动步进电机转动，一部分信号驱动数码管，在硬件上显示“当前楼层”，此即实现DO控制。通过力敏传感器将压力信号转化为电压信号，再将电压信号通过电路处理成NI PCI-6221采集卡准确采集范围内的电压，然后利用NI PCI-6221采集卡采集输入计算机，最后通过labview编程运算和显示采集到的信号。程序通过采集的AD值判断是否“有障碍”，进而通过数字IO控制“小车”是否“运行”，此即AD采集与数字IO的结合使用。电路原理图参考“光强的检测

43、与控制”、“步进电机控制”。五实验步骤1.将采集卡连接计算机与实验箱。2将光强传感器与控制电路模块装上实验箱，拧上彩色螺母固定。3将模块上LIG_OUT端（或TP4）用导线连接至采集卡AI13端，CON_IN端（或TP1）连接至采集卡AO0，GND端连接至采集卡AI GND和AO GND端。4接通电源，打开“模拟小车遇障系统.vi”程序，运行。5输入一个合适的“信号最低值”，再输入一个“要求小车位置”，让“小车”运行起来。6在“运行”运行途中点击有障碍物，观察“小车”运行状态。7改变“要求小车位置”，看小车是否运行。6 实验程序第二部分信号处理实验实验一 典型信号频谱分析1、 实验目的1.在理

44、论学习的基础上，通过本实验熟悉典型信号的波形和频谱特征，并能够从信号频谱中读取所需信息。2.了解信号频谱分析的基本方法及仪器设备。2、 实验内容利用“NI PCI/PXI6221典型信号频谱分析.vi”程序观察几种典型信号的频谱图。3、 实验仪器、设备及器材Windows系统PC机一台、NI PCI/PXI6221采集卡一块、信号源一台、导线若干。4、 实验原理频谱就是频率的分布曲线，复杂振荡分解为振幅不同和频率不同的谐振荡，这些谐振荡的幅值按频率排列的图形叫做频谱。广泛应用在声学、光学和无线电技术等方面。 频谱是频率谱密度的简称。它将对信号的研究从时域引到频域，从而带来更直观的认识。 本实验

45、利用labview程序编写成的信号频谱分析系统对几种典型信号进行频谱分析。输入信号可以是程序产生的仿真信号，也可以通过NI PCI/PXI6221数据采集卡采集外部信号源产生的信号。程序对输入信号进行数据处理，将分析结果在计算机上显示出来。5、 实验步骤1.将采集卡连接计算机与外部信号源。2.打开“典型信号频谱分析.vi”程序，并运行。3.“输入信号”控件选择“仿真”。4.输入“采样数”和“采样率”。5.设置输入信号参数（“信号类型”、“频率”、“幅值”等）。6.观察各图表显示的结果。7.改变界面左下角控件（“窗”、“窗参数”、“映射模式”、“平均参数”等）值，再次观察图表显示的结果。8.“输

46、入信号”控件选择“外部”。9.重复步骤4、6、7。6、 实验截图实验二 典型信号概率密度分析一、实验目的1.在理论学习的基础上，通过本实验熟悉典型信号的概率密度特点。2.加深对概率密度函数分析的概念、性质、作用的理解，掌握其分析信号幅值特性的方法。二、实验内容利用“典型信号概率密度分析.vi”程序观察几种典型信号的概率密度分布图。三、实验仪器、设备及器材Windows系统PC机一台、NI PCI/PXI6221采集卡一块、信号源一台、导线若干。四、实验原理对于随机变量X，若存在一个非负可积函数p(x)( < x < )，使得对于任意实数a, b(a < b)，都有 ，则称p(

47、x)为X的概率密度。1926年，奥地利物理学家薛定谔运用偏微分方程，建立了描述微观粒子运动的波动方程，即薛定谔方程。由薛定谔方程课的可知，对于一个质量为m，在势能为V的势场中运动的微粒来说，有一个与这个微粒运动相联系的波函数，这个波函数就是薛定谔方程的一个合理的解，每一个解都与相应的常数E对应，就是微粒在这一运动状态的能量（或能级）。l l&sup2;表示原子核外空间某点P(x,y,z)处电子出现的概率密度，即在该点处单位体积中电子出现的概率。用来表示概率密度的几何图形俗称电子云，电子云并非众多电子弥散在核外空间，而是电子在核外空间各处出现的概率密度的形象表现。 本实验利用labvie

48、w程序编写成的信号概率密度分析系统对几种典型信号进行概率密度分析。输入信号可以是程序产生的仿真信号，也可以通过NI PCI/PXI6221数据采集卡采集外部信号源产生的信号。程序对输入信号进行数据处理，将分析结果在计算机上显示出来。五、实验步骤1.将采集卡连接计算机与外部信号源。2.打开“典型信号概率分析.vi”程序，并运行。3.“输入信号”控件选择“仿真”。4.输入“采样数”和“采样率”。5.选择“仿真信号类型”。6.观察各图表显示的结果。7.改变界概率样本和循环次数值，再次观察图表显示的结果。8.“输入信号”控件选择“外部”。9.重复步骤4、6、7。六、实验截图实验三 典型信号相关分析一、

49、实验目的1.在理论学习的基础上，通过本实验加深对相关分析概念、性质、作用的理解。2.掌握用相关分析法测量信号中周期成分的方法。二、实验内容利用“典型信号相关分析.vi”程序观察几种典型信号的频谱图。三、实验仪器、设备及器材Windows系统PC机一台、NI PCI/PXI6221采集卡一块、信号源一台、导线若干。四、实验原理1.相关的基本概念 相关是指客观事物变化量之间的相依关系，在统计学中是用相关系数来描述两个变量 x，y 之间的相关性的，即：式中xy 是两个随机变量波动量之积的数学期望，称之为协方差或相关性，表征了 x、 y 之间的关联程度；x、y 分别为随机变量 x、y 的均方差，是随机

50、变量波动量平方的数 学期望。 2.相关函数 如果所研究的随机变量 x, y 是与时间有关的函数，即 x(t)与 y(t)，这时可以引入一个与 时间有关的量xy()，称为相关系数，并有： 式中假定 x(t)、y(t)是不含直流分量(信号均值为零)的能量信号。分母部分是一个常量， 分子部分是时移的函数，反映了二个信号在时移中的相关性，称为相关函数。因此相关函 数定义为：如果 x(t)=y(t)，则称为自相关函数，即： 若 x(t)与 y(t)为功率信号，则其相关函数为：计算时，令 x(t)、y(t)二个信号之间产生时差，再相乘和积分，就可以得到时刻二个 信号的相关性。连续变化参数，就可以得到 x(

51、t)、y(t)的相关函数曲线。 相关函数描述了两个信号或一个信号自身波形不同时刻的相关性（或相似程度） ，揭示 了信号波形的结构特性， 通过相关分析我们可以发现信号中许多有规律的东西。 相关分析作 为信号的时域分析方法之一， 为工程应用提供了重要信息， 特别是对于在噪声背景下提取有 用信息，更显示了它的实际应用价值。本实验利用labview程序编写成的典型信号的相关分析系统对几种典型信号进行相关分析的实验。输入信号可以是程序产生的仿真信号，也可以通过NI PCI/PXI6221数据采集卡采集外部信号源产生的信号。程序对输入信号进行数据处理，将分析结果在计算机上显示出来。五、实验步骤1.将采集卡

52、连接计算机与实验箱。2.打开“典型信号的相关分析.vi”程序，并运行。3.“输入信号”控件选择“仿真”。4.输入“采样数”和“采样率”。5.设置仿真信号参数（“信号类型”、“频率”、“幅值”等）。6.观察各图表显示的结果。7.改变算法与归一化值，再次观察图表显示的结果。8.“输入信号”控件选择“外部”。9.连接外部信号源，重复步骤4、5、6、7。6、 实验截图实验四 信号的采样与恢复一、实验目的1. 了解电信号的采样方法与过程以及信号恢复的方法。2. 观察连续时间信号经采样后的波形图，了解其波形特点。3. 验证采样定理并恢复原信号。二、实验内容利用“信号的采样与恢复.vi”程序完成几种典型信号

53、的采样与恢复实验。三、实验仪器、设备及器材Windows系统PC机一台。四、实验原理在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时(fs.max>=2fmax)，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的510倍；采样定理又称奈奎斯特定理。 利用抽样脉冲把一个连续信号变为离散时间样值的过程称为抽样，抽样后的信号称为脉冲调幅（PAM）信号。在满足抽样定理条件下，抽样信号保留了原信号的全部信息，并且从抽样信号中可以无失真的恢复出原始信号。抽样定理在通信系统、信息传输理论方面占有十分重要的地位。数字通信系统是以此定理作为理论基础。抽样过程是模拟信号数字化的第一步，抽样性能的优劣关系到通信设备整个系统的性能指标。本实验利用labview程序编写成的信号的采样与恢复系统对几种典型信号进行采样与