实验一NIELVIS工作环境的熟悉和使用

1、实验一 NI ELVIS工作环境的熟悉和使用、实验目的1、熟悉NI ELVIS勺工作环境，了解系统的主要构成和功能。2、使用虚拟仪器进行电子元件参数测量。3、练习基于ELVIS的电路分析。二、实验原理1、NI ELVISI 工作环境(NI Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite )电子学教育平台包括 Multisim, ELVISH LabVIEW。该软硬件集成的平台可以无缝地将电路理论、设计仿真、原型比较联系起来，以动手实践方式培养学生电子设计理论和实践的能力。NI ELVIS I环境由以下几部分组成：1 .硬件工作区一一用于

2、创建电路及接口实验2 . NI ELVIS I软件（在NI LabVIEW软件中实现）,包括以下:软前面板（SFP）T具示波器（Scope）函数发生器（FGEN）数字万用表（DMM ）任意波形发生器（ARB）波特图分析仪（Bode）二线电流电压分析仪（2-Wire）三线电流电压分析仪（3-Wire）动态信号分析仪（DSA）阻抗分析仪（Imped）数字读取器（DigOut）数字写入器（DigIn）可变电源（手动控制）（VPS）LabVIEW应用程序编程接口 （API）Multisim应用程序编程接口 （API）通过API,用户可使用在 Multisim编写的LabVIEW程序及仿真程序实现 NI

3、 ELVISII工作站的 自定义控制及访问。nuD H Mu non DHU HO no n Dn H Dnn H-DnDnn unn UDH -nun uyn Un QHbH US UUH -嗝 U !N步岂可二3留烹1登SR卓H iliil野T密方亭工羽，1=二招“书33聿北审工专理.S也至震撮通京温眠孱二罩三卷箧母零签型盛器工。目 jaari-aff aaJB am an iff afi Hm q 甘咽LLNlrLVF 礼 iui iwnlMS5ir_T-r4nc- t iuaJ-9uswl-Eas* 13B r *：L）Al,示波器，机可编得相数1/0储号行豺字0尊号行1W M则 D

4、SUB连接器计数器，定时器,用户配置V0,和立流电的信号行司DMM.AQFUEX用户配I/O, VP5.和直流电源信号行电源棺示LEDBNC连接器初香旗插阵连接器图1- 1 NI ELVIS II工作站详细信息、实验容练习1-1测量器件值1、使用提供的USB线将NI ELVIS +I工作站与计算机连接。2、在计算机：所有程序National InstrumentsNI ELVISmx for NI ELVIS & NI MyDAQH NI ELVISmx Instruments Launch,或点击桌面快捷方式。 NI ELVIS +I仪器条将在屏幕上显示。现在已经完成测量的准备了。图1- 2

5、 NI ELVISmx仪器启动图标图3、用双头香蕉型接口连接数字万用表（DMM）输入及工作站左侧的COM端。另一头连接一个电阻器。4、点击NI ELVISmx器启动中的 DMM图标，选择数字万用表。图1- 3数字户用表欧姆计设置可以使用DMM SFP 实现各类操作，0电压、电流、电阻、电容等的测量。通过DMMX 符号X来表示X操作。本次测量的正确连接方法显示在dmM面板上。5、点击按钮来使用数字欧姆表功能。点击绿色箭头Run来开始测量采集。测量3个电阻R1, R2,及R3。将数据填写到下表：R1 （1.0K标称值）R2 （2.2K标称值）R3 （1.0M标称值）如果要停止采集，可点击红色方形S

6、top按钮。注：通过点击模式Mode按钮，可将自动量程改为指定量程,并通过点击量程按钮选 择最适当的量程练习1-2 在NI ELVIS II原型板上创建分压电路1、使用R1和R2两个电阻在 NI ELVIS I原型板上搭建以下电路To +5VRi 1.0 kl)“ LA To DMM(V1 22 kUTo Ground i-lA To DMM(U)M)图1- 4分压电路2、将输入电压 Vo连接至+5V引脚接口。3、将共地端连接至GROUNDS脚接口。4、将外部线一端连接至 DMM电压口及左侧的COM.5、检查电路后将上推电源开关至上端 一使原型板上电。3个电源LED指示灯此时均呈绿色 并点亮，

7、如下图所示。图1- 5 NI ELVIS开发板上的电源 LED指示灯注：如果这些 LED中的任何一个呈黄色，而其它为绿色，电源的可重置保险丝都将跳断。此时需要关闭开发板电源以重置保险丝。检查电路可能存在的短路情况。 重新给开发板上电。此时LED将均呈绿色。6、将DMMV测试端连至 Vo,并通过DMMV功能测量输入电压。按下点击 Run来采集电 压数据。V 0 （测量值）根据电路原理，R2上的输出电压 V2应由以下公式得到：7、使用上面的测量值 R1, R2及Vo来计算V2。接下来，使用 DMMV来测量电压 V2的真 实值。V 2 （计算值）V 2 （测量值）8、测量值与计算值是否匹配？练习1-

8、3 使用DMM量电流根据欧姆定律，以上电路的电流 （I）等于V2/R2。1、使用V2及R2的测量值计算电流。2、将连接至V 的外部连线连至电流输入端 （A）,进行电流的直接测量。将另一端连至电路， 如下所示。lb +5V9-%2.2 KQVoTo Ground Tc DMM(C OMi图1- 6测量电流的修改电路3、选择功能DMMA,并测量电流。I （计算值）I （测量值）4、测量值与计算值是否匹配?练习1-4 观察瞬态电路的电压变化采用DMMH|-功能来测量1 的电容。1、将电容的导线连接到原型板的DUT+和DUT-上。可以在NI ELVIS I原型板的左下方接线块上找到这两个端口。2、要测

9、量电容和电感，必须为原型板供电，需将原型板的电源切换为ON状态。3、.单击电容按钮H|-,使用DMMHH功能来测量电容 C。按下Run按钮获取电容值。C( f)4、建立一个如下图所示的 RC瞬态电路。该电路中采用了分压电路，其中 R1由R3(1 M?电 阻)取代，而R2则由1 口的电容C取代。将DMM的导线移至输入插孔V? COMo其它 两端则分别接到电容上。打刈U，ViGround 图1- 7 RC瞬态电路5、选择 DMMV并单击 RUN。6、给电路上电后电容两端的电压指数将上升。将 DMM的电压围设置为指定围 10 V。打 开原型板的电源，观察数字显示器和FS戋性围上的电压变化。7、大概几

10、秒钟之后才能获得V。的稳态值。切断电路电源后，电容两端电压指数将下降到0V。注意：该练习只是描述了NI ELVIS II数字万用表的一种特殊功能。即使当原型板的电源断开时，它甚至还可以工作。练习1-5操作可变电源1、从软件前面板菜单中，选择【 VPQ图标。NI ELVIS II共有两个可控电源，。至-12 V以及 0至+12 V,每个最大都可以输出 500 mA电流。说明：要将输出电压在一定的电压围扫描，先确保按下了【停止】按钮。选择电源（+或一）、开始电压、停止电压、阶跃大小、阶跃间隔，点击【扫描】。要进行手动操作，点击手动栏，使用NI ELVIS II工作站右侧的旋钮，设定输出电压。要查看

11、显示区域的输出电压，请点击LabVIEW标签旁边所出现的白框。2、将接头从标有可变电源【SUPPLY】和【GROUND1的原型板接头连接到 DMM电压输入 上。3、选才i DMM【V】，点击运行。选才V VPS前面板，点击运行。4、旋转虚拟VPS的电源+控件，观察在 DMM【V显示上出现的电压变化。说明：可以使用【重置】按钮快速将电压重置为零。5、点击手动栏，激活工作站右侧的真实控件。虚拟控件被灰色显示。观察NI ELVIS IIT作站的绿色手动模式LED已经点亮。6、旋转+电源旋钮，观察 DMM上的变化。说明：VPS 的工作方式完全相同，只是输出电压是负的。练习1-6 AC电路特性测试1、使

12、用前面的方法测量电路所需元件的值。电阻R kQ（1 k标称）电容C y（1巧标称）2、元件与电路阻抗Z的测量1）从NI ELVISmxOZ器启动程序中选才I阻抗分析仪（Imped）。用于复阻抗的测试与分析，板面如图所示。在RC串联电路中，它的复阻抗可以由以下公式得出:?=ff + Xc = /? + l/la)C(Ohms其幅度和相位可由下面公式得到：Magnitude = 1R2 +Phased wcEnSf)2）将元件置于NI ELVISI面包板之上。3）将来自阻抗分析仪的 DUT+和DUT-端的跳线与标称为 1 k?的电阻相连接。4）为NI ELVIS:面包板上电，并点击运行。5）验证该

13、电阻的相位向量沿实数轴，并且其相位为0。6）将该阻抗分析仪的跳线与电容相连接。7）验证该电容的相位向量沿负虚数轴，并且其相位为 270或-90度。8）默认测量频率为1000Hz。调整频率值，并观测：该容抗（该相位向量的长度）在提高该频率时 ,在降低该频率时 。注：|Xc|二1/coCo9）将该阻抗分析仪的跳线与串联的电阻电容相连接。该相位向量现在同时具有一个实数 部分和虚数部分。10）将该测量频率按从 100Hz到500Hz、1000Hz和1500Hz改变，并记录该相位向量的移 动。11）调整该频率，直至该容抗|Xc|的幅值等于该电阻 R的幅值。在此特定频率下，该相位 向量的相位读数为 度。1

14、2）该相位向量的幅值为多少 ?13）关闭该阻抗分析仪的窗口。3、利用函数发生器和示波器测量一个RC电路1）搭建 Multisim电路。在 Multisim中搭建如图 1-9所示RC电路，其中XLV1,XLV犯 ELVISmx器（需安装 ELVISm超区动）。2） Multisim电路仿真。其中波形发生器和示波器的参数设置如图1-10、图1-11。然后点击运行，即可观察到两个的正弦信号。可调整函数发生器信号频率，电压值，波形，观察结果的变化。图1- 9函数发生器参数设置函数发生器的实时控制 （频率与幅值）也可使用右侧的 NI ELVISI工作站。正如可 变电源供应一样，您可以通过点击手动模式框口

15、启用手动控制。该工作站右部的一个绿色LED变亮，表示手动控制。这时，该 NI ELVISmx1数发生器窗口中，频率与幅值的旋 钮已被激活，而虚拟控制则变灰（被禁用）。注意：该函数发生器还提供了一些特定的操作，如信号调制（ AM或FM）或频率扫描。将在后续的一些实验中使用这些特性。4, NI ELISmx Oscillo5cope-XLV2SCDPf GHQ |加除工* =1SaleWVdtaCHt Pjaitijii(Dh,)晌加QyFcc*n图1- 10示波器参数设置该示波器软面板与绝大多数的示波器相似，但该NI ELVIS可以自动实现输入与各种信号源的连接，具有置 AC测量和波形光标，并可

16、以方便地记录波形模式。3）在工作站面包板上，利用一个1F电容和一个1.0 k?电阻构建一个分压电路。4）将该RC电路的输入与该面包板上的函数发生器FGENW GROUND的引脚插座相连接，如下图所示。C两端与CH1端相连。8AM N 自5）将FGEN与示波器CH0端相连，电容 pt6）打开 Multisim 电路中的波形发生器，将 Device由Simulate NIELVIS II+切换成 Device（ELVIS II+,并点击运行。打开示波器，按照下图设置，点击运行，观察波形。观察因器件误差、阻抗匹配等因素造成的滤波器输出仿真与实际测量的微小差另I。掌握在Multisim中比较仿真结果与 ELVIS II实际原型电路测量结果！7）电路频率特性测试使用波特图分析仪Bode来观察RC电路的频率特性。不用修改原型板上RC电路的接线。（需要打开原型板电源开关）打开Bode软面板。选择激励通道 GH0,响应通道 CH1。参数设置如下图所示。点击运行按钮。等待仪器自动描绘曲线。完成后，观察其描绘的曲线图。练习1-7二极管、三极管特性分析1、绘制三极管特性曲线在原型板上的 DMM部分，将三极管的三个引脚按照管脚定义接至BASE DUT+、DUT三个