虚拟仪器应用技术实验指导书

1、实验一、LabVIEW8.2软件基本操作、运用实验目的:熟悉LabVIEW8.2操作、功能,了解相关控件。数后,求其和,再开方。编一个VI调用上述子VI。3.单步调试程序;应用探针观察各数据流。实验内容:需的函数控件如图。然后按照实验要求3调试程序,调试完成后存盘。 +v+=。按要求在程序窗口中放入如图所示的函数,调试成功后按子VI设b完成ca计的方法编辑窗口右上方的图标。 保存子VI后,我们可以再设计一个实现z+×=的VI,其中就可以调用+byxcw+a刚才做的子VI完成。实验二、使用数据类型实验实验目的:熟悉、运用各种数据类型的变量。实验要求:加深理解LabVIEW8.2数据类型

2、的特点,特别是数组和簇。实验内容:1.在程序的前面板上创建一个数值型控件,为它输入一个数值;把这个数值乘以一个比例系数,再由该控件显示出来。 2.生产一个正弦波,并显示在Chart波形控件上,由另外一个程序把该波形显示出来。调节两个程序运行的速度,观察对比两个波形的差异。 3.创建一个3行4列的数组,(1求数组的最大与最小值;(2求出创建数组的大小;(3将该数组转置;(4将该二维数组改为一个一维数组。 4.创建一个簇控件,成员维字符型姓名,数值型学号,布尔型注册。从该控件中提取簇成员注册,并显示在前面板上。 实验三、应用多种程序结构编程实验目的:熟悉、运用各种程序结构。实验要求:加深理解Lab

3、VIEW8.2图形编程的特点,特别注意与字符编程的不同点。实验内容:中显示。 均值序列显示在Chart波形图中,直到人为停止。 3.程序开始运行后,要求用户输入一个口令,口令正确时,滑件显示件显示一个0100的随机数,否则程序立即停止。 4.编写一个程序测试自己在前面板输入以下字符串所用的时间:A virtual instrument is aprogram in the graphical programming language. 实验四、熟悉ELVIS环境及基本操作实验目的:熟悉、运用NI ELVIS实验平台,进行电子元器件的测量。利用NI ELVIS 的LabVIEW软件包做测量分析。

4、实验要求:掌握ELVIS实验平台的操作,理解各端接口的作用、使用法。熟练运用NI ELVIS 软件,为以后实验做准备。实验内容:NI ELVIS的原型实验板示意图如下: NI ELVIS的前面板图如下: 1.元件参数测量将两个香蕉型探针连接端接NI ELVIS的前置面板的DMM电流输入端,探针另外两端连接电阻。在“开始”菜单中选择NI ELVIS软件图标,如图所示。初始化后,LabVIEW 软件仪器包显示在计算机屏幕上。 在NI ELVIS界面中选择Digital Multimeter(数字万用表。数字万用表的SFP(软前面板有多种用途,我们用符号DMMX来表示X类操作。单击按钮表示数字欧姆表

5、功能DMM,可以测量电阻器R1,R2,R3的值。选择电容按钮(,用同样连线使用数字电容表功能,即DMMC可测量电容。如果使用电解电容,确保将电容正极连到DMM电流正(+输入端,然后选择界面中的DMMC。 2.分压电路用2个电阻R1和R2在NI ELVIS原型实验板上组建分压电路。输入电压V0连到原型实验板+5V插孔,公共端连到GROUND插孔。将分压输出V1两端连到NI ELVIS前面板的DMM电压输入端HI和LO。注意,测量电压时要使用实验平台的前置面板的DMM电压插孔,而测量电流和电阻时使用的是DMM的电流插孔。首先检查电路,然后将实验箱上电源开关拨到上端给原型实验板供电。三个电源指示LE

6、D灯+15V,15V,和+5V点亮。如果有些LED灯不亮而其他的亮,那么电源线的保险丝可能已经烧掉了,此时可参照NI ELVIS用户手册更换保险丝。将DMM前面板的2个香蕉型探针接线端连到电路电源端V0,用DMMV测量输入电压。由电路基础理论可得输出电压V1=R2/(R1+R2×V0。用前面测得的R1,R2和V0的值计算V1,然后用DMMV测量实际电压V1。V1(计算值V;V1(测量值V。考察测量值与计算值的一致程度。3.DMM测量电流由欧姆定律可知,上述电路中流过的电流的电流值等于V1/R2,因此可用V1和R2的测量值计算该电流值,然后直接测量,将实验平台前面板DMMI输入端HI和

7、LO接入电路,进行测量。I(计算值A;I(测量值A。考察测量值与计算值的一致程度。4.RC暂态电路电压变化组建RC暂态电路,由R3(1M和C(1F构成,电容器一端接地;把测量导线接到实验操作前面板的DMM电压端口,选择DMMV。当给原型实验板供电后,电容两端电压会呈指数规律上升。观察DMM显示的电压变化规律。本例大约需要5s就可使电压上升到稳态值V0。关掉电路电源后,电容两端电压会按指数规律下降到0V。为了从DMM电压输入端读出精确值,需要用运算放大器提高输入阻抗,这里使用一个FET OP AMP,如LM356组建一个单位增益电路。把运算放大器输出端(引脚2连到反向输入端(引脚2,电路增益为1

8、,输出电压将随着电容电压的变化而变化。5.观察RC暂态电路去掉+5V电源线,用原型实验板上的可调电源VPS+代替。将输出电压V1连接到ACH0 +和ACH0-。关闭NI ELVIS软件包,打开LabVIEW。按要求编写用户LabVIEW应用程序,或打开样例应用程序“RC暂态响应.vi”。该程序用LabVIEW API打开电源6s,然后关闭6s,可变电源由8V变为2.5V各6s,这时电容两端电压变化显示在波形图上。在电容电压和时间图上看到了电容充放电情况。试估计出时间常数。 波形图清晰地表明了RC电路的充放电特征。电路时间常数定义为R3和C的乘积。由基尔霍夫定律容易得出电容两端充电电压V C为:

9、V C=V01-exp(-t/放电电压V D为:V D=V0 exp(-t/下图所示是RC暂态电路充放电测试程序框图,下面通过此图了解此程序是如何工作的。左侧的VPS初始化VI启动NI ELVIS,VPS+上的输出电压设为8V;之后第一个序列以0.1s的采样间隔对电容两端电压取60个序列值,即6s;下一个序列把VPS+电压设置为2.5V,最后的这个序列将样本值输出。 本实验使用ACH0作为模拟输入通道。结合实际硬件,若使用ACH1作为输入通道,程序中的通道号应做相应改变。实验五、数字温度计实验目的:熟悉、体验虚拟仪器设计的一般过程。实验要求:掌握虚拟仪器前面板设计、修饰的方法,学会利用DAQ和

10、NI ELVIS的API 编写涉及硬件控制的程序。实验内容:1.电阻元件参数测量启动NI ELVIS软件包,选择数字万用表,单击按键。首先测量10k的电阻,然后测量热敏电阻,把测量结果填入下面空白处:10K电阻;热敏电阻把热敏电阻放在手指间加热,观察电阻值变化。随着温度升高,电阻值会减小(负温度系数是热敏电阻的特征之一。热敏电阻由半导体材料制成,其电阻值与环境温度呈指数关系。2.可调电源的操作从NI ELVIS仪器启动器中选择Variable Power Supplies。NI ELVIS有2个可调电源,-120V和0V+12V,每一个可以提供的最大电流为500mA。下图为可调电源软前置面板。

11、在NI ELVIS实验台前面板上,将VPS+开关拨到手动位置。注意虚拟VPS窗口中控制已经成灰色,不能再用鼠标操作。一个绿色的LED灯点亮,指示了VPS处于手控状态,此时仅有前置面板上的操作可以改变输出电压。用导线连接VPS+和GROUND插槽与实验台前面板的DMM电压输入端。选择DMMV,旋转实验台操作面板上的VPS手柄,观察DMMV上的电压变化。将实验台的VPS+开关拨到下端(非手动时,可以使用计算机屏幕上的虚拟VPS 进行控制了。鼠标按住并拖动虚拟按钮可以改变输出电压。RESET按钮可以使输出电压快速归零。VPS-调节方法和VPS+一样,只是输出电压为负。3.用于DAQ操作的热敏电阻电路

12、在原型实验板上用10K电阻和一个热敏电阻组建一个分压电路,热敏电阻一端接地。输入电压分别连到VPS+和GROUND插槽。用实验平台的DMMV端口连接到热敏电阻两端.。将实验台上的可调电源滑动开关VPS+置为手动,给原型实验板供电。观察DMMV上电压值。当把VPS+电压从0增加到5V时,热敏电阻两端的电压V T应该增加到2.5V。将电源电压降到+3V,用手指尖加热热敏电阻,观察电压下降情况如下图所示。 计算热敏电阻值的标准分压方程如下:R T=R1×V T/(3-V T这个方程称为比例函数,可以把测得的电压值转换为热敏电阻的阻值。V T可以很容易地使用NI ELVIS或用一个LabVI

13、EW程序测得。在25的环境下,阻值大约是10K。在LabVIEW中,还可以将上述比例函数编为一个子VI,见下图。 4.热敏电阻的校准典型的热敏电阻响应曲线表明了元件电阻与温度之间的关系。从曲线中可以看出一个热敏电阻有三个特征:温度系数R/T为负的响应曲线是非线性的(指数形式的;阻值在几十倍的范围变化。用数学方程拟合响应曲线可以得出校准曲线。下面的校准用虚拟仪器程序就是一个热敏电阻校准的范例。同时也说明了LabVIEW公式节点是如何用于数学方程的。 5.构建一个NI ELVIS虚拟数字测温计数字温度计程序使用VPS给热敏电阻电路供电,然后读出热敏电阻两端电压值,并转换成温度。可以编写自己的Lab

14、VIEW应用程序,程序框图如下。NI ELVIS与DAQ有相同的设备号(通常为1。NI ELVIS初始化选择VPS+,然后随着VPS更新变化,电源上的电压变为+3V。 利用While循环,以序列的形式测量、刻度、校准、显示温度。V oltsIn.vi测量热敏电阻的电压值。Scaling.vi用上述比例公式将测得的电压值转换成电阻。ConvertR-T.vi用已知的校准方程把电阻转换成温度值。最后,在LabVIEW前面板上显示温度。数字温度计连续运行,直到前面板上的Stop按钮被激活为止。循环结束时,VPS置为0V。实验结果如下图所示。 6.带记录功能的数字测温计简单的数字测温计在前面板上显示三

15、个指示器:一个数字显示、一个指针式表和一个温度表。常常只需要一种或两种显示格式。然而,添加一个记录仪会使温度趋势看起来更方便。例如,实验电路仍然一样,在前置面板上增加一个带记录功能的温度测量界面。程序框图和运行界面如下图。 实验六、数字输入/输出实验目的:熟悉、运用NI ELVIS软件包数字电路分析工具。能够利用LabVIEW编写数字电路分析的程序。实验要求:掌握NI ELVIS的Digital Bus Writer操作,动手搭建简单的数字电路,用NI ELVIS的软件示波器观察、分析波形。试在LabVIEW上编写分析数字电路的程序。实验内容:1.虚拟数字字节模式NI ELVIS原型实验板上有

16、一排标记为07的8个绿色LED灯。它们可用作虚拟的数字逻辑状态指示灯(On=HI,Off=LO。在这个实验中,分别把LED灯连接到8位标记为DO0DO7的并行输出线插孔。例如将DO0端连接到LED0。接地端ELVIS内部已连接,无需再接地线。启动NI ELVIS,选择数字记录仪(Digital Writer,如下图,它可以置位和复位数字电路状态(HI或LO。 手动模式框上数字输出从右往左依次标记为07,可以通过单击虚拟开关的顶端和底端分别进行置位或复位。这8位组成一个字节,可以分别以二进制、十六进制和十进制形式在面板上显示。例如:二进制00010100,以十进制显示即为20,十六进制显示为14

17、。通过单击显示部位前的标记,可以在指示器上设置进制。一旦数字模式设置好后,单击Write(绿色箭头按钮将数据输出到LED(07的并行端口,数据状态就可以在绿色LED灯上显示出来。可以设置Mode为单次模式和连续模式,连续模式时,可以不断改变,按下STOP钮(红色就停止更新端口。在输出数据时,通常可以设置多种输出模式,单击SFP上的Pattern按钮可以看到有下面模式可选:Manual(手动模式手动设置输出的8位字节数据;Ramp(0255从0到255依次加1输出数据;1/0s 交替输出(即10101010与01010101交替输出;Alternating1s 左移位依次输出(即从0000000

18、1,00000010,00000100。 Walking2.555数字时钟电路一个555定时芯片加上电阻RA,RB及一个电容C就可以组成数字时钟发生器,如图所示。 使用DMM和DMMC分别测量元器件的值,并填入下列表格中:RA (10K标称值;RB (100K标称值;C uF (1uF标称值。按图连接好时钟电路。电源(+5V分别连接引脚8和引脚4,电源的地端接引脚1。RA,RB,C分别接电源,引脚7,引脚6,地线。555电路的输出端即引脚3连接到原型实验板数字信号输入端。打开NI ELVIS软件包启动界面,选择数字监视仪,并给NI ELVIS原型板上电源,得到下图所示的数字信号监视仪软面板。

19、如果时钟电路运行正常,那么可以看到最右端的指示灯在闪烁。如果没有闪烁,可用DMMV检查555电路的引脚电压。在时钟电路运行时,可以得到一些有用的电路测量值。555定时震荡电路的周期T:T=0.695(R A+2R BC555电路震荡器的震荡频率与周期有关:f=1/T555定时震荡电路的占空比:DC=(R A+R B/(R A+2R B完成之后关闭所有的前置面板(SFP并选择示波器。把实验台面板上BNC插座的示波器CH A端连接到555时钟芯片的引脚3后,就可以在示波器的A通道上观察输出的数字波形。选择CH A的Trigger Source端,用来接收来自A通道的信号;选择Trigger Typ

20、e为Anolog(SW,用户可设定Trigger slope(触发斜率和Level(信号电平,A通道使用MENS选项,将CURSORS CHA按钮设为ON,通过单击和移动鼠标以测量A通道信号的周期和占空比。这里选Level为+1V,观察示波器显示,填写下表数据:T= s;TON= s;DC= ;f= Hz。根据数据对比测量值和理论预测值。最后关闭所有的前置面板(SFP。 3.4位数字计数器与上一节的555数字时钟电路类似的是,该电路在原来的基础上加入一个4位的二进制计数器74LS163。74LS163芯片是4位二进制同步计数器,把555芯片引脚3输出作为4位二进制同步计数器的时钟信号,可以得到

21、分频信号。对于二进制计数芯片74LS163而言,引脚1、9、16、7、10都连接到+5V的电源,引脚8接地线。按下列关系把5个输出分别接到5个绿色LED灯。引脚14(Q A接LED<4>引脚13(Q B接LED<5>引脚12(Q C接LED<6>引脚11(Q D接LED<7>555时钟引脚3 接LED<0>将555芯片引脚3接到74LS163芯片的时钟输入引脚2。给电路通电,同时观察在LED 等显示的二进制计数。打开ELVIS启动界面,选择Digital Reader,在电脑上观察电路的二进制状态,同时观察LED灯状态。也可以通过示波

22、器观察定时计数器各个分频情况,将555时钟芯片引脚3连到CH A, 74LS163的Q A、Q B、Q C、Q D分别接到CH B。观察示波器的情况如下图。 Q A输出(二分频 QB输出(四分频 Q C输出(八分频 Q D输出(十六分频4.LabVIEW的逻辑状态分析仪以上我们只是在某一点时间观察数字信号输出。时序图是通过把一系列即时采样的连续时序排列形成的,在同一个图上把几个序列排列起来就形成了一个数字时序图。对数字I/O的设计,使用LabVIEW的API,我们可以构建一个简单的4位逻辑状态分析仪,显示时序图。可以在函数测量I/ONI ELVISLow Level NI ELVIS VIsD

23、igital I/O那里找到Digital I/O的面板。Digital I/O面板里有初始化、读取、写入、关闭和状态等功能。启动LabVIEW,加载样例程序“二进制计数器.vi”,程序框图如下所示,在程序框图的最左边是NI ELVIS DIO-Initialize.vi,它进行初始化;NI ELVIS DIO-Read.vi读取数据;最右边的NI ELVIS DIO-Close.vi关闭DIO操作,释放程序运行时占用的所有内存空间,并把错误报告传送到前面板。实验中4位逻辑状态分析仪对NI ELVIS的数字输入端口采样(NI ELVIS DIO-Read.vi,并将位数用数值形式表示出来(蓝线

24、条。LabVIEW接下来把数值转化成8位布尔量序列(粗的绿线条。端口的第4位(Q A对应数组的第5位(索引Index 4。提取某一特定的位,比如把Q A发送到Trace 0,然后再到图表上。每一个布尔量的位都被转化回数值(0或1,再与其他的轨迹线融合,画出Q A、Q B、Q C、Q D的时序图。LabVIEW 丰富的图表类型允许数据以用户期望的时序图类型表示出来,实验效果如图。 数字I/O选板 4位二进制计数器的时序图 逻辑分析仪程序框图实验七、运算放大器滤波器实验目的:熟悉、运用NI ELVIS仪器软件包的频率测试功能,测试运算放大器及所构成的滤波器的频率特征。实验要求:掌握利用NI ELV

25、IS软件包进行频率测试和分析的方法。实验内容:1.基本OP Amp电路的频率响应在实验台的原型实验板上组建一个增益为10的简单反相OP Amp电路。注意运算放大器的电源使用±15V DC供电。把运放电路输入端连到FGEN和GROUND插槽;运放电路输出端连到示波器输入插槽CH A。从NI ELVIS软件包启动器中选择Function Generator(函数发生器和Oscilloscope(示波器。在示波器面板上选择通道A为BNC/Board CH A,观察运放电路输出信号;设置通道B为FGEN FUNC_OUT,观察运放电路的输入信号。注意,这里不必在原型实验板上将通道B用线连到示波器。在函数发生器面板上设置如下参数:波形:正弦;峰值:1V;频率:1kHz;DC偏置: 0V检查电路,连线正确后给原型实验板供电,运行函数发生器和示波器。观察通道B上的电压(运放电路输入电压和通道A上的运放电路输出电压。测试结果如下图。 从示波器窗口中测量运放电路输入(CH B和输出(CH A的幅值。注意,输出信号和输入信号的相位相反,这是因为运放电路有反相作用。计算电压增益(通道A与通道B幅值之比,观察测量值与理论值(R f/R1是否一致。测试结束后关闭函数发生器和示波器窗口。2.OP Amp频率特性的测试研究运算放大器的交