虛擬儀器實驗(09電子12學時董)

1、虛擬儀器實驗虛擬儀器實驗湖南工學院電氣與信息工程系湖南工學院電氣與信息工程系 董海兵董海兵=實驗教材：實驗教材： 虛擬儀器實驗指導書（自編）虛擬儀器實驗指導書（自編）=虛擬儀器技術室軟、硬件介紹虛擬儀器技術室軟、硬件介紹=實驗課程安排實驗課程安排=實驗要求與課程考核實驗要求與課程考核=實驗室地址：實驗室地址：3 3號樓號樓31113111室室=一、虛擬儀器概述一、虛擬儀器概述1 1、什么是虛擬儀器？、什么是虛擬儀器？PROCESSOR BUSConditioningTimingA/DD/ADI/OTI/ODISPLAY AND CONTROL488 PORT PMathMEMORYPROMPR

2、OCESSOR BUSConditioningTimingA/DD/ADI/OTI/ODISPLAY AND CONTROL488 PORT PMathMEMORYPROMControl PanelFlowPressure Alarm ConditionsSTOPTemperature傳統(tǒng)儀器傳統(tǒng)儀器廠商定義功能廠商定義功能虛擬儀器虛擬儀器用戶定義功能用戶定義功能n虛擬儀器系統(tǒng)是由計算機、應用軟件和計算機、應用軟件和儀器硬件儀器硬件三大要素構成的。計算機與儀器硬件又稱為VI的通用儀器硬件平臺通用儀器硬件平臺。n軟件技術是虛擬儀器的核心技術。常用的儀器用開發(fā)軟件有LabVIEW、LabWindo

3、ws/CVI、VEE等等，其中以LabVIEW應用最為廣泛。2、什么是nLabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標代替文本行創(chuàng)建應用程序的圖形化編程語言。n傳統(tǒng)文本編程語言根據語句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而LabVIEW 則采用數據流編程方式，程序框圖中節(jié)點之間的數據流向決定了程序的執(zhí)行順序。它用圖標表示函數，用連線表示數據流向。nLabVIEW程序被稱為VI（Virtual Instrument），即虛擬儀器。 nLabVIEW的核心概念就是“軟件即是儀器”，即虛擬儀器的概念。 nLabVIE

4、W還包含了大量的工具與函數用于數據采集、分析、顯示與存儲等。 3、nLabVIEW在測試、測量和自動化等領域具有最大的優(yōu)勢，因為LabVIEW提供了大量的工具與函數用于數據采集、分析、顯示和存儲。n用戶可以在數分鐘內完成一套完整的從儀器連接、數據采集到分析、顯示和存儲的自動化測試測量系統(tǒng)。n它被廣泛地應用于汽車、通信、航空、半導體、電子設計生產、過程控制和生物醫(yī)學等各個領域。 nLabVIEW不僅可以用來快速搭建小型自動化測試測量系統(tǒng)，還可以被用來開發(fā)大型的分布式數據采集與控制系統(tǒng)。n在美國Lawrence Livermore國家實驗室，一個花費2000萬美金的極為復雜的飛秒激光切割系統(tǒng)就是基

5、于LabVIEW開發(fā)的。 n在北京正負電子對撞機二期工程北京譜儀慢控制系統(tǒng)中，大約有30種物理量共7000多點的現(xiàn)場數據點需要實時采集控制和分析記錄等。 二、我系虛擬儀器技術室軟、硬件介紹二、我系虛擬儀器技術室軟、硬件介紹1、硬件 虛擬儀器主機: 采用美國NI公司的電子學教育平臺ELVISII平臺平臺，共25臺。計算機： 25臺計算機。電阻、電容、電機、發(fā)光二極管、數碼管等電子元器件若干。 2、軟件 交互式電路仿真軟件Multisim軟件和圖形化開發(fā)軟件LabVIEW軟件 。 我系基于NI電子學教育平臺（包括ELVIS硬件、Multisim軟件和LabVIEW軟件）而構建的虛擬儀器技術室集多領

6、域、多學科技術于一體，充分體現(xiàn)了先進性、開放性和功能多樣化。能緊密結合理論仿真與實際電路原型設計，適合于通信、電子信息工程、自動化等相關專業(yè)開展“虛擬儀器”及其綜合應用的實踐教學。 實驗室全天開放，學生除在實驗課時間來做實驗，也可利用課余時間來實驗室開展課設、畢設等相關研究。n實驗一 LabVIEW軟件基本操作（一）（設計性）n實驗二 LabVIEW軟件基本操作（二）（設計性）n實驗三 NI ELVISII平臺工作環(huán)境（驗證性）n實驗四 電子溫度計實驗（設計性 ）n實驗五 運放濾波器實驗（綜合性 ）n實驗六 LED營救實驗（綜合性 ）虛擬儀器實驗項目虛擬儀器實驗項目實驗要求與課程考核實驗要求與

7、課程考核（一）、實驗要求（一）、實驗要求n1.1.實驗前做好預習，按照實驗要求實驗前做好預習，按照實驗要求, ,編寫好程序。編寫好程序。n2.2.實驗時到實驗室將預習時編寫好程序利用實驗時到實驗室將預習時編寫好程序利用NI ELVISII平臺等等實物進行硬件測試，調試程序，記錄實驗結果，檢查設計的實物進行硬件測試，調試程序，記錄實驗結果，檢查設計的功能。（上實驗課要求帶好實驗教材，做好實驗數據記錄）功能。（上實驗課要求帶好實驗教材，做好實驗數據記錄）n3.3.實驗中發(fā)現(xiàn)異常情況，如冒煙、燒焦異味等立即撤斷電源，實驗中發(fā)現(xiàn)異常情況，如冒煙、燒焦異味等立即撤斷電源，報告老師。報告老師。 n4. 4

8、. 實驗完成后整理好實驗臺，打掃好實驗場地。實驗完成后整理好實驗臺，打掃好實驗場地。n5. 5. 每次實驗后認真書寫實驗報告，實驗報告要求同實驗一每次實驗后認真書寫實驗報告，實驗報告要求同實驗一樣，每人獨自完成，不得相互照抄，發(fā)現(xiàn)雷同，重作。樣，每人獨自完成，不得相互照抄，發(fā)現(xiàn)雷同，重作。n6.6.若實驗課因事沒有參加的，要求在第若實驗課因事沒有參加的，要求在第1818周前補做好。周前補做好。n7.7.實驗課中內容沒完成的，課后自行到實驗室完成或利用自實驗課中內容沒完成的，課后自行到實驗室完成或利用自己的電腦完成，實驗室全天開放。己的電腦完成，實驗室全天開放。（二）、實驗課程考核（二）、實驗課

9、程考核n1. 平時每次實驗情況平時每次實驗情況50%n2. 實驗考勤、實驗場地整理實驗考勤、實驗場地整理10%n3. 實驗報告成績實驗報告成績40%返回返回湖南工學院電氣與信息工程系湖南工學院電氣與信息工程系 實驗一實驗一 LabVIEW軟件基本操作（一）（本實驗為設計性實驗）一、實驗目的一、實驗目的1、熟悉虛擬儀器編程軟件LabVIEW的基本操作和熟悉虛擬儀器實驗平臺；2、掌握常見項目的編程方法和仿真調試。二、實驗原理二、實驗原理 nLabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標代替文本行創(chuàng)建應用程序的圖形

10、化編程語言。n傳統(tǒng)文本編程語言根據語句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而LabVIEW 則采用數據流編程方式，程序框圖中節(jié)點之間的數據流向決定了程序的執(zhí)行順序。它用圖標表示函數，用連線表示數據流向。nLabVIEW程序被稱為VI（Virtual Instrument），即虛擬儀器。 nLabVIEW的核心概念就是“軟件即是儀器”，即虛擬儀器的概念。 nLabVIEW還包含了大量的工具與函數用于數據采集、分析、顯示與存儲等。 三、實驗內容三、實驗內容 1、數據操作、數據操作 編寫一個溫度監(jiān)測器，如右圖所示，當溫度超過報警上限，而且開啟報警時，報警燈點亮。溫度值可以由隨即數發(fā)生器產生。2、程序結

11、構、程序結構 利用順序結構和循環(huán)結構寫一個跑馬燈，如下圖所示，5個燈從左到右不停的輪流點亮，閃爍間隔由滑動條調節(jié)。3、字符串、數組、簇和矩陣、字符串、數組、簇和矩陣 利用簇模擬汽車控制，如右圖所示，控制面板可以對顯示面板中的參量進行控制。油門控制轉速，轉速油門*100，檔位控制時速,時速檔位*40，油量隨VI運行時間減少。四、四、實驗儀器與設備實驗儀器與設備1、計算機2、ELVISII平臺平臺LabVIEW編程環(huán)境五、實驗報告格式及要求、實驗報告格式及要求（一）、實驗目的（二）、實驗內容及步驟要求每寫一項實驗內容，緊跟其后寫出下列內容：項目的電路圖及前面板；項目的程序框圖；記錄實驗調試結果 ，

12、分析是否符合設計要求。（三）、實驗儀器與設備返回返回參考程序-1參考程序-3湖南工學院電氣與信息工程系湖南工學院電氣與信息工程系 實驗二實驗二 LabVIEW軟件基本操作（二）（本實驗為設計性實驗）參考程序-2二、實驗原理二、實驗原理 nLabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標代替文本行創(chuàng)建應用程序的圖形化編程語言。n傳統(tǒng)文本編程語言根據語句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而LabVIEW 則采用數據流編程方式，程序框圖中節(jié)點之間的數據流向決定了程序的執(zhí)行順序。它用圖標表示函數，用連線表示數據流向。n

13、LabVIEW程序被稱為VI（Virtual Instrument），即虛擬儀器。 nLabVIEW的核心概念就是“軟件即是儀器”，即虛擬儀器的概念。 nLabVIEW還包含了大量的工具與函數用于數據采集、分析、顯示與存儲等。 一、實驗目的一、實驗目的1、熟悉虛擬儀器編程軟件LabVIEW的基本操作和熟悉虛擬儀器實驗平臺；2、掌握常見項目的編程方法和仿真調試。4、圖形化顯示數據、圖形化顯示數據圖表和圖形圖表和圖形 利用隨機數發(fā)生器仿真一個0到5V的采樣信號，每200ms采一個點，共采集50個點，采集完后一次性顯示在Waveform Graph上。在上例基礎上再增加1路電壓信號采集，此路電壓信號

14、的范圍為5到10V，采樣間隔是50ms，共采100個點。采樣完成后，將兩路采樣信號顯示在同一個Waveform Graph中。三、實驗內容三、實驗內容 5、 Express VI快速搭建專業(yè)測試系統(tǒng)快速搭建專業(yè)測試系統(tǒng) 利用Express VI產生一個帶白噪聲的正弦信號，然后用功率譜分析Express VI對其進行功率譜分析，并將原信號與分析結果寫入測量文件。6、文件、文件I/O 有一個測量程序，采集兩路信號，每1s采集一次，要求每采集一次，就將采集結果寫入文本文件尾部，即使重新運行程序，仍能保證數據添加到文件尾部，而不會覆蓋原有數據。格式為a保留4位小數，b為整數，如右圖所示。7、子、子VI

15、 寫一個子VI計算輸入雙精度數組所有元素的平均值，并在上層VI調用它。四、四、實驗儀器與設備實驗儀器與設備1、計算機2、ELVISII平臺平臺LabVIEW編程環(huán)境五、實驗報告格式及要求、實驗報告格式及要求（一）、實驗目的（二）、實驗內容及步驟要求每寫一項實驗內容，緊跟其后寫出下列內容：項目的電路圖及前面板；項目的程序框圖；記錄實驗調試結果 ，分析是否符合設計要求。（三）、實驗儀器與設備返回返回參考程序-4參考程序-5參考程序-6參考程序-7湖南工學院電氣與信息工程系湖南工學院電氣與信息工程系實驗三實驗三 NI ELVISII平臺工作環(huán)境（本實驗為驗證性實驗） 一、實驗目的一、實驗目的1、熟悉

16、NI ELVISII平臺的組成、功能及使用；2、掌握虛擬儀器LabVIEW編程環(huán)境。q 構思來源于加州州立大學圣伯納迪諾分校q Paul Dixon, 物理學系教授q虛擬儀器教學實驗的帶頭人NI ELVIS 平臺的起源平臺的起源二、NI ELVISII平臺簡介從構思到實現(xiàn)從構思到實現(xiàn)q基于LabVIEW 和數據采集卡q可替換的原型板q集成各類常用儀器功能NI ELVIS工作臺PC外部DAQ設備SoftwareNI ELVIS IINI ELVIS II+ELVISII平臺硬件指標平臺硬件指標 1數字萬用表數字萬用表 隔離隔離 5 位位 60 VDC，20Vrms, 2 ADC, 2 Arms,

17、 100M內部電路保護內部電路保護 可復位保險絲函數發(fā)生器函數發(fā)生器 10-bit 5V范圍 0.2 Hz到到5 MHz 正弦正弦 0.2 Hz到到1 MHz 三角波三角波/方波方波 軟件或手動可控 BNC或原型板連接USB連接連接 即插即用 USB 2.0示波器示波器 16 bit 分辨率 1.25 MS/s 單通道 500kS/s 雙通道共計 1到1.5 MHz 帶寬 1x和10 x探針 10 V 輸入范圍 AC/DC耦合 BNC連接新新 ELVISII+ 100MS/s 采樣率 50MHz 帶寬(-3dB) 8 bit 分辨率 20 V max. 輸入范圍 AC/DC/GND 耦合 20

18、MHz 可選噪聲濾波器 1x 和 10 x 探頭 BNC 連接ELVISII平臺硬件指標平臺硬件指標 2阻抗分析儀阻抗分析儀 0.2 Hz到到35 kHz范圍 NPN, PNP, 二極管其他分析其他分析: 波特圖分析儀波特圖分析儀 2-線電流電壓分析線電流電壓分析 3-線電流電壓分析線電流電壓分析可變電源供電可變電源供電 10 bit 分辨率 0到+12V, 0到-12V 500 mA電流范圍集成集成DAQ AI采樣率1.25 MS/s 單通道, 500kS/s雙通道 16 bit分辨率 AO 2.8 MS/s更新率 24 DIO, 15 PFI, 2 CTR原型板原型板 可替換 自定義Ban

19、ana, BNC, D-Sub連接ELVIS平臺原型板平臺原型板數字 I/OAI、示波器、PFI計數器、 LED電源、波形發(fā)生器、自定義I/O、AO、 DMM原型板行、列連接原型板行、列連接電路設計電路設計原型板連接原型板連接操作儀器操作儀器| NI ELVISmx儀器面板儀器面板n數字萬用表 DMMn示波器 SCOPEn函數發(fā)生器 FGENn可變電源 VPSn波特圖儀 Boden動態(tài)信號分析儀 DSAn任意波形發(fā)生器 ARBn數字讀 DigInn數字寫 DigOutn阻抗分析儀 Impedn2-線伏安特性測試儀 2-Wiren3-線伏安特性測試儀 3-Wire 通過軟面板調用通過軟面板調用

20、- 與傳統(tǒng)儀器前面板相類似的體驗與傳統(tǒng)儀器前面板相類似的體驗 在在Multisim仿真環(huán)境中調用仿真環(huán)境中調用 在在LabVIEW編程環(huán)境中調用編程環(huán)境中調用在仿真環(huán)境中調用儀器在仿真環(huán)境中調用儀器在同一面板上：通過切換設備名稱 訪問NI ELVIS硬件NI ELVIS II 儀器儀器 在Multisim中比較仿真數據和NI ELVIS II的測量信號 通過軟面板調用通過軟面板調用 - 與傳統(tǒng)儀器前面板相類似的體驗與傳統(tǒng)儀器前面板相類似的體驗 在在Multisim仿真環(huán)境中調用仿真環(huán)境中調用 在在LabVIEW編程環(huán)境中調用編程環(huán)境中調用操作儀器操作儀器| 自定義儀器編程自定義儀器編程 通過軟

21、面板調用通過軟面板調用 - 與傳統(tǒng)儀器前面板相類似的體驗與傳統(tǒng)儀器前面板相類似的體驗 在在Multisim仿真環(huán)境中調用仿真環(huán)境中調用 在在LabVIEW編程環(huán)境中調用（編程環(huán)境中調用（Express VI/ DAQmx API）三、實驗內容1-1 測量器件值1-2 在NI ELVIS II開發(fā)板上創(chuàng)建分壓電路1-3 使用DMM 測量電流1-4 觀察RC瞬態(tài)電路的電壓變化1-5 可視化RC瞬態(tài)電路的電壓 詳細步驟請參考實驗指導書。四、四、實驗儀器與設備實驗儀器與設備1、計算機2、ELVISII平臺平臺LabVIEW編程環(huán)境五、實驗報告格式及要求、實驗報告格式及要求（一）、實驗目的（二）、實驗內

22、容及步驟要求每寫一項實驗內容，緊跟其后寫出下列內容：項目的電路圖及前面板；項目的程序框圖；記錄實驗調試結果 ，分析是否符合設計要求。（三）、實驗儀器與設備返回返回湖南工學院電氣與信息工程系湖南工學院電氣與信息工程系實驗四實驗四 電子溫度計實驗（本實驗為設計性實驗） 一、實驗目的一、實驗目的1、熟悉NI ELVISII平臺的組成、功能及使用；2、掌握虛擬儀器LabVIEW編程環(huán)境。二、實驗內容2-1 測量電阻元件阻值2-2 操作可變電源2-3 熱敏電阻電路2-4 構建NI ELVIS虛擬數字溫度計 詳細步驟請參考實驗指導書。三、三、實驗儀器與設備實驗儀器與設備1、計算機2、ELVISII平臺平臺LabVIEW編程環(huán)境四、實驗報告格式及要求、實驗報告格式及要求（一）、實驗目的（二）、實驗內容及步驟要求每寫一項實驗內容，緊跟其后寫出下列內容：項目的電路圖及前面板；項目的程序框圖；記錄實驗調試結果 ，分析是否符合設計要求。（三）、實驗儀器與設備返回返回湖南工學院電氣與信息工程系湖南工學院電氣與信息工程系實