虛擬儀器實(shí)驗報告

1、虛擬儀器的基礎(chǔ)和應(yīng)用【實(shí)驗?zāi)康摹?（1）了解虛擬儀器及圖形化編程語言LabVIEW； （2）學(xué)習(xí)用LabVIEW設(shè)計簡單的溫度計；（3）獨(dú)立完成用LabVIEW設(shè)計的虛擬儀器完成伏安法測電阻； 【儀器用具】 1、計算機(jī)（含操作系統(tǒng)）；2、LabVIEW軟件；3、數(shù)據(jù)采集卡；4、電阻箱（作標(biāo)準(zhǔn)電阻）；5、導(dǎo)線、雙刀雙擲開關(guān)；6、待測電阻。 【實(shí)驗原理】 1、虛擬儀器的硬件系統(tǒng)由PC機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡（DAQ卡）組成，DAQ卡可以實(shí)現(xiàn)對信號數(shù)據(jù)的采集、放大以及數(shù)?；Q的任務(wù)?；窘Y(jié)構(gòu)：輸入模擬信號A/D數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)顯示數(shù)字信號控制數(shù)字信號產(chǎn)生D/A輸出模擬信號2、虛擬儀器的程序由LabVIEW開發(fā)平臺

2、編制，包括三個主要部分：程序前面板（Panel）、框圖程序（Diagram）和圖標(biāo)/連接器。程序前面板用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量，用于模擬真實(shí)儀表的前面板。框圖程序用LabVIEW圖形編程語言編寫，用來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化程序控制命令。連線代表程序執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)流，定義框圖內(nèi)的數(shù)據(jù)流動方向。【實(shí)驗內(nèi)容】一、熟悉LabVIEW開發(fā)環(huán)境的基本操作和簡單編程方法：1、打開程序，新建一個VI程序；2、設(shè)計前面板：選擇需要的工具和控制量，放置在前面板上，按需要更改標(biāo)簽，方便閱讀； 注意：為了數(shù)字顯示正常，需設(shè)置顯示精度。實(shí)時顯示的圖像可以把坐標(biāo)軸選擇為“auto scale”以隨時調(diào)整坐標(biāo)軸范圍。3、程序框圖

3、設(shè)計：先找出需要的結(jié)構(gòu)。本次實(shí)驗主要使用了順序結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)。順序結(jié)構(gòu)中，需要將動作分割為不同幀，每個方框表示一幀，在幀與幀之間按條件順序完成；循環(huán)結(jié)構(gòu)中，程序可以在循環(huán)條件下自動循環(huán)測量，得到多個測量值。按需要添加功能函數(shù)，表示出程序的主要功能。主要有如循環(huán)、數(shù)學(xué)運(yùn)算、比較、公式節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)處理函數(shù)及與數(shù)據(jù)卡的接口等。按程序的運(yùn)行過程連線。注意不同接口的作用和數(shù)據(jù)類型。注意：（1）、連線避免重合，方便檢查和閱讀。（2）、作圖時，應(yīng)該按照程序的邏輯結(jié)構(gòu)來連線，一步一步地完成。（3）、儀器容易死機(jī)，注意及時存檔。4、連接外部硬件，運(yùn)行虛擬儀器。二、設(shè)計一個溫度計：假設(shè)傳感器的輸出電壓和溫度成正比。

4、為方便，這里用軟件代替了DAQ卡，用LabVIEW提供的Demo Read Voltage子程序模擬從采集卡的0通道讀取電壓，程序再讀出溫度并提供攝氏/華氏轉(zhuǎn)換功能。面板、程序圖設(shè)計均參照教材。三、伏安法測電阻：測量原理圖如下：面板、程序圖設(shè)計及外部硬件連接均參照教材。四、測二極管伏安特性曲線：伏安法電路圖等同上。只要把循環(huán)條件并上（And）電流小于0.05mA?！舅伎碱}】1、虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的有什么區(qū)別，請簡要說明。答：（1）、結(jié)構(gòu)上：虛擬儀器是基于通用計算機(jī)硬件平臺的通過專用測試軟件實(shí)現(xiàn)的一種計算機(jī)儀器系統(tǒng)，主要結(jié)構(gòu)為：輸入模擬信號A/D數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)顯示數(shù)字信號控制數(shù)字信號產(chǎn)生D/A輸出

5、模擬信號，用程序?qū)崿F(xiàn)測量的控制，簡單方便。而傳統(tǒng)儀器主要包括信號輸入、分析處理、顯示以及系統(tǒng)控制等幾個部分，主要靠人為操作測量、數(shù)據(jù)分析。（2）、外觀上：虛擬儀器最突出的一個外部特征是沒有傳統(tǒng)儀器外部的實(shí)物面板，所有的控制按鈕和指示器都安放在計算機(jī)的顯示屏上，是一個虛擬的“軟面板”，而且這個軟面板可由用戶自己按需要設(shè)計。（3）、用途上：虛擬儀器把操作面板和顯示面板都集成到電腦上，方便重復(fù)測量、數(shù)據(jù)記錄和即時處理，且相比于傳統(tǒng)儀器，精度大大提高、誤差減?。ú皇軐?shí)驗者主觀觀察的影響）。對于虛擬儀器，測量時所有物理量都需要轉(zhuǎn)化成電學(xué)量，必須依賴于靈敏的傳感器。2、虛擬儀器的出現(xiàn)對于測量儀器的發(fā)展有什

6、么影響？對于儀器使用者來說，意味著什么？答：（1）影響：本質(zhì)上，物理量的測量與虛擬儀器是無關(guān)的，它改變的只是操作和讀取結(jié)果兩部分?！皽y量儀器發(fā)展”主要還是如何通過特定物理更高精度地得到所需物理量，這不是虛擬儀器可以解決的。但是虛擬儀器有著強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和計算功能，使得許多測量和處理操作一體化，且不受實(shí)驗者主觀觀察的影響，使測量更加方便準(zhǔn)確。（2）對儀器使用者來說，可以直接按需要來設(shè)計定義虛擬儀器的面板以及測試功能。使用時，只需要使用鼠標(biāo)和鍵盤就可完成對測量的控制和數(shù)據(jù)分析。儀器使用者可以根據(jù)實(shí)際需要自行設(shè)計儀器，體現(xiàn)了“軟件就是儀器”的新概念。這大大提高了測量效率，減少了使用者的工作量，提高了

7、測量的準(zhǔn)確性。3、虛擬儀器的軟件開發(fā)環(huán)境有哪些類型？什么事“G語言”？答：（1） 開發(fā)環(huán)境：主要有兩大類，一類是通用的編程環(huán)境，一類是專為虛擬儀器開發(fā)的編程環(huán)境，多為圖形化程序語言（G語言）。（2） G語言即Graphic Language，用圖標(biāo)代替元素，用連線代替關(guān)系，使編程與日常經(jīng)驗十分貼近而直觀易懂。4、你對虛擬儀器系統(tǒng)在物理實(shí)驗中的應(yīng)用有何設(shè)想？能否結(jié)合具體的實(shí)驗給出一個簡單的設(shè)計思路。答：（1）幾乎所有的普物實(shí)驗都可以使用虛擬儀器來實(shí)現(xiàn)，只是需要儀器操作接口以及讀數(shù)接口的改變。引入虛擬儀器可以使許多重復(fù)操作自動化，提高實(shí)驗效率。（2）弗蘭克-赫茲實(shí)驗中，需調(diào)節(jié)若干項電壓值以獲得電子電流關(guān)于電壓的曲線。這項實(shí)驗的核心物理過程發(fā)生在Hg或Ar蒸汽管中，我們只需將電壓調(diào)節(jié)使用DAQ卡完成，電流接入弱電流放大器后也可使用標(biāo)準(zhǔn)電阻讀出，即可進(jìn)行若干次重復(fù)的自動測量?；驹砼c伏安法測電阻類似。并且管內(nèi)溫度可以通過溫敏電阻轉(zhuǎn)為電壓而更好地實(shí)時監(jiān)控。5、伏安法測電阻，為何不測待測電阻上的電壓？答：因為我們不能直接測電壓，只能測量相對兩點(diǎn)的電勢，因此無法把待測電阻和標(biāo)準(zhǔn)電阻的電壓都直接測出來；如果把待測電阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻交換，則電流