实验指导书_电子测量.doc

_ 电 子 测 量 实 验 指 导 书电子工程实验室 编 写适用专业： 电子信息工程 电子信息科学与技术 江苏科技大学电子信息学院 2015 年 3 月前 言电子测量是一门理论与实践并重的课程。它主要介绍电学中常见物理量（如电压、电流、电阻、电感、频谱、频率特性等）的测量方法、测量时使用的测量仪器以及基本的测量误差理论。学生通过本课程的学习，应该在理解原理的基础上，掌握各物理量的测量方法，会使用相关的测量仪器。电子测量课程实验开设目的：首先是加深理解在课堂上获得的理论知识，将理论知识形象化；同时学习仪器设备的实际操作，加强动手能力，积累实践经验；另外通过一些综合性实验达到对已学过的其它课程知识融会贯通的效果。电子测量课程开设的实验如下： 实验一 示波器的使用及技术测试（综合）：对学生的训练有以下几个方面。首先，学生在先前的实验课中已经使用过示波器，在本课程中学习了示波器的原理，可以更好的操作仪器。其次，建立校正测量仪器的概念，学习简单的校正方法。再次，通过对集成电路（移位寄存器）波形的观测，学习理解该集成块的原理和使用，并加深理解外同步的原理。实验二 电压表波形响应和频率响应的研究（综合）：主要加深学生对三种电压表原理的理解，从而熟悉不同类型的电压表在测量不同波形的信号时的读数特点。其次，通过对电表通频带的测量，加强学生对电表测量频率范围的概念。实验三 Q表的应用（验证）：本实验的内容是谐振法测电感、电容。学生通过实验理解谐振法测量原理，学习Q表的原理和使用方法。实验四 扫频仪的使用（综合）：本实验的内容是用扫频仪测量陶瓷滤波器的频率特性。通过实验学生应能加深对系统频率特性的理解；掌握扫频仪的原理，学会扫频仪的使用；另外还应了解陶瓷滤波器的性能。实验五 LABVIEW环境熟悉（验证）：本实验的内容是验证性实验，从学习使用LabVIEW入手，使学生对虚拟仪器和图形开发环境有初步的了解。实验六 典型虚拟仪器设计（综合）：本实验的内容是自己开发简单的虚拟仪器，可进一步加深对广泛应用于仿真、数据采集、仪器控制、测量分析和数据显示等嵌入式应用系统的图形开发环境LabVIEW的认识，即软件就是仪器。 本实验指导书适合电子信息工程专业以及电子信息科学技术专业使用。其中电子信息工程专业开设全部六个实验。目 录实验一：示波器的使用及技术测试5实验二：电压表波形响应和频率响应的研究12实验三：Q表的应用16实验四：扫频仪的使用22实验五：LABVIEW环境熟悉26实验六：典型虚拟仪器设计34实验一：示波器技术性能的测试实验学时：2学时实验类型：综合实验要求：必修知识点：示波器技术性能测试；外同步方式观测信号；数字集成电路的使用。一、实验目的1、熟悉示波器主要技术性能和功能。2、掌握示波器主要技术性能的测试方法。3、建立校正测量仪器的概念。二、实验内容测试示波器的偏转灵敏度、扫描速度、频带宽度和探头衰减比，体会示波器中同步和触发的作用，学会用外同步观察波形。三、实验原理、方法和手段1、偏转灵敏度的定义：在单位信号电压作用下，光点在荧光屏上偏转的距离。它的倒数被称为偏转因数；单位为v/cm、mv/cm或v/div、mv/div。2、扫描速度或时基因数扫描速度的定义：在扫描电压作用下，单位时间内电子射线沿荧光屏水平方向移动的距离，单位为cm/t、div/t，它的倒数是时基因数，表示光点在x方向移动1cm或1div所需的时间，单位为t/cm，t/div，时间t可以是s，ms或s。示波器面板上扫描速度旋钮上有微调旋钮，当微调置于校准位置时，扫描速度旋钮所指示的数值才是实际的时基因数。3、频带宽度频带宽度以3dB带宽定义；即输入信号幅度不变，频率变化时，荧光屏上显示的幅度相对于基准频率(中频段)幅度下降到 时对应的频率范围。4、示波器面板上有“电平触发极性(LEVELSLOPE)”旋钮转动该旋钮可改变触发信号的电平，旋钮处于推入状态时为正向触发，拉出时为负向触发。5、实验中用C185（CC14526）集成电路作分频器。C185（CC14526）为可预置数的4位二进制1/N计数器，它的逻辑图、功能表及管脚引出线功能如图11：图116、74LS164是8位移位寄存器，它的逻辑图，功能表，引脚如图12：输 入输 出清零时钟A BQAQB QHL LL LHL QAOQBO QHOHH HHQAn QGnHL LQA n QGnH LLQAn QGn图12四、实验组织运行要求1、学生在进行实验前必须进行充分的预习，熟悉实验内容。2、学生严格遵守实验室的各项规章制度，注意人身和设备安全，配合和服从实验室人员管理。3、教师在学生实验过程中予以必要的辅导，独立完成实验。4、教师审查学生实验结果。五、实验条件1、双踪示波器YB4340C 1台2、高频信号发生器EE1051 1台3、超高频毫伏表DA22A 1台4、函数信号发生器XJ1631 1台六、实验步骤1、了解高频信号发生器的性能与使用方法：用高频信号源的01V输出端输出高频信号，用示波器观察高频信号发生器的正弦波输出和调幅波输出，观察改变调制度时波形的变化。2、熟悉触发器正负极性及触发电平的功能：用高频信号源输出正弦波，用示波器进行观察。当示波器上出现清晰的波形后，适当将波形右移，使波形的起始端出现在屏幕上。改变触发极性，即将触发极性钮拉出或推入，观察波形的变化。再转动触发电平旋钮，观察波形变化。3、测试偏转灵敏度：使高频信号源输出正弦波信号，频率为100KHz，调节输出幅度，用超高频毫伏表测量，使之为0.5V。示波器探头置于1档，偏转因数选择开关置于0.2V/cm，微调钮置于“校准”(CAL)。将信号源输出接入示波器，从荧光屏上读出信号幅度的格数，记录在表1-1中，计算出偏转因数，与选择开关指示值(0.2V/cm)比较。将信号幅度改为0.1V，示波器偏转因数选择开关置于50mv/cm，重复上面的测量。4、测试扫描速度：示波器的扫描速度开关置于0.2ms，扫描微调置于校正(CAL)，输入函数发生器的1KHz方波。测出一个信号周期T所占的水平格数，则可算出扫描速度=T/格数，与扫描速度选择开关指示值(0.2ms)相比较，计算出相对误差。记录在表1-2中。将输入信号改为2KHz，扫描速度选择开关置于0.1ms，重复上面的测量。5、测试通频带：高频信号源产生正弦信号输入到示波器中，用超高频毫伏表测量输出幅度。改变正弦波频率，保持有效值始终为0.5V，记录下不同频率时，示波器荧光屏上的幅度值。注意在频率上升到高端，荧光屏上信号幅度下降时，应适当多读一些数据。将读得数据记入表1-3中，并在方格纸上画出频率特性曲线。6、用外同步方式和内同步方式观察移位寄存器的输出波形：CD14526接成十六分频状态，0c端输出；74LS164是移位寄存器。用函数发生器400KHz信号作为时钟输入（电路框图如图1-3），用示波器观察如下信号： 以0c（进位端）信号为外同步信号，观察C164的QA、QB、QC、QD的波形（分正触发和负触发二种情况）。 在内同步方式下，观察以上四个点和0c点的波形（正负触发），比较分析二种观察方法。 用双线显示来比较0c点和其他各Q点的波形，观察不同触发信号时波形的同步情况。图1-3 表1-1 偏转因数测量数据输入正弦信号显示幅度（格数）测得偏转因数=/格数选择开关指示偏转因数相对误差有效值0.5V0.1V表1-2 扫描速度数据表输 入 信 号测得T所占水平格数测得扫描速度=T/格数选择开关指示扫描速度相对误差频 率周 期1K2K表1-3 通频带测量数据表频率显示幅度七、思考题1、如何用示波器测量直流电源的电压？2、实验中所用的计数器是CMOS电路，对于输入信号电压有什么要求？如何用示波器测量信号源输出信号的大小，从而知道它是否符合CMOS电路的输入要求？八、实验报告1、实验数据填入表格，用通频带的测量数据在方格纸上画出频率特性曲线。2、将外同步测量时的几种波形画出，对此作出分析。3、在实验中，你对思考题中的问题是如何解决的。九、其它说明数字函数信号发生器XJl63l的使用 1、XJl631函数发生器的主要指标：（1）函数发生器可输出正弦波，方波，三角波、脉冲和锯齿波等五种波形，频率范围0.1Hz2MHz。信号最大幅度可达20。脉冲的占空系数由10%至90%连续可调。五种信号均可加10V的直流偏置电压。（2）函数发生器可作频率计使用，其频率范围从10Hz100MHz2、XJl631函数发生器的面板图及说明图1-4（1）XJl63l作函数发生器使用时，函数信号从“函数输出”端输出。首先打开电源，此时应将“函数、计数转换”键抬起，根据所需的函数波形按下“函数选择”键中的一个。若需要脉冲，则应选择方波；需要锯齿波，则选择三角波。然后利用“占空比及锯齿波”旋钮，将波形调成所要的占空比(或锯齿波)。频率的选择应先，在“频率范围选择”键中按下相应的键，然后再利用“频率粗调”和“频率细调将频率调至所要的频率。频率数可从数码管上读到，但必须“占空比及锯齿波”旋钮处于校准(CAL)位置。输出信号的大小用“电源及幅度”旋钮调节，若需要小信号时则可按入“衰减器”键。利用“直流电平”旋钮可改变输出信号的直流成分。频率细调旋钮还有一个功能是将此旋钮拉出时，输出信号可相移180。（2）XJl631作频率计使用时，先将“函数，计数转换”键按下，要测频率的信号从“计数输入”端输入。输入信号(正弦波)幅度在10Hz10MHz时应大于30mV，在10MHz100MHz时应大于60mV，最大不超过1V；超过1V时应按下“衰减器键，此时幅度不超过5V。可根据被测信号的频率范围在“频率范围选择”键中按下相应的键，测量时，如发光二极管0VEL亮，说明被测频率超过所设的频率档级，需将频率档级扩大，直到OVEL灯熄灭才能正常显示。当信号超过10MHz时，频率档级置100K时会乱计数，需将按钮置1MHz档。实验二：电压表波形响应和频率响应的研究实验学时：2学时实验类型：综合实验要求：必修知识点：三种电压表的原理；正弦、方波、三角波交流电压的表征方法；电压表的频率响应的概念。一、实验目的1、研究不同检波方式的电子电压表在测量各种波形交流电压时的响应。2、研究交流电压表的频率响应。二、实验内容分别用平均值、峰值，有效值检波的三种电压表测量函数发生器输出的正弦波，方波、三角波电压，判断各表的检波类型。测量其中一只电压表响应于正弦波时的幅频特性。三、实验原理、方法和手段1、电压表的波形响应电子电压表有多种型号，按它们检波器的不同，可分为均值电压表，有效值电压表和峰值电压表三种类型。一般电压表都是按正弦波有效值进行刻度的，因此，当被测电压为非正弦波时，随着波形的不同，会出现不同的结果，此现象称为电压表的波形响应。2、峰值电压表峰值电压主要由峰值检波器、步进分压器、直流放大器组成。目前，为了解决直流放大器的增益与零点漂移之间的矛盾，普遍采用了斩波式直流放大器。利用斩波器把直流电压变换成交流电压，并用交流放大器放大。到最后再把放大的交流电压恢复成直流电压。斩波式直流放大器的增益可以做的很高，而且噪声和零点漂移都很小。所以用它做成检波放大式电压表，灵敏度可以达到几十uV。峰值电压表的一个优点是，可以把检波二极管及其电路从仪器引出放置在探头内。这对高频电压测量特别有利，因为可以把探头的探针直接接触到被测点。峰值电压表是按正弦有效值来刻度的，即：a电压表读数Vp正弦电压的峰值Kp正弦波的波峰因素3、均值电压表均值电压表一般由宽带放大器和检波器组成。检波器对被测电平的平均值产生响应，一般都采用二极管全波或桥式整流电路作为检波器。电压表的频率范围主要受宽带放大器带宽的限制。均值电压表的表头偏转正比于被测电压的平均值。平均值为：具有正弦有效值刻度的均值电压表的读数为：a电压表读数V电压表所刻的正弦电压有效值被测电压平均值4、有效值电压表交流电压的有效值是指在一个周期内，通过某纯电阻负载所产生的热量与一个直流电压在同一个负载上产生的热量相等时，该直流电压的数值就是交流电压的有效值。在现代有效值电压表中，常采用热电变换和模拟计算电路两种方法来实现有效值的测量。热电变换是通过一个热电偶实现的，当加入电压后，热电偶两端由于存在温差而产生热电动势，于是热电偶中将产生一个电流使得电流表偏转而产生读数。模拟计算电路是使用模拟电路直接实现有效值电压表的计算公式来得到电路的有效电压。四、实验组织运行要求1、学生在进行实验前必须进行充分的预习，熟悉实验内容。2、学生严格遵守实验室的各项规章制度，注意人身和设备安全，配合和服从实验室人员管理。3、教师在学生实验过程中予以必要的辅导，独立完成实验。4、教师审查学生实验结果。五、实验条件1、电压表DA22A 1台2、电压表DA30A 1台3、电压表SH2171 1台4、函数发生器XJ1631 1台5、示波器YB4340C 1台 六、实验步骤1、调节函数发生器，使输出100KHz，VP-P =5.66V ( 值用示波器测试)，分别用三只电压表对该输出信号进行测试，将读数记录进数据表。2、将函数发生器改为三角波输出，频率、幅度与上述相同，重复上述的测量。3、将函数发生器改为方波输出、频率、幅度与上述相同，重复上述的测量。4、根据测得数据判断各电压表的检波类型。5、测量电压表DA22A的幅频特性(只测量低频段)。调节函数发生器，使输出200KHz有效值为2V的正弦波，用DA22A测量其输出值。然后逐步降低正弦信号的频率，幅度不变（可用示波器监测），观察电压表指示对频率变化的响应，并逐点记下电压表读数。表2-1 电压表波形响应数据表信号源输出电压表读数波形峰峰值XS2172DA30DA22A正弦5.66V三角5.66V方波5.66V电压表型判断表2-2 DA22A频率响应数据表频率（KHz）电压读数(V)频率（KHz）电压读数(V)七、思考题1、为什么当测量信号频率发生变化时，电压表的测量值会发生变化？2、三种电压表各有什么样的优缺点。八、实验报告1、实验报告中应将电压表判别方法和判别结果写明。对于DA22A表，应用方格纸将其频率响应曲线画出，找出频带下限。2、在实验中，你对思考题中问题的分析。实验三：Q表的应用实验学时：2学时实验类型：验证实验要求：必修一、实验目的1、加深对谐振法测量阻抗原理的了解。2、学习Q表的原理和使用方法。二、实验内容使用Q表测量二只电感器的Q、L、值以及一只460PF电容器的容量和一只460PF电容器的容量，理解谐振法的原理。三、实验原理、方法和手段1、 谐振法原理如图31中回路调谐在谐振状态，则：图31 式中 R是整个回路的电阻，其中包括了电感的损耗和电容的损耗。所以Q值是谐振回路的 Q值。当 RC小到可以忽略时，上面的Q 值就等于电感的 Q值，即反之， RL可忽略时QC=Q。2、Q表组成与原理Q表原理简图如图32：图32如图中，左边的振荡器即是高频信号发生器，它的输出经分压电阻耦合到测量回路。耦合电阻Ri 很小（约0.04），在Q 值测量中可以忽略。可变电容器C 的损耗极小，所以RC 亦可以忽略不计。Q表面板上安排如图33：图33连接被测电感、电容的接线柱在 Q表的顶部。Q表面板上频率调节旋钮即振荡器的可变电容，主调电容度盘即测量回路的可变电容C，Q值指示表指示的是 UC的值，Q值定位表指示的是高频信号的输出电压，相对地也指示了Ri 上信号电压 Em的大小。当调节振荡器输出幅度，使定位表指针在表上规定的定位线上时， Ri上得到10mv电压，根据这个固定的 Em值，Q值指示表( UC表)上根据UC 的大小；有相应的Q值刻度。电感值 Lx的测量原理是根据谐振时的公式 ，在已知谐振频率和电容的情况下，可计算出电感值Lx 。为了便于使用，Q表面板上有规定的频率，在此频率下谐振时，电容度盘上可立即读出一对电容值、电感值。电容值Cx的测量方法是这样的：将一个电感器接在接线柱上，将主调电容调至较大值C1 (例450p)；调节振荡器频率，使发生谐振：。保持频率不变，将被测电容Cx与主调电容并联，减小主调电容值，直至又发生谐振，此时的主调电容值C2，则，可得。四、实验组织运行要求1、学生在进行实验前必须进行充分的预习，熟悉实验内容。2、学生严格遵守实验室的各项规章制度，注意人身和设备安全，配合和服从实验室人员管理。3、教师在学生实验过程中予以必要的辅导，独立完成实验。4、采用集中授课形式。五、实验条件1、高频Q表QBG-3 1台2、电感器 2只3、电容器 2只六、实验步骤1、使用准备 aQ表通电前，校正定位表和Q值指示值的机械零点；再将“定位粗调”旋钮向减方向旋到底，“定位零位校直”和“Q值零位校直”置于中心位置，微调电容器调到零。b接通电源，预热20分钟。2、测量电感的Q值 a将被测电感接在Q表“Lx”接线柱上； b调整振荡器波段开关和频率度盘到测量频率点； c将“Q值范围”开关放在适当的档级上； d调节“定位校直”使定位表指标零点； e调节“定位粗调”“定位细调”使定位表指标在“Ql”点上 f调节主调电容器到远离谐振点(使Q值电表指示最小)； g调节“Q值零位校直”使Q值电表指示零点； h再调节主调电容度盘到谐振，调节微调电容度盘到谐振点，即Q指示表读数达到最大，此读数即为电感的Q值。注意读Q值时，定位表必须指示在“Ql”点上，否则读数不准。以上测量没有考虑电感的分布电容C0，测得Q值与实际值有误差；在测得Lx后可进行修正：式中Qm是测得值，Q值是实际值，C1是谐振时主调电容器的读数与微调电容器读数之和，C0是电感分布电容。3、测量电感器的电感 a将被测电感接在“Lx”接线柱上。 b根据被测电感的大约值在面板上的对照表中选择一标准频率，将振荡器调节到这一标准频率上。 c同上面2中cg条。 d微调电容刻度放在“0”上，调节主调电容刻度到谐振，这时刻度盘所指的电容值为C1，将度盘对边的电感值乘以对照表上所指的倍乘就是电感器的L。 e如果要得到比较准确的电感值，必须先测得电感的分布电容C。，然后在上述测得C1后，将主调电容器调在“+”上，这时度盘的电感读数乘以倍率即所求的较准确的电感值。 f在被测电感小于10H时，用以上方法测得的电感值还应减去仪器测试电路本身的剩余电感“L0”，这台仪器中，即，是度盘Lx读数是修正后的电感值。4、测量电感器的分布电容C0 (倍频法)将被测电感接在“Lx”接线柱上，将电容盘调到适当电容值C1s上(通常为 200PF)，调节振荡器频率找出谐振点f1，然后将频率调至，再调电容度盘至谐振点，读出此时电容值C2s，则可计算出分布电容：5、测量小于460PF电容 a取一个电感量大于1mH的电感，接在“Lx”接线柱上； b将微调电容器调节到零，主调电容器调到较大电容量C1上； c调节“定位零位校直”，“Q值零位校直”至零点，调节定位粗调，细调使定位电表指在“Ql”附近； d调节振荡器频率使测量回路谐振。e将被测电容接在“Cx”接线柱上，调节主调电容器使回路重新谐振；这时主调电容器读数为C2，则被测电容值为：。6、测量大于460PF的电容表3-1 电感器的测量数据表被测电感号值读数电容读数电感读数剩余电感被测电感被测值测量频率10.07H20.07H表3-2 电容测量数据表被测电容序号1(460P)2(460P)a取一只适当电容量的标准电容器接在“Cx”接线柱上，其电容值为C3；b同上面5中ad各条；c取下标准电容，将被测电容接在“Cx”接线柱上，调节主调电容器使回路谐振，读出此时主调电容器读数C2，则可计算出被测电容值：。七、思考题1、测量电容时为什么要分为大于460P和小于460P？八、实验报告1、报告中包含实验预习情况，包括实验内容、实验步骤等。2、根据实验数据计算处两个电容的值。3、在实验中，你对思考题中问题的分析。实验四：扫频仪的使用实验学时：2学时实验类型：综合实验要求：必修知识点：扫频仪原理与使用；陶瓷滤波器的介绍；系统频率特性的概念。一、实验目的1、了解扫频仪的原理和使用，加深对系统频率特性曲线的感性认识。2、了解陶瓷滤波器的频率特性。二、实验内容学习扫频仪的使用，观测扫频仪的扫频范围，用扫频仪BT3G测量陶瓷滤波器 L6.5的频率特性。三、实验原理、方法和手段1、扫频测量技术在现代测量中，为了测量系统的全面表征，需要从以往的静态测量转变到动态测量。扫频测量就是一种动态测量。所谓扫频，就是利用某种方法，使正弦信号的频率随时间按一定规律，在一定范围内反复扫动，这种频率扫动的正弦信号，称为扫频信号。利用扫频信号，可以在频域内对元器件或系统的频率特性进行动态测量，例如，图示一个放大器的动态频率特性曲线等。2、 陶瓷滤波器陶瓷滤波器简称CF，可分为带阻和带通两类。CF能起滤波作用是由于陶瓷的压电效应。若将高频交流电压加在压电陶瓷片的两面时，在高频交变电场的作用下，陶瓷片将随信号的交变而产生机械振动，当陶瓷片的固有频率(由其形状尺寸定)与外加信号频率一致时，陶瓷片表现出与LC串联谐振电路相似的特性。CF有二端式和三端式的，本次实验中使用的是三端式的，型号为6.5，即6.5 MHz的带通滤波器。其电路符号和外型图如下：图51四、实验组织运行要求1、学生在进行实验前必须进行充分的预习，熟悉实验内容。2、学生严格遵守实验室的各项规章制度，注意人身和设备安全，配合和服从实验室人员管理。3、教师在学生实验过程中予以必要的辅导，独立完成实验。4、采用集中授课形式。五、实验条件1、扫频仪BT-3G 1台2、6.5M陶瓷滤波器 1只六、实验步骤1、扫频仪开机后将扫频信号（RTOUT）直接输入检波器，检波器的输出信号送入“垂直输入”（V-INPUV）端；调节输出衰减到最小，适当调节“垂直增益”，“频标选择”、“扫频宽度”、“中心频率”等旋钮，在显示屏上观察零拍标记，练习频标的读出，检查扫频仪的扫频范围连接如图5-2。图522、 测量陶瓷滤波器的频率特性。连接方法如图53：图536.5陶瓷滤波器的频率在6.5M左右，利用仪器显示器上的10M、1M组合频标读出陶瓷滤波器的3dB带宽、频率特性曲线峰值处的频率，并将频率特性曲线画在方格纸上。七、思考题1、在实验步骤1中，没有被测电路的情况下，检波结果是什么波形？八、实验报告1、 报告中包含实验预习情况，包括实验内容、实验步骤等。2、 画出陶瓷滤波器的频率特性曲线，并分析其频率特性。3、 在实验中，你对思考题中问题的分析。九、其它说明BT3G频率特性测试仪说明一、BT3G主要技术性能扫频范围：2300MHz中心频率：2300MHz扫频宽度：最宽不小于100MHz，最窄不大于1MHz频率标记：50MHz、10MHz和1MHz组合，外接三种。二、BT3G面板说明面板图：图5-4 1POWER电源开关 2INTEN辉度 3FOCUS聚焦 4VPOSITION垂直位移5PICTURE十影象极性 6PICTUREFDEM鉴频 7VGAIN垂直增益 8VATTEN垂直衰减 9VINPUT垂直输入 10RFOUT射频输出 11PULL插件拉出手柄 12振荡器工作方式控制 13OUTPUTATTEN粗衰减器14SELECTOR频标选择 15OUTPUTATTEN细衰减器16MARKERSIZE频标幅度 17CENTERFREQ中心频率18SWEEPWIDTH扫频宽度 19EXTIN外接频标输入 三、BT3G的使用 1、打开电源，调节“辉度”、“聚焦”电位器，使扫描线平滑明亮。 2、置衰减于0dB，键抬起，调节“Y轴增益”旋钮，可看到带频标的横线。改变“频标选择”键，可看到二种不同的频标。 3、零拍的观察：按实验步骤1中连接方式接好，顺时钟方向转动“中心频率”旋钮到底，即可在显示屏上看到一个脉冲状波形，这就是零拍，它标志了频率轴的零点位置，由此开始，可以读出频率轴上各频标的读数。 4、扫频范围的观察：将“频标选择”定在50MHz，“扫频宽度”为最大，逆时针转动“中心频率”旋钮，依次读频标，可找出300MHz频标。实验五：LabVIEW基本环境实验学时：2实验类型：验证实验要求：必修一实验目的1.熟悉LabVIEW环境和基本组件；2.学习使用G语言编程；3.学习使用循环结构；4.创建一个VI程序，作为以后的子VI程序使用。二实验器材计算机；LabVIEW 8.2软件。三实验原理LabVIEW程序称为“虚拟仪器”或简称为VI。它是一种图形编程语言通常称为G编程语言，其编程过程就是通过图形符号描述程序的行为。在任意一个VI程序的框图窗口里，都可以把其它的VI程序作为子程序调用，只要被调用VI程序定义了图标和联接器端口即可。用户使用功能模板的Select a VI来完成。当使用该功能时，将弹出一个对话框，用户可以输入文件名。一个子VI程序，相当于普通程序的子程序。节点相当于子程序调用。子程序节点并不是子程序本身，就象一般程序的子程序调用语句并不是子程序本身一样。如果在一个框图程序中，有几个相同的子程序节点，它就象多次调用相同的子程序。该子程序的拷贝并不会在内存中存储多次。四实验内容及要求内容1.创建一个VI程序模拟温度测量假设传感器输出电压与温度成正比。例如，当温度为70F时，传感器输出电压为0.7V。也可以用摄氏温度来代替华氏温度显示。用软件代替DAQ数据采集卡。使用随机数函数来仿真电压测量，然后把所测得的电压值转换成摄氏或华氏温度读数。前面板编程步骤在“文件（File）”菜单的“新建（New）”选项打开一个新的前面板窗口；把温度计指示部件放入前面板窗口：a. 在前面板窗口的空白处点击鼠标右键，然后从弹出的“数值（Numeric）”子模板中选择“温度计（Thermometer）” ；b. 在高亮的文本框中输入“温度计” ，再点击鼠标键按钮；重新设定温度计的标尺范围为0.0到100.0。使用标签工具A，双击温度计标尺的10.0，输入100.0，在其它地方再点击鼠标键；在前面板窗口中放入竖直开关控制：a. 在前面板窗口的空白处点击鼠标右键，然后在弹出“控件（Controls）” 的“经典（Classic）” 菜单的“经典布尔（Boolean）” 子模板中选择“垂直开关（Vertical Switch）” ，在文本框中输入“温度值单位”，在其它地方再点击鼠标键；b. 使用标签工具A，在开关的“条件真（true）”位置旁边输入自由标签“摄氏”，再在“条件假（false）”位置旁边输入自由标签“华氏”；框图程序编程步骤从“窗口（Windows）”菜单下选择“显示程序框图（Show Block Diagram）”功能打开框图程序窗口；点击框图程序窗口的空白处，弹出功能模板，从弹出的菜单中选择所需的对象；本程序所用到的对象：随机数（0-1）（Random Number）从“函数（Functions）” 的“数值（Numeric）”子模板中选择，用来模拟电压值；乘法（Multiply）功能（在“数值”子模板）将读取的电压值乘以100.00，以获得华氏温度；减法（Subtract）功能（在“数值”子模板）从华氏温度中减去32.0，以转换成摄氏温度；除法（Divide）功能（在“数值”子模板）把相减的结果除以1.8，以转换成摄氏温度；选择（Select）功能（在“比较”Comparison子模板）取决于温标选择开关的值。该功能输出华氏温度（当选择开关为false）或者摄氏温度（选择开关为True）数值； 数值常数用连线工具，点击希望连接一个数值常数的对象，并选择“创建”（Create）“常量”（Constant）功能。若要修改常数值，用标签工具双击数值，再写入新的数值；字符串常量用连线工具，右击你希望连接字符串常量的对象，再选择“创建”（Create）“常量”（Constant）功能。要输入字符串，用标签工具双击字符串，再输入新的字符串；点击图标，把图标移至图示的位置，再用连线工具连接起来；随机数（0-1）（Random Number）函数产生01的数据模拟01的电压值，程序再将读数乘以100.0转换成华氏温度读数，或者再把华氏温度转换成摄氏温度；选择前面板窗口，使之变成当前窗口，并运行VI程序。点击连续运行按钮，使程序运行于连续运行模式；点击连续运行按钮，关闭连续运行模式；创建图标Temp。此图标可以将现程序作为子程序在其它程序中调用。创建方法如下：a. 在前面板窗口的右上角的图标框中右击鼠标，从弹出菜单中选择“编辑图标（Edit Icon）”功能；b. 清除缺省的图标图案；c. 用画图工具画出温度计的图标；使用文本工具写入文字，双击文本工具把字体换成Small Font；当图标创建完成后，点击OK以关闭图标编辑。生成的图标在面板窗口的右上角；创建联接器端口：a. 右击右上角的图标面板，从弹出菜单中选择“显示连接板（Show Connector）”功能。LabVIEW将会根据控制和显示的数量选择一种联接器端口模式。程序中只有两个端口，一个是竖直开关，另一个是温度指示。若需更改联接模式，再右击该联接器，在菜单的“模式（Pattern）”中选择；b. 把联接器端口定义给开关和温度指示；c. 使用连线工具，在左边的联接器端口框内按鼠标键，则端口将会变黑。再点击开关控制件，一个闪烁的虚线框将包围住该开关；d. 现在再点击右边的联接器端口框，使它变黑。再点击温度指示部件，一个闪烁的虚线框将包围住温度指示部件，这即表示着右边的联接器端口对应温度指示部件的数据输入；e. 如果再点击空白外，则虚线框将消失，而前面所选择的联接器端口将变暗，表示已经将对象部件定义到各个联接器端口；注意：LabVIEW的惯例是前面板上控制的联接器端口放在图标的接线面板的左边，而显示的联接器端口放在图标的接线面板的右边。也就是说，图标的左边为输入端口而右边为输出端口。确认当前文件的程序库路径为E:TEST，用文件菜单的保存（Save）功能保存上述文件，并将文件命名为Thermometer.Vi。现在，该程序已经编制完成了。它可以在其它程序中作为子程序来调用。在其它程序的框图窗口里，该温度计程序用前面创建的图标来表示。联接器端口的输入端用于选择温度单位，输出端用于输出温度值。关闭该程序。内容2.使用一个条件循环结构和一个被测波形图表实时地采集数据创建一个VI程序，进行温度测量，并把结果在波形图表上显示。该VI程序使用前面创建的温度计程序（Thermometer VI）作为子程序。前面板编程步骤打开一个新的前面板窗口，在里面放一个垂直开关Vertical Switch（在“经典布尔”子模板中选择），给该开关标注为“Enable”。可以用该开关来开始/停止数据采集；在前面板内再放置一个趋势图（“图形”Graph子模板中的“波形图表”Waveform Chart），标注为“温度历史趋势”。该图表将实时地显示温度值；趋势图会将它的图标注解“曲线”（plot）自动地标注为“曲线0”（plot 0），可以用标注工具将其重新标注为“Temp” ；因为趋势图用于显示室内温度，需要对它的标尺进行重新定标。将Y轴的“10”改为“90” ，而将“0.0”改为“20” ；此时暂时不要创建模式转换开关，下面将尝试从框图程序窗口创建前面板的部件。框图程序编程步骤打开显示程序框图窗口从结构（Structures）工具模板选择条件循环结构“While循环（While Loop）”放入框图程序窗口，调整该条件循环框的大小，把先前从前面板创建的两个节点放入循环框内；注意：条件循环结构是一种无限循环结构，只要条件满足，它就一直循环运行下去。本程序中只要允许开关（Enable Switch）是ON状态，该VI程序就一直运行，采集温度测量值，并在图表上显示。放入其它的框图程序对象。Thermometer VI，这个VI程序是刚才创建的，从E:TEST中调出（从“选择VI”Select a VI子模板选择）；按照上图的框图程序连好线；创建模式开关。把连线工具放在Thermometer VI的输入端口上，按鼠标右键并选择“创建（Create）” “输入控件（Create Control）” ，这样就可以自动创建模式转换开关，并将它与Thermometer VI子程序相连线，再转换到前面板窗口，将模式转换开关的位置重新调整；在前面板窗口，使用标注工具，双击模式开关的“OFF”标签，并把它转换成“华氏”，再把“ON”标签转换成“摄氏”。要转换开关状态，使用操作工具（Operating Tool）；将模式开关设置为ON状态，运行该VI程序；要停止数据采集，点击Enable开关，使其状态变为OFF，循环结束；修改Enable开关缺省设置，使运行VI程序时不必每次打开该开关。a. 若程序在运行状态，则关闭程序运行；b. 把开关设置为ON状态；c. 在Enable图标上右击鼠标，从弹出菜单中选择“数据操作（Data Operations）”“当前值设置为默认值（Make Current Value Default）”选项，这将使ON状态变为缺省值；d. 再右击鼠标，从弹出菜单中选择“机械动作（Mechanical Action）”“单击时触发（Latch When Pressed）”选项；运行该程序，把开关点击为Stop状态以停止数据采集。开关将变为OFF状态，但当条件循环结构再次读取其数值时，它又会变成ON状态。增加定时器控制：运行程序时，它将会尽可能快地运行。如果希望以一定的时间间隔，例如一秒钟一次或者一分钟一次来采集数据，可以用“等待下一个整数倍毫秒（Wait Until Next ms Multiple）”功能（在“定时”Timing子模板）来满足上述条件。该功能模块可以保证循环间隔时间不少于指定的毫秒数。如上图所示，使VI程序采样间隔为500毫秒；使用“定时”Timing子模板中的“等待下一个整数倍毫秒（Wait Until Next ms Multiple）”功能，再加上“时间常量（Numeric Constant）” ，把它设置为500；关闭并保存上述程序，文件名为Temperature Monitor.vi。内容3. 以图表方式显示数据并使用分析功能子程序利用内容1、2创建的VI程序，在数据采集过程中，实时地显示数据。当采集过程结束后，在图表上画出数据波形，并算出最大值、最小值和平均值。使用华氏温度单位。前面板编程步骤打开内容2创建的Temperature monitor.vi程序；按照上图修改程序，其中被虚线框住的部分是新增加的。趋势图“温度历史趋势” 显示实时采集的数据。采集过程结束后，在温度波形图Temp Graph中画出数据曲线，同时在平均值Mean、最大值Max和最小值Min数字显示栏中显示出温度的平均值、最大值和最小值。程序中只使用华氏温度单位。框图程序编程步骤完成下面的框图程序。被虚线框住的部分表示新增程序。条件循环框边线上的方块叫作通道（tunnel）。在本例中，通道是条件循环的数据通道口。若要建立数据索引，点击通道，并选择“启用索引（Enable Indexing）”选项，表示当条件循环执行时，把数据顺序放入一个数组中。循环结束后，通道输出该数组。否则，通道仅输出最后一次循环放入的数据值；添加“数值最大值和最小值”Max&Min（在“函数” Functions的“数组” Array子模板中）和“均值” Mean.vi（在“函数” Functions的“数学” Mathematics类的“概率与统计” Probability&Statistics子模板中）；返回前面板，并运行VI程序；当允许运行开关（Enable Switch）设置为OFF后，将显示温度数据曲线；将修改后的程序重命名为Temperature Analysis.vi并存盘。五预习要求1.复习创建VI的三个主要部分：前面板、框图和连接器对；2.复习将各种元素连接起来的连线以及与连线有关的调试方法；3.复习数据流编程的概念。六思考题1.什么是子VI？什么是G语言编程的分层特性？2.子VI有哪几种创建方法？简述创建一个子VI的过程。七实验报告1.程序说明说明程序的功能，并对所用到的内置控件、VI和函数加以说明；2.调试说明上机调试步骤、调试过程中所遇到的问题是如何解决的；对调试过程中的问题进行分析，对运行结果进行分析；3.回答思考题。实验六：典型虚拟仪器设计实验学时：2实验类型：设计实验要求：必修一实验目的1.练习独立使用G语言编程；2.学习使用Case结构；3.学习使用顺序结构并且把数据传送到文件。二实验器材计算机；LabVIEW 8.2软件。三实验原理在VI中，结构控制执行流。LabVIEW是基于数据流的编程方式，结构是程序中数据流向的控制节点。LabVIEW中的结构是把基于文本的编程语言中循环和选择等程序结构用图形化的方式表现出来。LabVIEW中所有的结构都包含在结构子模板中。四实验内容及要求内容1. 学习使用Case结构修改Temperature Analysis.VI程序以检测温度是否超出范围，当温度超出上限（High Limit）时，前面板上的LED将点亮，并且有一个蜂鸣器发声。前面板设计要求打开实验1中内容3创建的Temperature Ana