虚拟仪器实验电子学ppt课件.ppt

虚拟仪器实验 1 实验教材 虚拟仪器实验指导书 自编 虚拟仪器技术室软 硬件介绍 实验课程安排 实验要求与课程考核 实验室地址 3号楼3111室 2 一 虚拟仪器概述 1 什么是虚拟仪器 传统仪器厂商定义功能 虚拟仪器用户定义功能 3 虚拟仪器系统是由计算机 应用软件和仪器硬件三大要素构成的 计算机与仪器硬件又称为VI的通用仪器硬件平台 软件技术是虚拟仪器的核心技术 常用的仪器用开发软件有LabVIEW LabWindows CVI VEE等等 其中以LabVIEW应用最为广泛 4 2 什么是Labview LabVIEW LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench 是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言 传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序 而LabVIEW则采用数据流编程方式 程序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序 它用图标表示函数 用连线表示数据流向 5 6 LabVIEW程序被称为VI VirtualInstrument 即虚拟仪器 LabVIEW的核心概念就是 软件即是仪器 即虚拟仪器的概念 LabVIEW还包含了大量的工具与函数用于数据采集 分析 显示与存储等 7 3 Labview可以做什么 LabVIEW在测试 测量和自动化等领域具有最大的优势 因为LabVIEW提供了大量的工具与函数用于数据采集 分析 显示和存储 用户可以在数分钟内完成一套完整的从仪器连接 数据采集到分析 显示和存储的自动化测试测量系统 它被广泛地应用于汽车 通信 航空 半导体 电子设计生产 过程控制和生物医学等各个领域 8 LabVIEW不仅可以用来快速搭建小型自动化测试测量系统 还可以被用来开发大型的分布式数据采集与控制系统 在美国LawrenceLivermore国家实验室 一个花费2000万美金的极为复杂的飞秒激光切割系统就是基于LabVIEW开发的 在北京正负电子对撞机二期工程北京谱仪慢控制系统中 大约有30种物理量共7000多点的现场数据点需要实时采集控制和分析记录等 9 二 我系虚拟仪器技术室软 硬件介绍 1 硬件 虚拟仪器主机 采用美国NI公司的电子学教育平台ELVISII平台 共25台 计算机 25台计算机 电阻 电容 电机 发光二极管 数码管等电子元器件若干 10 2 软件交互式电路仿真软件Multisim软件和图形化开发软件LabVIEW软件 我系基于NI电子学教育平台 包括ELVIS硬件 Multisim软件和LabVIEW软件 而构建的虚拟仪器技术室集多领域 多学科技术于一体 充分体现了先进性 开放性和功能多样化 能紧密结合理论仿真与实际电路原型设计 适合于通信 电子信息工程 自动化等相关专业开展 虚拟仪器 及其综合应用的实践教学 实验室全天开放 学生除在实验课时间来做实验 也可利用课余时间来实验室开展课设 毕设等相关研究 11 实验一LabVIEW软件基本操作 一 设计性 实验二LabVIEW软件基本操作 二 设计性 实验三NIELVISII平台工作环境 验证性 实验四电子温度计实验 设计性 实验五运放滤波器实验 综合性 实验六LED营救实验 综合性 虚拟仪器实验项目 12 实验要求与课程考核 一 实验要求1 实验前做好预习 按照实验要求 编写好程序 2 实验时到实验室将预习时编写好程序利用NIELVISII平台等实物进行硬件测试 调试程序 记录实验结果 检查设计的功能 上实验课要求带好实验教材 做好实验数据记录 3 实验中发现异常情况 如冒烟 烧焦异味等立即撤断电源 报告老师 4 实验完成后整理好实验台 打扫好实验场地 5 每次实验后认真书写实验报告 实验报告要求同实验一样 每人独自完成 不得相互照抄 发现雷同 重作 6 若实验课因事没有参加的 要求在第18周前补做好 7 实验课中内容没完成的 课后自行到实验室完成或利用自己的电脑完成 实验室全天开放 13 二 实验课程考核1 平时每次实验情况50 2 实验考勤 实验场地整理10 3 实验报告成绩40 返回 14 实验一LabVIEW软件基本操作 一 本实验为设计性实验 15 一 实验目的 1 熟悉虚拟仪器编程软件LabVIEW的基本操作和熟悉虚拟仪器实验平台 2 掌握常见项目的编程方法和仿真调试 16 二 实验原理 LabVIEW LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench 是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言 传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序 而LabVIEW则采用数据流编程方式 程序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序 它用图标表示函数 用连线表示数据流向 LabVIEW程序被称为VI VirtualInstrument 即虚拟仪器 LabVIEW的核心概念就是 软件即是仪器 即虚拟仪器的概念 LabVIEW还包含了大量的工具与函数用于数据采集 分析 显示与存储等 17 三 实验内容 1 数据操作 编写一个温度监测器 如右图所示 当温度超过报警上限 而且开启报警时 报警灯点亮 温度值可以由随即数发生器产生 18 2 程序结构 利用顺序结构和循环结构写一个跑马灯 如下图所示 5个灯从左到右不停的轮流点亮 闪烁间隔由滑动条调节 19 3 字符串 数组 簇和矩阵 利用簇模拟汽车控制 如右图所示 控制面板可以对显示面板中的参量进行控制 油门控制转速 转速 油门 100 档位控制时速 时速 档位 40 油量随VI运行时间减少 20 四 实验仪器与设备 1 计算机2 ELVISII平台LabVIEW编程环境 21 五 实验报告格式及要求 一 实验目的 二 实验内容及步骤要求每写一项实验内容 紧跟其后写出下列内容 项目的电路图及前面板 项目的程序框图 记录实验调试结果 分析是否符合设计要求 三 实验仪器与设备 返回 22 参考程序 1 23 参考程序 3 24 实验二LabVIEW软件基本操作 二 本实验为设计性实验 25 参考程序 2 26 二 实验原理 LabVIEW LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench 是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言 传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序 而LabVIEW则采用数据流编程方式 程序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序 它用图标表示函数 用连线表示数据流向 LabVIEW程序被称为VI VirtualInstrument 即虚拟仪器 LabVIEW的核心概念就是 软件即是仪器 即虚拟仪器的概念 LabVIEW还包含了大量的工具与函数用于数据采集 分析 显示与存储等 27 一 实验目的 1 熟悉虚拟仪器编程软件LabVIEW的基本操作和熟悉虚拟仪器实验平台 2 掌握常见项目的编程方法和仿真调试 28 4 图形化显示数据 图表和图形 利用随机数发生器仿真一个0到5V的采样信号 每200ms采一个点 共采集50个点 采集完后一次性显示在WaveformGraph上 在上例基础上再增加1路电压信号采集 此路电压信号的范围为5到10V 采样间隔是50ms 共采100个点 采样完成后 将两路采样信号显示在同一个WaveformGraph中 三 实验内容 29 5 ExpressVI 快速搭建专业测试系统 利用ExpressVI产生一个带白噪声的正弦信号 然后用功率谱分析ExpressVI对其进行功率谱分析 并将原信号与分析结果写入测量文件 30 6 文件I O 有一个测量程序 采集两路信号 每1s采集一次 要求每采集一次 就将采集结果写入文本文件尾部 即使重新运行程序 仍能保证数据添加到文件尾部 而不会覆盖原有数据 格式为a保留4位小数 b为整数 如右图所示 31 7 子VI 写一个子VI计算输入双精度数组所有元素的平均值 并在上层VI调用它 32 四 实验仪器与设备 1 计算机2 ELVISII平台LabVIEW编程环境 33 五 实验报告格式及要求 一 实验目的 二 实验内容及步骤要求每写一项实验内容 紧跟其后写出下列内容 项目的电路图及前面板 项目的程序框图 记录实验调试结果 分析是否符合设计要求 三 实验仪器与设备 返回 34 参考程序 4 35 参考程序 5 36 参考程序 6 37 参考程序 7 38 实验三NIELVISII平台工作环境 本实验为验证性实验 39 一 实验目的 1 熟悉NIELVISII平台的组成 功能及使用 2 掌握虚拟仪器LabVIEW编程环境 40 构思来源于加州州立大学圣伯纳迪诺分校PaulDixon 物理学系教授虚拟仪器教学实验的带头人 NIELVIS平台的起源 二 NIELVISII平台简介 41 从构思到实现 基于LabVIEW和数据采集卡可替换的原型板集成各类常用仪器功能 NIELVIS工作台 PC 外部DAQ设备 Software NIELVISII NIELVISII 42 ELVISII平台硬件指标 1 数字万用表隔离5 位60VDC 20Vrms 2ADC 2Arms 100M 内部电路保护可复位保险丝 函数发生器10 bit 5V范围0 2Hz到5MHz正弦0 2Hz到1MHz三角波 方波软件或手动可控BNC或原型板连接 USB连接即插即用USB2 0 示波器16bit分辨率1 25MS s单通道500kS s双通道共计1到1 5MHz带宽1x和10 x探针 10V输入范围AC DC耦合BNC连接 新ELVISII 100MS s采样率50MHz带宽 3dB 8bit分辨率 20Vmax 输入范围AC DC GND耦合20MHz可选噪声滤波器1x和10 x探头BNC连接 43 ELVISII平台硬件指标 2 阻抗分析仪0 2Hz到35kHz范围NPN PNP 二极管其他分析 波特图分析仪2 线电流电压分析3 线电流电压分析 可变电源供电10bit分辨率0到 12V 0到 12V500mA电流范围 集成DAQAI采样率1 25MS s单通道 500kS s双通道16bit分辨率AO2 8MS s更新率24DIO 15PFI 2CTR 原型板可替换自定义Banana BNC D Sub连接 44 ELVIS平台原型板 数字I O AI 示波器 PFI 计数器 LED 电源 波形发生器 自定义I O AO DMM 45 原型板行 列连接 46 电路设计 原型板连接 47 操作仪器 NIELVISmx仪器面板 数字万用表DMM示波器SCOPE函数发生器FGEN可变电源VPS波特图仪Bode动态信号分析仪DSA 任意波形发生器ARB数字读DigIn数字写DigOut阻抗分析仪Imped2 线伏安特性测试仪2 Wire3 线伏安特性测试仪3 Wire 通过软面板调用 与传统仪器前面板相类似的体验在Multisim仿真环境中调用在LabVIEW编程环境中调用 48 在仿真环境中调用仪器 在同一面板上 通过切换设备名称访问NIELVIS硬件 NIELVISII仪器 在Multisim中比较仿真数据和NIELVISII的测量信号 通过软面板调用 与传统仪器前面板相类似的体验在Multisim仿真环境中调用在LabVIEW编程环境中调用 49 操作仪器 自定义仪器编程 通过软面板调用 与传统仪器前面板相类似的体验在Multisim仿真环境中调用在LabVIEW编程环境中调用 ExpressVI DAQmxAPI 50 三 实验内容 1 1测量器件值1 2在NIELVISII开发板上创建分压电路1 3使用DMM测量电流1 4观察RC瞬态电路的电压变化1 5可视化RC瞬态电路的电压详细步骤请参考实验指导书 51 四 实验仪器与设备 1 计算机2 ELVISII平台LabVIEW编程环境 52 五 实验报告格式及要求 一 实验目的 二 实验内容及步骤要求每写一项实验内容 紧跟其后写出下列内容 项目的电路图及前面板 项目的程序框图 记录实验调试结果 分析是否符合设计要求 三 实验仪器与设备 返回 53 实验四电子温度计实验 本实验为设计性实验 54 一 实验目的 1 熟悉NIELVISII平台的组成 功能及使用 2 掌握虚拟仪器LabVIEW编程环境 55 二 实验内容 2 1测量电阻元件阻值2 2操作可变电源2 3热敏电阻电路2 4构建NIELVIS虚拟数字温度计详细步骤请参考实验指导书 56 三 实验仪器与设备 1 计算机2 ELVISII平台LabVIEW编程环境 57 四 实验报告格式及要求 一 实验目的 二 实验内容及步骤要求每写一项实验内容 紧跟其后写出下列内容 项目的电路图及前面板 项目的程序框图 记录实验调试结果 分析是否符合设计要求 三 实验仪器与设备 返回 58 实验五运放滤波器实验 本实验为综合性实验 59 一 实验目的 1 熟悉NIELVISII平台的组成 功能及使用 2 掌握虚拟仪器LabVIEW编程环境 60 二 实验内容 4 1测量电路元件的规格赋值4 2基本运放电路的频率响应4 3测量运放的频率特性4 4高通滤波器4 5低通滤波器4 6带通滤波器详细步骤请参考实验指导书 61 三 实验仪器与设备 1 计算机2 ELVISII平台LabVIEW编程环境 62 四 实验报告格式及要求 一 实验目的 二 实验内容及步骤要求每写一项实验内容 紧跟其后写出下列内容 项目的电路图及前面板 项目的程序框图 记录实验调试结果 分析是否符合设计要求 三 实验仪器与设备 返回 63 实验六LED营救实验 本实验为综合性实