虚拟仪器实验

虚拟仪器实验 湖南工学院电气与信息工程系董海兵 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 实验一LabVIEW软件基本操作 一 本实验为设计性实验 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 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 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 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 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 四 实验仪器与设备 1 计算机2 ELVISII平台LabVIEW编程环境 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 参考程序 1 参考程序 2 参考程序 3 实验二LabVIEW软件基本操作 二 本实验为设计性实验 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 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 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 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 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 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 四 实验仪器与设备 1 计算机2 ELVISII平台LabVIEW编程环境 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 参考程序 4 参考程序 5 参考程序 6 参考程序 7 实验三NIELVISII平台工作环境 本实验为验证性实验 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 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 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 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 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 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 原型板行 列连接 电路设计 原型板连接 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 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 VS 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 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 四 实验仪器与设备 1 计算机2 ELVISII平台LabVIEW编程环境 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 实验四电子温度计实验 本实验为设计性实验 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 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 三 实验仪器与设备 1 计算机2 ELVISII平台LabVIEW编程环境 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 实验五运放滤波器实验 本实验为综合性实验 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 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 三 实验仪器与设备 1 计算机2 ELVISII平台LabVIEW编程环境 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 实验六LED营救实验