虚拟仪器技术应用教程教学课件第10章

虚拟仪器技术第10章虚拟仪器常用硬件设备NIELVISII+创新实验平台10.1NIELVISIII创新实验平台10.2NImyDAQ教学平台10.3NIUSB-5133数字示波器10.4NIVB-8012多功能一体式仪器10.5YLCK-03​实验平台10.62

常用硬件设备包括NIELVISII+创新实验平台、NIELVISIII创新实验平台、NImyDAQ教学平台、NIUSB-5133数字示波器、NIVB-8012多功能一体式仪器和YLCK-03实验平台。虚拟仪器常用硬件设备310.1.1性能简介NIELVISII+多功能虚拟仪器教学平台集成8路差分输入（或16路单端输入）模拟数据采集通道（最高采样率1.25MS/s）、24路数字I/O通道，以及12款最为常用的仪器（包括100MS/s示波器、数字万用表、函数发生器等）。NIELVIS可通过USB连接PC，连接简单，便于调试；具有很好的健壮性，降低实验室资产损耗。4图10.1NIELVISII+所提供的仪器功能10.1.1性能简介510.1.1性能简介图10.2NIELVISII+上自带的原型面包板所提供的各种I/O接口610.1.1性能简介10.3NIELVISII+自带的12种仪器前面板710.1.1性能简介NIELVISII+创新实验平台主要特点如下：

（1）学生可基于标准配置中的面包板搭建各种数字与模拟电路，并用平台中已经集成的仪器及软面板进行测试验。

（2）结合NIMultisim软件可以进行电路仿真，并通过软件快速比对仿真结果和实际搭建电路的测试结果。

（3）支持连接多种传感器及执行机构。

（4）可选择第三方提供的现成电路板实现各种针对不同专业课程的实验，例如基于信号与系统、FPGA的数字电路设计、光纤通信原理、传感器的信号调理、生物医学工程、电机控制、嵌入式设计等。8

（5）提供现成软面板软件实现不同的仪器功能，教师或学生也可以通过LabVIEW编程实现自定义的数据处理、显示、存储等功能，或开发针对专业课程实验的软件程序。

（6）通过LabVIEW网络应用可开发远程教学实验，进一步提高实验室使用效率。10.1.1性能简介910.1.2平台测试软件安装（1）LabVIEW软件安装。（2）Multisim软件安装。（3）NIELVISmx软件安装。10

NIELVISII工作站硬件连接与配置

（1）连接电源组件至NIELVISII+工作站，然后将插头插入壁装插座。

（2）使用USB线缆连接至计算机。

（3）打开NIELVISII工作站，保证两个电源开关都打开，NIELVISII才能正常工作。

（4）打开配置管理软件MAX。

（5）双击MAX界面的“我的系统”中的“设备和接口”，找到NIELVISII工作站硬件图标，鼠标右键单击改设备选择“自检”，通过自检说明硬件工作站是否正常工作状态。10.1.2平台测试1110.1.3创建任务1.根据任务硬件电脑要求在NIELVISII+的原型面包板上搭接相关电路。2.选择开始»所有程序»NationalInstruments»NIELVISmx»NIELVISmxInstrumentLauncher。单击NIELVISmxInstrumentLauncher界面上面对应的仪器面板图标3.在弹出的对应仪器前面板中进行参数配置，单击Run。4.单击Run，查看对应软件仪器面板和硬件电路相关运行效果。12主要内容NIELVISII+创新实验平台10.1NIELVISIII创新实验平台10.2NImyDAQ教学平台10.3NIUSB-5133数字示波器10.4NIVB-8012多功能一体式仪器10.5YLCK-03​实验平台10.61310.2.1性能简介

NIELVISIII支持通过USB连接PC，支持WiFi与以太网等多种连接方式，可直接通过网页访问，通过PC、手机、平板电脑等移动终端直接调用仪器，适用于远程虚拟仿真教学场景，便于调试。支持多用户同时访问。图10.4NIELVISIII多功能教学平台1410.2.1性能简介NIELVISIII虚拟仪器平台主要性能指标如下：

（1）四通道100MS/s示波器，14bit分辨率，50MHz带宽。

（2）双通道100MS/s信号发生器，14bit分辨率，15MHz带宽。

（3）十六通道LA/PG逻辑分析仪。

（4）四位半数字万用表。

（5）±15V可编程电源，最大电流500mA。（6）集成Zynq-7020系列FPGA，采用RIO架构技术，支持图形化系统编程。1510.2.1性能简介（7）十六通道模拟采集，1MS/s采样率，16bit分辨率。（8）四通道模拟输出，1.6MS/s，16bit分辨率。（9）40通道数字输入输出。（10）内置200MB存储空间，原装驱动包，开机自动安装。（11）支持通过LabVIEW图形化编程语言开发。（12）支持C、Python、Mathworks系列软件（Matlab，Simulink）。（13）支持MultisimLive，支持基于常用浏览器的仪表调用。1610.2.2平台测试1.确保NIELVISIII工作站背面的电源开关已关闭。2.连接电源。3.根据以下内容连接WiFi天线和（或）相关电缆：

对于没有网络访问或编程的软前面板的初始配置和启动，从通过USB连接到设备开始；对于以太网连接配置，从通过以太网连接到设备开始；对于无线连接配置，从通过无线网络连接到设备开始。4.将电源插入墙上插座，然后打开NIELVISIII工作站背面的电源开关。5.确保工作站上的应用板电源按钮已关闭，电源按钮中的集成LED不应亮起。172.2平台测试6.安装NIELVISIII原型板（或兼容的应用板）。7.使用两个M4安装螺钉将NIELVISIII原型板固定到工作站。8.打开工作站上的应用板电源按钮，电源按钮中的集成LED应亮起，原型开发板上的四个固定用户电源LED也应点亮。9.将Type-C连接到Type-AUSB2.0电缆连接到NIELVISIII。10.将USB电缆的另一端连接到主机。如果连接成功，可以在NIELVISIII的OLED显示屏上看到USB连接的IP地址；按住NIELVISIII工作站左侧的用户可编程按钮（按钮0），直到打开显示屏，USB连接的IP地址显示在图标后面。1810.2.3创建任务LabVIEW启动界面中单击

CreateNewProject

对话框，如图10.7所示。图10.7创建新项目对话1910.2.3创建任务1.选择Templates中的NIELVISIII。2.在右边的项目列表中选择Select

NIELVISIIIProject，如图10.8所示。图10.8选择NIELVISIII模板2010.2.3创建任务3.在新项目中单击

Next

项。4.在

ProjectName中,输入

MyFirstELVISIIIApplication。5.在项目路径中,输入该项目的文件路径。6.在目标选项中，选择

NIELVISIII

。7.点击Finish。LabVIEW保存项目并打开

ProjectExplorer

窗体。2110.2.3创建任务8.查看创建的ELVISIII应用树形目录，可以看到Main.vi，如图10.9所示。图10.9创建的NIELVISIII项目下的文件目录22主要内容NIELVISII+创新实验平台10.1NIELVISIII创新实验平台10.2NImyDAQ教学平台10.3NIUSB-5133数字示波器10.4NIVB-8012多功能一体式仪器10.5YLCK-03​实验平台10.62310.3.1性能简介NImyDAQ可以帮助学生在实验室内外的任何时间，任何地点进行工程创新实践的创新教学实践平台。与NIELVIS相似，NImyDAQ可与电路设计软件Multisim和图形化系统设计环境LabVIEW无缝集成。NImyDAQ能够让学生将多个学科的知识相互综合，并付诸创新实践。只要学生有电脑，就可以通过USB连接NImyDAQ实现多种仪器和电源等功能，如图10.10所示。2410.3.1性能简介图10.10NImyDAQ教学平台2510.3.1性能简介

主要性能特点如下：

（1）小巧便携，无需外部供电，USB连接，学生可放在书包里随身携带，非常适合随时随地进行创新实践。

（2）八种硬件仪器于一身，包括示波器、数字万用表、任意波形发生器、波特图仪、动态信号分析仪、函数发生器、数字输入、数字输出。

（3）两个差分模拟输入通道（200kS/s每通道，16位）。

（4）两通道模拟输出（200kS/s每通道，16位）。

（5）两通道音频接口（1输入、1输出，3.5mm插孔）

（6）8个数字输入和输出。

（7）+5V，+/-15V电源输出。

（8）I/O部分电路采用特别设计，即使连线错误，一般也不会损坏数据采集硬件。2610.3.2平台测试

平台通过USB连接PC。该平台支持Multisim对电路行为和交互式电路建模进行学习，在Multisim环境中可以使用虚拟仪器综合实验平台仪器，通过鼠标点击将仿真与实际测量结果进行比较。该平台带有启动器访问8种仪器软面板，能够提供交互式的接口对仪器进行配置。虚拟仪器综合实验平台是开源的，可以在LabVIEW中进行定制，同时可以使用LabVIEWExpressVI和LabVIEWSignalExpress的步骤对设备进行编程，对采集到的数据完成自定义以及更为复杂的分析。2710.3.3创建任务1.从光盘安装，或从/downloads下载安装程序进行安装。（先安装LabVIEW等应用程序开发软件，然后安装NIELVISmx驱动程序。）2.使用封闭式USB线缆连接NImyDAQ至计算机，连接DMM线缆至NImyDAQ。3.选择开始»所有程序»NationalInstruments»NIELVISmxforNIELVIS&NImyDAQ»NIELVISmxInstru-mentLauncher，单击DigitalMultimeter打开界面，配置DMM软面板仪器的测量设置并单击Run，测量已知电压源的电压，最大测量值为60VDC，20Vrms，测量完成后单击Stop。28主要内容NIELVISII+创新实验平台10.1NIELVISIII创新实验平台10.2NImyDAQ教学平台10.3NIUSB-5133数字示波器10.4NIVB-8012多功能一体式仪器10.5YLCK-03​实验平台10.62910.4.1性能简介NIUSB—5133低成本数字示波器具有两个通道，采样速率高达100MS/s，提供了灵活的耦合、阻抗、电压范围和滤波设置。示波器设备还具有多个触发模式和一个包含数据流和分析功能的仪器驱动程序。该设备是需要灵活测量配置和高达100MHz模拟带宽的高速便携式和桌面应用的理想选择。图10.11NIUSB-5133数字示波器3010.4.2平台测试1.将示波器和PC通过USB串口连接，查看指示灯是否亮起。2.打开“计算机管理——设备管理器”；看到NI的设备栏，打开即可查看到我们插入的设备。如果能够看到，这说明连接成功。3.也可以打开NIMAX，直接在设备和接口中查看到插入的设备名称，直接点击“设备”就可以查看面板中的测试面板，表明可以直接使用了。31主要内容NIELVISII+创新实验平台10.1NIELVISIII创新实验平台10.2NImyDAQ教学平台10.3NIUSB-5133数字示波器10.4NIVB-8012多功能一体式仪器10.5YLCK-03​实验平台10.63210.5.1性能简介VB-8012是NI的一款多合一仪器，通过将示波器、信号源、电源、逻辑分析仪、万用表等多种仪器的核心部件放在一起，利用虚拟仪器技术，可以通过无线、USB等方式跟电脑或者iPad进行互联。图10.12NIVB-8012多功能一体式仪器3310.5.2平台测试1.连接电源线，然后将VB-8012连接到计算机的USB端口。2.双击电脑桌面NIVirtualBench，运行VirtualBenchLauncher.exe（如启用了Windows自动播放功能，VirtualBench应用程序将自动运行）。3.将抓钩和接地导线连接至示波器探头，然后将探头连接至CH1。4.将示波器探头滑动开关设为1X。5.单击自动，配置示波器对探头补偿标签生成的5V、1kHz方波进行可视化。34主要内容NIELVISII+创新实验平台10.1NIELVISIII创新实验平台10.2NImyDAQ教学平台10.3NIUSB-5133数字示波器10.4NIVB-8012多功能一体式仪器10.5YLCK-03​实验平台10.63510.6.1性能简介1.信号源及数据采集卡部分

提供高稳定的±15V、±5V、直流稳压电源，并具有过流、过压自保护、自恢复功能，装有电压/频率/显示表，LCD液晶显示器，控制芯片外扩电压、电流、数字信号输入接口，接收各类传感器信号。RS485总线多路数据采集卡：8路模拟量输入、4路模拟量输出、8路开关量输入、4路继电器开关量输出（2路常闭、2路常开），各实验台可通过地址设置联网，通过一台计算机可根据地址采集任何一台实验台的传感器数据信息，同时支持MODBUS-RTU协议。3610.6.1性能简介2.温度控制系统该模块主要由温度传感器、温度变送器、冷却风扇、加热源、功率加热器等部分组成，可以输出工业标准0—5V（对应0ºC-100ºC）信号，作为外部控制系统中的传感器测量信号。选择内控方式可完成仪表信号检测和控制功能，选择外控方式能通过LabVIEW、MATLAB完成计算机温度控制系统的数据采集和输出控制功能。3710.6.1性能简介3.转速控制系统

该模块主要由转速传感器、可调转速风机、功率放大器等部分组成，可以输出转速测量的脉冲信号和工业标准的0—5V（对应0—2400转/秒）信号，同时能通过LabVIEW、MATLAB软件进行转速的测量和PID控制3810.6.1性能简介4.软件系统

实验箱数据采集卡软、硬件提供动态链接库函数，可完成上位机的数据采集，实现与其他检测设备连接，自行开发检测控制程序。

提供虚拟仪器LabVIEW闭环温度、转速PID控制软件及虚拟仪器LabVIEW源程序。

提供单片机传感器数据采集、量纲变换处理、液晶显示实验等实验项目。3910.6.2平台测试1.将PC机与实验箱用串口线和232/485转换器进行连接。2.将K型热电偶插入温度源上面板的圆槽内，热电偶红，黑接线端分别与实验箱内温度模块传感器的正，负端连接。3.标准信号输出接口的正、负端分别与A-D模块0通道正、负端连接。4.将温度源电源线插入实验箱内温度控制系统模块面板内的加热输出插口。5.温度控制系统模块上的加热方式和冷却方式开关打到外控，加热手动调节逆时针旋转到底。6.将万用表的红黑探针分别插入D-A模块0通道蓝黑插口中，打到直流电压20V档。