虚拟仪器实验

1、虚拟仪器实验,= 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（laboratory virtual inst

2、rument engineering workbench）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（virtual instrument），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

3、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lawrence livermore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

4、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

5、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 ni elvisii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ni elvisii平台等实物进行硬件测试，调试程序，记录实验

6、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

7、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（laboratory virtual instrument engineering workbench）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（virtual instrument），即虚拟仪器

8、。 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。

9、,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-3,实验二 labview软件基本操作（二）,（本实验为设计性实验）,参考程序-2,二、实验原理,labview（laboratory virtual instrument engineering workbench）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

10、。 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（virtual instrument），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。,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。,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

11、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 waveform graph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waveform graph中。,三、实验内容,5、 express vi快速搭建专业测试系统,利用express vi产生一个 带白噪声的正弦信号，然后用 功率谱分析express vi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

12、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

13、三 ni elvisii平台工作环境,（本实验为验证性实验）,一、实验目的,1、熟悉ni elvisii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 paul dixon, 物理学系教授 虚拟仪器教学实验的带头人,ni elvis 平台的起源,二、ni elvisii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,ni elvis工作台,pc,外部daq设备,software,ni elvis ii,ni elvis ii+,elvisii平台硬件指标 1,数字万用表 隔离 5 位 60

14、 vdc，20vrms, 2 adc, 2 arms, 100m,内部电路保护 可复位保险丝,函数发生器 10-bit 5v范围 0.2 hz到5 mhz 正弦 0.2 hz到1 mhz 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 usb 2.0,示波器 16 bit 分辨率 1.25 ms/s 单通道 500ks/s 双通道共计 1到1.5 mhz 带宽 1x和10 x探针 10 v 输入范围 ac/dc耦合 bnc连接,新 elvisii+ 100ms/s 采样率 50mhz 带宽(-3db) 8 bit 分辨率 20 v max. 输入范围 ac/dc/gnd

15、 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 0.2 hz到35 khz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 10 bit 分辨率 0到+12v, 0到-12v 500 ma电流范围,集成daq ai采样率1.25 ms/s 单通道, 500ks/s双通道 16 bit分辨率 ao 2.8 ms/s更新率 24 dio, 15 pfi, 2 ctr,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

16、,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| ni elvismx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 imped 2-线伏安特性测试仪 2-wire 3-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

17、一面板上：,通过切换设备名称 访问ni elvis硬件,ni elvis ii 仪器 在multisim中比较仿真数据和ni elvis ii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,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（express vi/ daqmx api）,三、实验内容,1-1 测量器件值 1-2 在ni elvis ii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

18、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ni elvisii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ni elvis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、