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1、实验一NI ELVIS工作环境的熟悉和使用一、实验目的1、熟悉NI ELVIS的工作环境，了解系统的主要构成和功能。2、使用虚拟仪器进行电子元件参数测量。3、练习基于ELVIS的电路分析。二、实验原理1、NI ELVISI工作环境（NI Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite）电子学教育平台包括Multisim, ELVIS和 LabVIEW。该软硬件集成的平台可以无缝地将电路理论、设计仿真、原型比较联系起来，以动手实践方式培养学生电子设计理论和实践的能力。NI ELVIS II环境由以下几部分组成：1. 硬件工作区用于创建电路
2、及接口实验2. NI ELVIS II软件(在NI LabVIEW软件中实现)，包括以下： l 软前面板(SFP)工具n 示波器（Scope）n 函数发生器（FGEN） n 数字万用表（DMM）n 任意波形发生器（ARB）n 波特图分析仪（Bode）n 二线电流电压分析仪（2-Wire）n 三线电流电压分析仪（3-Wire）n 动态信号分析仪（DSA）n 阻抗分析仪（Imped）n 数字读取器（DigOut）n 数字写入器（DigIn）n 可变电源（手动控制）（VPS）l LabVIEW应用程序编程接口(API)l Multisim应用程序编程接口(API)通过API，用户可使用在Multis
3、im编写的LabVIEW程序及仿真程序实现NI ELVIS II工作站的自定义控制及访问。图1- 1 NI ELVIS II 工作站详细信息三、实验容练习1-1 测量器件值1、使用提供的USB线将NI ELVIS II+工作站与计算机连接。2、在计算机:所有程序National InstrumentsNI ELVISmx for NI ELVIS & NI MyDAQ NI ELVISmx Instruments Launch，或点击桌面快捷方式。NI ELVIS II+仪器条将在屏幕上显示。现在已经完成测量的准备了。图1- 2 NI ELVISmx仪器启动图标图3、用双头香蕉型接口连接数字万
4、用表（DMM）输入 及工作站左侧的COM端。另一头连接一个电阻器。4、点击NI ELVISmx仪器启动中的DMM图标，选择数字万用表。图1- 3 数字万用表 欧姆计设置可以使用DMM SFP实现各类操作，如电压、电流、电阻、电容等的测量。通过DMMX符号X来表示X操作。本次测量的正确连接方法显示在DMM前面板上。5、点击按钮来使用数字欧姆表功能。点击绿色箭头Run来开始测量采集。测量3个电阻R1，R2，及R3。将数据填写到下表：R1 （1.0K 标称值）R2 （2.2K 标称值）R3 （1.0M 标称值）如果要停止采集，可点击红色方形Stop按钮。注：通过点击模式Mode按钮，可将自动量程改为
5、指定量程，并通过点击量程按钮选择最适当的量程。练习1-2 在NI ELVIS II原型板上创建分压电路1、使用R1和R2两个电阻在NI ELVIS II原型板上搭建以下电路图1- 4 分压电路2、将输入电压Vo连接至+5V引脚接口。3、将共地端连接至GROUND引脚接口。4、将外部线一端连接至DMM电压及左侧的COM.5、检查电路后将上推电源开关至上端使原型板上电。3个电源LED指示灯此时均呈绿色并点亮，如下图所示。图1- 5 NI ELVIS 开发板上的电源LED指示灯注：如果这些LED中的任何一个呈黄色，而其它为绿色，电源的可重置保险丝都将跳断。此时需要关闭开发板电源以重置保险丝。检查电路
6、可能存在的短路情况。重新给开发板上电。此时LED将均呈绿色。6、将DMMV测试端连至Vo，并通过DMMV功能测量输入电压。按下点击Run来采集电压数据。V0 (测量值) _根据电路原理，R2上的输出电压V2应由以下公式得到：7、使用上面的测量值R1，R2及Vo来计算V2。接下来，使用DMMV来测量电压V2的真实值。V2 (计算值) _V2 (测量值) _8、测量值与计算值是否匹配？练习1-3 使用DMM测量电流根据欧姆定律，以上电路的电流(I)等于V2/R2。1、使用V2及R2的测量值计算电流。2、将连接至V 的外部连线连至电流输入端(A)，进行电流的直接测量。将另一端连至电路，如下所示。图1
7、- 6 测量电流的修改电路3、选择功能DMMA，并测量电流。I (计算值) _I (测量值) _4、测量值与计算值是否匹配？练习1-4 观察瞬态电路的电压变化采用DMM-|- 功能来测量1F的电容。1、将电容的导线连接到原型板的 DUT+和DUT上。可以在NI ELVIS II原型板的左下方接线块上找到这两个端口。2、要测量电容和电感，必须为原型板供电，需将原型板的电源切换为ON状态。3、.单击电容按钮-|- ，使用DMM-|-功能来测量电容C。按下Run按钮获取电容值。C_ (f)4、建立一个如下图所示的RC瞬态电路。该电路中采用了分压电路，其中R1由R3(1 M电阻)取代，而R2则由1F的
8、电容C取代。将DMM的导线移至输入插孔V 和COM。其它两端则分别接到电容上。图1- 7 RC瞬态电路5、选择DMMV并单击RUN。6、给电路上电后电容两端的电压指数将上升。将DMM的电压围设置为指定围 10 V。打开原型板的电源，观察数字显示器和%FS线性围上的电压变化。7、大概几秒钟之后才能获得Vo的稳态值。切断电路电源后，电容两端电压指数将下降到0V。注意：该练习只是描述了NI ELVIS II数字万用表的一种特殊功能。即使当原型板的电源断开时，它甚至还可以工作。练习1-5 操作可变电源1、从软件前面板菜单中，选择【VPS】图标。NI ELVIS II共有两个可控电源，0至-12 V以及
9、0至+12 V，每个最大都可以输出500 mA电流。说明：要将输出电压在一定的电压围扫描，先确保按下了【停止】按钮。选择电源（或）、开始电压、停止电压、阶跃大小、阶跃间隔，点击【扫描】。要进行手动操作，点击手动栏，使用NI ELVIS II工作站右侧的旋钮，设定输出电压。要查看显示区域的输出电压，请点击LabVIEW标签旁边所出现的白框。2、将接头从标有可变电源【SUPPLY】和【GROUND】的原型板接头连接到DMM电压输入上。3、选择DMM【V】，点击运行。选择VPS前面板，点击运行。4、旋转虚拟VPS的电源控件，观察在DMM【V】显示上出现的电压变化。说明：可以使用【重置】按钮快速将电压
10、重置为零。5、点击手动栏，激活工作站右侧的真实控件。虚拟控件被灰色显示。观察NI ELVIS II工作站的绿色手动模式LED已经点亮。6、旋转电源旋钮，观察DMM上的变化。说明：VPS的工作方式完全相同，只是输出电压是负的。练习1-6 AC电路特性测试1、使用前面的方法测量电路所需元件的值。电阻R k(1 k标称)电容C F(1F标称)2、元件与电路阻抗Z的测量 1）从NI ELVISmx仪器启动程序中选择阻抗分析仪（Imped）。用于复阻抗的测试与分析，板面如图 所示。在RC串联电路中，它的复阻抗可以由以下公式得出：其幅度和相位可由下面公式得到：2）将元件置于NI ELVIS面包板之上。3）
11、将来自阻抗分析仪的DUT+和DUT-端的跳线与标称为1 k的电阻相连接。4）为NI ELVIS面包板上电，并点击运行。5）验证该电阻的相位向量沿实数轴，并且其相位为0。6）将该阻抗分析仪的跳线与电容相连接。7）验证该电容的相位向量沿负虚数轴，并且其相位为270或-90度。8）默认测量频率为1000Hz。调整频率值，并观测：该容抗（该相位向量的长度）在提高该频率时 ，在降低该频率时 。注：|Xc|=1/C。9）将该阻抗分析仪的跳线与串联的电阻电容相连接。该相位向量现在同时具有一个实数部分和虚数部分。10）将该测量频率按从100Hz到500Hz、1000Hz和1500Hz改变，并记录该相位向量的移
12、动。11）调整该频率，直至该容抗|Xc|的幅值等于该电阻R的幅值。在此特定频率下，该相位向量的相位读数为 度。12）该相位向量的幅值为多少_？13）关闭该阻抗分析仪的窗口。3、利用函数发生器和示波器测量一个 RC电路1）搭建 Multisim电路。在 Multisim中搭建如图 1-9所示RC电路，其中XLV1,XLV2是 ELVISmx仪器(需安装 ELVISmx驱动)。图1- 8 Multim 电路原理图2）Multisim电路仿真。其中波形发生器和示波器的参数设置如图 1-10、图 1-11。然后点击运行，即可观察到两个的正弦信号。可调整函数发生器信号频率，电压值，波形，观察结果的变化。
13、图1- 9 函数发生器参数设置函数发生器的实时控制（频率与幅值）也可使用右侧的NI ELVIS工作站。正如可变电源供应一样，您可以通过点击手动模式框启用手动控制。该工作站右部的一个绿色LED变亮，表示手动控制。这时，该NI ELVISmx函数发生器窗口中，频率与幅值的旋钮已被激活，而虚拟控制则变灰（被禁用）。注意：该函数发生器还提供了一些特定的操作，如信号调制（AM或FM）或频率扫描。将在后续的一些实验中使用这些特性。图1- 10 示波器参数设置该示波器软面板与绝大多数的示波器相似，但该NI ELVIS可以自动实现输入与各种信号源的连接，具有置AC测量和波形光标，并可以方便地记录波形模式。3）
14、在工作站面包板上，利用一个1F电容和一个1.0 k电阻构建一个分压电路。4）将该RC电路的输入与该面包板上的函数发生器FGEN与GROUND的引脚插座相连接，如下图所示。5）将FGEN与示波器CH0端相连，电容C两端与CH1端相连。6）打开Multisim电路中的波形发生器，将Device由Simulate NIELVIS II+切换成Device（ ELVIS II+），并点击运行。打开示波器，按照下图设置，点击运行，观察波形。观察因器件误差、阻抗匹配等因素造成的滤波器输出仿真与实际测量的微小差别。掌握在 Multisim中比较仿真结果与ELVIS II实际原型电路测量结果！7）电路频率特性测试使用波特图分析仪Bode来观察RC电路的频率特性。不用修改原型板上RC电路的接线。（需要打开原型板电源开关）打开Bode软面板。选择激励通道GH0，响应通道CH1。参数设置如下图所示。点击运行按钮。等待仪器自动描绘曲线。完成后，观察其描绘的曲线图。练习1-7 二极管、三极管特性分析1、绘制三极管特性曲线在原型板上的DMM部分，将三极管的三个引脚按照管脚定义接至BASE、DUT+、DUT-三个端口。打开电
