虚拟仪器与电子测量实验精编版

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1、虚拟仪器与电子测量实验,电子信息技术实验教学中心,实验内容,实验一 创建和编辑VI程序、建立和调用子VI 实验二 循环和图表 实验三 分支结构、顺序结构和公式节点 实验四 数组和图形 实验五 字符串和文件I/O操作 实验六 测试信号的产生和分析 实验七 计数器的使用 实验八 虚拟仪器设计实验 实验九 示波器技术性能的测试 实验十 电压表波形响应和频率响应的研究 实验十一 频率合成信号源 实验十二 扫频仪的使用 实验十三 用李沙育图形测量频率,实验一 创建和编辑VI程序、建立和调用子VI,熟悉LabVIEW的运行环境 学会创建VI程序 掌握编辑VI程序的方法 学习使用调试工具调试VI程序 学习V

2、I子程序的建立和调用,实验目的：,VI（虚拟仪器）有三个主要部分： 前面板、程序框图和图标/连接口。 模板：提供各种常用的工具和函数 模板分为工具模板、控制模板、功能模板。,实验原理：,程序调试的常用方法： 当Run按钮上出现折断的箭头则表示程序不能执行，可以点击该按钮找到出错的对象。 使用高亮执行、单步执行的方式和断点工具、探针工具来跟踪数据在VI程序中的流动，这样可方便的调试VI程序。,VI子程序的两个组成部分： 图标和连接口。 用图标编辑器（Icon Editor）来创建VI的图标 VI子程序的连接口是子程序和主程序之间传递数据的端口。定义连接口时，先选择VI需要的端口数，然后使用连线工

3、具将前面板的指示器和控制器分配给每一个端口。 调用子VI的方法： 在Function模板中选择Select a VI选项,打开Bouncing Cube VI （在BASCLASS.LLB库内）。 创建一个VI程序： 比较两个数，如果两数相等则灯亮。 掌握LabVIEW编辑技术和调试方法。 创建一个将作为VI子程序的一个测量温度的VI程序。 选择程序框图的部分节点，用Creat SubVI选项创建VI子程序。,实验内容：,学习使用While循环和For循环。 学习使用图表绘制循环产生的数据曲线。,实验目的：,实验二循环和图表,While循环和For循环是两种可以用来重复执行子框图的结构。 Wh

4、ile循环只要与其相连的conditional端口值为True就执行，为False则停止循环。 For循环执行预先设定的count端口的次数。,实验原理：,循环时间的设定。 使用Wait Until Next ms Multiple函数，设定每次循环的时间为指定的毫秒数（1s=1000ms） 使用移位寄存器保存每次循环数据。 图表是一种显示一条或多条曲线的数值指示器。,创建一个VI程序随机产生数据并在图表上用Scope Update方式显示数据，该程序在前面板有一个旋钮控制器可以在02秒之间调节循环速率，使用一开关控制VI程序运行。 使用移位寄存器求平均值。 创建一个VI程序，每秒测量一次温度

5、，并显示在波形Chart指示器上。如果温度高出或低于设定范围，VI程序点亮前面板的2个LED,实验内容：,控制量：,思考和练习：,1、创建一个VI程序，产生随机数直到该数与指定值相匹配，循环计数端口记录在匹配数出现前循环重复的次数。 2、设计自动控制中的数字PID计算程序，并且在一个图上同时显示设定值、实测值（调用温度模拟仿真VI产生）和控制量的曲线和数值。其中，PID系数分别为1，0.01，1，设定值取7585可调。计算公式为：,偏差：,学习CASE结构和SEQUENCE结构 掌握公式节点的使用,实验目的：,实验三 分支结构、顺序结构和公式节点,Case结构和Sequence结构是两种控制数

6、据流的结构。 根据Case结构选择端口的输入，可以将Case结构分支到不同的程序框图。在Case结构的每个Case边界以内都可以设置子程序框图。条件选择可以是布尔的（2种条件）或者是数字的（2311种条件） 使用Sequence结构，可以按一定顺序执行程序框图。最先执行的程序框图部分被置于结构的第一帧，第二个要执行的部分置于结构的第二帧，以此类推。,实验原理：,公式节点可用于运算各种公式。 使用Formula Node，可以直接把很多公式输入到程序框图，当一个函数方程有很多变量或很复杂时，此特性尤其有用。,设计一个VI，计算产生一个与指定的数字相等的随机数所需花费的时间。 设计一个VI能够像计

7、算器一样进行运算。前面板上有两个数字控制器，用来输入两个数字，另有一个指示器，用来显示VI对输入数字进行运算的结果。用一个滑动条控制器来选择加、减、乘、除运算。 设计一个VI，用公式节点来计算下列方程，并画出y1和y2的曲线。y1=x3+x2+5， y2=mx+b 。,实验内容：,熟悉数组的创建和数组函数的功能和应用。 掌握二维图形的绘制。,实验目的：,实验四数组和图形,数组的概念。 数组是相同类型的数据元素的集合，指针在0到N1的范围内变化，可以使用多维数组。 图形是以曲线来显示数组中的数据，常用的二维图形控件有波形Chart和波形Graph和XY Graph，可用显示多条曲线。图形控件有很

8、多特性可以用来改变曲线显示的格式,实验原理：,数组函数的主要功能有： 求数组大小 Array Size、数组检索 Index Array 、替换数组元素Replace Array Subset、插入数组元素 Insert Into Array、删除元素 Delete From Array、初始化数组Initialize Array、创建数组 Build Array 、子数组 Array Subset、数组最大值和最小值 Array Max &Min、二维数组转置 Transpose 2D Array等，专门对一维数组的操作有循环移位、倒置 、搜索、分离 、排序、插值、阈值、接插、拆分,设计一个

9、VI，产生一个二维的随机数数组（3行10列），数组产生后，对每一行进行索引并将每一行绘制在它自己的Graph上（前面板中应包括三个Graph指示器） 设计一个VI，产生一维数组，然后将相邻的一对元素相乘（从元素0和元素1开始），最后输出结果数值。,实验内容：,设计一个VI来测量温度，每隔0.25秒测一次，共测定10秒。在数据采集过程中，VI将在波形chat上实时地显示测量结果。在采集过程结束后，在GRAPH上画出数据波形曲线，并算出温度的最大值，最小值和平均值。VI将显示出最佳拟合的温度图形。 设计一VI，用独立的X Y数组形成一个圆环。,熟悉字符串函数的使用 学习文件I/O操作。,实验目的：

10、,实验五 字符串和文件I/O操作,字符串是ASCII字符的集合，LabVIEW有很多函数来处理各种类型的字符串。这些函数位于Function模板上的String子模板中 String Length函数返回字符串中字符的个数。 Concatenate String函数把所有的输入字符和字符串连接成一个输出字符串。 Match Pattern函数返回匹配的子串，如果没查找到匹配字符串则返回字符串为空。 字符串格式化函数Format Into String把数值型数据转换成ASCII字符串格式。,实验原理：,文件的I/O操作是指向文件中写入数据以及从文件中读取数的操作，所有的文件I/O函数都在Fun

11、ctions模板的子模板中。 Open/Create/Replace File函数用来打开、更换一个已存在的文件，或者创建一个新文件。 Read File函数从指定的文件读取指定字节的数据。 Write File函数往指定的文件中写入数据。 Close File函数关闭指定的文件,设计一个VI，把一个数字转换成字符串，并将此字符串与其它字符串相连，形成一个输出字符串。同时，该VI要定义输出字符串的长度。当密码匹配时，该VI也要能检测出。 设计一个VI，采集温度值并保存到文件中，该VI也给每个读数做时间标识。 设计一个VI，产生一个随机数二维数组（ 100行3 列），把此数据写入到电子表格文件。

12、,实验内容：,理解波形的采样、波形数据熟悉产生仿真信号的函数。 学会主要信号处理函数。,实验目的：,实验六 测试信号的产生和分析,电压有效值： 电压平均值：,实验原理：,1、波形数据：对被测的模拟信号，进行采样，A/D变换，采样率为fs,由时间起始值t0，采样时间间隔t=1/fs，数组Y为各个时刻的采样值。 2、离散信号的电压平均值及峰值的数学表达式如下所示：,3、信号的离散傅立叶变换（DFT），FFT是DFT的快速算法。 x(t)经采样后变为x(nT)，T为采样周期，采样频率fs=1/T。离散信号x(nT)的傅里叶变换可以表示为：,X(k)是复数，信号的频谱是它的模，为了方便显示，做归一化处

13、理，用,频率分辨率为：,来表示频谱。,产生和显示正弦波、三角波、方波和锯齿波4种离散波形，直流偏置、初相位、频率和幅度可变，并且在产生的信号中加入高斯噪声，改变采集率和采样点数。 求产生的信号的平均值、有效值，频率。 分别求峰值为1V，频率为100Hz的正弦波、三角波、方波和锯齿波的各次谐波的幅度谱，说明误差产生的原因。（确定采样频率、采样点数）。,实验内容：,熟悉DAQ卡上计数器的原理与应用方法。,实验目的：,实验七 计数器的使用,实验原理：,计数器信号的特性参数,计数器的简化模型,实验内容,熟悉虚拟仪器设计的方法、步骤 掌握虚拟仪器的面板设计、程序设计 掌握虚拟仪器软硬件的调试、测试方法,

14、实验目的：,实验八 虚拟仪器设计实验,1、基本原理： 采用高速A/D转换器，采集信号的多个周期的波形数据并显示，使用LabVIEW提供的波形测量函数，计算出信号的峰峰值、有效值、平均值、频率和周期。 2、PCI卡是基于PCI总线多功能的数据采集卡。 它有8个单端输入或4个差分模拟输入，1个12位的逐次逼近式ADC，2个12位DAC，24条数字I/O，3个16 位计数/定时器。,实验原理：,3、使用模拟输入采集函数：（学生自选） 4、使用波形测量、数据处理函数：（学生自选） 5、实验连线图,使用提供的硬件，设计一个虚拟数字多用表，并且进行调试、修改，给出测试结果和误差分析。 设计要求： （1）输

15、入信号：05V,频率1Hz10KHz的正弦波、方波、三角波 （2）测量信号的峰峰值、有效值、平均值 （3）测量信号的频率、周期 （4）显示信号的波形 （5）采用PCI数据采集卡,实验内容：,实验目的 1、熟悉示波器主要技术性能和功能。 2、掌握示波器主要技术性能的测试方法。 3、建立校正测量仪器的概念。 实验内容 测试示波器的偏转灵敏度、扫描速度、频带宽度和探头衰减比，体会示波器中同步和触发的作用，学会用外同步观察波形。,实验九 示波器技术性能的测试,实验原理 1、偏转灵敏度的定义 2、扫描速度或时基因数 3、频带宽度,实验步骤 1、了解高频信号发生器的性能与使用方法： 2、熟悉触发器正负极性

16、及触发电平的功能： 3、测试偏转灵敏度： 4、测试扫描速度 5、测试通频带 6、用外同步方式和内同步方式观察移位寄存器的输出波形,思考题 1、如何用示波器测量直流电源的电压？ 实验报告 1、实验数据填入表格，用通频带的测量数据在方格纸 上画出频率特性曲线。 2、将外同步测量时的几种波形画出，对此作出分析。 3、在实验中，你对思考题中的问题是如何解决的。,实验目的 1、研究不同检波方式的电子电压表在测量各种波形交流电压时的响应。 2、研究交流电压表的频率响应。 实验内容 分别用平均值、峰值，有效值检波的三种电压表测量函数发生器输出的正弦波，方波、三角波电压，判断各表的检波类型。测量其中一只电压表响应于正弦波时的幅频特性。,实验十 电压表波形响应和频率响应的研究,实验原理 1、电压表的波形响应 2、峰值电压表 3、均值电压表 4、有效值电压表 实验步骤 1、调节函数发生器，使输出100KHz，VP-P =5.66V ( 值用示波器测试)，分别用三只电压表对该输出信号进行测试，将读数记录进数据