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1、虚拟仪器实验虚拟仪器实验1 1=实验教材：实验教材： 虚拟仪器实验指导书（自编）虚拟仪器实验指导书（自编）=虚拟仪器技术室软、硬件介绍虚拟仪器技术室软、硬件介绍=实验课程安排实验课程安排=实验要求与课程考核实验要求与课程考核=实验室地址：实验室地址：3 3号楼号楼31113111室室=2 2一、虚拟仪器概述一、虚拟仪器概述1 1、什么是虚拟仪器？、什么是虚拟仪器？传统仪器传统仪器厂商定义功能厂商定义功能虚拟仪器虚拟仪器用户定义功能用户定义功能3 3n n虚拟仪器系统是由计算机、应用软件和计算机、应用软件和仪器硬件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通用仪器硬件平
2、台。n n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。4 42、什么是Labview？n nLabVIEW（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。n n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。5 56 6n nLabVIEW程序被称为V
3、I（Virtual Instrument），即虚拟仪器。 n nLabVIEW的核心概念就是“软件即是仪器”，即虚拟仪器的概念。 n nLabVIEW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。 7 73、Labview可以做什么？n nLabVIEWLabVIEW在测试、测量和自动化等领域具有最在测试、测量和自动化等领域具有最大的优势，因为大的优势，因为LabVIEWLabVIEW提供了大量的工具与提供了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示和存储。函数用于数据采集、分析、显示和存储。n n用户可以在数分钟内完成一套完整的从仪器连用户可以在数分钟内完成一套完整的从仪器连接、数
4、据采集到分析、显示和存储的自动化测接、数据采集到分析、显示和存储的自动化测试测量系统。试测量系统。n n它被广泛地应用于汽车、通信、航空、半导体、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电子设计生产、过程控制和生物医学等各个领域。域。 8 8n nLabVIEW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。n n在美国在美国Lawrence LivermoreLawrence Livermore国家实验室，一个花国家实验室，一个花费费20002000万美金的极为复杂的飞秒激光切割系统就万美金的极为复杂的飞秒
5、激光切割系统就是基于是基于LabVIEWLabVIEW开发的。开发的。 n n在北京正负电子对撞机二期工程北京谱仪慢控制在北京正负电子对撞机二期工程北京谱仪慢控制系统中，大约有系统中，大约有3030种物理量共种物理量共70007000多点的现场多点的现场数据点需要实时采集控制和分析记录等。数据点需要实时采集控制和分析记录等。 9 9二、我系虚拟仪器技术室软、硬件介绍二、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。 10102、软件 交互式电
6、路仿真软件Multisim软件和图形化开发软件LabVIEW软件 。 我系基于我系基于NINI电子学教育平台（包括电子学教育平台（包括ELVISELVIS硬件、硬件、MultisimMultisim软软件和件和LabVIEWLabVIEW软件）而构建的虚拟仪器技术室集多领域、多学软件）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息工程、自动化等相关专业开展“ “
7、虚拟仪器虚拟仪器” ”及其综合应用的及其综合应用的实践教学。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。用课余时间来实验室开展课设、毕设等相关研究。1111n n实验一实验一 LabVIEWLabVIEW软件基本操作（一）软件基本操作（一）（设计性设计性）n n实验二实验二 LabVIEWLabVIEW软件基本操作（二）软件基本操作（二）（设计性设计性）n n实验三实验三 NI ELVISIINI ELVISII平台工作环境平台工作环境（验证性验证性）n n实验四实验四 电子温度计实
8、验电子温度计实验（设计性设计性 ）n n实验五实验五 运放滤波器实验（综合性运放滤波器实验（综合性 ）n n实验六实验六 LEDLED营救实验（综合性营救实验（综合性 ）虚拟仪器实验项目虚拟仪器实验项目1212实验要求与课程考核实验要求与课程考核（一）、实验要求（一）、实验要求（一）、实验要求（一）、实验要求n n1.1.1.1.实验前做好预习，按照实验要求实验前做好预习，按照实验要求实验前做好预习，按照实验要求实验前做好预习，按照实验要求, , , ,编写好程序。编写好程序。编写好程序。编写好程序。n n2.2.2.2.实验时到实验室将预习时编写好程序利用实验时到实验室将预习时编写好程序利用
9、实验时到实验室将预习时编写好程序利用实验时到实验室将预习时编写好程序利用NI ELVISIINI ELVISII平台平台等等等等实物进行硬件测试，调试程序，记录实验结果，检查设计的实物进行硬件测试，调试程序，记录实验结果，检查设计的实物进行硬件测试，调试程序，记录实验结果，检查设计的实物进行硬件测试，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）功能。（上实验课要求带好实验教材，做好实验数据记录）功能。（上实验课要求带好实验教材，做好实验数据记录）功能。（上实验课要求带好实验教材，做好实验数据记录）n n3.3.3.3.实验中发现异常情况，如冒烟、烧焦异
10、味等立即撤断电源，实验中发现异常情况，如冒烟、烧焦异味等立即撤断电源，实验中发现异常情况，如冒烟、烧焦异味等立即撤断电源，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。报告老师。报告老师。报告老师。 n n4. 4. 4. 4. 实验完成后整理好实验台，打扫好实验场地。实验完成后整理好实验台，打扫好实验场地。实验完成后整理好实验台，打扫好实验场地。实验完成后整理好实验台，打扫好实验场地。n n5. 5. 5. 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，每次实验后认真书写实验报告，实验报告要求同实验一样，每次实验后认真书写实验报告，实验报告要求同实验一样，每次实验
11、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。每人独自完成，不得相互照抄，发现雷同，重作。每人独自完成，不得相互照抄，发现雷同，重作。每人独自完成，不得相互照抄，发现雷同，重作。n n6.6.6.6.若实验课因事没有参加的，要求在第若实验课因事没有参加的，要求在第若实验课因事没有参加的，要求在第若实验课因事没有参加的，要求在第18181818周前补做好。周前补做好。周前补做好。周前补做好。n n7.7.7.7.实验课中内容没完成的，课后自行到实验室完成或利用自实验课中内容没完成的，课后自行到实验室完成或利用自实验课中内容没完成的，课后自行到实验室完成或
12、利用自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。己的电脑完成，实验室全天开放。己的电脑完成，实验室全天开放。己的电脑完成，实验室全天开放。1313（二）、实验课程考核（二）、实验课程考核n n1. 1. 平时每次实验情况平时每次实验情况平时每次实验情况平时每次实验情况50%50%n n2. 2. 实验考勤、实验场地整理实验考勤、实验场地整理实验考勤、实验场地整理实验考勤、实验场地整理10%10%n n3. 3. 实验报告成绩实验报告成绩实验报告成绩实验报告成绩40%40%1414 实验一实验一 LabVIEW软件基本操作（一）（本实验为设计性实验）1515
13、一、实验目的一、实验目的1 1、熟熟悉悉虚虚拟拟仪仪器器编编程程软软件件LabVIEWLabVIEW的的基基本本操操作作和熟悉虚拟仪器实验平台；和熟悉虚拟仪器实验平台；2 2、掌握、掌握常见项目的编程方法和仿真调试常见项目的编程方法和仿真调试。1616二、实验原理二、实验原理 n nLabVIEWLabVIEW（LabLaboratory oratory V Virtual irtual I Instrument nstrument E Engineering ngineering WWorkbenchorkbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的）是一种用图标代替文本行创建应用程序的
14、图形化编程语言。图形化编程语言。n n传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序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，而执行顺序，而LabVIEW LabVIEW 则采用数据流编程方式，程序框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。图标表示函数，用连线表示数据流向。n nLabVIEWLabVIEW程序被称为程序被称为VIVI（Virtual InstrumentVirtual Instrument），即虚），即虚拟仪器。拟仪器。 n nLabVIEW
15、LabVIEW的核心概念就是的核心概念就是“ “软件即是仪器软件即是仪器” ”，即虚拟，即虚拟仪器的概念。仪器的概念。 n nLabVIEWLabVIEW还包含了大量的工具与函数用于数据采集、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。分析、显示与存储等。 1717三、实验内容三、实验内容 1、数据操作、数据操作 编写一个温度监测器，如右图所示，当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。灯点亮。温度值可以由随即数发生器产生。18182、程序结构、程序结构 利用顺序结构和循环
16、结构写一个跑马灯，如利用顺序结构和循环结构写一个跑马灯，如下图所示，下图所示，5 5个灯从左到右不停的轮流点亮，闪个灯从左到右不停的轮流点亮，闪烁间隔由滑动条调节。烁间隔由滑动条调节。19193、字符串、数组、簇和矩阵、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，转速油门显示面板中的参量进行控制。油门控制转速，转速油门* *100100，档位控制时速，档位控制时速, ,时速档位时速档位* *4040，油量随，油量随VIVI运行时间运行时间减少。减少。2020四、四、实验仪器与设备实验
17、仪器与设备1、计算机2、ELVISII平台平台LabVIEW编程环境2121五、实验报告格式及要求、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：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电路图及前面板；项目的项目的程序框图程序框图；记录实验记录实验调试结果调试结果 ，分析是否符合设计要求。，分析是否符合设计要求。（三）、实验仪器与设备2222参考程序-12323参考程序-32424 实验二实验二 LabVIEW软件基本操作（二）（本实验为设计性实验）2525参考程序-22626二、实验原理二、实验原理 n nL
18、abVIEWLabVIEW（LabLaboratory oratory V Virtual irtual I Instrument nstrument E Engineering ngineering WWorkbenchorkbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的）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。图形化编程语言。n n传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序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，而执行顺序，而LabVIEW LabVIEW 则采用数据流编程方式，程序框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
19、序。它用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。图标表示函数，用连线表示数据流向。n nLabVIEWLabVIEW程序被称为程序被称为VIVI（Virtual InstrumentVirtual Instrument），即虚），即虚拟仪器。拟仪器。 n nLabVIEWLabVIEW的核心概念就是的核心概念就是“ “软件即是仪器软件即是仪器” ”，即虚拟，即虚拟仪器的概念。仪器的概念。 n nLabVIEWLabVIEW还包含了大量的工具与函数用于数据采集、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。分析、显示与存储等。 2727一、实
20、验目的一、实验目的1 1、熟熟悉悉虚虚拟拟仪仪器器编编程程软软件件LabVIEWLabVIEW的的基基本本操操作作和熟悉虚拟仪器实验平台；和熟悉虚拟仪器实验平台；2 2、掌握、掌握常见项目的编程方法和仿真调试常见项目的编程方法和仿真调试。28284、图形化显示数据、图形化显示数据图表和图形图表和图形 利用随机数发生器仿真一个利用随机数发生器仿真一个0 0到到5V5V的采样信号，每的采样信号，每200ms200ms采一个点，共采集采一个点，共采集5050个点，采集完后一次性显示在个点，采集完后一次性显示在Waveform GraphWaveform Graph上。上。在上例基础上再增加在上例基础
21、上再增加1 1路电压路电压信号采集，此路电压信号的信号采集，此路电压信号的范围为范围为5 5到到10V10V，采样间隔是，采样间隔是50ms50ms，共采，共采100100个点。采样完个点。采样完成后，将两路采样信号显示成后，将两路采样信号显示在同一个在同一个Waveform GraphWaveform Graph中。中。三、实验内容三、实验内容 29295、 Express VI快速搭建专业测试系统快速搭建专业测试系统 利用利用Express VIExpress VI产生一个产生一个带白噪声的正弦信号，然后用带白噪声的正弦信号，然后用功率谱分析功率谱分析Express VIExpress V
22、I对其进对其进行功率谱分析，并将原信号与行功率谱分析，并将原信号与分析结果写入测量文件。分析结果写入测量文件。30306、文件、文件I/O 有一个测量程序，采集有一个测量程序，采集两路信号，每两路信号，每1s1s采集一次，采集一次，要求每采集一次，就将采集要求每采集一次，就将采集结果写入文本文件尾部，即结果写入文本文件尾部，即使重新运行程序，仍能保证使重新运行程序，仍能保证数据添加到文件尾部，而不数据添加到文件尾部，而不会覆盖原有数据。格式为会覆盖原有数据。格式为a a保保留留4 4位小数，位小数，b b为整数，如右为整数，如右图所示。图所示。31317、子、子VI 写一个子VI计算输入双精度
23、数组所有元素的平均值，并在上层VI调用它。3232四、四、实验仪器与设备实验仪器与设备1、计算机2、ELVISII平台平台LabVIEW编程环境3333五、实验报告格式及要求、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：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电路图及前面板；项目的项目的程序框图程序框图；记录实验记录实验调试结果调试结果 ，分析是否符合设计要求。，分析是否符合设计要求。（三）、实验仪器与设备3434参考程序-43535参考程序-53636参考程序-63737参考程序-73838实验三实验三 N
24、I ELVISII平台工作环境（本实验为验证性实验） 3939一、实验目的一、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。4040qq 构思来源于加州州立大学圣伯纳迪诺分校构思来源于加州州立大学圣伯纳迪诺分校qq Paul Dixon, Paul Dixon, 物理学系教授物理学系教授qq虚拟仪器教学实验的带头人虚拟仪器教学实验的带头人NI ELVIS 平台的起源平台的起源二、NI ELVISII平台简介4141从构思到实现从构思到实现qq基于基于LabVIEW LabVIEW 和数据采集卡和数据采集卡qq可替换的原型板可替换的原型板qq
25、集成各类常用仪器功能集成各类常用仪器功能NI ELVIS工作台PC外部DAQ设备SoftwareNI ELVIS IINI ELVIS II+4242ELVISII平台硬件指标平台硬件指标 1数字万用表数字万用表隔离隔离5 位位60 VDC，20Vrms, 2 ADC, 2 Arms, 100M内部电路保护内部电路保护可复位保险丝函数发生器函数发生器10-bit5V范围0.2 Hz到到5 MHz 正弦正弦0.2 Hz到到1 MHz 三角波三角波/方波方波软件或手动可控BNC或原型板连接USB连接连接即插即用USB 2.0示波器示波器16 bit 分辨率1.25 MS/s 单通道500kS/s
26、双通道共计1到1.5 MHz 带宽1x和10x探针 10 V 输入范围AC/DC耦合BNC连接新新 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 耦合20MHz 可选噪声滤波器1x 和 10x 探头BNC 连接4343ELVISII平台硬件指标平台硬件指标 2阻抗分析仪阻抗分析仪0.2 Hz到到35 kHz范围NPN, PNP, 二极管其他分析其他分析:波特图分析仪波特图分析仪2-线电流电压分析线电流电压分析3-线电流电压分析线电流电压分析可变电源供电可变电源供电10 bit 分辨率0到+12V, 0到-12
27、V500 mA电流范围集成集成DAQAI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原型板原型板可替换自定义Banana, BNC, D-Sub连接4444ELVIS平台原型板平台原型板数字 I/OAI、示波器、PFI计数器、 LED电源、波形发生器、自定义I/O、AO、 DMM4545原型板行、列连接原型板行、列连接4646电路设计电路设计原型板连接原型板连接4747操作仪器操作仪器| NI ELVISmx仪器面板仪器面板n n数字万用表数字万用表 DMMDMMn n示波器示波器 SCOPE
28、SCOPEn n函数发生器函数发生器 FGENFGENn n可变电源可变电源 VPSVPSn n波特图仪波特图仪 BodeBoden n动态信号分析仪动态信号分析仪 DSADSAn n任意波形发生器任意波形发生器 ARBARBn n数字读数字读 DigInDigInn n数字写数字写 DigOutDigOutn n阻抗分析仪阻抗分析仪 ImpedImpedn n2- 2-线伏安特性测试仪线伏安特性测试仪 2-Wire2-Wiren n3- 3-线伏安特性测试仪线伏安特性测试仪 3-Wire3-Wire 通过软面板调用通过软面板调用- 与传统仪器前面板相类似的体验与传统仪器前面板相类似的体验 在
29、在Multisim仿真环境中调用仿真环境中调用 在在LabVIEW编程环境中调用编程环境中调用4848在仿真环境中调用仪器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NI ELVIS硬件NI ELVIS II 仪器仪器 在Multisim中比较仿真数据和NI ELVIS II的测量信号 通过软面板调用通过软面板调用- 与传统仪器前面板相类似的体验与传统仪器前面板相类似的体验 在在Multisim仿真环境中调用仿真环境中调用 在在LabVIEW编程环境中调用编程环境中调用4949操作仪器操作仪器| 自定义仪器编程自定义仪器编程 通过软面板调用通过软面板调用- 与传统仪器前面板相类似的体
30、验与传统仪器前面板相类似的体验 在在Multisim仿真环境中调用仿真环境中调用 在在LabVIEW编程环境中调用（编程环境中调用（Express VI/ DAQmx API）5050三、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。5151四、四、实验仪器与设备实验仪器与设备1、计算机2、ELVISII平台平台LabVIEW编程环境5252五、实验报告格式及要求、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，
31、紧跟其后写出下列内容：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电路图及前面板；项目的项目的程序框图程序框图；记录实验记录实验调试结果调试结果 ，分析是否符合设计要求。，分析是否符合设计要求。（三）、实验仪器与设备5353实验四实验四 电子温度计实验（本实验为设计性实验） 5454一、实验目的一、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。5555二、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。5656三、三、实验
32、仪器与设备实验仪器与设备1、计算机2、ELVISII平台平台LabVIEW编程环境5757四、实验报告格式及要求、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：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电路图及前面板；项目的项目的程序框图程序框图；记录实验记录实验调试结果调试结果 ，分析是否符合设计要求。，分析是否符合设计要求。（三）、实验仪器与设备5858实验五实验五 运放滤波器实验（本实验为综合性实验） 5959一、实验目的一、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Lab
33、VIEW编程环境。6060二、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。6161三、三、实验仪器与设备实验仪器与设备1、计算机2、ELVISII平台平台LabVIEW编程环境6262四、实验报告格式及要求、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：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电路图及前面板；项目的项目的程序框图程序框图；记录实验记录实验调试结果调试结果 ，分析是否
34、符合设计要求。，分析是否符合设计要求。（三）、实验仪器与设备6363实验六实验六 LED营救实验（本实验为综合性实验） 6464一、实验目的一、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。6565二、实验内容7-1 测试二极管并确定其极性7-2 二极管的特性曲线7-3 手动测试并控制双向交通灯十字路口7-4 双向十字路口交通信号灯的自动化运转 详细步骤请参考实验指导书。6666三、三、实验仪器与设备实验仪器与设备1、计算机2、ELVISII平台平台LabVIEW编程环境6767四、实验报告格式及要求、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：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电路图及前面板；项目的项目的程序框图程序框图；记录实验记录实验调试结果调试结果 ，分析是否符合设计要求。，分析是否符合设计要求。（三）、实验仪器与设备68686969
