虚拟仪器设计技术实践教程东南大学仪器科学与工程学院二〇〇八年四月
虚拟仪器设计技术 实 践 教 程 东南大学仪器科学与工程学院 二〇〇八年四月
目录目录基础实验，实验一熟悉LABVIEW软件工作环境与NIELVIS实验平台1.1实验目的1.2预习要求1.3实验内容1.4实验提示实验二利用DAQMX创建测量任务2.1实验目的2.2预习要求2.3实验内容实验三虚拟函数发生器的设计和虚拟示波器的使用.93.1实验目的93.2预习要求93.3实验内容，3.4实验提示实验四虚拟电压表的设计和虚拟数字万用表的使用..134.1实验目的13.134.2预习要求4.3实验内容.134.4实验提示..13实验五虚拟滤波器的设计和EXPRESSVI的使用185.1实验目的.185.2预习要求..185.3实验内容.185.4实验提示18综合实验....21实验六虚拟相位差计设计21.216.1实验内容6.2实验原理.216.3实验提示..236.4思考题26实验七简易虚拟数字万用表设计...277.1实验内容.277.2实验原理27..287.3实验提示I
目录 I 目录 基础实验.1 实验一 熟悉 LABVIEW 软件工作环境与 NI ELVIS 实验平台 .1 1.1 实验目的.1 1.2 预习要求.1 1.3 实验内容.1 1.4 实验提示.2 实验二 利用 DAQMX 创建测量任务 .7 2.1 实验目的.7 2.2 预习要求.7 2.3 实验内容.7 实验三 虚拟函数发生器的设计和虚拟示波器的使用 .9 3.1 实验目的.9 3.2 预习要求.9 3.3 实验内容.9 3.4 实验提示.9 实验四 虚拟电压表的设计和虚拟数字万用表的使用 .13 4.1 实验目的.13 4.2 预习要求.13 4.3 实验内容.13 4.4 实验提示.13 实验五 虚拟滤波器的设计和 EXPRESS VI 的使用 .18 5.1 实验目的.18 5.2 预习要求.18 5.3 实验内容.18 5.4 实验提示.18 综合实验.21 实验六 虚拟相位差计设计 .21 6.1 实验内容.21 6.2 实验原理.21 6.3 实验提示.23 6.4 思考题.26 实验七 简易虚拟数字万用表设计 .27 7.1 实验内容.27 7.2 实验原理.27 7.3 实验提示.28
目录..297.4思考题.实验八简易虚拟示波器设计...30.8.1实验内容..30.8.2实验原理，.308.3实验提示.31...34.8.4思考题，参考文献.....35I1
目录 II 7.4 思考题.29 实验八 简易虚拟示波器设计 .30 8.1 实验内容.30 8.2 实验原理.30 8.3 实验提示.31 8.4 思考题.34 参考文献.35
实验一熟悉LabVIEW软件工作环境与NIELVIS实验平台基础实验实验一熟悉LabVIEW软件工作环境与NIELVIS实验平台1.1实验目的1）熟悉LabVIEW软件工作环境。2）熟悉NIELVIS实验平台的功能、特点与使用方法。3）了解数据采集卡的功能并掌握采集卡的测试。1.2预习要求了解有关VI的基本知识和原理和LabVIEW的基本操作。1.3实验内容1）了解LabVIEW8的编程运行环境，熟悉前面板的工具选板和程序框图的函数选板的主要控件的位置与操作。2）设计一个简单的温度测量仪。功能要求：具有开关，能够显示源信号（电流信号）大小和温度数据。具体设计过程见实验提示部分。3）熟悉NIELVIS实验平台，并完成以下工作：（1）采集卡的诊断：进入Measurement&Automation环境后，在mysystem下的devicesandinterfaces中找到采集卡pci-6251，通过鼠标右键选择Self-Test会自动弹出对话框，报告显示设备是否通过测试。（2）采集卡的自标定：找到采集卡pci-625l，通过鼠标右键选择Self-calibration即可。（3）采集卡的详细测试：在MAX中找到采集卡pci-6251，通过鼠标右键选择testpanels进入测试面板并完成以下检测过程：·模拟输入检测：用导线把acho+连到+5v上，acho-连到ground上，在analoginput标签中的channelname选择aio，inputconfiguration选择rse，最后按start按钮采集信号，将会采集到5v电压。·模拟输出检测：把daco连到cha+上，cha-连到ground上，在output标签中选择通道aoo，打开NIELVIS自带的oscilloscope，调整outputvalue看oscilloscope上显示的是否与outputvalue相同。·计数器测试：1
实验一 熟悉 LabVIEW 软件工作环境与 NI ELVIS 实验平台 1 基础实验 实验一 熟悉 LabVIEW 软件工作环境与 NI ELVIS 实验平台 1.1 实验目的 1）熟悉 LabVIEW 软件工作环境。 2）熟悉 NI ELVIS 实验平台的功能、特点与使用方法。 3）了解数据采集卡的功能并掌握采集卡的测试。 1.2 预习要求 了解有关 VI 的基本知识和原理和 LabVIEW 的基本操作。 1.3 实验内容 1）了解 LabVIEW 8 的编程运行环境，熟悉前面板的工具选板和程序框图的函数选板的 主要控件的位置与操作。 2）设计一个简单的温度测量仪。 功能要求：具有开关，能够显示源信号（电流信号）大小和温度数据。具体设计过程见 实验提示部分。 3）熟悉 NI ELVIS 实验平台，并完成以下工作： （1）采集卡的诊断： 进入 Measurement & Automation 环境后，在 my system 下的 devices and interfaces 中找到采集卡 pci-6251，通过鼠标右键选择 Self-Test 会自动弹出对话框，报告显示设备 是否通过测试。 （2）采集卡的自标定： 找到采集卡 pci-6251，通过鼠标右键选择 Self-calibration 即可。 （3）采集卡的详细测试： 在 MAX 中找到采集卡 pci-6251，通过鼠标右键选择 test panels 进入测试面板并完成 以下检测过程： ·模拟输入检测： 用导线把 ach0+连到+5v 上，ach0-连到 ground 上，在 analog input 标签中的 channel name 选择 ai0，input configuration 选择 rse，最后按 start 按钮采集信号， 将会采集到 5v 电压。 ·模拟输出检测： 把 dac0 连到 ch a+上，ch a-连到 ground 上，在 output 标签中选择通道 ao0，打 开 NI ELVIS 自带的 oscilloscope，调整 output value 看 oscilloscope 上显示的是否 与 output value 相同。 ·计数器测试：
虚拟仪器设计技术实践教程计数器测试有脉冲生成和边缘计数两种模式。正常进行边缘计数时，计数值会不断增加。（4）实验平台的标定：为了使variablepowersupplies和functiongenerator的输出更准确，在使用前需要对平台进行标定。实验平台标定的步骤如下：1.开启实验平台后面的电源2.从开始菜单选择程序>>NationalInstruments>>NIELVIS3.0>>calibrationwizard3.根据向导完成操作。（5）实验平台使用1.开启实验平台后面的电源2.从开始菜单选择程序>>NationalInstruments>>NIELVIS3.0>>NIELVIS3.点击configure按钮，在DAQDEVICE里选择DEV1：PCI一6251，点击check按钮，如果成功就会出现Communicationestablishedsuccessfully这样的提示信息。4按ok按钮结束。设置好后，NIELVIS提供的做好的仪器就可使用了。5.选择osclloscope和functiongenetator仪器，用导线把func_out连到cha+，ground连到cha-，前面板functiongenerator中的manual开关向下拔，看oscilloscope能否显示functiongenerator的信号。1.4实验提示1）LabVIEW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。LabVIEW的编程包括前面板设计和程序框图设计两部分。前面板的设计与其他可视化编程语言相似，但是提供更加丰富的控件和显示效果。程序框图采用的是G代码，用图标代替函数，用连线表示数据流向，更加直观且易学易用。2）简单温度测量仪的设计原理及步骤：（1）原理：实际的温度测量仪有多种测量方法。以最常用的温度传感器AD590集成温度传感器为例，在一定温度范围内可将温度数据线性变换为电流信号，其转换公式为：I=kt(1.1)其中I为电流，1为温度，k为温度系数。整个温度测量仪的工作过程为：温度传感器将温度数据转化为电流信号，电流信号经过模数转换为计算机可以识别的数字信号，再由本次将要实现的虚拟温度测量仪显示电流数据并计算显示出温度数据。为了设计方便，用一个随机数代替温度传感器输出的电流数据，同时假设k=1uA/K，假定温度传感器的线性范围是0～100℃，即273.15～373.15K，则电流数据的范围应该为273.15～373.15K。（2）设计步骤：首先是前面板的设计。参考前面板如图1.1所示，包括一个电源开关、一个指示灯、一个模式转换开关（用于摄氏温度和华氏温度显示方式的切换）、一个电流表（显示电流数据）、一个温度计（用于显示温度数据）、一个上凸框（RaiseFrame）、一个标签显示仪器名称和一个程序运行结束按钮（停止）。其次是程序框图的设计。参考程序框图如图1.2所示。需要说明的是选择控件如图1.3所示，其中s是布尔量，真时输出值为t，假时输出值为f。图1.4是时间延迟模块，单位是毫秒。本例使用while循环的目的是为程序连续执行。2
虚拟仪器设计技术实践教程 2 计数器测试有脉冲生成和边缘计数两种模式。正常进行边缘计数时，计数值会不断 增加。 （4）实验平台的标定： 为了使 variable power supplies 和 function generator 的输出更准确，在使用前需 要对平台进行标定。实验平台标定的步骤如下： 1．开启实验平台后面的电源 2．从开始菜单选择程序>>National Instruments>>NIELVIS 3.0>>calibration wizard 3．根据向导完成操作。 （5）实验平台使用 1．开启实验平台后面的电源 2．从开始菜单选择程序>>National Instruments>>NIELVIS 3.0>>NI ELVIS 3．点击 configure 按钮，在 DAQ DEVICE 里选择 DEV1：PCI—6251，点击 check 按钮， 如果成功就会出现 Communication established successfully 这样的提示信息。 4．按 ok 按钮结束。设置好后，NI ELVIS 提供的做好的仪器就可使用了。 5．选择 oscilloscope 和 function genetator 仪器，用导线把 func_out 连到 ch a+，ground 连到 ch a-，前面板 function generator 中的 manual 开关向下拔，看 oscilloscope 能否显示 function generator 的信号。 1.4 实验提示 1）LabVIEW 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。LabVIEW 的 编程包括前面板设计和程序框图设计两部分。前面板的设计与其他可视化编程语言相似，但 是提供更加丰富的控件和显示效果。程序框图采用的是 G 代码，用图标代替函数，用连线 表示数据流向，更加直观且易学易用。 2）简单温度测量仪的设计原理及步骤： （1）原理：实际的温度测量仪有多种测量方法。以最常用的温度传感器 AD590 集成温 度传感器为例，在一定温度范围内可将温度数据线性变换为电流信号，其转换公式为： I k t = （1.1） 其中 I 为电流， t 为温度， k 为温度系数。整个温度测量仪的工作过程为：温度传感器将温 度数据转化为电流信号，电流信号经过模数转换为计算机可以识别的数字信号，再由本次将 要实现的虚拟温度测量仪显示电流数据并计算显示出温度数据。为了设计方便，用一个随机 数代替温度传感器输出的电流数据，同时假设 k=1μA/K，假定温度传感器的线性范围是 0～ 100℃，即 273.15～373.15K ,则电流数据的范围应该为 273.15～373.15K。 （2）设计步骤： 首先是前面板的设计。参考前面板如图 1.1 所示，包括一个电源开关、一个指示灯、一 个模式转换开关（用于摄氏温度和华氏温度显示方式的切换）、一个电流表（显示电流数据）、 一个温度计（用于显示温度数据）、一个上凸框（Raise Frame）、一个标签显示仪器名称和一 个程序运行结束按钮（停止）。 其次是程序框图的设计。参考程序框图如图 1.2 所示。需要说明的是选择控件如图 1.3 所 示，其中 s 是布尔量，真时输出值为 t，假时输出值为 f。图 1.4 是时间延迟模块，单位是毫 秒。本例使用 while 循环的目的是为程序连续执行