實(shí)驗(yàn)一NIELVIS工作環(huán)境的熟悉和使用

1、.實(shí)驗(yàn)一NI ELVIS 工作環(huán)境的熟悉和使用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉 NI ELVIS 的工作環(huán)境，了解系統(tǒng)的主要構(gòu)成和功能。2、使用虛擬儀器進(jìn)行電子元件參數(shù)測(cè)量。3、練習(xí)基于ELVIS 的電路分析。二、實(shí)驗(yàn)原理1、 NI ELVISI工作環(huán)境 （ NI Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite）電子學(xué)教育平臺(tái)包括Multisim, ELVIS和 LabVIEW。該軟硬件集成的平臺(tái)可以無(wú)縫地將電路理論、 設(shè)計(jì)仿真、 原型比較聯(lián)系起來(lái)，以動(dòng)手實(shí)踐方式培養(yǎng)學(xué)生電子設(shè)計(jì)理論和實(shí)踐的能力。NI ELVIS II環(huán)境由以下幾部分組成：1. 硬

2、件工作區(qū)用于創(chuàng)建電路及接口實(shí)驗(yàn)2. NI ELVIS II 軟件 ( 在 NI LabVIEW 軟件中實(shí)現(xiàn) ) ，包括以下：軟前面板 (SFP) 工具示波器（ Scope）函數(shù)發(fā)生器（ FGEN）數(shù)字萬(wàn)用表（ DMM）.任意波形發(fā)生器（ARB）波特圖分析儀（Bode）二線電流電壓分析儀（2-Wire ）三線電流電壓分析儀（3-Wire ）動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀（DSA）阻抗分析儀（ Imped）數(shù)字讀取器（ DigOut ）數(shù)字寫入器（ DigIn ）可變電源（手動(dòng)控制） （ VPS）LabVIEW應(yīng)用程序編程接口(API)Multisim應(yīng)用程序編程接口(API)通過(guò) API，用戶可使用在Multi

3、sim編寫的 LabVIEW程序及仿真程序?qū)崿F(xiàn)NI ELVIS II工作站的自定義控制及訪問(wèn)。圖 1- 1 NI ELVIS II工作站詳細(xì)信息.三、實(shí)驗(yàn)容練習(xí) 1-1測(cè)量器件值1、使用提供的USB線將 NI ELVIS II+工作站與計(jì)算機(jī)連接。2、在計(jì)算機(jī) : 所有程序NationalInstruments NI ELVISmx forNI ELVIS & NI MyDAQ NI ELVISmx Instruments Launch，或點(diǎn)擊桌面快捷方式。NI ELVIS II+儀器條將在屏幕上顯示。現(xiàn)在已經(jīng)完成測(cè)量的準(zhǔn)備了。圖 1- 2 NI ELVISmx儀器啟動(dòng)圖標(biāo)圖3、用雙頭香蕉型接

4、口連接數(shù)字萬(wàn)用表（ DMM）輸入及工作站左側(cè)的COM端。另一頭連接一個(gè)電阻器。4、點(diǎn)擊 NI ELVISmx 儀器啟動(dòng)中的DMM圖標(biāo)，選擇數(shù)字萬(wàn)用表。圖 1- 3數(shù)字萬(wàn)用表歐姆計(jì)設(shè)置可以使用DMM SFP實(shí)現(xiàn)各類操作，如電壓、電流、電阻、電容等的測(cè)量。通過(guò)DMMX符號(hào) X來(lái)表示 X操作。本次測(cè)量的正確連接方法顯示在DMM前面板上 。.5、點(diǎn)擊 按鈕來(lái)使用數(shù)字歐姆表功能。點(diǎn)擊綠色箭頭 Run 來(lái)開(kāi)始測(cè)量采集。 測(cè)量 3 個(gè)電阻 R1， R2，及 R3。將數(shù)據(jù)填寫到下表：R1（ 1.0K標(biāo)稱值）R2（ 2.2K標(biāo)稱值）R3（ 1.0M標(biāo)稱值）如果要停止采集，可點(diǎn)擊紅色方形 Stop按鈕。注：通過(guò)點(diǎn)

5、擊模式Mode 按鈕，可將 自動(dòng)量程 改為 指定量程 ，并通過(guò)點(diǎn)擊量程按鈕選擇最適當(dāng)?shù)牧砍?。練?xí) 1-2在 NI ELVIS II原型板上創(chuàng)建分壓電路1、使用 R1 和 R2 兩個(gè)電阻在NI ELVIS II原型板上搭建以下電路圖 1- 4分壓電路2、將輸入電壓Vo 連接至 +5V 引腳接口。3、將共地端連接至GROUND引腳接口。4、將外部線一端連接至DMM電壓 及左側(cè)的 COM.5、檢查電路后將上推電源開(kāi)關(guān)至上端 使原型板上電。 3 個(gè)電源 LED 指示燈此時(shí)均呈綠色并點(diǎn)亮，如下圖所示。圖 1- 5 NI ELVIS開(kāi)發(fā)板上的電源LED指示燈注：如果這些 LED 中的任何一個(gè)呈黃色，而其它

6、為綠色，電源的可重置保險(xiǎn)絲都將跳斷。此時(shí)需要關(guān)閉開(kāi)發(fā)板電源以重置保險(xiǎn)絲。檢查電路可能存在的短路情況。重新給開(kāi)發(fā)板上電。此時(shí) LED將均呈綠色。.6、將 DMMV測(cè)試端連至Vo，并通過(guò) DMMV功能測(cè)量輸入電壓。按下點(diǎn)擊Run 來(lái)采集電壓數(shù)據(jù)。V0 ( 測(cè)量值 ) _根據(jù)電路原理，R2 上的輸出電壓V2 應(yīng)由以下公式得到：7、使用上面的測(cè)量值R1， R2 及 Vo 來(lái)計(jì)算 V2。接下來(lái)，使用DMMV來(lái)測(cè)量電壓V2 的真實(shí)值。V2 ( 計(jì)算值 ) _V2 ( 測(cè)量值 ) _8、測(cè)量值與計(jì)算值是否匹配？練習(xí) 1-3使用 DMM測(cè)量電流根據(jù)歐姆定律，以上電路的電流(I)等于 V2/R2。1、使用 V2

7、 及 R2 的測(cè)量值計(jì)算電流。2、將連接至 V 的外部連線連至電流輸入端(A) ，進(jìn)行電流的直接測(cè)量。將另一端連至電路，如下所示。圖 1- 6測(cè)量電流的修改電路3、選擇功能DMMA，并測(cè)量電流。I (計(jì)算值 ) _I (測(cè)量值 ) _4、測(cè)量值與計(jì)算值是否匹配？.練習(xí) 1-4觀察瞬態(tài)電路的電壓變化采用 DMM-|- 功能來(lái)測(cè)量1 F 的電容。1、將電容的導(dǎo)線連接到原型板的DUT+ 和 DUT 上?？梢栽贜I ELVIS II原型板的左下方接線塊上找到這兩個(gè)端口。2、要測(cè)量電容和電感，必須為原型板供電，需將原型板的電源切換為ON狀態(tài)。3、 . 單擊電容按鈕-|- ，使用 DMM-|-功能來(lái)測(cè)量電

8、容C。按下 Run 按鈕獲取電容值。C_( f)4、建立一個(gè)如下圖所示的RC瞬態(tài)電路。該電路中采用了分壓電路，其中R1由 R3(1 M?電阻) 取代，而 R2 則由 1 F 的電容 C 取代。將 DMM的導(dǎo)線移至輸入插孔 V ? 和 COM。其它兩端則分別接到電容上。圖 1- 7 RC瞬態(tài)電路5、選擇 DMMV并單擊 RUN。6、給電路上電后電容兩端的電壓指數(shù)將上升。將DMM的電壓圍設(shè)置為 指定圍 10 V 。打開(kāi)原型板的電源，觀察數(shù)字顯示器和%FS線性圍上的電壓變化。7、大概幾秒鐘之后才能獲得Vo 的穩(wěn)態(tài)值。切斷電路電源后，電容兩端電壓指數(shù)將下降到0V。注意：該練習(xí)只是描述了NI ELVIS

9、 II數(shù)字萬(wàn)用表的一種特殊功能。即使當(dāng)原型板的電源斷開(kāi)時(shí)，它甚至還可以工作。練習(xí) 1-5操作可變電源1、從軟件前面板菜單中，選擇【VPS】圖標(biāo)。 NI ELVIS II共有兩個(gè)可控電源，0 至-12 V以及 0 至 +12 V ，每個(gè)最大都可以輸出 500 mA 電流。.說(shuō)明：要將輸出電壓在一定的電壓圍掃描，先確保按下了【停止】按鈕。選擇電源（或）、開(kāi)始電壓、停止電壓、階躍大小、階躍間隔，點(diǎn)擊【掃描】。要進(jìn)行手動(dòng)操作，點(diǎn)擊手動(dòng)欄，使用NI ELVIS II工作站右側(cè)的旋鈕，設(shè)定輸出電壓。要查看顯示區(qū)域的輸出電壓，請(qǐng)點(diǎn)擊LabVIEW標(biāo)簽旁邊所出現(xiàn)的白框。2、將接頭從標(biāo)有可變電源【SUPPLY】

10、和【 GROUND】的原型板接頭連接到DMM電壓輸入上。3、選擇 DMM【V】，點(diǎn)擊運(yùn)行。選擇 VPS前面板，點(diǎn)擊運(yùn)行。4、旋轉(zhuǎn)虛擬VPS的電源控件，觀察在DMM【 V】顯示上出現(xiàn)的電壓變化。說(shuō)明：可以使用【重置】按鈕快速將電壓重置為零。5、點(diǎn)擊手動(dòng)欄，激活工作站右側(cè)的真實(shí)控件。虛擬控件被灰色顯示。觀察NI ELVIS II工作站的綠色手動(dòng)模式LED已經(jīng)點(diǎn)亮。6、旋轉(zhuǎn)電源旋鈕，觀察DMM上的變化。說(shuō)明： VPS的工作方式完全相同，只是輸出電壓是負(fù)的。.練習(xí) 1-6 AC 電路特性測(cè)試1、使用前面的方法測(cè)量電路所需元件的值。電阻 Rk (1 k 標(biāo)稱 )電容 CF(1 F 標(biāo)稱 )2、元件與電路

11、阻抗Z 的測(cè)量1）從 NI ELVISmx 儀器啟動(dòng)程序中選擇阻抗分析儀（Imped）。用于復(fù)阻抗的測(cè)試與分析，板面如圖所示。在 RC串聯(lián)電路中，它的復(fù)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）將元件置于NI ELVIS 面包板之上。3）將來(lái)自阻抗分析儀的DUT+和 DUT-端的跳線與標(biāo)稱為1 k ?的電阻相連接。4）為 NI ELVIS 面包板上電，并點(diǎn)擊運(yùn)行。5）驗(yàn)證該電阻的相位向量沿實(shí)數(shù)軸，并且其相位為0。6）將該阻抗分析儀的跳線與電容相連接。7）驗(yàn)證該電容的相位向量沿負(fù)虛數(shù)軸，并且其相位為270 或 -90 度。8）默認(rèn)測(cè)量頻率為1000Hz。調(diào)整頻率值，并觀測(cè)：該容抗

12、（該相位向量的長(zhǎng)度）在提高.該頻率時(shí)，在降低該頻率時(shí)。注： |Xc|=1/C。9）將該阻抗分析儀的跳線與串聯(lián)的電阻電容相連接。該相位向量現(xiàn)在同時(shí)具有一個(gè)實(shí)數(shù)部分和虛數(shù)部分。10）將該測(cè)量頻率按從100Hz 到 500Hz、1000Hz 和 1500Hz 改變，并記錄該相位向量的移動(dòng)。11）調(diào)整該頻率，直至該容抗|Xc| 的幅值等于該電阻R 的幅值。在此特定頻率下，該相位向量的相位讀數(shù)為度。12）該相位向量的幅值為多少_？13）關(guān)閉該阻抗分析儀的窗口。3、利用函數(shù)發(fā)生器和示波器測(cè)量一個(gè)RC 電路1）搭建 Multisim 電路。在 Multisim 中搭建如圖 1-9 所示 RC電路，其中 XL

13、V1,XLV2 是 ELVISmx 儀器 ( 需安裝 ELVISmx 驅(qū)動(dòng) ) 。圖 1- 8 Multim電路原理圖2）Multisim電路仿真。其中波形發(fā)生器和示波器的參數(shù)設(shè)置如圖1-10 、圖 1-11 。然后點(diǎn)擊運(yùn)行， 即可觀察到兩個(gè)的正弦信號(hào)?？烧{(diào)整函數(shù)發(fā)生器信號(hào)頻率，電壓值， 波形，觀察結(jié)果的變化。.圖 1- 9函數(shù)發(fā)生器參數(shù)設(shè)置函數(shù)發(fā)生器的實(shí)時(shí)控制（頻率與幅值）也可使用右側(cè)的NI ELVIS工作站。正如可變電源供應(yīng)一樣，您可以通過(guò)點(diǎn)擊手動(dòng)模式框 啟用手動(dòng)控制。 該工作站右部的一個(gè)綠色 LED變亮，表示手動(dòng)控制。這時(shí)，該NI ELVISmx 函數(shù)發(fā)生器窗口中，頻率與幅值的旋鈕已被激

14、活，而虛擬控制則變灰（被禁用）。注意：該函數(shù)發(fā)生器還提供了一些特定的操作，如信號(hào)調(diào)制（AM或 FM）或頻率掃描。將在后續(xù)的一些實(shí)驗(yàn)中使用這些特性。圖 1- 10示波器參數(shù)設(shè)置.該示波器軟面板與絕大多數(shù)的示波器相似，但該NI ELVIS 可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)輸入與各種信號(hào)源的連接，具有置AC測(cè)量和波形光標(biāo)，并可以方便地記錄波形模式。3）在工作站面包板上，利用一個(gè)1 F 電容和一個(gè)1.0 k ?電阻構(gòu)建一個(gè)分壓電路。4）將該RC 電路的輸入與該面包板上的函數(shù)發(fā)生器FGEN 與GROUND的引腳插座相連接，如下圖所示。5）將 FGEN與示波器CH0端相連，電容C 兩端與 CH1端相連。6）打開(kāi)Multisi

15、m電路中的波形發(fā)生器，將Device由 Simulate NIELVIS II+切換成Device （ ELVIS II+），并點(diǎn)擊運(yùn)行。打開(kāi)示波器，按照下圖設(shè)置，點(diǎn)擊運(yùn)行，觀察波形。.觀察因器件誤差、阻抗匹配等因素造成的濾波器輸出仿真與實(shí)際測(cè)量的微小差別。掌握在 Multisim中比較仿真結(jié)果與ELVIS II實(shí)際原型電路測(cè)量結(jié)果！7）電路頻率特性測(cè)試使用波特圖分析儀Bode 來(lái)觀察 RC電路的頻率特性。不用修改原型板上RC電路的接線。（需要打開(kāi)原型板電源開(kāi)關(guān)）打開(kāi) Bode 軟面板。選擇激勵(lì)通道GH0，響應(yīng)通道CH1。參數(shù)設(shè)置如下圖所示。.點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕。等待儀器自動(dòng)描繪曲線。完成后，觀察其描繪的曲線圖。練習(xí) 1-7二極管、三極管特性分析1、繪制三極管特性曲線在原型板上的DMM部分，將三極管的三個(gè)引腳按照管腳定義接至BASE、 DUT+、 DUT-三個(gè)端口。打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)和原型板開(kāi)關(guān)。注意 ： BASE 接三極管基