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)可以無縫地將電路理論、設(shè)計(jì)仿真、原型比較聯(lián)系起來，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. 硬件工作區(qū)一

2、一用于創(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（Digln ）可變電源（手動(dòng)控制）（VPSLabVIEW應(yīng)用程序編程接口 （API）Multisim應(yīng)用程序編程接口 （API）通過API，用戶可使用在 Multisim 內(nèi)編寫的LabVIEW程序及仿真程序?qū)崿F(xiàn)N

3、l ELVIS II 工作站的自定義控制及訪問。圖1-1 NI ELVIS II工作站詳細(xì)信息、實(shí)驗(yàn)內(nèi)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>National Instruments>NI ELVISmxfor NI ELVIS & NI MyDAQ> NI ELVISmx In strume nts Lau nch，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、 用雙頭香蕉型接口連接數(shù)字萬

4、用表（DMM輸入及工作站左側(cè)的COM端。另一頭連接個(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)字萬用表。圖1- 3數(shù)字萬用表歐姆計(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DMMX符號(hào)X來表示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Q 按鈕來使用數(shù)字歐姆表功能。點(diǎn)擊綠色箭頭Run來開始測(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 （標(biāo)稱值）R2 （標(biāo)稱值）R3 （標(biāo)稱值）如果要停止采集，可點(diǎn)擊 紅色方形 Stop 按鈕。注：通過點(diǎn)擊模式 Mode 按鈕，可將 自動(dòng)量程 改為 指定量程 ，并通

5、過點(diǎn)擊量程按鈕選 擇最適當(dāng)?shù)牧砍?。練習(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)閉開發(fā)板電源以重置保險(xiǎn)絲

6、。檢查電路可能存在的短路情況。重新給開發(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DMMV功能測(cè)量輸入電壓。按下點(diǎn)擊 Run來采集電壓 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來計(jì)算V2。接下來，使用 DMMV來測(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DMMffl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)

7、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。1（計(jì)算值）1（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-|-功能來測(cè)量1卩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?NI 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-11-，使用DMM-|-功能來測(cè)量電容 G按下Run按鈕獲取電容值。cL 口 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

8、路，其中R1由R3（1 M?電 阻）取代，而R2則由1卩F的電容C取代。將DMM勺導(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 RUN6、 給電路上電后電容兩端的電壓指數(shù)將上升。將DMM勺電壓范圍設(shè)置為指定范圍 10 V。打開原型板的電源，觀察數(shù)字顯示器和FS線性范圍上的電壓變化。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 II數(shù)字萬用表的一種特殊功能。即使當(dāng)原型板的電源 斷開時(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

9、【 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。說明：要將輸出電壓在一定的電壓范圍內(nèi)掃描，先確保按下了【停止】按鈕。選擇電源（+或）、開始電壓、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】和【GROUND的原型板接頭連接到 DMMfe壓輸入上。3、選擇DMMIV】，點(diǎn)擊運(yùn)行。選擇VPS前面板，點(diǎn)擊運(yùn)行。4、 旋轉(zhuǎn)虛擬

10、VPS的電源+控件，觀察在 DMM【V】顯示上出現(xiàn)的電壓變化。說明：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 DMMk的變化。說明：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RkQ （1 k Q標(biāo)稱）電容CF（1 F標(biāo)稱）2、元件與電路阻抗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

11、串聯(lián)電路中，它的復(fù)阻抗可以由以下公式得出:p 二 r + Xq 二 R + 1/ju）C（0hms）其幅度和相位可由下面公式得到：Magnitude =+ 好Phase 8 二 arctan- JL2）將元件置于 NI ELVIS n面包板之上。3）將來自阻抗分析儀的 DUT和DUT端的跳線與標(biāo)稱為1 k?的電阻相連接。4）為NI ELVIS n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（該相位向

12、量的長(zhǎng)度）在提高該頻率時(shí) ，在降低該頻率時(shí) 。注：|Xc|=1/ 3 Co9）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 XLV1,XLV2

13、 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)。 可調(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 ELVISH工作站。正如可變電源供應(yīng)一樣，您可以通過點(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活，而虛擬控制則變灰（被禁用）。

14、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以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)輸入與各種信號(hào)源的連接，具有內(nèi)置 AC測(cè)量和波形光標(biāo)，I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)1F電容和一個(gè)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Multisim 電路中的波形發(fā)生器，將 Device由Simula

15、te NIELVIS II+ 切換成Device （ ELVIS II+ ）,并點(diǎn)擊運(yùn)行。打開示波器，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。（需要打開原型板電源開關(guān)）打開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。打開電源開關(guān)和原型板開關(guān)。注意：BASE接