虛擬儀器與電子測量實驗

虛擬儀器與電子丈量實驗電子信息技術(shù)實驗教學(xué)中心實驗內(nèi)容實驗一創(chuàng)建和編輯VI程序、建立和調(diào)用子VI實驗二循環(huán)和圖表實驗三分支構(gòu)造、順序構(gòu)造和公式節(jié)點實驗四數(shù)組和圖形實驗五字符串和文件I/O操作實驗六測試信號的產(chǎn)生和分析實驗七計數(shù)器的運用實驗八虛擬儀器設(shè)計實驗實驗九示波器技術(shù)性能的測試實驗十電壓表波形呼應(yīng)和頻率呼應(yīng)的研討實驗十一頻率合成信號源實驗十二掃頻儀的運用實驗十三用李沙育圖形丈量頻率實驗一創(chuàng)建和編輯VI程序、建立和調(diào)用子VI熟習(xí)LabVIEW的運轉(zhuǎn)環(huán)境學(xué)會創(chuàng)建VI程序掌握編輯VI程序的方法學(xué)習(xí)運用調(diào)試工具調(diào)試VI程序?qū)W習(xí)VI子程序的建立和調(diào)用實驗?zāi)康模篤I〔虛擬儀器〕有三個主要部分：前面板、程序框圖和圖標(biāo)/銜接口。模板：提供各種常用的工具和函數(shù)模板分為工具模板、控制模板、功能模板。實驗原理：程序調(diào)試的常用方法：

當(dāng)Run按鈕上出現(xiàn)折斷的箭頭那么表示程序不能執(zhí)行，可以點擊該按鈕找到出錯的對象。

運用高亮執(zhí)行、單步執(zhí)行的方式和斷點工具、探針工具來跟蹤數(shù)據(jù)在VI程序中的流動，這樣可方便的調(diào)試VI程序。VI子程序的兩個組成部分：圖標(biāo)和銜接口。

用圖標(biāo)編輯器〔IconEditor〕來創(chuàng)建VI的圖標(biāo)

VI子程序的銜接口是子程序和主程序之間傳送數(shù)據(jù)的端口。定義銜接口時，先選擇VI需求的端口數(shù)，然后運用連線工具將前面板的指示器和控制器分配給每一個端口。◆調(diào)用子VI的方法：在Function模板中選擇SelectaVI…選項翻開BouncingCubeVI〔在BASCLASS.LLB庫內(nèi)〕。創(chuàng)建一個VI程序：比較兩個數(shù)，假設(shè)兩數(shù)相等那么燈亮。掌握LabVIEW編輯技術(shù)和調(diào)試方法。創(chuàng)建一個將作為VI子程序的一個丈量溫度的VI程序。選擇程序框圖的部分節(jié)點，用CreatSubVI選項創(chuàng)建VI子程序。實驗內(nèi)容：學(xué)習(xí)運用While循環(huán)和For循環(huán)。學(xué)習(xí)運用圖表繪制循環(huán)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)曲線。實驗?zāi)康模簩嶒灦?/p>

循環(huán)和圖表While循環(huán)和For循環(huán)是兩種可以用來反復(fù)執(zhí)行子框圖的構(gòu)造。

While循環(huán)只需與其相連的conditional端口值為True就執(zhí)行，為False那么停頓循環(huán)。

For循環(huán)執(zhí)行預(yù)先設(shè)定的count端口的次數(shù)。實驗原理：循環(huán)時間的設(shè)定。

運用WaitUntilNextmsMultiple函數(shù)，設(shè)定每次循環(huán)的時間為指定的毫秒數(shù)〔1s=1000ms〕運用移位存放器保管每次循環(huán)數(shù)據(jù)。圖表是一種顯示一條或多條曲線的數(shù)值指示器。創(chuàng)建一個VI程序隨機(jī)產(chǎn)生數(shù)據(jù)并在圖表上用ScopeUpdate方式顯示數(shù)據(jù)，該程序在前面板有一個旋鈕控制器可以在0～2秒之間調(diào)理循環(huán)速率，運用一開關(guān)控制VI程序運轉(zhuǎn)。運用移位存放器求平均值。創(chuàng)建一個VI程序，每秒丈量一次溫度，并顯示在波形Chart指示器上。假設(shè)溫度高出或低于設(shè)定范圍，VI程序點亮前面板的2個LED實驗內(nèi)容：控制量：思索和練習(xí)：1、創(chuàng)建一個VI程序，產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)直到該數(shù)與指定值相匹配，循環(huán)計數(shù)端口記錄在匹配數(shù)出現(xiàn)前循環(huán)反復(fù)的次數(shù)。2、設(shè)計自動控制中的數(shù)字PID計算程序，并且在一個圖上同時顯示設(shè)定值、實測值〔調(diào)用溫度模擬仿真VI產(chǎn)生〕和控制量的曲線和數(shù)值。其中，PID系數(shù)分別為1，0.01，1，設(shè)定值取75～85可調(diào)。計算公式為：

偏向：學(xué)習(xí)CASE構(gòu)造和SEQUENCE構(gòu)造掌握公式節(jié)點的運用實驗?zāi)康模簩嶒炄?/p>

分支構(gòu)造、順序構(gòu)造和公式節(jié)點Case構(gòu)造和Sequence構(gòu)造是兩種控制數(shù)據(jù)流的構(gòu)造。

根據(jù)Case構(gòu)造選擇端口的輸入，可以將Case構(gòu)造分支到不同的程序框圖。在Case構(gòu)造的每個Case邊境以內(nèi)都可以設(shè)置子程序框圖。條件選擇可以是布爾的〔2種條件〕或者是數(shù)字的〔231－1種條件〕

運用Sequence構(gòu)造，可以按一定順序執(zhí)行程序框圖。最先執(zhí)行的程序框圖部分被置于構(gòu)造的第一幀，第二個要執(zhí)行的部分置于構(gòu)造的第二幀，以此類推。實驗原理：公式節(jié)點可用于運算各種公式。

運用FormulaNode，可以直接把很多公式輸入到程序框圖，當(dāng)一個函數(shù)方程有很多變量或很復(fù)雜時，此特性尤其有用。設(shè)計一個VI，計算產(chǎn)生一個與指定的數(shù)字相等的隨機(jī)數(shù)所需破費的時間。設(shè)計一個VI可以像計算器一樣進(jìn)展運算。前面板上有兩個數(shù)字控制器，用來輸入兩個數(shù)字，另有一個指示器，用來顯示VI對輸入數(shù)字進(jìn)展運算的結(jié)果。用一個滑動條控制器來選擇加、減、乘、除運算。設(shè)計一個VI，用公式節(jié)點來計算以下方程，并畫出y1和y2的曲線。y1=x3+x2+5，y2=mx+b

。實驗內(nèi)容：熟習(xí)數(shù)組的創(chuàng)建和數(shù)組函數(shù)的功能和運用。掌握二維圖形的繪制。實驗?zāi)康模簩嶒炈?/p>

數(shù)組和圖形數(shù)組的概念。

數(shù)組是一樣類型的數(shù)據(jù)元素的集合，指針在0到N－1的范圍內(nèi)變化，可以運用多維數(shù)組。

圖形是以曲線來顯示數(shù)組中的數(shù)據(jù)，常用的二維圖形控件有波形Chart和波形Graph和XYGraph，可用顯示多條曲線。圖形控件有很多特性可以用來改動曲線顯示的格式實驗原理：數(shù)組函數(shù)的主要功能有：

求數(shù)組大小ArraySize、數(shù)組檢索IndexArray、交換數(shù)組元素ReplaceArraySubset、插入數(shù)組元素InsertIntoArray、刪除元素DeleteFromArray、初始化數(shù)組InitializeArray、創(chuàng)建數(shù)組BuildArray、子數(shù)組ArraySubset、數(shù)組最大值和最小值A(chǔ)rrayMax&Min、二維數(shù)組轉(zhuǎn)置Transpose2DArray等，專門對一維數(shù)組的操作有循環(huán)移位、倒置、搜索、分別、排序、插值、閾值、接插、拆分設(shè)計一個VI，產(chǎn)生一個二維的隨機(jī)數(shù)數(shù)組〔3行10列〕，數(shù)組產(chǎn)生后，對每一行進(jìn)展索引并將每一行繪制在它本人的Graph上〔前面板中應(yīng)包括三個Graph指示器〕設(shè)計一個VI，產(chǎn)生一維數(shù)組，然后將相鄰的一對元素相乘〔從元素0和元素1開場〕，最后輸出結(jié)果數(shù)值。實驗內(nèi)容：設(shè)計一個VI來丈量溫度，每隔0.25秒測一次，共測定10秒。在數(shù)據(jù)采集過程中，VI將在波形chat上實時地顯示丈量結(jié)果。在采集過程終了后，在GRAPH上畫出數(shù)據(jù)波形曲線，并算出溫度的最大值，最小值和平均值。VI將顯示出最正確擬合的溫度圖形。設(shè)計一VI，用獨立的XY數(shù)組構(gòu)成一個圓環(huán)。熟習(xí)字符串函數(shù)的運用學(xué)習(xí)文件I/O操作。實驗?zāi)康模簩嶒炍?/p>

字符串和文件I/O操作字符串是ASCII字符的集合，LabVIEW有很多函數(shù)來處置各種類型的字符串。這些函數(shù)位于Function模板上的String子模板中

StringLength函數(shù)前往字符串中字符的個數(shù)。

ConcatenateString函數(shù)把一切的輸入字符和字符串銜接成一個輸出字符串。

MatchPattern函數(shù)前往匹配的子串，假設(shè)沒查找到匹配字符串那么前往字符串為空。

字符串格式化函數(shù)FormatIntoString把數(shù)值型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成ASCII字符串格式。實驗原理：文件的I/O操作是指向文件中寫入數(shù)據(jù)以及從文件中讀取數(shù)的操作，一切的文件I/O函數(shù)都在Functions模板的FileI/O子模板中。

Open/Create/ReplaceFile函數(shù)用來翻開、改換一個已存在的文件，或者創(chuàng)建一個新文件。

ReadFile函數(shù)從指定的文件讀取指定字節(jié)的數(shù)據(jù)。

WriteFile函數(shù)往指定的文件中寫入數(shù)據(jù)。

CloseFile函數(shù)封鎖指定的文件設(shè)計一個VI，把一個數(shù)字轉(zhuǎn)換成字符串，并將此字符串與其它字符串相連，構(gòu)成一個輸出字符串。同時，該VI要定義輸出字符串的長度。當(dāng)密碼匹配時，該VI也要能檢測出。設(shè)計一個VI，采集溫度值并保管到文件中，該VI也給每個讀數(shù)做時間標(biāo)識。設(shè)計一個VI，產(chǎn)生一個隨機(jī)數(shù)二維數(shù)組〔100行3列〕，把此數(shù)據(jù)寫入到電子表格文件。實驗內(nèi)容：了解波形的采樣、波形數(shù)據(jù)熟習(xí)產(chǎn)生仿真信號的函數(shù)。學(xué)會主要信號處置函數(shù)。實驗?zāi)康模簩嶒灹?/p>

測試信號的產(chǎn)生和分析電壓有效值：

電壓平均值：實驗原理：1、波形數(shù)據(jù)：對被測的模擬信號，進(jìn)展采樣，A/D變換，采樣率為fs,由時間起始值t0，采樣時間間隔Δt=1/fs，數(shù)組Y為各個時辰的采樣值。2、離散信號的電壓平均值及峰值的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下所示：3、信號的離散傅立葉變換〔DFT〕，F(xiàn)FT是DFT的快速算法。

x(t)經(jīng)采樣后變?yōu)閤(nT’)，T’為采樣周期，采樣頻率fs=1/T’。離散信號x(nT’)的傅里葉變換可以表示為

：X(k)是復(fù)數(shù)，信號的頻譜是它的模，為了方便顯示，做歸一化處置，用頻率分辨率為：來表示頻譜。產(chǎn)生和顯示正弦波、三角波、方波和鋸齒波4種離散波形，直流偏置、初相位、頻率和幅度可變，并且在產(chǎn)生的信號中參與高斯噪聲，改動采集率和采樣點數(shù)。求產(chǎn)生的信號的平均值、有效值，頻率。分別求峰值為1V，頻率為100Hz的正弦波、三角波、方波和鋸齒波的各次諧波的幅度譜，闡明誤差產(chǎn)生的緣由。〔確定采樣頻率、采樣點數(shù)〕。實驗內(nèi)容：熟習(xí)DAQ卡上計數(shù)器的原理與運用方法。實驗?zāi)康模簩嶒炂?/p>

計數(shù)器的運用實驗原理：計數(shù)器信號的特性參數(shù)計數(shù)器的簡化模型實驗內(nèi)容熟習(xí)虛擬儀器設(shè)計的方法、步驟掌握虛擬儀器的面板設(shè)計、程序設(shè)計掌握虛擬儀器軟硬件的調(diào)試、測試方法實驗?zāi)康模簩嶒灠?/p>

虛擬儀器設(shè)計實驗1、根本原理：采用高速A/D轉(zhuǎn)換器，采集信號的多個周期的波形數(shù)據(jù)并顯示，運用LabVIEW提供的波形丈量函數(shù)，計算出信號的峰峰值、有效值、平均值、頻率和周期。2、PCI卡是基于PCI總線多功能的數(shù)據(jù)采集卡。它有8個單端輸入或4個差分模擬輸入，1個12位的逐次逼近式ADC，2個12位DAC，24條數(shù)字I/O，3個16位計數(shù)/定時器。實驗原理：3、運用模擬輸入采集函數(shù)：〔學(xué)生自選〕4、運用波形丈量、數(shù)據(jù)處置函數(shù)：〔學(xué)生自選〕5、實驗連線圖運用提供的硬件，設(shè)計一個虛擬數(shù)字多用表，并且進(jìn)展調(diào)試、修正，給出測試結(jié)果和誤差分析。

設(shè)計要求：〔1〕輸入信號：0～5V,頻率1Hz～10KHz的正弦波、方波、三角波〔2〕丈量信號的峰峰值、有效值、平均值〔3〕丈量信號的頻率、周期〔4〕顯示信號的波形〔5〕采用PCI數(shù)據(jù)采集卡實驗內(nèi)容：實驗?zāi)康?、熟習(xí)示波器主要技術(shù)性能和功能。2、掌握示波器主要技術(shù)性能的測試方法。3、建立校正丈量儀器的概念。實驗內(nèi)容測試示波器的偏轉(zhuǎn)靈敏度、掃描速度、頻帶寬度和探頭衰減比，領(lǐng)會示波器中同步和觸發(fā)的作用，學(xué)會用外同步察看波形。實驗九示波器技術(shù)性能的測試

實驗原理1、偏轉(zhuǎn)靈敏度的定義2、掃描速度或時基因數(shù)3、頻帶寬度

輸入輸出清零時鐘ABQAQB…QHL×××LLLHL××QAOQBOQHOH↑HHHQAnQGnH↑L×LQAnQGnH↑×LLQAnQGn

實驗步驟1、了解高頻信號發(fā)生器的性能與運用方法：2、熟習(xí)觸發(fā)器正負(fù)極性及觸發(fā)電平的功能：3、測試偏轉(zhuǎn)靈敏度：4、測試掃描速度5、測試通頻帶6、用外同步方式和內(nèi)同步方式察看移位存放器的輸出波形思索題1、如何用示波器丈量直流電源的電壓？實驗報告1、實驗數(shù)據(jù)填入表格，用通頻帶的丈量數(shù)據(jù)在方格紙上畫出頻率特性曲線。2、將外同步丈量時的幾種波形畫出，對此作出分析。3、在實驗中，他對思索題中的問題是如何處理的。實驗?zāi)康?、研討不同檢波方式的電子電壓表在丈量各種波形交流電壓時的呼應(yīng)。2、研討交流電壓表的頻率呼應(yīng)。實驗內(nèi)容分別用平均值、峰值，有效值檢波的三種電壓表丈量函數(shù)發(fā)生器輸出的正弦波，方波、三角波電壓，判別各表的檢波類型。丈量其中一只電壓表呼應(yīng)于正弦波時的幅頻特性。實驗十電壓表波形呼應(yīng)和頻率呼應(yīng)的研討實驗原理1、電壓表的波形呼應(yīng)2、峰值電壓表3、均值電壓表4、有效值電壓表實驗步驟1、調(diào)理函數(shù)發(fā)生器，使輸出100KHz，VP-P=5.66V(值用示波器測試)，分別用三只電壓表對該輸出信號進(jìn)展測試，將讀數(shù)記錄進(jìn)數(shù)據(jù)表。2、將函數(shù)發(fā)生器改為三角波輸出，頻率、幅度與上述一樣，反復(fù)上述的丈量。3、將函數(shù)發(fā)生器改為方波輸出、頻率、幅度與上述一樣，反復(fù)上述的丈量。4、根據(jù)測得數(shù)據(jù)判別各電壓表的檢波類型。5、丈量電壓表表1的幅頻特性(只丈量低頻段)。思索題1、為什么當(dāng)丈量信號頻率發(fā)生變化時，電壓表的丈量值會發(fā)生變化？2、三種電壓表各有什么樣的優(yōu)缺陷。實驗報告1、實驗報告中應(yīng)將電壓表判別方法和判別結(jié)果寫明。對于電壓表表1，運用方格紙將其頻率呼應(yīng)曲線畫出，找出頻帶下限。2、在實驗中，他對思索題中問題的分析。實驗?zāi)康?、了解倍頻式鎖相環(huán)和頻率合成信號源的根本原理。2、了解鎖相環(huán)和計數(shù)器電路的運用方法。3、鍛煉學(xué)生整理數(shù)據(jù)的才干。實驗內(nèi)容觀測壓控振蕩器的頻率變化和鎖相環(huán)的頻率鎖定形狀。用鎖相環(huán)集成電路和分頻器集成電路組成一個輸出頻率可變的信號源。實驗十一頻率合成信號源

實驗原理1、倍頻式鎖相環(huán)

鎖相環(huán)電路

實驗步驟1、鎖相環(huán)的觀測2、計數(shù)器分頻的實現(xiàn)3、頻率合成信號源的實現(xiàn)思索題1、選用50KHz作為fi是什么道理？結(jié)合實驗中詳細(xì)數(shù)據(jù)給予闡明。實驗報告1、報告中包含實驗預(yù)習(xí)情況，包括實驗內(nèi)容、實驗步驟等。2、自行設(shè)計頻率合成實驗中開關(guān)形狀和輸出頻率的表格，并記錄數(shù)據(jù)。3、在實驗中，他對思索題中問題的分析。實驗?zāi)康?、了解掃頻儀的原理和運用，加深對系統(tǒng)頻率特性曲線的感性認(rèn)識。2、了解濾波器的頻率特性實驗內(nèi)容學(xué)習(xí)掃頻儀的運用，觀測掃頻儀的掃頻范圍，用掃頻儀丈量濾波器的頻率特性。

實驗十二掃頻儀的運用實驗原理掃頻丈量技術(shù)在現(xiàn)代丈量中，為了丈量系統(tǒng)的全面表征，需求從以往的靜態(tài)丈量轉(zhuǎn)變到動態(tài)丈量。掃頻丈量就是一種動態(tài)丈量。所謂掃頻，就是利用某種方法，使正弦信號的頻率隨時間按一定規(guī)律，在一定范圍內(nèi)反復(fù)掃動，這種頻率掃動的正弦信號，稱為掃頻信號。利用掃頻信號，可以在頻域內(nèi)對元器件或系統(tǒng)的頻率特性進(jìn)展動態(tài)丈量。實驗步驟1、掃頻儀開機(jī)后將掃頻信號直接輸入檢波器，檢波器的輸出信號送入“垂直輸入〞端；調(diào)理輸出衰減到最小，適當(dāng)調(diào)理“垂直增益〞，“頻標(biāo)選擇〞、“掃頻寬度〞、“中心頻率〞等旋鈕，在顯示屏上察看零拍標(biāo)志，練習(xí)頻標(biāo)的讀出，檢查掃頻儀的掃頻范圍．