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虚拟仪器技术实验指导书
虚拟仪器技术
实验指导书
徐洋郭鹏编著
实验一、基于Labwindows/CVI的基础设计与应用1
实验二、基于LabVIEW的基础设计与应用3
实验三、基于ELVIS平台的模拟信号发生与采集5
实验四、基于ELVIS平台的数字信号发生与采集7
实验五、RC电参数测量8
实验六、直流电机调速与转速测量10
实验一基于Labwindows/CVI的基础设计与应用
一、实验目的
通过本实验,学习虚拟仪器语言Labwindows/CVI设计的基本方法、常用函数的使用方法和设计全过程。
学习函数功能的检验方法和c语言编程方法;学习非线性校正概念和用曲线拟合法实现非线性校正。
二、实验原理
1、设计一个铁—康铜热电偶非线性校正仪,该非线性校正仪能在(0-400)℃的温度范围内自动校正铁—康铜热电偶的非线性,所用公式如下:
其中,,,用户可键入铁—康铜热电偶的热电势值E,非线性校正仪按照公式给出对应热电势E的温度T;
2、设计一个虚拟比较功能检验仪,该检验仪能对输入的信号进行比较;
三、实验内容
1、设计一个铁—康铜热电偶非线性校正仪,该非线性校正仪能在(0-400)℃的温度范围内自动校正铁—康铜热电偶的非线性,所用公式如下:
其中,,,
1)仪器面板上放置2个数字值控件和2个按钮;1个数值型控件为输入数值E,由用户键入铁—康铜热电偶的热电势值E的数值,另外1个数值型控件为显示输出值,显示对应热电势E的温度T;按钮用来启动校正和停止程序;
2)设定2个数值型控件和开关型控件的属性,编写主程序main;
3)检验输入热电势的值E=0mV、5.268mV、10.777mV、16.325mV和21.846mV,校正仪应相应显示温度:
T=0℃、100℃、200℃、300℃、400℃
2、设计一个虚拟比较功能检验仪,该检验仪能对输入的信号进行比较:
用户键入输入量x、参考量y;将x和y的值进行比较。
当x
校验仪有2种工作模式:
“校验”和“不校验”;
1)仪器面板上放置3个数字值控件、1个开关型控件和2个按钮;2个数值型控件为输入数值,由用户分别键入输入量x和参考量y的数值,另外1个数值型控件为显示输出值,可显示“True”或“False”;开关型控件实现两种状态:
“校验”和“不校验”的转换,当开关在“不校验”状态时,输出显示“NoResult”;按钮用来启动校验和停止程序;
2)设定3个数值型控件和开关型控件的属性,编写主程序main;
3)令y=20.65,在(0-30)范围内输入x值,观察校验仪显示状态。
将开关分别拨向“校验”和“不校验”观察校验仪显示状态;
四.实验总结
对实验中运用Labwindows/CVI编程经验进行总结,在实验报告中提交本实验所编写的程序。
实验二基于LabVIEW的基础设计与应用
一、实验目的
通过本实验,学习虚拟仪器语言LabVIEW设计的基本方法、常用组件的使用方法和设计全过程。
学习图形化的编程方法;学习非线性校正概念和用曲线拟合法实现非线性校正;练习正弦波、方波、三角波产生函数的使用方法;学习如何使用数据采集卡以及EIVIS产生实际波形信号。
二、实验原理
1、设计一个铁—康铜热电偶非线性校正仪,该非线性校正仪能在(0-400)℃的温度范围内自动校正铁—康铜热电偶的非线性,所用公式如下:
其中,,,
用户可键入铁—康铜热电偶的热电势值E,非线性校正仪按照公式给出对应热电势E的温度T;
2、设计一个虚拟比较功能检验仪,该检验仪能对输入的信号进行比较;
3、设计一个虚拟信号发生器,练习正弦波、方波、三角波产生函数的使用方法。
信号的幅度、频率和初始相位由用户确定。
三、实验内容
1、设计一个铁—康铜热电偶非线性校正仪,该非线性校正仪能在(0-400)℃的温度范围内自动校正铁—康铜热电偶的非线性,所用公式如下:
其中,,,
1)仪器面板上放置2个数字值控件和2个按钮;1个数值型控件为输入数值E,由用户键入铁—康铜热电偶的热电势值E的数值,另外1个数值型控件为显示输出值,显示对应热电势E的温度T;按钮用来启动校正和停止程序;
2)设定2个数值型控件和开关型控件的属性,编写流程图主程序;
3)检验输入热电势的值E=0mV、5.268mV、10.777mV、16.325mV和21.846mV,校正仪应相应显示温度:
T=0℃、100℃、200℃、300℃、400℃
2、设计一个虚拟比较功能检验仪,该检验仪能对输入的信号进行比较:
用户键入输入量x、参考量y;将x和y的值进行比较。
当x
校验仪有2种工作模式:
“校验”和“不校验”;
1)仪器面板上放置3个数字值控件、1个开关型控件和2个按钮;2个数值型控件为输入数值,由用户分别键入输入量x和参考量y的数值,另外1个数值型控件为显示输出值,可显示“True”或“False”;开关型控件实现两种状态:
“校验”和“不校验”的转换,当开关在“不校验”状态时,输出显示“NoResult”;按钮用来启动校验和停止程序;
2)设定3个数值型控件和开关型控件的属性,编写流程图主程序;
3)令y=20.65,在(0-30)范围内输入x值,观察校验仪显示状态。
将开关分别拨向“校验”和“不校验”观察校验仪显示状态;
3、设计一个虚拟信号发生器,练习正弦波、方波、三角波产生函数的使用方法。
信号的幅度、频率和初始相位由用户确定;
1)仪器面板上放置4个数字值控件、1个开关型控件、2个按钮和1个波形显示框;3个数值型控件为输入数值,由用户分别键入
幅度值A:
0.1~5.0;
频率值f:
0.1Hz~10kHz;
初始相位值Φ:
0度~180度;
开关型控件实现三种输出波形的切换:
“正弦波”、“方波”和“三角波”;显示框用来显示输出的波形;显示按钮用来启动产生波形以及启动显示框,停止按钮用来停止程序;
2)设定数值型控件、开关型控件和图形显示框的属性,编写流程图主程序;注意正弦波信号产生函数使用;方波信号产生函数使用;三角波信号产生函数使用。
3)调试编译程序,并在图像显示框中观察信号波形的正确性。
四、实验总结
对实验中运用LabVIEW编程经验进行总结,在实验报告中提交本实验所编写的程序。
实验三基于ELVIS平台的模拟信号发生与采集
一.实验目的
通过本实验,学习虚拟仪器语言LabVIEW设计的基本方法、常用组件的使用方法和设计全过程。
学习图形化的编程方法;练习正弦波、方波、三角波产生函数的使用方法;学习如何使用数据采集卡以及EIVIS产生实际波形信号;学习FFT频谱分析法。
二.实验原理
1、FFT频谱分析法原理
在有限区间(t,t+T)内绝对可积的任一周期函数x(t),它的傅立叶技术展开式为:
同时,x(t)可以表示为:
,,
,,
由此可得,两信号的相位差为:
此方法基于联系信号离散化处理的离散傅立叶变换(DFT)。
FFT是DFT的一种快速算法。
它要求所处理的数据总数为2m,因此对采集的数据总数有要求,另外,要求采样必须满足采样定理,否则发生频谱混叠。
三.实验内容
1、用虚拟仪器编程语言(LabVIEW)对数据采集卡硬件访问的过程与函数,将虚拟信号发生器所产生的信号,通过数据采集卡和EIVIS实验平台生成实际信号,并利用数字示波器观察所输出的信号,包括正弦波、方波、三角波的幅度频率初始相位,与理论设计相比较。
2、用FFT法对产生的正弦信号进行频谱分析,获得信号的频率、幅值和初始相位。
四.实验总结
对实验中运用LabVIEW编程经验进行总结,在实验报告中提交本实验所编写的程序。
分析第4步产生实际信号中误差产生的原因,讨论如何提高信号精确度。
实验四基于ELVIS平台的数字信号发生与采集
一.实验目的
通过本实验,学习虚拟仪器语言LabVIEW设计的基本方法、常用组件的使用方法和设计全过程。
学习图形化的编程方法;练习DIO函数的使用方法;学习如何使用数据采集卡以及EIVIS产生和接受实际的数字信号。
二.实验原理
一般数据采集卡上都有DI/O功能,用来实现数据采集的触发、控制及计数等功能。
DI/O按TTL逻辑电平设计,其逻辑低电平在0到0.7V之间,高电平在3.4到5.0V之间。
数采板上多路(Line)数字I/O组成一组后被称为端口(Port)。
一个端口由多少路数字I/O组成是依据其数采板而定的,在大多数情况下4或8路数字I/O组成一个端口。
当读写端口时,你可以在同一时刻设置或获取多路DI/O的状态。
数字量输入输出的应用分为以下两类:
立即型(非锁存型)和定时型(锁存型)。
在立即型情况下,当你调用数字I/O函数后立即更新或读取数字量某一路或端口的状态。
在定时型情况下,你可以使用外部信号来控制数字量数据的传输。
DIO函数的位置在Function>>AllFunction>>InstrumentsI/O>>InstrumentDriver>>NIELVES。
三.实验内容
1、用虚拟仪器编程语言(LabVIEW)对数据采集卡硬件访问的过程与函数,使用DIO函数在数字输出端口产生的数字信号控制原型板上的LED灯,使LED灯每秒钟闪烁一次。
2、用DIO函数从DI端口读回由DO端口产生的数字信号。
四.实验总结
对实验中运用LabVIEW编程经验进行总结。
实验五RC电参数测量
一.实验目的
学习虚拟仪器语言LabVIEW设计的基本方法、常用组件的使用方法和设计全过程。
学习虚拟RC测试的工作原理和使用方法。
二.实验原理
1、测试接线图
测试接线图如图1所示
在图1中,Zx为被测阻抗,Rs为采样电阻。
U为幅度可调信号源(频率固定为50Hz)
2、测试方法由图1可知:
,令被测阻抗Zx=Rx+jx,则有
式中φ为U和Us的相位差。
例如一直阻抗Zx为电阻、电容的串联阻抗,即:
通过以上的测量运算可获得被测电阻R和被测电容C的值:
以上参数U,Us及φ的获取,是采用FFT运算来实现的,具体方法是:
对U及Us信号进行交替采样。
结果送入计算机。
计算机对两个信号的采样结果分别进行FFT运算,可得2者的幅值与初相角。
将这些值带入上述的有关计算式中,即得到最终的测量结果。
需要注意的问题是对信号在一个周期内均匀采样,否则会给FFT运算结果带来误差。
三.实验内容
1、连接实验线路。
Zx接被测阻抗,Rs为采样电阻(100欧),U为信号源输出。
信号源输出采用EVILS的一路模拟信号进行输出,U和Us的测量分别接入EVILS的两路模拟信号输入。
本虚拟RC测试中信号源频率固定为50Hz。
2、测量若干待测电阻R
R的范围为:
100Ω、200Ω,300Ω……
利用虚拟RLC测试仪测量,并记录数据。
利用万用表测量,并记录数据。
3、测量若干待测电容C
C的范围为:
0.01uF、0.1uF,1uF,10uF……
利用虚拟RLC测试仪测量,并记录数据。
利用万用表测量,并记录数据。
4、数据处理
R(Ω)
100
200
510
1000
10000
采样电阻Rs
虚拟RLC测量结果
万用表测量结果
C(uF)
0.1
1
采样电阻Rs
虚拟RLC测量结果
万用表测量结果
四.实验总结
对实验中运用LabVIEW编程经验进行总结。
试研究虚拟RLC测试仪的误差来源(从信号源频率、幅值输出的稳定性、采集卡的采样速度、采样电阻的准确度等方面进行分析)。
实验六直流电机调速与转速测量
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