虛擬儀器與電子測(cè)量實(shí)驗(yàn)

虛擬儀器與電子丈量實(shí)驗(yàn)電子信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)一創(chuàng)建和編輯VI程序、建立和調(diào)用子VI實(shí)驗(yàn)二循環(huán)和圖表實(shí)驗(yàn)三分支構(gòu)造、順序構(gòu)造和公式節(jié)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)四數(shù)組和圖形實(shí)驗(yàn)五字符串和文件I/O操作實(shí)驗(yàn)六測(cè)試信號(hào)的產(chǎn)生和分析實(shí)驗(yàn)七計(jì)數(shù)器的運(yùn)用實(shí)驗(yàn)八虛擬儀器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)九示波器技術(shù)性能的測(cè)試實(shí)驗(yàn)十電壓表波形呼應(yīng)和頻率呼應(yīng)的研討實(shí)驗(yàn)十一頻率合成信號(hào)源實(shí)驗(yàn)十二掃頻儀的運(yùn)用實(shí)驗(yàn)十三用李沙育圖形丈量頻率實(shí)驗(yàn)一創(chuàng)建和編輯VI程序、建立和調(diào)用子VI熟習(xí)LabVIEW的運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境學(xué)會(huì)創(chuàng)建VI程序掌握編輯VI程序的方法學(xué)習(xí)運(yùn)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(shí)驗(yàn)?zāi)康模篤I〔虛擬儀器〕有三個(gè)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)擊該按鈕找到出錯(cuò)的對(duì)象。

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

用圖標(biāo)編輯器〔IconEditor〕來(lái)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(shí)，先選擇VI需求的端口數(shù)，然后運(yùn)用連線工具將前面板的指示器和控制器分配給每一個(gè)端口。◆調(diào)用子VI的方法：在Function模板中選擇SelectaVI…選項(xiàng)翻開BouncingCubeVI〔在BASCLASS.LLB庫(kù)內(nèi)〕。創(chuàng)建一個(gè)VI程序：比較兩個(gè)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(gè)將作為VI子程序的一個(gè)丈量溫度的VI程序。選擇程序框圖的部分節(jié)點(diǎn)，用CreatSubVI選項(xiàng)創(chuàng)建VI子程序。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：學(xué)習(xí)運(yùn)用While循環(huán)和For循環(huán)。學(xué)習(xí)運(yùn)用圖表繪制循環(huán)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)曲線。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)二

循環(huán)和圖表While循環(huán)和For循環(huán)是兩種可以用來(lái)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(shí)驗(yàn)原理：循環(huán)時(shí)間的設(shè)定。

運(yùn)用WaitUntilNextmsMultiple函數(shù)，設(shè)定每次循環(huán)的時(shí)間為指定的毫秒數(shù)〔1s=1000ms〕運(yùn)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(gè)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(gè)旋鈕控制器可以在0～2秒之間調(diào)理循環(huán)速率，運(yùn)用一開關(guān)控制VI程序運(yùn)轉(zhuǎn)。運(yùn)用移位存放器求平均值。創(chuàng)建一個(gè)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(diǎn)亮前面板的2個(gè)LED實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：控制量：思索和練習(xí)：1、創(chuàng)建一個(gè)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(jì)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(jì)自動(dòng)控制中的數(shù)字PID計(jì)算程序，并且在一個(gè)圖上同時(shí)顯示設(shè)定值、實(shí)測(cè)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(jì)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(diǎn)的運(yùn)用實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)三

分支構(gòu)造、順序構(gòu)造和公式節(jié)點(diǎn)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(gè)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(yùn)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(gè)要執(zhí)行的部分置于構(gòu)造的第二幀，以此類推。實(shí)驗(yàn)原理：公式節(jié)點(diǎn)可用于運(yùn)算各種公式。

運(yùn)用FormulaNode，可以直接把很多公式輸入到程序框圖，當(dāng)一個(gè)函數(shù)方程有很多變量或很復(fù)雜時(shí)，此特性尤其有用。設(shè)計(jì)一個(gè)VI，計(jì)算產(chǎn)生一個(gè)與指定的數(shù)字相等的隨機(jī)數(shù)所需破費(fèi)的時(shí)間。設(shè)計(jì)一個(gè)VI可以像計(jì)算器一樣進(jìn)展運(yùn)算。前面板上有兩個(gè)數(shù)字控制器，用來(lái)輸入兩個(gè)數(shù)字，另有一個(gè)指示器，用來(lái)顯示VI對(duì)輸入數(shù)字進(jìn)展運(yùn)算的結(jié)果。用一個(gè)滑動(dòng)條控制器來(lái)選擇加、減、乘、除運(yùn)算。設(shè)計(jì)一個(gè)VI，用公式節(jié)點(diǎn)來(lái)計(jì)算以下方程，并畫出y1和y2的曲線。y1=x3+x2+5，y2=mx+b

。實(shí)驗(yàn)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(yùn)用。掌握二維圖形的繪制。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)四

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(yùn)用多維數(shù)組。

圖形是以曲線來(lái)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(lái)改動(dòng)曲線顯示的格式實(shí)驗(yàn)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(duì)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(jì)一個(gè)VI，產(chǎn)生一個(gè)二維的隨機(jī)數(shù)數(shù)組〔3行10列〕，數(shù)組產(chǎn)生后，對(duì)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(gè)Graph指示器〕設(shè)計(jì)一個(gè)VI，產(chǎn)生一維數(shù)組，然后將相鄰的一對(duì)元素相乘〔從元素0和元素1開場(chǎng)〕，最后輸出結(jié)果數(shù)值。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)VI來(lái)丈量溫度，每隔0.25秒測(cè)一次，共測(cè)定10秒。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，VI將在波形chat上實(shí)時(shí)地顯示丈量結(jié)果。在采集過(guò)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(jì)一VI，用獨(dú)立的XY數(shù)組構(gòu)成一個(gè)圓環(huán)。熟習(xí)字符串函數(shù)的運(yùn)用學(xué)習(xí)文件I/O操作。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)五

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(lái)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(gè)數(shù)。

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

MatchPattern函數(shù)前往匹配的子串，假設(shè)沒(méi)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(shí)驗(yàn)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(lái)翻開、改換一個(gè)已存在的文件，或者創(chuàng)建一個(gè)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(jì)一個(gè)VI，把一個(gè)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(gè)輸出字符串。同時(shí)，該VI要定義輸出字符串的長(zhǎng)度。當(dāng)密碼匹配時(shí)，該VI也要能檢測(cè)出。設(shè)計(jì)一個(gè)VI，采集溫度值并保管到文件中，該VI也給每個(gè)讀數(shù)做時(shí)間標(biāo)識(shí)。設(shè)計(jì)一個(gè)VI，產(chǎn)生一個(gè)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(shí)驗(yàn)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(hào)的函數(shù)。學(xué)會(huì)主要信號(hào)處置函數(shù)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)六

測(cè)試信號(hào)的產(chǎn)生和分析電壓有效值：

電壓平均值：實(shí)驗(yàn)原理：1、波形數(shù)據(jù)：對(duì)被測(cè)的模擬信號(hào)，進(jìn)展采樣，A/D變換，采樣率為fs,由時(shí)間起始值t0，采樣時(shí)間間隔Δt=1/fs，數(shù)組Y為各個(gè)時(shí)辰的采樣值。2、離散信號(hào)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(hào)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(hào)x(nT’)的傅里葉變換可以表示為

：X(k)是復(fù)數(shù)，信號(hào)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(lái)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(hào)中參與高斯噪聲，改動(dòng)采集率和采樣點(diǎn)數(shù)。求產(chǎn)生的信號(hào)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?！泊_定采樣頻率、采樣點(diǎn)數(shù)〕。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：熟習(xí)DAQ卡上計(jì)數(shù)器的原理與運(yùn)用方法。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)七

計(jì)數(shù)器的運(yùn)用實(shí)驗(yàn)原理：計(jì)數(shù)器信號(hào)的特性參數(shù)計(jì)數(shù)器的簡(jiǎn)化模型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容熟習(xí)虛擬儀器設(shè)計(jì)的方法、步驟掌握虛擬儀器的面板設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)掌握虛擬儀器軟硬件的調(diào)試、測(cè)試方法實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)八

虛擬儀器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)1、根本原理：采用高速A/D轉(zhuǎn)換器，采集信號(hào)的多個(gè)周期的波形數(shù)據(jù)并顯示，運(yùn)用LabVIEW提供的波形丈量函數(shù)，計(jì)算出信號(hào)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(gè)單端輸入或4個(gè)差分模擬輸入，1個(gè)12位的逐次逼近式ADC，2個(gè)12位DAC，24條數(shù)字I/O，3個(gè)16位計(jì)數(shù)/定時(shí)器。實(shí)驗(yàn)原理：3、運(yùn)用模擬輸入采集函數(shù)：〔學(xué)生自選〕4、運(yùn)用波形丈量、數(shù)據(jù)處置函數(shù)：〔學(xué)生自選〕5、實(shí)驗(yàn)連線圖運(yùn)用提供的硬件，設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬數(shù)字多用表，并且進(jìn)展調(diào)試、修正，給出測(cè)試結(jié)果和誤差分析。

設(shè)計(jì)要求：〔1〕輸入信號(hào)：0～5V,頻率1Hz～10KHz的正弦波、方波、三角波〔2〕丈量信號(hào)的峰峰值、有效值、平均值〔3〕丈量信號(hào)的頻率、周期〔4〕顯示信號(hào)的波形〔5〕采用PCI數(shù)據(jù)采集卡實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)?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(cè)試方法。3、建立校正丈量?jī)x器的概念。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測(cè)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(huì)示波器中同步和觸發(fā)的作用，學(xué)會(huì)用外同步察看波形。實(shí)驗(yàn)九示波器技術(shù)性能的測(cè)試

實(shí)驗(yàn)原理1、偏轉(zhuǎn)靈敏度的定義2、掃描速度或時(shí)基因數(shù)3、頻帶寬度

輸入輸出清零時(shí)鐘ABQAQB…QHL×××LLLHL××QAOQBOQHOH↑HHHQAnQGnH↑L×LQAnQGnH↑×LLQAnQGn

實(shí)驗(yàn)步驟1、了解高頻信號(hào)發(fā)生器的性能與運(yùn)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(cè)試偏轉(zhuǎn)靈敏度：4、測(cè)試掃描速度5、測(cè)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(shí)驗(yàn)報(bào)告1、實(shí)驗(yàn)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(shí)的幾種波形畫出，對(duì)此作出分析。3、在實(shí)驗(yàn)中，他對(duì)思索題中的問(wèn)題是如何處理的。實(shí)驗(yàn)?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(shí)的呼應(yīng)。2、研討交流電壓表的頻率呼應(yīng)。實(shí)驗(yàn)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(shí)的幅頻特性。實(shí)驗(yàn)十電壓表波形呼應(yīng)和頻率呼應(yīng)的研討實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(cè)試)，分別用三只電壓表對(duì)該輸出信號(hào)進(jìn)展測(cè)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(cè)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(hào)頻率發(fā)生變化時(shí)，電壓表的丈量值會(huì)發(fā)生變化？2、三種電壓表各有什么樣的優(yōu)缺陷。實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告中應(yīng)將電壓表判別方法和判別結(jié)果寫明。對(duì)于電壓表表1，運(yùn)用方格紙將其頻率呼應(yīng)曲線畫出，找出頻帶下限。2、在實(shí)驗(yàn)中，他對(duì)思索題中問(wèn)題的分析。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解倍頻式鎖相環(huán)和頻率合成信號(hào)源的根本原理。2、了解鎖相環(huán)和計(jì)數(shù)器電路的運(yùn)用方法。3、鍛煉學(xué)生整理數(shù)據(jù)的才干。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容觀測(cè)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(gè)輸出頻率可變的信號(hào)源。實(shí)驗(yàn)十一頻率合成信號(hào)源

實(shí)驗(yàn)原理1、倍頻式鎖相環(huán)

鎖相環(huán)電路

實(shí)驗(yàn)步驟1、鎖相環(huán)的觀測(cè)2、計(jì)數(shù)器分頻的實(shí)現(xiàn)3、頻率合成信號(hào)源的實(shí)現(xiàn)思索題1、選用50KHz作為fi是什么道理？結(jié)合實(shí)驗(yàn)中詳細(xì)數(shù)據(jù)給予闡明。實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、報(bào)告中包含實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)情況，包括實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟等。2、自行設(shè)計(jì)頻率合成實(shí)驗(yàn)中開關(guān)形狀和輸出頻率的表格，并記錄數(shù)據(jù)。3、在實(shí)驗(yàn)中，他對(duì)思索題中問(wèn)題的分析。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解掃頻儀的原理和運(yùn)用，加深對(duì)系統(tǒng)頻率特性曲線的感性認(rèn)識(shí)。2、了解濾波器的頻率特性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)習(xí)掃頻儀的運(yùn)用，觀測(cè)掃頻儀的掃頻范圍，用掃頻儀丈量濾波器的頻率特性。

實(shí)驗(yàn)十二掃頻儀的運(yùn)用實(shí)驗(yàn)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(dòng)態(tài)丈量。掃頻丈量就是一種動(dòng)態(tài)丈量。所謂掃頻，就是利用某種方法，使正弦信號(hào)的頻率隨時(shí)間按一定規(guī)律，在一定范圍內(nèi)反復(fù)掃動(dòng)，這種頻率掃動(dòng)的正弦信號(hào)，稱為掃頻信號(hào)。利用掃頻信號(hào)，可以在頻域內(nèi)對(duì)元器件或系統(tǒng)的頻率特性進(jìn)展動(dòng)態(tài)丈量。實(shí)驗(yàn)步驟1、掃頻儀開機(jī)后將掃頻信號(hào)直接輸入檢波器，檢波器的輸出信號(hào)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．