2011年虚拟仪器实验指导书
虚拟仪器实验虚拟仪器实验 指导书指导书 代峰燕代峰燕 机电工程系机电工程系 2011 年年 3 月月 实验报告模板 一、实验名称：波形测量 二、实验目的：学习如何利用 LabVIEW 开发平台设计一个虚拟数字电压表，可以测量指定通道的交、直流信号的平均值、有效值和峰值。 三、实验环境： 软件：中文Windows xp，LabVIEW 8.2。 硬件：计算机、数据采集卡PCI-6221、信号发生器和示波器。 四、实验要求： （1）实现功能：电压数字显示，采样频率、采样点数设置，有效值、平均值和峰值测量。 （2）画出程序流程图。 （3）用示波器，万用表对照测量结果，并作出误差分析。 五、实验内容： 1、前面板设计：、前面板设计： 数字电压表的前面板应根据仪器功能要求进行设计，首先要考虑的因素是界面友好，操作方便。 采样频率输入框输入对模拟信号的采样频率，这个值应该小于 DAQ 板的模/数转换速率（PCI-6221 的模/数转换速率为 250k）并且根据奈奎斯特采样定理，此值又应该大于二倍信号的最高频率，所以在输入此值时应该考虑两方面的限制。 采样点输入框在采样频率确定后决定了对信号采样的周期数（对周期信号而言） 。 启动/停止测量按钮决定了是进行测量还是终止测量。 2、程序框图分析：、程序框图分析： （一定要把程序介绍清楚，语言要明了；注意数据的流向要说明白；说明顺序与方法可以自己安排） 六、误差分析：测量的信号类型，幅值，有效值，频率 七、结论： 八、实验中遇到的问题及解决方法 九、改进与建议 实验一 波形测量（A/D 采集） 实验一 波形测量（A/D 采集） 一、实验目的 （1）熟悉虚拟仪器组成和 LabVIEW 编程环境，掌握 LabVIEW 的编程方法，熟悉 LabVIEW 程序设计、调试的基本方法。 （2）掌握典型计算机数据采集系统的组成及软、硬件基本框架；掌握 LabVIEW 安装，以及采集卡驱动， 了解 PCI-6221 数据采集卡的技术性能参数，信号发生器功能及使用，数据采集卡连接电缆引脚功能定义 等； （3）测量出的波形周期、频率和电压值。 二、实验设备 （1） 一台安装了 LabVIEW 软件的计算机。 （2） PCI-6221E 数据采集板。 （3） 信号发生器。 （4） 一些同轴电缆线和导线。 三、实验步骤 1 实验准备（熟悉仪器使用） （1） 函数发生器：设定幅值，频率，信号类型 （2） Max 配置（数据采集卡的驱动测试） 2 实验过程 实验波形为 1000Hz，幅值 5v 的正弦波，20000Hz，幅值 5.5v 的方波，0.1Hz，幅值为 10v 的三角波。 （每组的信号频率幅值不同多种信号）（每组的信号频率幅值不同多种信号） 1） 虚拟示波器： 实现功能：有效值、平均值和峰值测量。 2） 读出并在数据表格中记录下显示的值。 （虚拟仪器要求有效值，峰值，平均值，频率，周期； ） 次数 数值 第一次测量 第二次测量 第三次测量 平均值 虚拟仪器 四、实验报告 五、实验分析表格 注意： 采样频率输入框输入对模拟信号的采样频率， 这个值应该小于 DAQ板的模/数转换速率 （PCI-6221的模/数转换速率为 250k）并且根据奈奎斯特采样定理，此值又应该大于二倍信号的最高频率，所以在输入此值时应该考虑两方面的限制。采样点输入框在采样频率确定后决定了对信号采样的周期数（对周期信号而言）。启动/停止测量按钮决定了是进行测量还是终止测量。 思考题：如何确定测量的真值？ 附数据采集助手的配置附数据采集助手的配置 模拟量数据采集部分： 1. 数据采集助手的配置（每行从左向右的顺序配置） ：DAQ 助手助手 8.6 版本，版本，8.2 版本类似。版本类似。 注意采样率的选择，必须满足采样定理。注意采样率的选择，必须满足采样定理。 选：是是 2. 信号分析 Express 实验二 模拟输出电压信号 实验二 模拟输出电压信号 一、实验原理： 模拟输出是一个从计算机中产生电信号的过程。模拟输出是由数模转换(D/A)操作产生的。可用于任务的模拟输出类型有电压和电流。 模拟输出通常是为采集系统提供激励。输出信号受数模转换器（D/A）的建立时间、转换率、 分辨率等因素影响。 建立时间和转换率决定了输出信号幅值改变的快慢。 建立时间短、转换率高的 D/A 可以提供一个较高频率的信号。 如果用 D/A 的输出信号去驱动一个加热器，就不需要使用速度很快的 D/A， 因为加热器本身就不能很快地跟踪电压变化。 应该根据实际需要选择 D/A 的参数指标。 二、实验内容：二、实验内容： 模拟输出：使用 pci6221 多功能卡输出模拟电压。 要求电压以 0.5V 的增量输出 09.5V 的电压。 同时使用上次开发的模拟输入的 VI 读取数据并将结果显示在仪表上。 提示：要求使用模拟输出 CH0 连接到模拟输入（就近连线，注意每组间隔变化）时间延迟函数使循环每隔 3 秒执行一次。 选择函数用于检查循环是否进入最后一次迭代， 是的话就输出 0V，保护连接设备。For 循环禁止索引。 三、实验步骤：三、实验步骤： 1）配置 DAQ Assistant 步骤： 配置 DAQ Assistant 的第一屏中选择 Analog OutputVoltage； 选择 Dev1ao0 作为物理通道，单击 Finish 按钮； 在出现的 Analog Output Voltage Configration对 话 框 中 将Task Timing 配置为 Generate 1 Sample并将输出范围的最大最小值改为 0和 10; 单 击 OK 关 闭 Analog Output Voltage Configration 对话框，保存任务设置。 注释：注释： 生成生成 1 个样本个样本 当信号电平高低比信号的产生率更重要时，就应使用单点刷新。 生成生成 n 个样本个样本 完成单通道或多通道多样本生成的一种方法就是重复生成单一样本。 但是， 反复在单通道或多通道上生成单一的数据样本不仅效率低下，而且费时。除此之外，还无法准确控制样本间或通道间的生成间隔。相反地，硬件定时使用计算机内存中的缓冲区，可以更有效地生成数据。 软件定时和硬件定时都可用于控制信号产生的时间。 使用软件定时的时候， 样本的生成速率取决于软件和操作系统，而不是测量设备。使用硬件定时的时候，一个 TTL 信号(如设备上的时钟)控制了信号的产生速率。硬件时钟的运行速度可以比软件循环的运行速度快很多，而且硬件时钟比软件循环更为准确。 如果通过编程来实现，就需要用定时函数，并指定 sample rate 和 samplemode (finite)。如果协同使用其它的函数，可以完成单通道或多通道的多样本生成。 如要产生一个有限的随时间变化的信号(如交流正弦波)，可以用生成 n 个样本的方法。 连续生成连续生成 连续生成需要有事件发生来停止生成信号，除此之外，它和生成 n 个样本很相似。如要连续地产生信号，如生成一个无限的交流正弦波，设置定时模式为 continuous。 2)创建一个数字输入控件，改变数值 注意，改变以后，输出通道将一直保持该数值，所以不要短接 D/A，不用时应该恢复到0v。 3)另外建立一个循环，用数据采集助手采集采集 D/A 输出数据输出数据（或者用万用表，示波器测量）或者用万用表，示波器测量） 注意配置单点采集。注意配置单点采集。 创建仪表显示控件，调整范围，注意显示数字框 创建开关控件 创建循环 创建采集助手 选择电压测量类型，配置通道（根据自己的情况，灵活掌握） （D/A0 是 22,55 是地） 设置任务定时 延时 0.1s 完成 4)继续添加完成程序框图 思考：怎么产生连续的信号，如正弦波，三角波等？思考：怎么产生连续的信号，如正弦波，三角波等？ 实验三实验三 数据采集卡数字数据采集卡数字 I/O 一、实验原理一、实验原理 1、数字 I/O 数字 I/O 通常用来控制过程、产生测试信号、与外设通信等。它的重要参数包括：数字口路数（line） 、接收 (发送 )率、驱动能力等。如果输出去驱动电机、灯、开关型加热器等用电器，就不必用较高的数据转换率。路数要能同控制对象配合，而且需要的电流要小于采集卡所能提供的驱动电流。 但加上合适的数字信号调理设备， 仍可以用采集卡输出的低电流的 TTL 电平信号去监控高电压、大电流的工业设备。数字 I/O 常见的应用是在计算机和外设如打印机、 数据记录仪等之间传送数据。 另外一些数字口为了同步通信的需要还有 “握手”线。路数、数据转换速率、 “握手”能力都是应理解的重要参数，应依据具体的应用场合而选择有合适参数的数字 I/O。数采板上多路(Line)数字 I/O 组成一组后被称为端口（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。M 系列板卡由路数字 I/O 组成了一个端口，实际使用时这路可以部分是输入，部分是输出。部分是输入，部分是输出。 2、计数器：计数器是一种数字定时设备。计数器通常用于事件计数、频率测量、周期测量、位置测量和脉冲生成。 Count Register 一用于存储计数器的当前值。通过软件可以查询计数寄存器的值。 Source 一输入信号，该信号能改变存储在计数寄存器中的当前值。计数器会查找信号源的上升或下降边缘。 上升或下降边缘是否会改变计数值取决于软件的设置。 所选的边缘类型指的是信号的活动边缘。当信号源接收到一个活动边缘，计数值就会发生变化。活动边缘是增加还是减少当前计数值也取决于软件的设置。 Gate 一输入信号，该信号决定了信号源的活动边缘是否会改变计数值。当门信号较高、较低，或在各种上升和下降边缘的组合之间，就会发生计数。在软件中可以进行对门进行设置。 Output 一输出信号，该信号能生成脉冲或一系列脉冲，或称为脉冲序列。 为简单的事件计数配置计数器时， 计数器会在信号源接收到一个活动边缘时递增。 为了使计数器在活动边缘时递增， 计数器必须处于待命状态或启动状态。 计数器有一个固定的计数上限，这个值是由计数器的分辨率决定的。例如，一个 24 位的计数器可以数到: 2(计数器分辨率)一 1=224 一 1=16,777.215 当 24 位的计数器数到 16,777,215 时，就到达了计数的最大值。下一个活动边缘会迫使计数器回到 0，并重新从 0 开始计数。 许多场合都要用到计数器， 如定时、 产生方波等。 计数器包括三个重要信号： 门限信号、计数信号、输出。门限信号实际上是触发信号使计数器工作或不工作；计数信号也即信号源，它提供了计数器操作的时间基准；输出是在输出线上产生脉冲或方波。计数器最重要的参数是分辨率和时钟频率， 高分辨率意味着计数器可以计更多的数， 时钟频率决定了计数的快慢，频率越高，计数速度就越快。 计数器可以接收或输出 TTL 兼容信号，一个 TTL 高电位信号是被定义为其电位在 2.0和 5V 之间的信号， TTL 低电位是指其电位在 0 到 0.8 伏之间。 一个能被计数器测得的信号，至少其特征不低于能被该计数器识别的最小的脉冲宽度，上伸时间、下降时间。 二、实验内容：二、实验内容： 1计数器使用：计数器使用： 信号发生器设置方波 1Hz 信号（或者用 BNC-2120 的自带编码器） ，使用 DAQ 助手助手完成计数。 2数字数字 I/O 使用使用 使用DAQ助手实现数字I/O ： 要求（1）使用DI/O 完成一个端口的数字量输出。 （2）使用DI/O 完成一个端口的数字量输入。 三、实验步骤三、实验步骤 1.使用使用 DAQ 助手计数。 （提示，脉冲的幅值不能小于助手计数。 （提示，脉冲的幅值不
