实验一nielvis工作环境的熟悉和使用.docx

一、实验目的1、 熟悉NI ELVIS的工作环境，了解系统的主要构成和功能2、 使用虚拟仪器进行电子元件参数测量3、 练习基于ELVIS的电路分析二、实验原理1、NI ELVISI工作环境 （NI Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite）电子学教育平台包括Multisim, ELVIS和LabVIEW该软硬件集成的平台可以无缝地将 电路理论、设计仿真、原型比较联系起来，以动手实践方式培养学生电子设计理论和实践的 能力NI ELVIS II环境由以下几部分组成：1. 硬件工作区一一用于创建电路及接口实验2. NI ELVIS II软件（在NI LabVIEW软件中实现），包括以下：软前面板（SFP）工具示波器（Scope）函数发生器（FGEN）数字万用表（DMM）任意波形发生器（ARB）波特图分析仪（Bode）二线电流电压分析仪（2-Wire）三线电流电压分析仪（3-Wire）动态信号分析仪（DSA）阻抗分析仪（Imped）数字读取器（DigOut）数字写入器（DigIn）可变电源（手动控制）（VPS）LabVIEW应用程序编程接口（API）Multisim应用程序编程接口（API）通过API，用户可使用在Multisim内编写的LabVIEW程序及仿真程序实现NI ELVIS II工 作站的自定义控制及访问。

图1- 1 NI ELVIS II工作站详细信息三、实验内容练习1-1测量器件值1、 使用提供的USB线将NI ELVIS II+工作站与计算机连接2、 在计算机:所有程序——>National Instruments——>NI ELVISmx forNI ELVIS & NI MyDAQ ——> NI ELVISmx Instruments Launch，或点击桌面快捷方式NI ELVIS II+仪器条将在 屏幕上显示现在已经完成测量的准备了图1- 2 NI ELVISmx仪器启动图标图3、 用双头香蕉型接口连接数字万用表（DMM）输入及工作站左侧的［COM］端另一头连接一 个电阻器4、 点击NI ELVISmx仪器启动中的DMM图标，选择数字万用表图1- 3数字万用表欧姆计设置可以使用DMM SFP实现各类操作，如电压、电流、电阻、电容等的测量通过DMM［X］符 号X来表示X操作本次测量的正确连接方法显示在DMM前面板上5、 点击［Q］按钮来使用数字欧姆表功能点击绿色箭头［Run］来开始测量采集测量3个电阻R1, R2,及R3将数据填写到下表：R1 （标称值）R2 （标称值）R3 （标称值）如果要停止采集，可点击红色方形［Stop ］按钮。

注：通过点击模式［Mode］按钮，可将｛自动量程｝改为｛指定量程｝,并通过点击量程按钮选择最适当的量程练习1-2在NI ELVIS II原型板上创建分压电路1、 使用R1和R2两个电阻在NI ELVIS II原型板上搭建以下电路图1- 4分压电路2、 将输入电压Vo连接至［+5V］引脚接口3、 将共地端连接至［GROUND］引脚接口4、 将外部线一端连接至DMM电压:］及左侧的［COM］.5、 检查电路后将上推电源开关至上端［一］使原型板上电3个电源LED指示灯此时均呈绿 色并点亮，如下图所示图1- 5 NI ELVIS开发板上的电源LED指示灯注：如果这些LED中的任何一个呈黄色，而其它为绿色，电源的可重置保险丝都将跳断此时需要关闭开发板电源以重置保险丝检查电路可能存在的短路情况重新给开发板上 电此时LED将均呈绿色6、 将DMM［V］测试端连至Vo，并通过DMM［V］功能测量输入电压按下点击［Run］来采集电压 数据V0 （测量值） 根据电路原理，R2上的输出电压V2应由以下公式得到：7、 使用上面的测量值R1，R2及Vo来计算V2接下来，使用DMM［V］来测量电压V2的真实 值V2 （计算值） V2 （测量值） 8、 测量值与计算值是否匹配？练习1-3使用DMM测量电流根据欧姆定律，以上电路的电流（I）等于V2/R2。

1、 使用V2及R2的测量值计算电流2、 将连接至［V ］的外部连线连至电流输入端（曲，进行电流的直接测量将另一端连至电路，如下所示图1- 6测量电流的修改电路3、 选择功能DMM［A］,并测量电流I （计算值） I （测量值） 4、 测量值与计算值是否匹配？练习1-4观察瞬态电路的电压变化采用DMM［［-||-］功能来测量1呻的电容1、 将电容的导线连接到原型板的［DUT+］和［DUT-］上可以在NI ELVIS II原型板的左下 方接线块上找到这两个端口2、 要测量电容和电感，必须为原型板供电，需将原型板的电源切换为ON状态3、 .单击电容按钮［-||-］,使用DMM［-||-］功能来测量电容C按下Run按钮获取电容值C（f）4、 建立一个如下图所示的RC瞬态电路该电路中采用了分压电路，其中R1由R3（1 MQ电 阻）取代，而R2则由1呻的电容C取代将DMM的导线移至输入插孔［VQ］和［COM］其它两 端则分别接到电容上图1- 7 RC瞬态电路5、 选择DMM［V］并单击RUN6、 给电路上电后电容两端的电压指数将上升将DMM的电压范围设置为｛指定范围｝ ［10 V］ 打开原型板的电源，观察数字显示器和%FS线性范围上的电压变化。

7、 大概几秒钟之后才能获得Vo的稳态值切断电路电源后，电容两端电压指数将下降到 0V注意：该练习只是描述了 NI ELVIS II数字万用表的一种特殊功能即使当原型板的电源 断开时，它甚至还可以工作练习1-5操作可变电源1、从软件前面板菜单中，选择【VPS】图标NI ELVIS II共有两个可控电源，0至-12 V 以及0至+12 V,每个最大都可以输出500 mA电流说明：要将输出电压在一定的电压范围内扫描，先确保按下了【停止】按钮选择电源（+ 或一）、开始电压、停止电压、阶跃大小、阶跃间隔，点击【扫描】要进行手动操作，点击手动栏，使用NI ELVIS II工作站右侧的旋钮，设定输出电压要查看显示区域的输出电压，请点击LabVIEW标签旁边所出现的白框2、 将接头从标有可变电源［SUPPLY+】和［GROUND】的原型板接头连接到DMM电压输入上3、 选择DMM【V】，点击运行选择VPS前面板，点击运行4、 旋转虚拟VPS的电源+控件，观察在DMM ［V】显示上出现的电压变化说明：可以使用【重置】按钮快速将电压重置为零5、 点击手动栏，激活工作站右侧的真实控件虚拟控件被灰色显示观察NI ELVIS II工 作站的绿色手动模式LED已经点亮。

6、 旋转+电源旋钮，观察DMM 上的变化说明：VPS —的工作方式完全相同，只是输出电压是负的练习1-6 AC电路特性测试1、 使用前面的方法测量电路所需元件的值电阻R kQ （1 kQ标称）电容C uF（1uF标称）2、 元件与电路阻抗Z的测量1）从NI ELVISmx仪器启动程序中选择阻抗分析仪（Imped）用于复阻抗的测试与分析，板面如图所示在RC串联电路中，它的复阻抗可以由以下公式得出：/二K+"二日十1 '卜八勺其幅度和相位可由下面公式得到：Magnitude =气'1厂’+rjlu：.:^ - = hi\'1 hhH： —:■2） 将元件置于NI ELVISH面包板之上3） 将来自阻抗分析仪的DUT+和DUT-端的跳线与标称为1 k的电阻相连接4） 为NI ELVISH面包板上电，并点击运行5） 验证该电阻的相位向量沿实数轴，并且其相位为06） 将该阻抗分析仪的跳线与电容相连接7） 验证该电容的相位向量沿负虚数轴，并且其相位为270或-90度8） 默认测量频率为1000Hz调整频率值，并观测：该容抗（该相位向量的长度）在提高 该频率时，在降低该频率时注：|Xc|=1/«Co9） 将该阻抗分析仪的跳线与串联的电阻电容相连接。

该相位向量现在同时具有一个实数 部分和虚数部分10） 将该测量频率按从100Hz到500Hz、1000Hz和1500Hz改变，并记录该相位向量的移 动11） 调整该频率，直至该容抗 Xc |的幅值等于该电阻R的幅值在此特定频率下，该相位向量的相位读数为 度12） 该相位向量的幅值为多少?13） 关闭该阻抗分析仪的窗口3、利用函数发生器和示波器测量一个RC电路1）搭建Multisim电路在Multisim中搭建如图1-9所示RC电路，其中XLV1,XLV2 是 ELVISmx 仪器（需安装 ELVISmx 驱动）图1- 8 Multim电路原理图2） Multisim电路仿真其中波形发生器和示波器的参数设置如图1-10、图1-11然 后点击运行，即可观察到两个的正弦信号可调整函数发生器信号频率，电压值，波形， 观察结果的变化图1- 9函数发生器参数设置函数发生器的实时控制（频率与幅值）也可使用右侧的NI ELVISH工作站正如可变电源供应一样，您可以通过点击手动模式框□启用手动控制该工作站右部的一个 绿色LED变亮，表示手动控制这时，该NI ELVISmx函数发生器窗口中，频率与幅值 的旋钮已被激活，而虚拟控制则变灰（被禁用）。

注意：该函数发生器还提供了一些特定的操作，如信号调制（AM或FM）或频率扫描将在后续的一些实验中使用这些特性图1- 10示波器参数设置该示波器软面板与绝大多数的示波器相似，但该NI ELVIS可以自动实现输入与各种信号源的连接，具有内置AC测量和波形光标，，并可以方便地记录波形模式3） 在工作站面包板上，利用一个1呻电容和一个k电阻构建一个分压电路4） 将该RC电路的输入与该面包板上的函数发生器［FGEN］与［'RpUND］的引脚插座相连接，如下图所示 I I I5） 将FGEN与示波器CH0端相连，电容C两端与CH1端相连6） 打开Multisim电路中的波形发生器，将Device由Simulate NIELVIS II+切换成 Device （ ELVIS II+），并点击运行打开示波器，按照下图设置，点击运行，观察波形观察因器件误差、阻抗匹配等因素造成的滤波器输出仿真与实际测量的微小差别掌握在Multisim中比较仿真结果与ELVIS II实际原型电路测量结果！！ ！7）电路频率特性测试使用波特图分析仪Bode来观察RC电路的频率特性不用修改原型板上RC电路的接线需要打开原型板电源开关）打开Bode软面板。

选择激励通道GH0,响应通道CH1参数设置如下图所示点击运行按钮等待仪器自动描绘曲线完成后，观察其描绘的曲线图「 |练习1-7二极管、三极管特性分析1、绘制三极管特性曲线 I在原型板上的DMM部分，将三极管的三个引脚按照管脚定义接至BASE、pUT+、DuT-三个端 口打开电源开关和原型板开关 I注意：BASE接三极管基极；DUT+接三极管集电极；DUT-接三极管发射极接线如下图所 示打开三线制I-V分析仪软面板——3-Wire设置起始电压0~2V点击运行执行完毕后，观察曲线特性2、绘制二极管特性曲线使用线制I-V分。