實(shí)驗(yàn)一NIELVIS工作環(huán)境的熟悉和使用

1、實(shí)驗(yàn)一 NI ELVIS工作環(huán)境的熟悉和使用、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉NI ELVIS勺工作環(huán)境，了解系統(tǒng)的主要構(gòu)成和功能。2、使用虛擬儀器進(jìn)行電子元件參數(shù)測量。3、練習(xí)基于ELVIS的電路分析。二、實(shí)驗(yàn)原理1、NI ELVISI 工作環(huán)境(NI Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite )電子學(xué)教育平臺包括 Multisim, ELVISH LabVIEW。該軟硬件集成的平臺可以無縫地將電路理論、設(shè)計(jì)仿真、原型比較聯(lián)系起來，以動(dòng)手實(shí)踐方式培養(yǎng)學(xué)生電子設(shè)計(jì)理論和實(shí)踐的能力。NI ELVIS I環(huán)境由以下幾部分組成：1 .硬件工作區(qū)一一用于

2、創(chuàng)建電路及接口實(shí)驗(yàn)2 . NI ELVIS I軟件（在NI LabVIEW軟件中實(shí)現(xiàn)）,包括以下:軟前面板（SFP）T具示波器（Scope）函數(shù)發(fā)生器（FGEN）數(shù)字萬用表（DMM ）任意波形發(fā)生器（ARB）波特圖分析儀（Bode）二線電流電壓分析儀（2-Wire）三線電流電壓分析儀（3-Wire）動(dòng)態(tài)信號分析儀（DSA）阻抗分析儀（Imped）數(shù)字讀取器（DigOut）數(shù)字寫入器（DigIn）可變電源（手動(dòng)控制）（VPS）LabVIEW應(yīng)用程序編程接口 （API）Multisim應(yīng)用程序編程接口 （API）通過API,用戶可使用在 Multisim編寫的LabVIEW程序及仿真程序?qū)崿F(xiàn) NI

3、 ELVISII工作站的 自定義控制及訪問。nuD H Mu non DHU HO no n Dn H Dnn H-DnDnn unn UDH -nun uyn Un QHbH US UUH -嗝 U !N步豈可二3留烹1登SR卓H iliil野T密方亭工羽，1=二招“書33聿北審工專理.S也至震撮通京溫眠孱二罩三卷篋母零簽型盛器工。目 jaari-aff aaJB am an iff afi Hm q 甘咽LLNlrLVF 禮 iui iwnlMS5ir_T-r4nc- t iuaJ-9uswl-Eas* 13B r *：L）Al,示波器，機(jī)可編得相數(shù)1/0儲(chǔ)號行豺字0尊號行1W M則 D

4、SUB連接器計(jì)數(shù)器，定時(shí)器,用戶配置V0,和立流電的信號行司DMM.AQFUEX用戶配I/O, VP5.和直流電源信號行電源棺示LEDBNC連接器初香旗插陣連接器圖1- 1 NI ELVIS II工作站詳細(xì)信息、實(shí)驗(yàn)容練習(xí)1-1測量器件值1、使用提供的USB線將NI ELVIS +I工作站與計(jì)算機(jī)連接。2、在計(jì)算機(jī)：所有程序National InstrumentsNI ELVISmx for NI ELVIS & NI MyDAQH NI ELVISmx Instruments Launch,或點(diǎn)擊桌面快捷方式。 NI ELVIS +I儀器條將在屏幕上顯示?，F(xiàn)在已經(jīng)完成測量的準(zhǔn)備了。圖1- 2

5、 NI ELVISmx儀器啟動(dòng)圖標(biāo)圖3、用雙頭香蕉型接口連接數(shù)字萬用表（DMM）輸入及工作站左側(cè)的COM端。另一頭連接一個(gè)電阻器。4、點(diǎn)擊NI ELVISmx器啟動(dòng)中的 DMM圖標(biāo)，選擇數(shù)字萬用表。圖1- 3數(shù)字戶用表歐姆計(jì)設(shè)置可以使用DMM SFP 實(shí)現(xiàn)各類操作，0電壓、電流、電阻、電容等的測量。通過DMMX 符號X來表示X操作。本次測量的正確連接方法顯示在dmM面板上。5、點(diǎn)擊按鈕來使用數(shù)字歐姆表功能。點(diǎn)擊綠色箭頭Run來開始測量采集。測量3個(gè)電阻R1, R2,及R3。將數(shù)據(jù)填寫到下表：R1 （1.0K標(biāo)稱值）R2 （2.2K標(biāo)稱值）R3 （1.0M標(biāo)稱值）如果要停止采集，可點(diǎn)擊紅色方形S

6、top按鈕。注：通過點(diǎn)擊模式Mode按鈕，可將自動(dòng)量程改為指定量程,并通過點(diǎn)擊量程按鈕選 擇最適當(dāng)?shù)牧砍叹毩?xí)1-2 在NI ELVIS II原型板上創(chuàng)建分壓電路1、使用R1和R2兩個(gè)電阻在 NI ELVIS I原型板上搭建以下電路To +5VRi 1.0 kl)“ LA To DMM(V1 22 kUTo Ground i-lA To DMM(U)M)圖1- 4分壓電路2、將輸入電壓 Vo連接至+5V引腳接口。3、將共地端連接至GROUNDS腳接口。4、將外部線一端連接至 DMM電壓口及左側(cè)的COM.5、檢查電路后將上推電源開關(guān)至上端 一使原型板上電。3個(gè)電源LED指示燈此時(shí)均呈綠色 并點(diǎn)亮，

7、如下圖所示。圖1- 5 NI ELVIS開發(fā)板上的電源 LED指示燈注：如果這些 LED中的任何一個(gè)呈黃色，而其它為綠色，電源的可重置保險(xiǎn)絲都將跳斷。此時(shí)需要關(guān)閉開發(fā)板電源以重置保險(xiǎn)絲。檢查電路可能存在的短路情況。 重新給開發(fā)板上電。此時(shí)LED將均呈綠色。6、將DMMV測試端連至 Vo,并通過DMMV功能測量輸入電壓。按下點(diǎn)擊 Run來采集電 壓數(shù)據(jù)。V 0 （測量值）根據(jù)電路原理，R2上的輸出電壓 V2應(yīng)由以下公式得到：7、使用上面的測量值 R1, R2及Vo來計(jì)算V2。接下來，使用 DMMV來測量電壓 V2的真 實(shí)值。V 2 （計(jì)算值）V 2 （測量值）8、測量值與計(jì)算值是否匹配？練習(xí)1-

8、3 使用DMM量電流根據(jù)歐姆定律，以上電路的電流 （I）等于V2/R2。1、使用V2及R2的測量值計(jì)算電流。2、將連接至V 的外部連線連至電流輸入端 （A）,進(jìn)行電流的直接測量。將另一端連至電路， 如下所示。lb +5V9-%2.2 KQVoTo Ground Tc DMM(C OMi圖1- 6測量電流的修改電路3、選擇功能DMMA,并測量電流。I （計(jì)算值）I （測量值）4、測量值與計(jì)算值是否匹配?練習(xí)1-4 觀察瞬態(tài)電路的電壓變化采用DMMH|-功能來測量1 的電容。1、將電容的導(dǎo)線連接到原型板的DUT+和DUT-上?？梢栽贜I ELVIS I原型板的左下方接線塊上找到這兩個(gè)端口。2、要測

9、量電容和電感，必須為原型板供電，需將原型板的電源切換為ON狀態(tài)。3、.單擊電容按鈕H|-,使用DMMHH功能來測量電容 C。按下Run按鈕獲取電容值。C( f)4、建立一個(gè)如下圖所示的 RC瞬態(tài)電路。該電路中采用了分壓電路，其中 R1由R3(1 M?電 阻)取代，而R2則由1 口的電容C取代。將DMM的導(dǎo)線移至輸入插孔V? COMo其它 兩端則分別接到電容上。打刈U，ViGround 圖1- 7 RC瞬態(tài)電路5、選擇 DMMV并單擊 RUN。6、給電路上電后電容兩端的電壓指數(shù)將上升。將 DMM的電壓圍設(shè)置為指定圍 10 V。打 開原型板的電源，觀察數(shù)字顯示器和FS戔性圍上的電壓變化。7、大概幾

10、秒鐘之后才能獲得V。的穩(wěn)態(tài)值。切斷電路電源后，電容兩端電壓指數(shù)將下降到0V。注意：該練習(xí)只是描述了NI ELVIS II數(shù)字萬用表的一種特殊功能。即使當(dāng)原型板的電源斷開時(shí)，它甚至還可以工作。練習(xí)1-5操作可變電源1、從軟件前面板菜單中，選擇【 VPQ圖標(biāo)。NI ELVIS II共有兩個(gè)可控電源，。至-12 V以及 0至+12 V,每個(gè)最大都可以輸出 500 mA電流。說明：要將輸出電壓在一定的電壓圍掃描，先確保按下了【停止】按鈕。選擇電源（+或一）、開始電壓、停止電壓、階躍大小、階躍間隔，點(diǎn)擊【掃描】。要進(jìn)行手動(dòng)操作，點(diǎn)擊手動(dòng)欄，使用NI ELVIS II工作站右側(cè)的旋鈕，設(shè)定輸出電壓。要查看

11、顯示區(qū)域的輸出電壓，請點(diǎn)擊LabVIEW標(biāo)簽旁邊所出現(xiàn)的白框。2、將接頭從標(biāo)有可變電源【SUPPLY】和【GROUND1的原型板接頭連接到 DMM電壓輸入 上。3、選才i DMM【V】，點(diǎn)擊運(yùn)行。選才V VPS前面板，點(diǎn)擊運(yùn)行。4、旋轉(zhuǎn)虛擬VPS的電源+控件，觀察在 DMM【V顯示上出現(xiàn)的電壓變化。說明：可以使用【重置】按鈕快速將電壓重置為零。5、點(diǎn)擊手動(dòng)欄，激活工作站右側(cè)的真實(shí)控件。虛擬控件被灰色顯示。觀察NI ELVIS IIT作站的綠色手動(dòng)模式LED已經(jīng)點(diǎn)亮。6、旋轉(zhuǎn)+電源旋鈕，觀察 DMM上的變化。說明：VPS 的工作方式完全相同，只是輸出電壓是負(fù)的。練習(xí)1-6 AC電路特性測試1、使

12、用前面的方法測量電路所需元件的值。電阻R kQ（1 k標(biāo)稱）電容C y（1巧標(biāo)稱）2、元件與電路阻抗Z的測量1）從NI ELVISmxOZ器啟動(dòng)程序中選才I阻抗分析儀（Imped）。用于復(fù)阻抗的測試與分析，板面如圖所示。在RC串聯(lián)電路中，它的復(fù)阻抗可以由以下公式得出:?=ff + Xc = /? + l/la)C(Ohms其幅度和相位可由下面公式得到：Magnitude = 1R2 +Phased wcEnSf)2）將元件置于NI ELVISI面包板之上。3）將來自阻抗分析儀的 DUT+和DUT-端的跳線與標(biāo)稱為 1 k?的電阻相連接。4）為NI ELVIS:面包板上電，并點(diǎn)擊運(yùn)行。5）驗(yàn)證該

13、電阻的相位向量沿實(shí)數(shù)軸，并且其相位為0。6）將該阻抗分析儀的跳線與電容相連接。7）驗(yàn)證該電容的相位向量沿負(fù)虛數(shù)軸，并且其相位為 270或-90度。8）默認(rèn)測量頻率為1000Hz。調(diào)整頻率值，并觀測：該容抗（該相位向量的長度）在提高該頻率時(shí) ,在降低該頻率時(shí) 。注：|Xc|二1/coCo9）將該阻抗分析儀的跳線與串聯(lián)的電阻電容相連接。該相位向量現(xiàn)在同時(shí)具有一個(gè)實(shí)數(shù) 部分和虛數(shù)部分。10）將該測量頻率按從 100Hz到500Hz、1000Hz和1500Hz改變，并記錄該相位向量的移 動(dòng)。11）調(diào)整該頻率，直至該容抗|Xc|的幅值等于該電阻 R的幅值。在此特定頻率下，該相位 向量的相位讀數(shù)為 度。1

14、2）該相位向量的幅值為多少 ?13）關(guān)閉該阻抗分析儀的窗口。3、利用函數(shù)發(fā)生器和示波器測量一個(gè)RC電路1）搭建 Multisim電路。在 Multisim中搭建如圖 1-9所示RC電路，其中XLV1,XLV犯 ELVISmx器（需安裝 ELVISm超區(qū)動(dòng)）。2） Multisim電路仿真。其中波形發(fā)生器和示波器的參數(shù)設(shè)置如圖1-10、圖1-11。然后點(diǎn)擊運(yùn)行，即可觀察到兩個(gè)的正弦信號?？烧{(diào)整函數(shù)發(fā)生器信號頻率，電壓值，波形，觀察結(jié)果的變化。圖1- 9函數(shù)發(fā)生器參數(shù)設(shè)置函數(shù)發(fā)生器的實(shí)時(shí)控制 （頻率與幅值）也可使用右側(cè)的 NI ELVISI工作站。正如可 變電源供應(yīng)一樣，您可以通過點(diǎn)擊手動(dòng)模式框口

15、啟用手動(dòng)控制。該工作站右部的一個(gè)綠色LED變亮，表示手動(dòng)控制。這時(shí)，該 NI ELVISmx1數(shù)發(fā)生器窗口中，頻率與幅值的旋 鈕已被激活，而虛擬控制則變灰（被禁用）。注意：該函數(shù)發(fā)生器還提供了一些特定的操作，如信號調(diào)制（ AM或FM）或頻率掃描。將在后續(xù)的一些實(shí)驗(yàn)中使用這些特性。4, NI ELISmx Oscillo5cope-XLV2SCDPf GHQ |加除工* =1SaleWVdtaCHt Pjaitijii(Dh,)晌加QyFcc*n圖1- 10示波器參數(shù)設(shè)置該示波器軟面板與絕大多數(shù)的示波器相似，但該NI ELVIS可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)輸入與各種信號源的連接，具有置 AC測量和波形光標(biāo)，并可

16、以方便地記錄波形模式。3）在工作站面包板上，利用一個(gè)1F電容和一個(gè)1.0 k?電阻構(gòu)建一個(gè)分壓電路。4）將該RC電路的輸入與該面包板上的函數(shù)發(fā)生器FGENW GROUND的引腳插座相連接，如下圖所示。C兩端與CH1端相連。8AM N 自5）將FGEN與示波器CH0端相連，電容 pt6）打開 Multisim 電路中的波形發(fā)生器，將 Device由Simulate NIELVIS II+切換成 Device（ELVIS II+,并點(diǎn)擊運(yùn)行。打開示波器，按照下圖設(shè)置，點(diǎn)擊運(yùn)行，觀察波形。觀察因器件誤差、阻抗匹配等因素造成的濾波器輸出仿真與實(shí)際測量的微小差另I。掌握在Multisim中比較仿真結(jié)果與 ELVIS II實(shí)際原型電路測量結(jié)果！7）電路頻率特性測試使用波特圖分析儀Bode來觀察RC電路的頻率特性。不用修改原型板上RC電路的接線。（需要打開原型板電源開關(guān)）打開Bode軟面板。選擇激勵(lì)通道 GH0,響應(yīng)通道 CH1。參數(shù)設(shè)置如下圖所示。點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕。等待儀器自動(dòng)描繪曲線。完成后，觀察其描繪的曲線圖。練習(xí)1-7二極管、三極管特性分析1、繪制三極管特性曲線在原型板上的 DMM部分，將三極管的三個(gè)引腳按照管腳定義接至BASE DUT+、DUT三個(gè)