实验平台基本操作指南

本节主要通过基本实验的具体操作,介绍如何使用NI ELVISⅡ实验平台的基本功能,为后续各类实验的开展打下基础。

实验1　NI ELVISmx Instrument Launcher的使用和操作

一、实验目的

通过使用NI ELVISⅡ实验平台的标准函数信号发生器(FGEN)、示波器(Scope)、数字信号输入(DigIn)、数字信号输出(Dig Out)等仪器功能,了解和掌握NI ELVIS自带的虚拟仪器软面板的使用。

二、实验内容和操作步骤

1.函数发生器(FGEN)和示波器(SCOPE)

1)硬件连线

如图1-33所示,在NI ELVIS原型板上,用导线将FGEN端与BNC 1＋端相连；用BNC接线将原型板上的BNC 1接口与NI ELVIS工作台上的SCOPE CH0的BNC接口相连。

图1-33　NI ELVIS实验平台平面布局

2)操作步骤

(1)检查确认NI ELVIS工作台和原型板的电源均已开启,然后单击“开始”→“所有程序”→“National Instruments”→“NI ELVISmx for NI ELVIS＆NI my DAQ”→“NI ELVISmx Instrument Launcher”,启动虚拟仪器软面板,如图1-34所示。

图1-34　虚拟仪器软面板

注意:如果打开NI ELVISmx Instrument Launcher时出现问题,也可通过“开始”→“所有程序”→“National Instruments”→“NI ELVISmx for NI ELVIS＆NI myDAQ”→“Instruments”,展开Instruments文件夹,可以看到如图1-35所示的12种虚拟仪器的图标文件。在桌面创建所需文件夹的快捷方式,可以更方便地展开该文件夹。

图1-35　12种虚拟仪器的图标文件

(2)分别单击虚拟仪器软面板界面中的“Function Generator”和“Oscilloscope”图标,打开如图1-36所示的函数发生器(右)和示波器(左)的软面板操作界面(如果上一步没有成功打开Instruments Launcher,则在Instruments文件夹中直接双击“Function Generator”和“Oscilloscope”打开；实验打开软面板均类似操作)。完成参数设置后,将通过函数发生器产生一个频率为100 Hz,峰峰值为4 V的正弦信号；同时通过示波器进行观察。其中,两个软面板与硬件连线相关的选项设置如下：

图1-36　函数发生器和示波器的软面板

●函数发生器软面板。由于在原型板上,用导线将FGEN端与BNC1＋端相连,因此该软面板下方“Signal Route”选项需选择“Prototyping board”。待其他参数均设置完成后,单击软面板下方绿色箭头“Run”按钮,便可输出产生的信号波形。

●示波器软面板。由于硬件连线时,原型板上的BNC 1接口与NI ELVIS工作台上的SCOPE CH0的BNC接口相连,因此在示波器软面板中,应选择SCOPE CH0作为有效观测通道(图1-37)。这样,待其他参数均设置完成后,单击软面板下方的绿色箭头“Run”按钮,便可观察到函数发生器产生的波形。

观察到正确波形后,可以尝试改变函数发生器产生的波形种类(如产生三角波或方波信号)及波形参数(频率、幅度、直流偏置等),并调整示波器软面板的波形显示参数,以便根据信号特征更好地显示。

图1-37　NI ELVIS实验平台左侧平面布局

需要注意的是：上述操作过程中,如果没有正常显示信号波形,应首先检查硬件连线和软件设置是否正确,同时检查原型板的电源开关是否已经打开。

(3)在FGEN软面板中勾选手动模式(Manual Mode),观察NI ELVIS工作台右方“FUNCTION GENERATOR”区域中Manual Mode指示灯是否亮起；调节波形输出参数旋钮“FREQUENCY”(频率)或“AMPLITUDE”(幅度),在SCOPE窗口中观察输出波形的变化。

(4)将连至原型板BNC 1接口的BNC接头拔下,与NI ELVIS工作台上的FGEN BNC接口相连；并将函数发生器软面板中的信号路径(Signal Route)设置为“FGEN BNC”,运行并观察结果。可以发现,此时的波形显示与之前完全一致,这主要是由于此时的信号是直接经由NI ELVIS工作台产生,并未经由NI ELVIS原型板,因此即使关闭原型板电源也可观察到信号。

2.数字输入(DigIn)和数字输出(DigOut)

(1)在NI ELVIS原型板上,用导线将端子DIO 0分别连接至DIO 8端和LED 0端,这些信号接线端均位于原型板的右侧,如图1-38所示。

(2)在图1-34所示的虚拟仪器总体软面板启动后,单击其中的“Digital Writer”和“Digital Reader”图标,打开如图1-39所示的数字写入器和数字读取器的软面板。按照图中所示设置参数：DIO 0～7为数字输出通道,DIO 8～15为数字输入通道,单击下方箭头“Run”按钮,便可进行相应的数字信号输入、输出测试和分析。

需要注意的是：可以任意调整“Digital Writer”面板中的“Manual Pattern”,设置输出的数字电平高低,观察“Digital Reader”读取的数字量指示灯变化以及原型板右边LED指示灯区域的显示变化。

3.二极管伏—安特性曲线测试

(1)将被测二极管的长引脚、短引脚分别插入原型板的DUT＋和DUT－接口。

(2)在图1-34所示的虚拟仪器总体软面板启动后,单击其中的“2-Wire Current-Voltage Analyzer”图标,打开图1-40所示的2-线电流电压分析仪软面板。按图示设置相关参数后,单击下方箭头“Run”按钮,便可对该二极管的电压—电流特性进行测量和分析。

图1-38　NI ELVIS原型板右侧平面布局

图1-39　数字写入器和数字读取器软面板

图1-40　2-线电流电压分析仪软面板

实验2　MAX与DAQ助手的使用和操作

一、实验目的

通过使用MAX的基本功能,熟悉MAX的操作,能够使用MAX的测试面板进行简单的配置和测量,学会在MAX中创建信号采集任务。

二、实验内容和操作步骤

1.使用MAX中的设备自检和测试面板等功能

1)硬件连线

如图1-41所示,在NI ELVIS原型板上,将AI0＋端和FGEN端相连,AI0－端与GROUND端相连接。

图1-41　NI ELVIS原型板上实验接线示意图

2)操作步骤

(1)双击桌面MAX的图标或者通过菜单中的“开始”→“所有程序”→“National”→“Instruments”→“Measurement＆Automation Explorer”打开MAX。

(2)打开MAX的电源和原型板的电源。在MAX中单击“设备和接口”,检查是否能找到NI ELVISⅡ系列设备(取决于实验室配置)。如果连接正常,前面的板卡符号应该显示为绿色。检查设备名是否显示为“Dev1”,若不是,点击右键将设备重命名为“Dev1”。

(3)右键单击NI ELVISⅡ设备并选择“自检”。如果硬件设备正常完好,弹出对话框显示“设备通过自检”,单击“OK”关闭该对话框。如果自检失败,请检查设备是否正确上电。

(4)右键单击NI ELVISⅡ设备并选择“测试面板”,此时将会弹出图1-42所示的测试面板对话框。该对话框中默认打开的是模拟输入选项卡,可以根据测量需要选择相应的选项卡进行配置。

下面为基于模拟输入进行配置和测量的说明。

●为了进行模拟输入的测量,首先需要提供一个信号源。具体方法为：使用NI ELVISmx Instrument Launcher中的函数发生器提供信号源,并从AI0端口引入该信号进行测量。操作方法可参考上述实验1中的设置产生一个100 Hz,Vpp为4 V的正弦波信号。(www.xing528.com)

●在测试面板对话框中,对相关参数进行设置：通道名选择“Dev1/ai0”,模式选择“连续”,输入配置选择“差分”,采样率为1 000 Hz,待读取点数为100。待参数设置完成后,点击“开始”按钮,便可看到采集到的信号,如图1-42所示。

图1-42　测试面板对话框

(5)改变函数发生器中波形参数的设置,如频率、幅值等,观察测试面板中波形的变化。思考当信号源频率超过采样频率的时候会有什么结果,如何修改参数来进行信号采集。

(6)单击“停止”按钮停止测试,单击“关闭”按钮关闭测试面板。

2.在MAX中创建信号采集任务

1)硬件连线

如图1-41所示,在NI ELVIS原型板上,将AI0＋端和FGEN端相连,AI0－端与GROUND相连接。

2)操作步骤

(1)右键单击数据邻居选择“新建”,弹出如图1-43所示的对话框,选择“NI-DAQmx任务”,点击“下一步”。

图1-43　新建任务对话框1

(2)由于接下来要测量的信号仍然是由函数发生器产生的一个电压信号,因此在新建NI-DAQmx任务对话框中,依次单击选择“采集信号”→“模拟输入”→“电压”。

(3)由于在硬件连接上,已将函数发生器的信号连至“ai0”通道,因此在支持的物理通道中选择“Dev1”(NI ELVISⅡ＋)下面的“ai0”通道,然后点击下一步,如图1-44所示。

(4)使用默认的名称“我的电压任务”或者自定义一个名称,点击“完成”。可以看到,在数据邻居下面多了一项“NI-DAQmx任务”,展开后会有刚创建的“我的电压任务”。

(5)在图1-45所示任务界面中,通过右侧配置选项卡进行参数配置：接线端配置选为“差分”,采集模式为“连续采样”,待读取采样为100,采样率为1 kHz。

(6)单击“运行”按钮,可以看到函数发生器产生的正弦波显示在图1-45所示界面上方的波形图表中,说明该任务已经成功采集到了相应的正弦波信号。

(7)单击“停止”按钮,停止任务的执行。

3.在Lab VIEW中使用Express VI

1)硬件连线

如图1-41所示,在NI ELVIS原型板上,将AI0＋端和FGEN端相连,AI0－端与GROUND相连接。

图1-44　新建任务对话框2

图1-45　已建任务界面

2)操作步骤

(1)如图1-46所示,打开Lab VIEW,新建一个VI程序,并将程序保存为“voltage measurement.vi”。

图1-46　新建Express VI向导窗口

(2)在程序框图中调出函数选板,找到“DAQ助手”Express VI并将其放置在程序框图中。

随后将自动弹出“新建Express任务…”窗口,如图1-47所示。

点击“采集信号”→“模拟输入”→“电压”,然后点击“Dev1”左侧的“＋”标志,选择通道“ai0”,然后点击“完成”。

注:如需选择多条通道同时进行采集,只需按住键盘的“Shift”键再选择通道即可。

(3)如图1-48所示,在弹出的“DAQ助手”配置相关参数：接线端配置为“Differential”,采集模式为“连续采样”,待读取采样为100,采样率为1 kHz。

(4)点击“运行”按钮,便可在对话框的波形窗口中查看到相应的正弦波波形,如图1-48所示。

图1-47　Express VI任务窗口

图1-48　DAQ助手界面

(5)单击“停止”,然后单击“确定”关闭窗口,返回到Lab VIEW程序框图中。Lab VIEW自动创建用于测量任务的代码,如图1-49所示,在弹出对话框中单击“Yes”,自动创建While循环。

图1-49　对话框

(6)在“DAQ助手”Express VI右侧的数据输出接线端单击右键,并选择“创建”→“图形显示控件”。图形显示控件被放置在前面板上,如图1-50所示。

图1-50　DAQ助手数据设置界面

(7)相应的程序框图如图1-51所示。其中While循环自动将停止按钮放置到前面板,使得用户可以中止循环的运行。

图1-51　程序框图

(8)切换到前面板,运行该程序,可以看到之前设置函数发生器软面板产生的正弦波显示在波形图表中,如图1-52所示。由此说明该程序可以正确测量到相应的正弦波。

图1-52　数据波形显示图

(9)单击“停止”按钮,结束程序运行,保存并关闭程序。

【注释】

[1]详见《电子学教育平台实验教程NI ELVISⅡ,Multisim,Lab VIEWTM》,美国国家仪器有限公司,2009.