数字化测量技术与仪器实验指导书.docx
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数字化测量技术与仪器实验指导书
数字化测量技术与仪器
实验指导书
目录
实验一方波发生器实验…………………………………………………………...1
实验二基于LabVIEW的串口通信实验………………………………………….3
实验三LED数码管显示实验………………………………………………...…….7
实验一方波发生器实验
一．实验目的
通过本实验，学习CMOS门电路的特殊应用——方波发生器，了解方波发生器的工作原理以及电路参数对频率的影响，学习占空比连续可调发生器的原理，学习方波信号发生器在测量中的应用。
二．实验原理
1、设计一个两相反相式阻容振荡器，记录10组电阻R1和电容C以及对应的输出频率，并拟合曲线。
2、设计一个占空比可调的矩形波发生器，记录10组电阻R1和R2以及对应的输出频率展空比，得出占空比的对应公式。
3、以上的实验均使用NIELVIS平台设计。
4、本实验使用IC为74HC14反相器，引脚分布图如下：
三．实验内容
1、设计一个两相反相式阻容振荡器
1）按照图1在ELVIS平台上搭建电路；
图1
R2取100KΩ，R1取10KΩ的可调电阻，C取0.1μF。
注意：
74HC14第7脚接地，第14脚接+5V。
2）调节R1的阻值，并使用万用表测量R1的阻值，使用示波器观测当前的输出波形，测量频率并记录在下表中：
组数
R1阻值（Ω）
C容值（F）
输出频率f（Hz）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
3）根据实验测的数据，拟合出R1和输出频率f的曲线图。
2、设计一个占空比可调的矩形波发生器
1）按照图2在ELVIS平台上搭建电路；
图2
R3取100KΩ，R1取10KΩ的可调电阻，C取0.1μF，二极管型号为IN4148
注意：
74HC14第7脚接地，第14脚接+5V。
2）调节可调电阻的阻值，并使用万用表测量R1和R2阻值，使用示波器观测当前的输出波形，测量占空比并记录在下表中：
组数
R1阻值（Ω）
R2容值（Ω）
占空比（％）
1
2
3
4
5
6
3）根据实验测的数据，推导R1、R2与占空比之间的关系。
3、完成实验报告
四．实验总结
对实验中运用CMOS门电路设计方波发生器的经验进行总结，在实验报告中提交本次实验的数据以及拟合曲线。
分析第1步中R2的作用，讨论如何提高信号精确度。
实验二基于LabVIEW的串口通信实验
一．实验目的
通过本实验，学习虚拟仪器语言LabVIEW设计的基本方法、串口通信常用组件的使用方法和设计全过程。
学习图形化的编程方法；学习串行接口RS232的基本知识。
二．实验原理
串口是计算机上一种非常通用的设备通信协议。
大多数计算机包含两个基于RS232的串口。
串口也是仪器仪表设备通用的通信协议；很多GPIB兼容的设备也带有RS-232口。
同时，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。
串口通信按位（bit）发送和接收字节。
典型地，串口用于ASCII码字符的传输。
通信使用3根线完成：
（1）地线，
（2）发送，（3）接收。
由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。
其他线用于握手，但是不是必须的。
串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。
对于两个进行通行的端口，这些参数必须匹配：
a，波特率：
这是一个衡量通信速度的参数。
它表示每秒钟传送的bit的个数。
例如300波特表示每秒钟发送300个bit。
通常的波特率为14400，28800和36600。
波特率可以远远大于这些值，但是波特率和距离成反比。
b，数据位：
这是衡量通信中实际数据位的参数。
当计算机发送一个信息包，实际的数据不会是8位的，标准的值是5、7和8位。
如何设置取决于你想传送的信息。
比如，标准的ASCII码是0～127（7位）。
扩展的ASCII码是0～255（8位）。
如果数据使用简单的文本（标准ASCII码），那么每个数据包使用7位数据。
每个包是指一个字节，包括开始/停止位，数据位和奇偶校验位。
由于实际数据位取决于通信协议的选取，术语“包”指任何通信的情况。
c，停止位：
用于表示单个包的最后一位。
典型的值为1，1.5和2位。
由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。
因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。
适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。
d，奇偶校验位：
在串口通信中一种简单的检错方式。
有四种检错方式：
偶、奇、高和低。
当然没有校验位也是可以的。
对于偶和奇校验的情况，串口会设置校验位（数据位后面的一位），用一个值确保传输的数据有偶个或者奇个逻辑高位。
例如，如果数据是011，那么对于偶校验，校验位为0，保证逻辑高的位数是偶数个。
如果是奇校验，校验位位1，这样就有3个逻辑高位。
高位和低位不真正的检查数据，简单置位逻辑高或者逻辑低校验。
这样使得接收设备能够知道一个位的状态，有机会判断是否有噪声干扰了通信或者是否传输和接收数据是否不同步。
RS-232（ANSI/EIA-232标准）是IBM-PC及其兼容机上的串行连接标准。
可用于许多用途，比如连接鼠标、打印机或者Modem，同时也可以接工业仪器仪表。
RS-232只限于PC串口和设备间点对点的通信。
RS-232串口通信最远距离是50英尺。
DB-9针连接头
数据：
TXD（pin3）：
串口数据输出
RXD（pin2）：
串口数据输入
握手：
RTS（pin7）：
发送数据请求
CTS（pin8）：
清除发送
DSR（pin6）：
数据发送就绪
DCD（pin1）：
数据载波检测
DTR（pin4）：
数据终端就绪
地线：
GND（pin5）：
地线
其他
RI（pin9）：
铃声指示
本次实验中将串口的pin2和pin3短接起来，构成串口的自收发模式。
安装完labVIEW后，还需要安装VISA的驱动程序才能使用串口。
LabVIEW中有关串口的函数选板如图1，它位于allfunction→instrumentI/O→Serial
图1
三．实验内容
1、新建一个VI，在前面板上放置4个输入控件：
“端口号”，“波特率”，“数据比特”和“停止位”。
另外，放置1个字符串输入控件，在其内部输入向外发送的字符串数据，1个字符串输出控件，在其内部输出接受到的字符串数据。
2、在程序框图中放置一个“VISAConfigureSerialPort.vi”函数
；再分别将端口号，波特率，数据比特，停止位输入控件与之相联这样就完成了串口的初始化工作；
3、在程序框图中放置一个“VISAWrtie.vi”函数
；将字符串输入控件以及VISAConfigureSerialPort.vi函数与之相联；
4、用顺序结构加入一段500ms延时程序；
5、在程序框图中放置一个“VISAByteatSerialPort.vi”函数
；其输出为串口接受到的字节数；
5、在程序框图中放置一个“VISARead.vi”函数
；将字符串输出控件以及VISAWrite.vi函数与之相联，并设定读取byte数为VISAByteatSerialPort.vi的输出；
6、在程序最后加入“VISAClose.vi”函数
；以及whileloop结构；
程序框图如图2所示
7、运行程序，并将PC的串口第2脚与第3脚短路，在字符输入控件中输入字符，观察输出控件中的情况；
四．实验总结
对实验中运用LabVIEW对串口编程经验进行总结，在实验报告中提交本实验所编写的程序。
分析与串口相关控件的使用方法。
实验三LED数码管显示实验
一．实验目的
通过本实验，学习虚拟仪器语言LabVIEW操作数据采集卡数字接口的基本方法、学习LED数码管的基本原理与应用。
使用ELVIS平台对LED数码管进行显示驱动。
二．实验原理
LED数码管是由发光二极管构成的。
将条状发光二极管单元按照共阴极或共阳极的方式组合成“8”字，再把发光二极管的另一极作为笔段电极，就构成了LED数码管。
如下图1所示：
图1，中间引脚为公共端
电源加在发光二极管以及串联电阻两端即可以使发光二极管发光，典型电路由图2所示
图2
三．实验内容
1、使用ELVIS平台确认LED数码管为共阴极连接还是共阳极连接。
利用ELVIS平台的数字万用表功能测量其余引脚对公共端的电压。
2、使用ELVIS平台搭电路确认LED数码管的各个引脚对应的“8”字显示端。
利用图2所示电路搭建电路进行测量，将测量结果填入下表中
引脚
对应电极
1
2
4
5
6
7
9
10
3、搭建电路，将数字输出端DO0～DO7分别接到LED数码管的引脚
DO0对应a端，DO1对应b端，DO2对应c端，DO3对应d端，DO4对应e端，DO5对应f端，DO6对应g端，DO7对应g端。
完成下表
显示数字
对应DO值
“0”
“1”
“2”
“3”
“4”
“5”
“6”
“7”
“8”
“9”
4、使用ELVIS平台的数字输出端驱动LED进行显示
利用LabVIEW软件进行编程驱动LED数码管显示出“0”～“9”数字；
5、利用LabVIEW软件设计虚拟计时器，使LED数码管每秒显示从“0”～“9”的数字；
四．实验总结
对实验中运用LabVIEW对数字输出量控制进行总结，在实验报告中提交本实验所编写的程序以及相应电路图。
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