实验一NIELVIS工作环境的熟悉和使用.docx
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实验一NIELVIS工作环境的熟悉和使用
实验一NIELVIS工作环境的熟悉和使用
一、实验目的
1、熟悉NIELVIS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、NIELVISI工作环境（NIEducationalLaboratoryVirtualInstrumentationSuite）
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、原型比较了解起来，以动手实践方式培养学生电子设计理论和实践的能力。
NIELVISII环境由以下几部分组成：
1.硬件工作区——用于创建电路及接口实验
2.NIELVISII软件（在NILabVIEW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NIELVISII工作站的自定义控制及访问。
图1-1NIELVISII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NIELVISII+工作站与计算机连接。
2、在计算机:
所有程序——>NationalInstruments——>NIELVISmxforNIELVIS&NIMyDAQ——>NIELVISmxInstrumentsLaunch，或点击桌面快捷方式。
NIELVISII+仪器条将在屏幕上显示。
现在已经完成测量的准备了。
图1-2NIELVISmx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NIELVISmx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DMMSFP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[Ω]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（1.0K标称值）
R2（2.2K标称值）
R3（1.0M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NIELVISII原型板上创建分压电路
1、使用R1和R2两个电阻在NIELVISII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[—]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1-5NIELVIS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（A），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1µF的电容。
1、将电容的导线连接到原型板的[DUT+]和[DUT–]上。
可以在NIELVISII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_______（µf）
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（1MΩ电阻）取代，而R2则由1µF的电容C取代。
将DMM的导线移至输入插孔[VΩ]和[COM]。
其它两端则分别接到电容上。
图1-7RC瞬态电路
5、选择DMM[V]并单击RUN。
6、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}[10V]。
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NIELVISII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。
NIELVISII共有两个可控电源，0至-12V以及0至+12V，每个最大都可以输出500mA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－）、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NIELVISII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NIELVISII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1-6AC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RkΩ（1kΩ标称）
电容CμF（1μF标称）
2、元件与电路阻抗Z的测量
1）从NIELVISmx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：
其幅度和相位可由下面公式得到：
2）将元件置于NIELVISⅡ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1kΩ的电阻相连接。
4）为NIELVISⅡ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0。
6）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/ωC。
9）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1-8Multim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NIELVISⅡ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NIELVISmx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NIELVIS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1µF电容和一个1.0kΩ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[GROUND]的引脚插座相连接，如下图所示。
5）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SimulateNIELVISII+切换成Device（ELVISII+），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ELVISII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
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、DUT+、DUT-三个端口。
打开电源开关和原型板开关。
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分析仪测量发光二极管的临界电压。
LED正极接DUT+，负极接DUT-。
打开二线制I-V分析仪软面板——2-Wire。
设置起始电压0~2V。
点击运行。
执行完毕后，记录临界电压值V1=。
四、实验报告与总结
1、构建实现以上虚拟仪器测试项目，按要求实现记录。
2、心得体会及其它。
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