清华虚拟仪器物理实验讲义.doc

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1、5）虚拟仪器（NIELVIS）基础实验[实验目的]1．了解虚拟仪器概念2．学习NIELVIS软面板仪器的使用，并进行实际测量3．了解G语言，LabVIEW编程初步[实验原理]一．虚拟仪器简介1．软件即仪器虚拟仪器（VirtualInstrument，简称VI）是基于计算机的软硬件测试平台。虚拟仪器技术的优势在于可由用户定义自己的专用仪器系统，且功能灵活，很容易构建，所以应用面极为广泛。20世纪80年代，随着计算机技术的发展，个人电脑可以带有多个扩展槽，就出现了插在计算机里的数据采集卡。它可以进行一些简单的数据采集，数据

2、的后处理由计算机软件完成，这就是虚拟仪器技术的雏形。1986年，美国NationalInstruments公司（简称NI公司）提出了“软件即仪器”的口号，推出了NI-LabVIEW开发和运行程序平台，以直观的流程图编程风格为特点，开启了虚拟仪器的先河。2．与传统仪器比较虚拟仪器·使用者定义功能·软件定义的界面·网络/互联网的连接传统仪器·制造商定义功能·固定的界面·有限的扩展功能3．LabVIEW图形化开发环境LabVIEW是一种图形化的编程语言和开发环境。它功能强大且灵活，包含内容丰富的数据采集、分析、显示和存储工具

3、。LabVIEW用于实现对实际物理量的采集、分析和表达，利用它可以方便快捷地建立自己的虚拟仪器。以LabVIEW为代表的图形化程序语言，又称为G语言。使用这种语言编程时，基本上不需要编写程序代码，而是“绘制”程序流程图。LabVIEW与虚拟仪器有着紧密联系，在LabVIEW中开发的程序都被称为VI（或虚拟仪器），其扩展名为vi。VI包括三个部分：前面板（FrontPanel）、程序框图（BlockDiagram）和图标/连接器（IconandConnectorPane）。前面板和程序框图程序前面板用于设置输入数值和观察

4、输出量，用于模拟真实仪表的前面板。在程序前面板上，输入量称为控制器（Control），输出量称为显示器（Indicator）。控制和显示是以各种图标形式出现在前面板上，如旋钮、开关、按钮、图表、图形等，这使这得前面板直观易懂。程序框图是定义VI功能的程序源代码。每一个程序前面板都对应着一段框图程序。框图程序用LabVIEW图形编程语言编写，可以把它理解成传统程序的源代码。框图程序由端口、节点、图框和连线构成。其中端口被用来同程序前面板的控制和显示传递数据，节点被用来实现函数和功能调用，图框被用来实现结构化程序控制命令，

5、而连线代表程序执行过程中的数据流，定义了框图内的数据流动方向。图标连接器图标/连接器是子VI被其它VI调用的接口。图标是子VI在其他程序框图中被调用的节点表现形式；而连接器则表示节点数据的输入/输出口，就象函数的参数。用户必须指定连接器端口与前面板的控制和显示一一对应。连接器一般情况下隐含不显示，除非用户选择打开观察它。二．DAQ（DataAcquisition数据采集）系统组成数据获取和分析硬件传感器变换器信号调理个人计算机软件DAQ系统从真实世界捕捉、测量并分析物理量。数据采集是从传感器等设备收集和测量电信号，并将

6、它们送到计算机进行处理的过程。数据采集也可以包括模拟或数字控制信号的输出。一个DAQ系统的基本组成部分包括下列条目：·传感器、变换器——将物理量如光、温度、压力或声音转变为可测量的电信号的装置。·信号——DAQ系统传感器、变换器的产物。·信号调理——连接到DAQ设备的硬件，改善准确性或减小噪音、使信号适合于测量。最常用的信号调理包括放大、线性化、隔离和滤波。·DAQ硬件——用于获取、测量和分析数据的硬件。·软件——完成测量和控制应用程序的设计和编程。[实验仪器]NIELVIS简介（NIELVIS——Educationa

7、lLaboratoryVirtualInstrumentationSuite）1．NIELVIS硬件组成①运行LabVIEW的计算机②DAQ卡③68针串行电缆④NIELVIS实验板⑤NIELVISBenchtop工作台1）DAQ卡——PCI-6014·8路差分AI通道，分辨率16位，采样率200kS/s·两路AO通道，输出率10kS/s·8路DIO线·两路定时器/计数器·数字触发工作台前面板2）NIELVISBenchtop工作台①系统电源指示⑤函数发生器控件②实验板电源开关⑥数字万用表连接器③通信开关（NORMAL/

8、BYPASS）⑦示波器连接器④可变电压源控件（+/-）实验板插槽和保护板Benchtop工作台和DAQ设备仪器构成完整实验系统。工作台上的前面板提供用于函数发生器和可变电源的旋钮，并且为NIELVIS-示波器SFP和NIELVIS-数字万用表SFP提供BNC和香蕉插座。Benchtop工作台带有一个保护板，用于保护DAQ卡。3）N