虚拟仪器技术实验指导 -...

虚拟仪器技术

实验指导

深圳大学测控技术与仪器

目录

实验一 LabVIEW 编程环境与基本操作实验.......................... 1

实验二 LabVIEW 编程的结构实验 1....................................... 7

实验三 LabVIEW 编程的结构实验 2..................................... 14

实验四 LabVIEW 编程的图形图表、数组与簇....................17

实验五 LabVIEW 编程的数据采集实验................................ 21

实验六 NI ELVIS 环境与数字温度计设计.......................... 30

实验七电路测试 1－AC 电路与滤波器特性测试...............42

实验八电路测试 2—数字 I/O 电路测试............................ 47

实验九十字路口红绿灯 LED 控制....................................... 51

虚拟仪器实验指导

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实验一 LabVIEW编程环境与基本操作实验

一、实验目的

1．了解 LabVIEW 的编程环境。

2．掌握 LabVIEW 的基本操作方法，并编制简单的程序。

3．学习建立子程序的过程和调用子程序的方法

二、实验原理

1．虚拟仪器

虚拟仪器（Virtual Instrument，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 National Instruments 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．LabVIEWLabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering）是一种图形化的编程语言，一个

标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW 集成了与满足 GPIB、VXI、RS-232 和 RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用 TCP/IP、ActiveX 等软件标

准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其

图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。图形化的程序语言，又称为“Ｇ”语言。使

用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图或流程图。

(1)LabVIEW 应用程序的构成

所有的 LabVIEW 应用程序，

即虚拟仪器（VI），它包括前面板

（front panel）、流程图（block diagram）

以及图标/连结器(icon/connector)三部分。

前面板

前面板是图形用户界面，也就是

VI 的虚拟仪器面板，这一界面上有用

户输入和显示输出两类对象，具体表

现有开关、旋钮、图形以及其他控制

（control）和显示对象（indicator）。

控制对象

(输入)显示对象

(输出)

图 1.1 随机信号发生器的前面板


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框图 ctrl+E框图提供 VI 的图形化源程序。在框图中对 VI 编程，以控制和操纵定义在前面板上的

输入和输出功能。框图中包括前面板上的控件的连线端子，还有一些前面板上没有，但编程

必须有的东西，例如函数、结构和连线等。

框图中，对象的移动：shift+鼠标选择移动；

对象的复制：ctrl+鼠标选择移动；

对象的删除：鼠标选择，按<退格>；前面板与框图并排：ctrl+T

图 1.2 与图 1.1 对应的框图。

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。

(2)操作模板

在 LabVIEW 的用户界面操作模板包括：

工具（Tools）模板：在前面板或框图中按住<Shift>键并单击鼠标右键。

控件（Controls）模板：在前面板激活状态，在前面板空白区单击右键。

函数（Functions）模板：在框图激活状态，在框图空白区单击右键。

(3)连线，连线工具

流程图上的每一个对象都带有自己的连线端子，连线将构成对象之间的数据通道。因为

这不是几何意义上的连线，因此并非任意两个端子间都可连线，连线类似于普通程序中的变

量。数据单向流动，从源端口向一个或多个目的端口流动。不同的线型代表不同的数据类型。

消除所有断线：ctrl+B(4)程序调试技术

函数：随机数

发生器

结构：循环

与前面板控件对

应的连线端子

与前面板控件对

应的连线端子

图 1.2 随机信号发生器的流程图

图标连

接器


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a)找出语法错误

如果一个 VI 程序存在语法错误，则在面板工具条上的运行按钮会变成一个折断的箭头，

表示程序不能被执行。点击它，LabVIEW 弹出错误清单窗口，点击其中任何一个所列出的错

误，选用 Find 功能，则出错的对象或端口就会变成高亮。

b)设置执行程序高亮

在 LabVIEW 的工具条上有一个画着灯泡的按钮，这个按钮叫做“高亮执行”按钮上。点

击这个按钮使它变成高亮形式，再点击运行按钮，VI 程序就以较慢的速度运行，没有被执

行的代码灰色显示，执行后的代码高亮显示，并显示数据流线上的数据值。这样，你就可以

根据数据的流动状态跟踪程序的执行。

c)断点与单步执行

为了查找程序中的逻辑错误，有时希望流程图程序一个节点一个节点地执行。使用断

点工具可以在程序的某一地点中止程序执行，用探针或者单步方式查看数据。使用断点工具

时，点击你希望设置或者清除断点的地方。断点的显示对于节点或者图框表示为红框，对于

连线表示为红点。当 VI 程序运行到断点被设置处，程序被暂停在将要执行的节点，以闪烁

表示。按下单步执行按钮，闪烁的节点被执行，下一个将要执行的节点变为闪烁，指示它将

被执行。你也可以点击暂停按钮，这样程序将连续执行直到下一个断点。

b)探针

可用探针工具来查看当流程图程序流经某一根连接线时的数据值。从 Tools 工具模板选

择探针工具，再用鼠标左建点击你希望放置探针的连接线。这时显示器上会出现一个探针显

示窗口。该窗口总是被显示在前面板窗口或流程图窗口的上面。

3．子 VI子 VI（SubVI）相当于普通编程语言中的子程序，也就是被其他的 VI 调用的 VI。可以

将任何一个定义了图标和联接器的 VI 作为另一个 VI 的子程序。

4．LabVIEW 编程常用的两个公共帮助选项：Context(上下文本)和 LabVIEW Help(LabVIEW帮助)，对于 LabVIEW 编程很有用，基本函数的操作都有介绍。快捷键：ctrl+H。

三、实验设备

安装有 LabVIEW 的计算机。

四、实验内容

1．熟悉 LabVIEW 的编程环境，理解基于数据流编程（data flow programming）的概念。

2．创建自己的第一个 VI。建立一个测量温度和容积的 VI。步骤如下：

1)选择 File»New，打开一个新的前面板窗口。

2)从 Controls»Numeric 中选择 Tank放到前面板中。

3)在标签文本框中输入“容积” ，然后在前面板中的其他任何位置单击一下。

4)把容器显示对象的显示范围设置为 0.0 到 1000.a.使用文本编辑工具（Text Edit Tool），双击容器坐标 10.0 标度，使它高亮显示。

b.在坐标中输入 1000，再在前面板中的其他任何地方单击一下。这时 0.0 到

1000.0 之间的增量将被自动显示。

5)在容器旁配数据显示。

将鼠标移到容器上，点右键，在出现的快速菜单中选 Visible Iterms»Digital Display即可。

6)从 Controls»Numeric 中选择一个温度计，将它放到前面板中。设置其标签为“温度”,


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显示范围为 0 到 100，同时配数字显示。可得到如下的前面板图。

图 1.3 练习 2 的前面板图

7)Windows»Show Diagram 打开流程图窗口。从功能模板中选择对象，将它们放到流程

图上组成下图（其中的标注是后加的）。

图 1.4 练习 2 的流程图

该流程图中新增的对象有两个乘法器、两个数值常数、一个随机数发生器，温度和容积

对象是由前面板的设置自动带出来的。

乘法器和随机数发生器由 Functions»Numeric 中拖出，尽管数值常数也可以这样得到，

但是建议使用在连接端子处点击右键创建（Create）常量（Constant）的方法更好些。

8）用连线工具将各对象按规定连接。

9）选择 File»Save, 把该 VI 命名为 Temp & Vol.vi，保存为 D:\Yourname\的文件夹中。

在前面板中，单击 Run（运行）按钮，运行该 VI。注意电压和温度的数值都显示在

前面板中。

10）选择 File»Close，关闭该 VI 。

3．自己创建一个 VI，完成以下功能：

将两个输入的数字相加并显示结果；将同样两个输入数字相乘并显示结果；比较两个输

入数字，如果数字相等，则 LED 指示灯亮。最后，保存为 Simple Math.vi 文件。

前面板如图 1.5：数字 A 和 B 用两个数字控件输入，两个数字指示器分别显示输出结果

A+B 和 A×B，当输入数字 A 和 B 相同时，将点亮 LED。

完成后，应用“高亮执行”观察数据流的运行流程，利用断点，单步调试等工具进行调

试。练习使用探针工具来查看当流程图程序流经某一根连接线时的数据值。

随机数发

生器

乘法函数

数值常数

连接点


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图 1.5 练习 3 的前面板

4．子 VI 的创建

１）打开练习 2 中 Temp & Vol.vi。２）在前面板中，用鼠标右键单击窗口右上角的图标，在快捷菜单中选择 Edit Icon….，也

可以双击图标激活图标编辑器。注意只能在前面板中编辑图标和联接器。

3）删除默认图标。使用 Select Tool（矩形框），单击并拖动想要删除的部分，按下<Delete>。也可以通过双击工具框中的阴影矩形删除图标。

4）用 Pencil Tool （铅笔工具）绘制一个温度计。

5）用 Text Tool（文本工具）创建文本。得到图标将如下图所示。

图１.６编辑后的图标编辑器窗口

6）单击 OK，关闭编辑器。新创建的图标就显示在屏幕右上角的图标窗口中。

7）用鼠标右键单击前面板中的图标窗口，在快捷菜单中选择 Show Connector，设置联接器端子连接模式。在默认情况下，LabVIEW 会根据前面板中的控制对

象和显示对象的数目确定联接器的端子连接模式。因为前面板中有两个对象，

所以联接器有两个端子，如左图所示。用鼠标右键单击联接器窗口，在快捷菜单中选择 Rotate90 Degrees（旋转 90 度），注意联接器窗口的变化，如左图所示。


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9）将端子连接到温度计和容积计：

a. 点击联接器上部端子。光标自动变成连线工具，同时端子变成黑色。

b. 单击温度显示对象。一个移动的虚线框把它包围起来，选中的端子的颜色变为与控制/显示对象的数据类型一致的颜色。

如果单击前面板中的任何空白区域以后，虚线消失，选中的端子变暗，这表示您已经成

功地把显示对象和上部端子连接起来。如果端子是白色，则表示没有连接成功。

c. 重复步骤 a 和 b，把底部的端子和容积计连接起来。

d. 用鼠标右键单击联接器，在快捷菜单中选择Show Icon….10）选择File»Save ，保存该 VI。这样这个 VI 就完成了，并也可以作为子 VI 被其他的 VI 调用。子 VI 的图标在主 VI 的

流程图中代表它。VI 的联接器（含有两个端子）输出温度和容积。

5、调用子 VI用调用子 VI 完成下面功能。

七、实验报告与总结

1．调试编辑以上 VI，画出以上 VI 的程序框图。

2．理解基于数据流编程的基本编程思路。

3．总结 VI 基本编程的快捷操作。

4．简述 VI 程序有什么构成，其各部分的功能是什么。

5．思考：在前面板和框图程序中，如何区分控制器和指示器。

6．心得体会及其它。


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实验二 LabVIEW编程的结构实验 1

一、实验目的

1．学习并掌握 For 循环和 While 循环以及它们的不同点。

2．学习使用移位寄存器（shift register）。

二、实验原理

1． While 循环和 For 循环在函数（Function）的结构（Structures）的选项板中可以找到。

创建循环的具体方法是，选择该循环后，先在欲放入循环内执行的对象左上方单击，然后按

下鼠标，拖曳出一个矩形框包围执行对象。释放鼠标时就创建了一个指定大小和位置的循环。

2．While 循环可以反复执行循环体的程序，直至到达某个边界条件。它类似于普通编程语

言中的 Do 循环和 Repeat-Until 循环。While 循环的框图是一个大小可变的方框，用于执

行框中的程序，直到条件端子接收到的布尔值为 FALSE。


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循环变量条件端子

图 2.1 While 循环

3．For 循环用于将某段程序执行指定次数。和 While 循环一样，它不会立刻出现在流程中，

而是出现一个小的图标，而后您可以修改它的大小和位置。For 循环将把它的框图中的程序

执行指定的次数，For 循环具有下面这两个端子：

N：计数端子（输入端子）——用于指定循环执行的次数。

I：周期端子（输出端子）——含有循环已经执行的次数。

图 2.2 For 循环与移位寄存器

3．移位寄存器可以将数据从一个循环周期传递到另外一个周期。创建一个移位寄存器的方

法是，用鼠标右键单击循环的左边或者右边，在快捷菜单中选择 Add Shift Register。移位寄存器在流程图上用在循环边框上相应的一对端子来表示。右边的端子中存储了一

个周期完成后的数据，这些数据在这个周期完成之后将被转移到左边的端子，赋给下一个周

期。移位寄存器可以转移各种类型的数据－－数值、布尔数、数组、字符串等等。它会自动

适应与它连接的第一个对象的数据类型。

三、实验设备


四、实验内容

1．A. 创建一个关于 While 循环的 VI，实现在 While 循环内放置随机数对象，并在前面板

上显示随机数及 While 循环的实时次数。并在前面板设置开关控制按钮，实现 While 循环的

停止控制。前面板如图 2.3，最后将该 VI 保存为 While Loop.vi 文件。


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图 2.3 While Loop目的：用 While 循环和图表获得数据，并实时显示。

B、创建一个可以产生并在图表中显示随机数的 VI。前面板有一个控制旋钮可在 0 到

10 秒之间调节循环时间，还有一个开关可以中止 VI 的运行。学习怎样改变开关的动作属性，

以便不用每次运行 VI 时都要打开开关。操作步骤如下：

前面板

１．

图２－２练习２－１的流程图


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2．A、创建一个关于 For 循环的 VI，实现在 For 循环内放置随机数对象，并在前面板上显

示随机数及 For 循环的实时次数。For 循环的指定执行次数设为 100 次。前面板如图 2.4，最

后将该 VI 保存为 For Loop.vi 文件。

图 2.4 For LoopB、目的：用 For 循环和移位寄存器计算一组随机数的最大值。

２．练习使用移位寄存器：设计一个包含移位寄存器的 While 循环，该前面板有 4 个数

字指示器，X（i）指示器用于显示当前循环的实时次数 i 值，X（i-1）指示器用于显示

前一次迭代的已循环次数 i 的值，X（i-2）指示器用于显示两个迭代前的已循环次数 i的值，X（i-3）指示器用于显示三个迭代前的已循环次数 i 的值。移位寄存器的初始化

值设为 0。并在前面板设置开关控制按钮，实现 While 循环的停止控制。前面板如图 2.5，最后将该 VI 保存 Viewing Shift Registers.vi 文件。


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图 2.5 Viewing Shift Registers4．设计一个 VI，实现使用循环和移位寄存器计算随机数序列的移动平均值。要求该 VI 产生一个随机序列，序列长度由前面板滑动条控件输入，该随机数序列的移动平均值由下列公

式可计算：

这里 i=0，1，…，N-1，表示在第 i 次计

算的平均值，是来自随机数函数的当前随机数。前面板要求显示当前用于计算移动

平均值的随机数个数 i+1，当前的移动平均值，前面板设计如图 2.6 所示，最后将该 VI 保存

为 Random Number Average.vi 文件。在 Highlight Execution 加亮执行的状态下观察数据流。

1

1i i

ii Ave RNAve

i

iAveiRN


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图 2.6 Random Number AverageB、目的：创建一个可以在图表中显示运行平均数的VI。


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五、实验报告与总结

1．调试编辑以上 VI，画出以上 VI 的程序框图和前面板。

2．说明 For 循环与 While 循环的区别。

3．理解移位寄存器的作用以及它的初始化。



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实验三 LabVIEW编程的结构实验 2

一、实验目的

1．掌握选择结构（Case Structure），顺序结构（Sequence Structure）编程；

2．了解时间估计和控制函数。

3．了解公式节点（Formula Node）的使用。

二、实验原理

1．Case 结构含有两个或者更多的子程序（Case）,执行那一个取决于与选择端子或者选择对

象的外部接口相连接的某个整数、布尔数、字符串或者标识的值。必须选择一个默认的 Case以处理超出范围的数值，或者直接列出所有可能的输入数值。Case 结构见下图 3.1。

图 3.1 Case 结构

2．顺序结构（Sequence Structure）顺序地执行子框图，它看上去像是电影胶片。它可以按

一定顺序执行多个子程序。首先执行 0帧中的程序，然后执行 1 帧中的程序，逐个执行下去。

与 Case 结构类似，这多帧程序在流程图中占有同一个位置。

3．时间估计和控制函数

“等待 Wait”：控制 VI 定时执行，每次执行单元（比如循环）内部，在执行代码运

行结束后，开始计时。保持此状态直到毫秒计数器的值等于预先设定的值。用于每

次执行单元至少执行时间设定。

“等待下一个整数倍的毫秒 Wait until Next ms Multiple”：每次执行单元（比如循环）

内部，在执行代码开始运行时，就开始计时。保持此状态直到毫秒计数器的值等于

子程序标识

按钮

条件端子


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预先设定数的整数倍。用于同步各单元操作。

“Tick Count (ms) 函数”：用与 Express VI 完成定时任务。

4．公式节点是一个大小可变的方框，可以利用它直接在流程图中输入公式。从函数 Functions的结构 Structures 中选择公式节点就可以把它放到流程图中。当某个等式有很多变量或者非

常复杂时，这个功能就非常有用。

图 3.2 公式节点

三、实验设备


四、实验内容

1．使用 Case 结构，创建一个 VI 以检查一个数值是否为正数。如果它是正的，VI 就计算它

的平方根，反之则显示出错。

提示：可以使用以下函数

One Button Dialog 函数（Functions»Time & Dialog）——它可以用于显示一个

对话框，内容可由字符串常量输入提供。

例如：

前面板如图 3.3，最后将该 VI 保存为 Case Structure.vi 文件。

图 3.3 Case Structure2．看 Timing with Sound Demo.vi，理解该顺序结构实现的作用，并在连续运行（ContinuouslyRun 模式下运行该 VI，写出该 VI 实现功能。


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3．练习用公式节点实现 y=x－e sinx 的计算，x 为输入数据，y 为输出显示数据，存为 FormulaCode.vi4．分别用 Case 结构和公式节点语句两种方法，实现下列条件分支语句：

考虑计算两数比率 x/y 的下列代码段：

if (y 0) thenz=x/y

elsez=+

end if两 VI 保存为 Case Division.vi 和 Formula Division.vi。



2．写出实验内容 2 的 Timing with Sound Demo.vi 实现功能。

3．使用公式节点时，如果输入变量的名称同输出变量的名称相同时，会怎样。

4．得体会及其它。


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实验四 LabVIEW编程的图形图表、数组与簇

一、实验目的

1．学习如何使用数组与簇，掌握它们的区别和相应操作；

2．学习并掌握 Chart 和 Graph 的使用，理解它们的区别。

二、实验原理

1．数组是同类型元素的集合。一个数组可以是一维或者多维，如果必要，每维最多可有 231

－1 个元素。可以通过数组索引访问其中的每个元素。创建一个数组有两件事要做，首先要

建一个数组的“壳”（shell），然后在这个壳中置入数组元素（数或字符串等）。数组元素不

能是数组、图表或者图形。

LabVIEW 提供了很多用于操作数组的功能函数，位于函数 Functions»数组 Array 中。其

中包括创建数组（Build Array），初始化数组（Initialize Array），数组大小（Array Size），数

组子集（Array Subset），索引数组（Index Array）等等。

创建数组（Build Array）——，用于根据标量值或者其他的数组创建一

个数组。

初始化数组（Initialize Array）——用于创建所有元素值都相等的数组。下图

中，该功能函数创建了一个一维数组。

数组大小（Array Size）——返回输入数组中的元素个数。

数组子集（Array Subset）——选取数组或者矩阵的某个部分。

索引数组（Index Array）——用于访问数组中的某个元素。

2．簇（Cluster）是另一种数据类型，它的元素可以是不同类型的数据。它类似于 C 语言中

的 stucture。使用簇可以把分布在流程图中各个位置的数据元素组合起来，这样可以减少连

线的拥挤程度。减少子 VI 的连接端子的数量。

捆绑（Bundle）数据


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Bundle 功能将分散的元件集合为一个新的簇，或允许你重置

一个已有的簇中的元素。可以用位置工具拖曳其图标的右下角以

增加输入端子的个数。最终簇的序是取决于被捆绑的输入的顺序。

右图中Bundle图标中部的Claster端子用于用新元素重置原簇中的

元素。

分解（Unbundle）簇

Unbundle 功能是 Bundle 的逆过程，它将一个簇分解为若干分

离的元件。如果你要对一个簇分解，就必须知道它的元素的个数。

LabVIEW 还提供一种可以根据元素的名字来捆绑或分解簇的方

法，稍后介绍。

3．图形显示对于虚拟仪器面板设计是一个重要的内容。在 LabVIEW 的图形显示功能中

Graph 和 Chart 是两个基本的概念。Chart 是将数据源（例如采集得到的数据）在某一坐标系

中，实时、逐点地显示出来，它可以反映被测物理量的变化趋势。而 Graph 则是对已采集数

据进行事后处理的结果。它先将被采集数据存放在一个数组之中，然后根据需要组织成所需

的图形显示出来。它的缺点是没有实时显示，但是它的表现形式要丰富得多。

三、实验设备


四、实验内容

1．练习数组的基本创建方法，编辑一个利用循环的自动索引（auto-indexing）功能创建一

个装有 10 个随机数的数组。

提示：利用随机数产生函数，循环 10 次产生一数组。

2．编辑下列 VI，理解二维数组的产生，存为 Two Dimensional Array Demo.vi。

前面板：程序框图：


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五、实验注意事项

图 4.1 Two Dimensional Array

3.创建一个 VI，实现将输入控件值与输入数组合并连接起来生成新的数组。该 VI 使用数组

大小（Array Size）和初始化数组（Initialize Array）两函数来创建维数合适的新数组，并将

新数组的所有元素初始化为 1。最后，VI 计算两新数组间的差，并将结果显示在前面板中。

前面板和基本程序框图组成如图 4.2，最后将该 VI 保存为 Practice with Arrays .vi 文件。


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图 4.2（1）Practice with Arrays 前面板

图 4.2（2）Practice with Arrays 程序框图组成

4．创建由一个控件簇和一个显示簇所组成的 VI，要求控件进行操作时，显示簇同时进行相

应的显示。前面板组成如图 4.3，最后将该 VI 保存为 Cluster.vi 文件。

提示：应用捆绑（Bundle）与分解（Unbundle）函数

图 4.3 Cluster 前面板


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5．创建一个 VI，用 Chart 和 Graph 分别显示 40 个随机数产生的曲线，比较程序的差别：

前面板及流程图如下

图 4.4 Chart 和 Graph 的比较



2．学会应用基本数组函数的编程。

3．总结 Chart 和 Graph 的使用区别。


实验五 LabVIEW编程的数据采集实验

一、实验目的

1．学习采用 Express VI 进行数据采集。

2．掌握波形的产生与采集，采集并显示一个模拟信号波形。

3．了解 Measurement Studio，练习使用 NI－DAQmx 使用 MAX 检查、配置和测试一个设备。

二、实验原理

1．LabVIEW 中一个重要的新元素称为 Express VI。这些 Express VI 可用于快速构建完成公

共测量任务（例如数据采集）所需的 VI。由于 Express VI 是采用对话框配置实现的，因此

它们是所需连线最少的节点。Express VI 的思想是通过对话框进行交互式操作来快速配置

VI。在函数面板上，Express VI 位于 Express 类别。Express VI 采用动态数据类型在 Express VI

间传递数据。用于采集任务的 Express VI 包括：DAQ 助手、仪器 I/O 助手、仿真信号和读


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取测量文件。双击 Express VI 就会出现一个对话框，在此对话框中可以通过配置 VI 来满足

需求。

2． DAQ 系统

DAQ 数据采集系统，主要实现的任务就是测量或生成物理信号。一个 DAQ 系统通常

具有一套获取、处理原始数据，分析传感器和转换器，信号调理以及显示、存储数据的软件。

DAQ 系统工作主要在基于计算机的系统测量到物理信号之前，通过传感器（或转换器）将

物理信号转换为电信号，并将该信号进行调理。插入的 DAQ 卡，将所测量的信号转换为数

字信号，并采入计算机中。DAQ 系统由软件控制，获取数据行，分析数据并得出结论。

3．Measurement StudioMeasurement Studio 数据采集界面具有一个类似向导的交互式界面，DAQ 助手，可用来

选择采样速率、触发、计时、时钟选择、缩放、信号类型和其他稳定性配置，同时也提供了

最佳单点采集和多线程性能。Measurement Studio 和 I/O 硬件驱动之间的紧密结合为工程师

提供了最有效的方式来完成进行测量所需的采集和仪器应用，并且极大地减少了开发时间。

NI Measurement Studio 是为Visual Studio .NET和Visual Studio 6.0环境提供的一个集成式套

件，包括各种常用的测量和自动化控件、工具和类库。NI Measurement Studio 带有的 ActiveX和.NET 控件、面向对象的测量硬件接口、高级的分析库、科学的用户界面控件、测量数据

网络化、向导、交互式代码设计器和高扩展性类库等功能，极大的减少了您应用程序的开发

时间。

Measurement Studio使用交互式测量工具来简化数据采集和仪器连接的操作。DAQ助手

和仪器I/O助手都是常用的.NET设计器，包括对测量任务配置、测试和编程的逐步引导，它

们自动生成自定义的底层代码。利用DAQ助手，您可以快速的配置数据采集任务，包括自

定义计时、标度和触发等而无需编程。利用仪器I/O助手，您可以直接与GPIB、以太网、USB、串行总线和VXI仪器通信。您可以使用这个交互式向导来对仪器控制系统设计原型、快速进

行测量、自动解释数据、生成代码，甚至开发简单的仪器驱动。

三、实验设备

安装有 LabVIEW, Measurement Studio 的计算机。支持 NI-DAQmx 的数据采集设备(DAQ).

四、实验内容

1．使用 Express VI 创建一个 VI，实现以前面板设定的振幅产生锯齿波信号，并在前面板上

以图形方式显示出来，将该 VI 保存为 Simulate Signal.vi 文件。该信号频率设为 100HZ, 每

秒采样设为 3000，自动方式确定采样数。

使用的函数：Simulate Signal Express VI.注意该函数的选择配置（双击）。

前面板及程序框图如图 5.1


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图 5.1 Simulate Signal Express改变 Simulate Signal Express VI.的参数配置，实现其他波形的产生。

2．在程序框图中添加 Express VIs 和结构，来创建一个新的 VI 程序，将该 VI 保存为 ReduceSamples.vi 文件。新的 VI 程序实现产生信号、减少信号的采样点，并在前面板的表格中显

示最终数据。前面板如图 5.2 所示。

提示：添加一个模拟信号的Express VI，配置Simulate Signal Express VI，以产生一个频

率为10.7、振幅为2的正弦波。然后产生信号进行调整，选择Sample Compression Express VI，配置Sample Compression Express VI，指定平均因子为25，来减少信号的样本点数。利用连

线工具，将Simulate Signal Express VI的Sine输出端连接到Sample Compression Express VI的Signals输入端。


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图 5.1 Reduce Samples将Sample Compression Express VI的Mean作为输出，连同Simulate Signal Express VI的输

出信号共同显示在Graph Indicator上。注意，应用合并信号函数(Merge Signal Function)实现双信号的显示。 Mean端同时创建一个数字显示件显示Mean值。Sample CompressionExpress VI Enable输入端来创建Enable开关控制。循环实现两信号显示，并用停止控件控制

循环退出。

3．使用MAX检查、配置和测试一个设备。

按照下列步骤使用MAX检查计算机中的DAQ设备配置，并使用MAX中的测试程序确认

设备操作。如没有DAQ设备，可以根据A．创建一个模拟设备中的指令模拟一个设备。

1）双击桌面上的图标或在LabVIEW中选择工具汾Measurement＆Automation Explorer都可以启动MAX。MAX搜索计算机上已安装的NI硬件，并显示相关信息。

A．创建一个模拟设备

2）创建一个NI-DAQmx模拟设备可以保证在没有硬件的条件下完成这一章中的练习。如

果安装了DAQ设备，可以跳过这一步，直接进行B部分的练习。

*展开Devices and Interfaces。*右键单击NI-DAQmx Devices，并选择Create New NI-DAQmx Device>>NI-DAQmx

Simulated Device。*在Choose Device对话框中选择M Series DAQ>>NI PCI 6225。*单击OK。

B．检查DAQ设备设置

3）展开Devices and Interfaces。4）展开NI-DAQmx Devices，查看已安装的使用NI-DAQmx驱动程序的NI设备。

5）选择NI-DAQmx Devices中列出的设备。图5.2显示了PCI-MlO-16E-4设备。


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图5.2．Devices and Interfaces部分展开的MAX

图5.3 设备路径

MAX显示了计算机中的NI硬件和软件。设备号出现在设备名之后，用引号分隔。DataAcquiSition VI根据这个设备号来决定哪一个设备执行DAQ操作。MAX还显示了设备的其它

属性，如设备所占用的系统资源。安装的设备可能不同，显示的一些选项也可能不同。单击

MAX右上角的ShowHeIp／Hide Help按钮，隐藏在线帮助，并显示DAQ设备信息。但是，ShowHelp／Hide Help按钮只出现在特定几种情况中。

6）如图5.3所示，选择Device Routes页，查看可以被发送到设备上其它地方的内部信号


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的详细信息。这是一种强大的资源，能够直观地表示那些通过设备组件和其它外部设备提供

定时和同步功能的信号。

7）如图5.4，选择Calibration页，查看上一次在设备内部和外部校准的信息。

图5.4 校准

8）右键单击配置树中的NI-DAQmx设备，选择Self-Calibrate以便用精密电压参考源校准

DAQ设备，并更新内置的校准常数。设备校准完毕后，Calibration选项卡中的Self Calibration信息也随之更新。如果使用的是模拟设备，请跳过这步。

C．测试DAQ设备组件

9）单击SeIf-Test按钮测试设备。该步骤测试分配给设备的系统资源。因为设备已经配

置好，所以应该能通过测试。

10）单击Test Panels按钮测试DAQ设备的各个功能，如模拟输入和输出。这时，会出现

Test Panels对话框。

*Analog Input页用于测试DAQ设备上不同的模拟输入通道。单击Start按钮从模拟输入

通道0采集数据。

*如使用了DAQ信号附件，通道Dev 1／ai0应连到温度传感器上。将手指放到传感器

上，并查看电压的上升情况。将DAQ信号附件上Noise开关移到On的状态，可以观察到该页

下的信号变化。完成后，单击Stop按钮。

*如果使用的是模拟设备，所有的输入通道上都会显示一个正弦波。

熟悉该页的各项设置。完成后，单击Stop按钮。

*单击Analog Output页，在DAQ设备的一个模拟输出通道上创建一个的电压或正弦

波。单击Close按钮关闭Test Panel，返回MAX界面。

4．使用DAQ设备和数字触发器采集一个模拟信号。创建一个VI，该VI在DAQ设备的Al1通道上测量电压信号。按下数字触发器，并打开前面板的Power开关，该VI就开始执行测量操

作。关闭前面板的Power开关，该VI就停止执行测量操作。


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用户界面的输入和输出

类型名称属性

波形图表模拟输入数据 x标尺范围：1／100秒

垂直摇杆开关电源

外部输入和输出· 输入：数据采集设备的Al1通道。用连线连接正弦波发生器和DAQ信号附件上的模拟输

入通道1。DAQ模拟设备也可用来采集数据。

实施：请按以下步骤创建如图5.5所示的前面板。

图5.5 Triggered Analog Input前面板

1）打开一个新VI。

2）创建一个模拟输入数据波形图表。

*在前面板窗口上添加一个波形图表。将波形图表控件名改为模拟输入数据。改变波形图

表的大小，以增加x轴的长度。

3）创建一个电源垂直摇杆开关。

*在前面板窗口上添加一个垂直摇杆开关。将开关名改为电源。*使用标签工具创建两个自

由标签，关和开。按图5.5中所示添加自由标签。

4）将该VI保存为Triggered Analog Input.vi.请按以下步骤创建如图5.6所示的程序框图。


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图5.6 Triggered Analog Input程序框图

5) 设置DAQ助手在按下数字触发器时以50 KHz在A11通道上采集数据。如果使用的是模拟

设备，采集数据时不需要触发器。

切换到程序框图。在程序框图中添加一个DAQ Assistant Express Vl。选择模拟输入>>电压作为测量参数。选择Devl>>ail作为物理通道。单击Finish按钮。设置Settings页上的SignalInput Range为1 V到-1 V的范围。设置Task Timing页上的Acquisition Mode为Continuous。设置

Task Timing页上的Clock Settings部分中的Samples to Read为5000。采样数定义了一次从缓冲

区中删除的数据量。设置Task Timing页上的Clock Settings部分中的Rate(Hz)为20k。如果使用

的是DAQ信号附件，切换到Task Triggering页。如果使用的是NI-DAQmx模拟设备，单击OK按钮，跳到步骤6。设置Task Triggering页上的Start Trigger部分中的Trigger Type为DigitalEdge。设置Trigger Source为PFl0。设置Edge为Rising。点击OK按钮，关闭Analog Input VoltageTask Configuration对话框。

6) 根据提示使LabVIEW自动生成一个While循环。注意，它会创建一个While循环和一个Stop按钮。

7) 删除Stop按钮，该VI使用的是电源开关。

8) 在While循环中添加电源接线端。

9) 将电源接线端连接到DAQ助手的Stop输入。

10) 将采集到的数据转换为一个数字数组，并将数据按采样数而不是时间绘制在图上。

在Whlie循环框中添加一个“从动态数据转换"Express VI。在配置对话框中选择结果数

据类型列表框中的一维标量数组---自动。单击确定。

11) 确定完成的程序框图连线如图5.6中所示。

12) 切换至前面板。


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13) 保存Vl。

测试:1) 如果使用的是DAQ信号附件，请确认是否用连线连接了正弦波发生器和模拟输入chl。

2) 使用操作工具将电源开关置于开的位置。

3) 运行VI，按照已安装硬件列或未安装硬件列中的指示开始采集数据。

已安装硬件未安装硬件

按下DAQ附件上的数字触发按钮。波形图

表应该开始显示一个正弦波。

波形图表应该开始显示一个正弦波。因为

不存在可以切换的物理触发器，所以不需要使

用触发器。

使用DAQ信号刚件上的频率调整转盘改

变正弦波的频率。

4) 完成后，将电源开关切换到关的位置。VI会停止运行。

5) 如果在开关处于关的位置时运行VI会有什么结果?这是在预期之中的吗?

6) 修改电源开关，使它在按下后回到开的位置，而且开的位置是默认值。

*使用操作工具将电源开关置于ON的位置。

*右键单击电源开关，从快捷菜单中选择数据操作>>当前值设置为默认值。

*右键单击电源开关，从快捷菜单中选择机械动作>>单击时触发。

7) 运行VI。电源开关是否和预期一致?

8) 停止并关闭VI。


1．调试编辑以上 VI，画出以上内容 1,2 的程序框图。

2．理解 NI-DAQmx 硬件的配置和任务的创立。

3．心得体会及其它


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实验六 NI ELVIS环境与数字温度计设计

一、实验目的

1．了解熟悉 NI ELVIS 环境实验平台。

2．使用虚拟仪器进行电子元件参数测量。

3．练习基于 NI ELVIS 软件的电路分析。

4．联系在 LabVIEW 工程环境下的 NI ELVIS 使用。

二、实验原理

1． NI ELVIS 简介（NI ELVIS——Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite）NI ELVIS 硬件组成

① 运行 LabVIEW 的计算机

② DAQ 卡

③ 68 针串行电缆

④ NI ELVIS 实验板

⑤ NI ELVIS Benchtop工作台

图 6.1 NI ELVIS 硬件组成

1） DAQ 卡——PCI-6251

16 路模拟输入 (16 位); 每通道 1.25 M/s 采样率 (总计 1 MS/s) 2 路模拟输出 (16 位, 2.8 MS/s); 24 路数字 I/O (每 8 共享一个时钟); 32 位计数器

使用对传感器与高电压测量进行 SCC 信号调理的 Mass 终端版

使用用于 OEM 的仅含板卡的套件

与 LabVIEW、LabWindows/CVI 和 Visual Studio.NET 的 Measurement Studio 兼容

NI-DAQmx 驱动软件和 NI LabVIEW SignalExpress 交互式数据记录软件


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2）NI ELVIS Benchtop 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/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 NI ELVIS-示波器 SFP 和 NI ELVIS-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）NI ELVIS 实验板

NI ELVIS 实验板连接在 Benchtop 工作台上。实验板上带一块面包板，可以用于建立电

子电路，并提供应用程序与信号间的必要连接。

图 6.3 NI ELVIS 面板

NI ELVIS 软件

1）SFP 仪器

Digital Multimeter (DMM)—数字万用表

Oscilloscope (Scope)—示波器

Function Generator (FGEN)—函数发生器

图 6.2 工作台前面板

① AI, 示波器 , 和可编程函

数 I/O 信号行

② 数字 I/O 信号行

③ LED 阵列

④ D-SUB 连接器

⑤ 计数器/定时器, 用户配置

I/O, 和直流电源信号行

⑥ DMM, AO, FGEN, 用户配

置 I/O, VPS, 和直流电源

信号行

⑦ 电源指示 LED

⑧ BNC 连接器

⑨ 香蕉插座连接器


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Variable Power Supplies (VPS)—可变电源

Bode Analyzer—波特图分析器

Dynamic Signal Analyzer (DSA)—动态信号分析仪

Arbitrary Waveform Generator (ARB)—任意波形发生器

Digital Reader—数字总线读取器

Digital Writer—数字总线写入器

Impedance Analyzer—阻抗分析仪

Two-Wire Current Voltage Analyzer—双线伏安特性分析仪

Three-Wire Current Voltage Analyzer—三线伏安特性分析仪

2）LabVIEW API用于 NI ELVIS 硬件编程的四个功能部件：DIO、DMM、FGEN 和 VPS。

2．DMM（数字万用表）

图 6.4 SFP 仪器

1） Function功能区：可选电压，

电流，电阻，电容得

测量选项

2）Range选择测量的量程

3) 测量方式

可选择Run和Single连续和独立一次的

方式

图 6.6 可变电源

图 6.5 DMM（数字万用表）

3．可变电源

该可变电源可以由虚拟仪器板面VPS APIs控制，由NIELVIS提供两路可变电压源，分别为0到－12V和0到＋

12V的电压源，每一通路最大限流为500mA。

三、实验设备

安装有LabVIEW的计算机，NI ELVIS测试平台

虚拟仪器DMM数字万用表，VPS可变电源

电阻：1.0 k，2.2 k，1.0 M，10 k. 各一个

电容：1 μF 一个

热敏电阻：10 k. 一个


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四、实验内容

1．练习使用DMM（数字万用表）测量电阻和电容

A、用两香蕉测笔连接所测元件两端（元件置于面包板上），启动NI ELVIS，初始化后选择

Digital Multimeter (DMM)—数字万用表虚拟仪器项，测量电阻时选择[Ω]，测量电容

时选择

挡。

R1 _______ . (1.0 k. nominal)R2 _______ . (2.2 k. nominal)R3 _______ . (1.0 M. nominal)C _______ (μf) (1 μF nominal)

图 1- 3 数字万用表欧姆计设置

可以使用 DMM SFP 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。

B、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


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择最适当的量程。

C、在 NI ELVIS II 原型板上创建分压电路

1、使用 R1 和 R2 两个电阻在 NI ELVIS II 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- 5 NI ELVIS 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) ________________


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V2 (测量值) ________________

8、测量值与计算值是否匹配？

D、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？

E 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 NI ELVIS II 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(1 MΩ

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]。


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其它两端则分别接到电容上。

图 1- 7 RC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 [10

V]。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 NI ELVIS II 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。

F、操作可变电源

1、从软件前面板菜单中，选择【VPS】图标。NI ELVIS II 共有两个可控电源，0 至-12 V 以

及 0 至+12 V，每个最大都可以输出 500 mA 电流。


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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 NI ELVIS II 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 NI ELVIS II 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。



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1．构建实现以上虚拟仪器测试项目，按要求实现记录。

2．分析说明以上实现测试的各个 VI 功能。


实验七 RC 瞬态电路和数字温度计设计

练习基于 NI ELVIS 软件的电路分析及数字温度计设计

1．，用可变电源提供5s 的方波，观察RC 电路的充放电波形。

电路连接如图6.7：

图6.7 RC 瞬态电路

在面包板上如图搭建电路：由可变电源提供5V电压。

图6.7 RC 瞬态电路面包板搭建电路

2．建立一个ELVIS 数字温度计。

根据热敏电阻的特性，它随着温度的增长，电阻值从而减小。构建电路图如图 6.8：


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图6.8 数字温度计电路

前端由可变电源提供3V电压，用10kohm 电阻和热敏电阻构建一个分压电路，利用

DMM数字万用表，测量热敏电阻两端的电压（VoltsIn.vi），并计算得到热敏电阻的阻值

（Scaling.vi）。用公式节点（formula node）对热敏电阻进行修正/校准，将电阻值换算得到

温度值（Convert R-T.vi）。构建电路后，启动LabVIEW, 载入Digital Thermometer.vi，理解

分析Digital Thermometer.vi 如何实现温度的测量，以及几个构成子VI的作用。运行调试该

VI程序，改变可变电源，观察记录所测电压如何变化。

在工作站的原型实验板上用 10K 欧电阻和一个热敏电阻组建一个分压电路，输入电压

分别连到[VPS+]和[Ground]插槽，用工作站 DMM[V]端口连接到热敏电阻两端，热敏电阻接

线原理图及实际电路如图所示。


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将电源电压降到+3V，用手指尖加热热敏电阻，观察电压下降情况，如图所示。

采集热敏电阻两端的电压数据，设置采样频率为 1000，每采 100 个电压数值，就取一

个平均值，子程序（volt input）如图所示。


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计算热敏电阻阻值的标准分压方程如下：Rt=R1*Vt/（3-Vt）这个方程称为比例函数，

可以把测得的电压值转换为热敏电阻的阻值。Vt 可以很容易地使用 NIELVISDMM 或用一个

LabVIEW 程序测得。在 25 摄氏度的环境温度下，阻值大约是 10 千欧。在 Labview 中，还

可将上述比例函数编为一个子虚拟仪器程序（V—R），如图所示。

计算得到的热敏电阻值通过采用公式节点编辑框，将热敏电阻值转换为温度值，公式：

T=（1/-0.04452）*ln(R/29.95798), 整个程序如图所示。


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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．分析说明以上实现测试的各个 VI 功能。


实验八电路测试 1－AC电路与滤波器特性测试

一、实验目的

1．了解熟悉 NI ELVIS 交流电路工具。

2．练习使用虚拟的函数信号发生器与示

波器。

3．使用 NI ELVIS 交流电路工具测量滤

波器特性测试。

二、实验原理

1．阻抗分析仪Impedance Analyzer阻抗分析仪：

用于复阻抗的测试与分析，板面如

图 7.1。在 RC 串联电路中，它的复阻抗

可由以下公式得出：

其幅度和相位可由下面公式得到：


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以上指标均可由阻抗分析仪直接测量直观得到。

图 7.1 阻抗分析仪

2．函数信号发生器

Function Generator

该虚拟仪器可实现正弦波、方波、

三角波的产生（Waveforms），其频率

（Frequency），幅度(Peak Ampitude)，直路分量(DC Offset)均可在板面上设

置。

图 7.2 函数信号发生器

3．示波器Oscilloscope.该示波器具有两路采集通道，能自动捕捉输入信号。其板面图 7.3

图 7.3 示波器

A,B 两测量通道：

显示和测量功能选择

被测信号选择

Y 轴(幅度)调节：

位置和标尺

扫描方式

X 轴(时间)调节：标尺同步触发信号

指针


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4．波特分析仪 Bode Analyzer波特分析仪实现增益/相位波特图测试分析，如图7.4

图 7.4 波特分析仪

三、实验设备

安装有 LabVIEW 的计算机，NI ELVIS 测试平台

数字万用表 DMM, 函数信号发生器 FGEN, 示波器 OSC, 阻抗分析仪 IA, 波特分析仪

BodeA.电阻：1.0 k，100 k，10 k.各一个

电容：1 μF，0.01μF 各一个

uA741 集成芯片

四、实验内容

1．RC 串联电路分析

搭建 RC 串联电路，用阻抗分析仪 Impedance Analyzer 测量电阻、电容的阻抗，并分析、

观察 RC 串联电路的阻抗。调节测量频率（Measurement Frequency），观察当电路频率变化

时，电容阻抗的变化，以及整个电路阻抗的变化，并列表分析。频率等于多少的时候，电路

阻抗的实部等于虚部？此时相位如何？

用 FGEN（函数波形发生器）和 SCOPE（示波器）观察 RC 串联电路。了解 FGEN 和

SCOPE 的使用方法。FGEN 作为 RC 电路的电压源（输入波形），用 CH A 观察输入波形，

CH B 观察 RC 电路的输出波形，记录波形。实际电路如图 7.5.


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图 7.5 RC 串联电路

2．了解波特分析仪Bode Analyzer的使用方法。使用Bode Analyzer来测试RC电路（如图7.6）的增益/相位波特图。使用函数信号发生产生用于测试的正弦波作为输入。

图 7.6 RC 电路

使用网格（the graphing format）和指针（the cursors），读出该电路频率特性，幅度为-3dB处，

相位等于45度的频率点，画出幅频特性和相频特性。示波器（SCOPE）和波特分析仪（BodeAnalyzer）的软面板都有Log按钮，可以将数据直接记录为excel表格。

3．基本运放电路的频率响应。在原型板上搭建增益为10的741反向运放电路，电路图如图7.7。


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图 7.7 基本运放电路

将运放电路的输入(V1)连接到FGEN，将运放电路的输出（Vout）连接到SCOPE的CH A，

用CH A观察输出波形，用CHB观察输入波形（V1 ，也就是FGEN FUNC_OUT），绘制波形

图。观察输入波形和输出波形之间的关系。计算输出和输入间的增益，频率从100Hz变化到

10kHz，增益有何变化？计算这个增益是否符合理论值（Rf/R1）。函数信号发生器 FGEN 设置如下

Waveform: Sine wavePeak Amplitude:0.1 VFrequency: 1 kHzDC Offset: 0.0 V

4．构建一个高通滤波器。在原有电路的基础上，在R1后面串联一个电容C1即可构成高通滤

波器。如图图7.8。使用波特分析仪（Bode Analyzer）

测量高通滤波器特性。电路接头连接

如下所示：

(from the FGEN Output)V1+ ACH1+V1– ACH1–(from the Op Amp Output)Vout+ ACH0+Vout– ACH0–

图7.8 高通滤波器

波特分析仪（Bode Analyzer）设置如下

Start 5 (Hz)Stop 50000 (Hz)Steps 10 (per decade)观察绘制波特图，以及截止频率的位置，它是否和理论值符合？截止频率：2πf= 1/

R1Cl。构建一个低通滤波器测试其波特图。在Rf上并联一个反馈电容Cf（将上一步骤中用到的

C1短接），即可构成低通滤波器。


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图7.8 低通滤波器


1．完成以上电器特性测试项目，按要求记录。

2．分析理解滤波器基本特性。


实验九电路测试 2—数字 I/O电路测试

一、实验目的


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1．了解熟悉 NI ELVIS 数字电路分析工具。

2．练习使用虚拟的数字总线读取器与数字总线写入器。

3．构建数字时钟电路并测试其特性。

二、实验原理

1．数字总线写入器（Digital Write）在NI ELVIS 面板上有一组绿色LED灯分别对应

了一组标记了 LED <0–7>的插孔。它们用于数字逻辑

电平状态的显示(On = HI and Off = LO)。通过它，使

用数字总线写入器可以输出一组可控逻辑电平。

数字总线写入器（Digital Write）板面如图8.1，在

Manual的模式下，写入电平由虚拟控件控制，8位状态

量可以以二进制，十进制，十六进制方式被设计的测

量VI读出显示。

数字总线写入器的其他模式设置：

Manual Load any 8-bit patternRamp (0–255) Computer Instruction INCAlternating 1/0’s Computer Instruction INVERTWalking 1’s Computer Instruction SHIFT LEFT LOGIC 图8.1 数字总线写入器

2．数字总线读取器（Digital Reader）数字总线读取器可读取数字信号

的逻辑状态。由虚拟LED灯显示表示。

三、实验设备

安装有 LabVIEW 的计算机，NI ELVIS测试平台，数字总线读取器（DigitalReader），数字总线写入器（DigitalWrite），数字万用表 DMM, 函数信号

发生器 FGEN, 图 8.1 数字总线读取器

电阻：100 k，10 k.各一个

电容：1μF 一个

555时钟芯片，7493 位转换芯片

四、实验内容

1．构建一个555数字时钟源。用555计时器芯片和电阻、电容，即可构成一个数字时钟源。

练习用DMM测量电路各组成部分的值：电阻，电容。搭建如下图所示的电路图。


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图 8.3 数字时钟源

RA ______________________ . (10 k. nominal)RB ______________________ . (100 k. nominal)C ______________________ μF (1 μF nominal)

用Digital Reader和示波器(SCOPE)分别观察555芯片的输出（pin3），可以观察到LED的

闪烁或数字波形。分别计算波形的周期、频率和占空比如下：

T = 0.695 (RA + 2 RB)C secondsF = 1/T Hertz

Duty Cycle (On time/Period)：DC = (RA + RB) / (RA + 2 RB)2．构建一个4-bit数字计数器。在原先电路的基础上，再加上7493 4-bit 二进制ripple 计数器

芯片，它包含一个除2和除8的计数器。Pin 12和pin 1必须短接，以构成除16的计数器。电路

图如下所示：

图8.4 数字计数器

另外，将电路输出连接到原型板的LED和DI上。


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Q1 pin 12 to LED<4> and Read<4>Q2 pin 9 to LED<5> and Read<5>Q4 pin 8 to LED<6> and Read<6>Q8 pin 11 to LED<7> and Read<7>555 Clock pin 3 to LED<0> and Read<0>

给原型板上电，可以观察到LED表现出累加计数的情况。另外，你也可以在Digital Reader中观察LED的计数情况。

3．构建一个LabVIEW逻辑状态分析仪。在前几个步骤中，我们只是观察了某个时刻的数字

输出，下面我们将观察连续输出的数字波形。打开Binary Counter.vi，这是一个4-bit逻辑状态

分析仪。前面板是4-bit数字计数器的输出波形，分析该VI程序框图说明如何实现4-bit逻辑状

态分析。


1．完成以上电路特性测试项目，按要求记录。

2．分析理解 Binary Counter.vi，说明如何实现 4-bit 逻辑状态分析。



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实验十十字路口红绿灯 LED控制

一、实验目的

1．研究二极管特性。

2．构建利用二极管指示的红绿灯 LED 控制。

3．练习使用双线伏安特性分析仪。

二、实验原理

1．双线伏安特性分析仪（Two-WireCurrent Voltage Analyzer）

双线伏安特性分析仪可测试显示器

件的I –V曲线图像，可对电压的坐标量进

行设定包括电压测试范围和增量。I –V曲

线显示方式可选择线性和对数[Linear/Log]两种方式表现。可以使用指针得到曲线上

的(I,V)坐标值。

2．二级管开启电压的测试

使用双线伏安特性分析仪（Two-WireCurrent Voltage Analyzer）可以测试二极管

的I –V曲线图像。在二极管的I –V曲线图

像上，通过用靠近最大电流的切线，与电

压坐标的交点寻找二极管的开启电压值

（正向导通的时候）。如图9.2。图9.1 双线伏安特性分析仪

图 9.2 二极管伏安特性，其开启电压为红色直线与横轴的交点

三、实验设备

安装有 LabVIEW 的计算机，NI ELVIS 测试平台


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数字万用表 DMM, 双线伏安特性分析仪（Two-Wire Current Voltage Analyzer），数字总线写

入器（Digital Write）1个硅二极管，6个发光二极管LED（2红，2黄，2绿）

四、实验内容

1．测试二极管特性。

打开 DMM（数字万用表）的软面板，选择。将其中一个发光二极管连接到工作

台上 DMM(current) HI 和 LO 端子。如果不导通，则读数和未接二极管（开路）时一样；如

果二极管导通，发光二极管将会发光，而读数将会减小。这时候，和 LO 端子相连的即为二

极管的正极。

二极管特性曲线测试：

在面包板上，放置发光二极管，将发光二极管连接到工作台上 DMM(current) HI 和 LO端子。将二极管的正极与探笔的黑笔头输入相连。启动 NI ELVIS Instrument Launcher 选择 TwoWire Current-Voltage Analyzer。该 VI 用于测试元件的(I -V)曲线。对于硅材料的二

极管测试，参数设置如下：

Start –2 VStop +2.0 VIncrement 0.1 V

运行Run按钮，将出现该元件的(I -V)测试曲线，并记录该曲线。

尝试改变曲线显示方式的按钮[Linear/Log]来观测曲线。打开 Cursor 按钮，该 VI 能给出在曲

线上指针位置出的(I,V)坐标值。按图 9.2 所示，获得发光二级管的开启电压值。

发光二极管：

红色 LED ____________ V黄色 LED ____________ V绿色 LED ____________ V

2．十字路口红绿灯构建

如图9.3构建十字路口红绿灯，使用8位二进制位并行总线（由NI ELVIS面包板提供，输

出在面包板旁由Write <0–7>标出）控制每个LED的状态。每一LED正极与总线输出正极相

连，负极与地相连。其6个LED连接方式如下表表示。

Write<0> 红色南北方向 Write<4> 红色东西方向

Write<1> 黄色南北方向 Write<5> 黄色东西方向

Write<2> 绿色南北方向 Write<6> 绿色东西方向

从 NI ELVIS Instrument Launcher面板, 选择Digital Writer。使用垂直滑动按钮，你可以

选择任意的8位数字电平模式进行输出控制。设置Mode为Continuous，设置 Pattern为Manual。按下Write按钮，可实现端口输出。

要实现十字路口红绿灯按以下方式控制LED的亮灭。每一个方向的一组红绿灯亮灭控制

的基本循环周期时间为60s，其中前30s 点亮红灯；接着关灭红灯，点亮绿灯，持续25s后熄

灭；最后5s点亮黄灯，实现通行过渡状态的指示。两个方向的灯控状态相互差别，也就是说

一方30s红灯的时候，另一方实现25s的绿灯加5s的黄灯状态。这样交替以实现十字路口的交

通控制，其具体的LED的控制时序见表9.1(T1, T2, T3, and T4)。构建实现该十字路口红绿灯

的控制。


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图9.3 十字路口红绿灯

表1 交通十字红绿灯状态控制时序表

3．交通十字红绿灯状态自动控制

打开StopLights.vi，这是一个交通十字红绿灯状态自动控制的VI。分析该VI程序框图说

明如何实现交通十字红绿灯状态自动控制状态分析。


1．完成以上电路特性测试项目，按要求记录。

2．分析理解 StopLights.vi，说明如何实现交通十字红绿灯状态自动控制。


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