虚拟仪器仪表综合实验装置实验指导书模板
虚拟仪器实验指导书XX版
虚拟仪器实验指导书XX版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 (6)实验三LabVIEW编程的图形图表、数组与簇 (126)实验四 LabVIEW编程的数据采集实验 (150)实验五 NI ELVIS环境 (218)实验六 RC 瞬态电路与数字温度计设计 (215)实验一 LabVIEW 编程环境与基本操作实验一、实验目的1．熟悉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与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，因此应用面极为广泛。
20世纪80年代，随着计算机技术的进展，个人电脑能够带有多个扩展槽，就出现了插在计算机里的数据采集卡。
它能够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 开发与运行程序平台，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与仪器操纵软件。
LabVIEW 集成了与满足GPIB 、VXI 、RS-232与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。
利用它能够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。
LabVIEW虚拟仪器实验指导书
实验一一、实验目的：熟悉LabVIEW软件的基本编程环境。
二、实验内容：创建一个VI程序，并将此程序保存为VI。
此VI要实现的功能是：当输入发动机转速时，经过一定的运算过程，输出发动机温度和汽车速度值。
三、要求：温度计显示发动机温度，温度范围（0~100）仪表控件显示汽车速度，速度范围（0~150）单位Km/h前面板设计布局合理，可读图标设计为保存为某某某速度子VI.vi把该子程序添加到用户库。
四、实验步骤（1）启动LabVIEW，创建一个VI。
（2）在前面板中放置一个温度计控件，并修改控件标签名为发动机温度和设置最大值为100。
该控件从“控件—经典—经典数值”子选项板中获得。
（3）按同样的方法在前面板中放置一个仪表控件，并修改仪表控件的标签名为汽车速度，标尺刻度范围为0～150。
（4）按同样的方法在前面板中放置一个数值输入控件，并修改控件标签名为发动机转速。
（5）从“窗口”下拉菜单中选择“显示程序窗口”切换到程序框图窗口。
（6）在程序窗口中创建乘法函数，该函数中函数选项板中的“函数—编程—数值”子选项板中选择，并和发动机转速输入控件连线，为乘法函数创建一个常量，修改为图中所示值。
（7）按同样的方法创建加法函数、平方根函数和除法函数，并按图中所示修改常量值和连好线。
（8）切换至前面板，在发动机转速控件中输入数值，点击运行按钮，运行VI程序。
（9）修改图标为T/V以表示该子VI输出量为发动机温度和汽车速度，并保存为vi.vi。
前面板：程序框图：实验二一、实验目的：熟悉LabVIEW软件的基本编程环境。
二、实验内容：1、创建一个VI程序，比较两个数，如果两数相等则灯亮。
2、创建一个VI程序并调试，使用滑动控件输入3个数A、B和C，求(B+C) A－20，确定运算结果的范围，并使用数值、表盘和温度计正确显示结果。
三、设计和编辑前面板，使界面美观、实用。
实验三1．实验目的：熟悉子VI的调用。
2．实验内容：创建一个VI程序，并在编写程序过程中调用实验一中创建的子VI。
虚拟仪器技术实验指导书(紫金2012)
实验2 LabVIEW图形、数组、簇编程实验(设计型)1.实验目的(1)学习如何创建数组和簇,掌握它们的区别以及相应的操作。
(2)学习并掌握波形图和波形图表的使用,了解它们的区别。
2.实验设备安装有LabVIEW8.2的计算机3.实验内容(1)利用For循环建立一个一维数组并给出数组中的元素个数;建立一个二维数组给出数组中元素个数,并求出二维数组中元素的最大值、最小值。
(2)产生两个一维数组,分别组成一个二维数组和一个簇,然后用波形图显示二维数组,用XY图显示簇。
(3)设计一个VI来测量温度,每隔0.25秒测一次,共测定10秒,温度范围为0~100度。
在数据采集过程中,VI将在波形图表上实时地显示测量结果。
在采集过程结束后,在波形图上画出数据波形曲线,并算出温度的最大值,最小值和平均值。
4.实验原理(1)数组数组是一些具有相同类型的元素组成的集合。
数组包含两方面的内容:元素和维数。
数组中的元素可以是数字、布尔、字符、路径、波形和簇等数据类型。
(2)簇簇相当于一个容器,容器中的元素可以是各种不同的数据类型。
也就是说,可以在一个簇中放置控制选板上的各种控件,如数字控件、布尔控件、数组控件等,但是不能将输入控件和输出控件同时放入其中。
(3)图形子选板LabVIEW8.2的图形子选板提供了完成各种图形显示功能的控件。
按照处理测量数据的方式和显示过程的不同,图形显示控件主要分成两大类,一类为图形,另一类称为图表。
这两类控件都是用于图形化显示采集或生成的数据。
图形和图表的区别在于各自不同的数据显示和更新方式。
含有图形的VI通常先将数据采集到数组中,再将数据绘制1到图形中。
该过程类似于电子表格,即先存储数据再生成数据的曲线。
数据绘制到图形上时,图形不显示之前绘制的数据而只显示当前的新数据。
图形一般用于连续采集数据的快速过程。
与图形相反,图表将新的数据点追加到已显示的数据点上以形成历史记录。
在图表中,可结合先前采集到的数据查看当前读数或测量值。
虚拟仪器技术实验指导书
实验一熟悉编程环境与基本编程操作一、实验目的1.理解LabVIEW的运行机制，熟悉LabVIEW编程环境。
2.掌握基本编程操作，包括VI程序的创建、编辑、运行与调试。
3.理解LabVIEW模块化编程思想，掌握子VI的创建、编辑及调用。
二、实验内容及步骤1.基于“生成和显示”模板写一个类似于下图的正弦波发生器，要求频率和幅度可调。
2.写一个VI获取当前系统时间，并将其转换为字符串和浮点数，如下图所示。
3.写一个温度监测器，如下图所示，当温度超过报警上限，而且开启报警时，报警灯点亮。
温度值可以由随即数发生器产生。
分别用普通方式和高亮方式运行程序，体会数据流向。
4.在“3”的基础上，添加一个While循环和定时器，实现连续的温度采集监测。
利用子VI实现一个温度报警对话框，每当报警发生时就弹出该对话框，如下图所示，点击“知道了”按钮退出对话框。
四、实验报告要求1.简述实验目的和实验步骤，给出每个VI程序的前面板和程序框图。
2.谈谈你的收获与体会。
实验二数组、簇及波形输出一、实验目的1.掌握数组及簇的创建，数组及簇的函数运用。
2.理解Chart、Waveform Graph之间的区别，学会正确运用不同波形输出方式。
3.通过实验学会程序结构的运用。
二、实验内容及步骤1.利用For循环产生一个3×3的整数随机数数组，随机数要在0到100之间。
2.利用簇模拟汽车控制，如下图所示。
控制面板可以对显示面板中的参量进行控制。
油门控制转速，转速＝油门*100，档位控制时速,时速＝档位*40，油量随VI运行时间减少。
四、实验报告要求1.简述实验目的和实验步骤，给出每个VI程序的前面板和程序框图。
2.谈谈你的收获与体会。
实验三 测控系统理论基础实验一、 实验目的1. 学习使用Labview 数学分析信号处理工具箱。
2. 掌握数据分析与信号处理的原理及方法，学会利用拟合、插值、FFT 和数字滤波器。
二、实验内容及步骤1. 利用最小二乘法拟合曲线，因变量y 与自变量x 的关系表达为：假设猜测函数为： 2. 设计一VI ，产生一组等间隔随机数，并用Labview 插值函数构建插值曲线。
虚拟仪器实验指导书
《虚拟仪器》实验指导书适用专业:课程代码:总学时: 40 总学分: 2.5 编写单位:编写人:审核人:审批人:批准时间:年月日目录实验一 (2)实验二 (7)实验三 (10)实验四 (15)实验五 (26)实验一：VI程序的创建与结构控制一、实验目的：创建VI程序，学习子程序的创建和调用，熟悉结构控制的使用。
二、实验原理及线路：创建一个VI子程序模拟温度测量。
假设传感器输出电压与温度成正比。
例如，当温度为70°F 时，传感器输出电压为0.7V。
本程序也可以用摄氏温度来代替华氏温度显示。
创建一个VI程序检测温度是否超出范围，当温度超出上限（High Limit）时，前面板上的LED 将点亮，并且有一个蜂鸣器发声。
学习使用顺序结构和包括头文件的数据文件。
当程序停止数据采集后，自动产生数据文件的头文件，它包括操作者名字和文件名，然后将采集的数据附在头文件后面。
三、实验仪器设备：装有Labview7的PC机。
本程序用软件代替了DAQ数据采集卡。
使用Demo read voltage子程序来仿真电压测量，然后把所测得的电压值转换成摄氏或华氏温度读数。
四、实验内容及步骤：(一)子VI前面板设计：1.用File菜单的New选项打开一个新的前面板窗口。
2.把温度计指示部件放入前面板窗口。
3.在前面板窗口的空白处点击鼠标键，然后从弹出的Numeric子模板中选择Thermometer。
4.在高亮的文本框中输入“温度计”,再点击鼠标键按钮。
5.重新设定温度计的标尺范围为0.0到100.0。
使用标签工具A，双击温度计标尺的10.0，输入100.0，再点击鼠标键或者工具栏中的V按钮。
6.在前面板窗口中放入竖直开关控制。
在面板窗口的空白处点击鼠标键，然后弹出的Boolean子模板中选择Vertical Switch,在文本框中输入“温度值单位”,再点击鼠标键或者工具栏中的V按钮。
使用标签工具A，在开关的“条件真”（true）位置旁边输入自由标签“摄氏”,再在“条件假”（false）位置旁边输入自由标签“华氏”。
虚拟仪器技术实验指导书
2、设计一个虚拟比较功能检验仪，该检验仪能对输入的信号进行比较；
三、实验内容
1、设计一个铁—康铜热电偶非线性校正仪，该非线性校正仪能在(0－400)℃的温度范围内自动校正铁—康铜热电偶的非线性，所用公式如下：
2）设定3个数值型控件和开关型控件的属性，编写主程序main；
3）令y＝20.65，在(0-30)范围内输入x值，观察校验仪显示状态。将开关分别拨向“校验”和“不校验”观察校验仪显示状态；
四．实验总结
对实验中运用Labwindows/CVI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。
实验二基于LabVIEW的基础设计与应用
其中 ， ， ，
1）仪器面板上放置2个数字值控件和2个按钮；1个数值型控件为输入数值E，由用户键入铁—康铜热电偶的热电势值E的数值，另外1个数值型控件为显示输出值，显示对应热电势E的温度T；按钮用来启动校正和停止程序；
2）设定2个数值型控件和开关型控件的属性，编写主程序main；
3）检验输入热电势的值E＝0mV、5.268mV、10.777mV、16.325mV和21.846mV，校正仪应相应显示温度：T＝0℃、100℃、200℃、300℃、400℃
2、设计一个虚拟比较功能检验仪，该检验仪能对输入的信号进行比较：用户键入输入量x、参考量y；将x和y的值进行比较。当x<y则显示True，当x>=y则显示False；校验仪具有状态控制开关。校验仪有2种工作模式：“校验”和“不校验”；
1）仪器面板上放置3个数字值控件、1个开关型控件和2个按钮；2个数值型控件为输入数值，由用户分别键入输入量x和参考量y的数值，另外1个数值型控件为显示输出值，可显示“True”或“False”；开关型控件实现两种状态：“校验”和“不校验”的转换，当开关在“不校验”状态时，输出显示“No Result”；按钮用来启动校验和停止程序；
虚拟仪器应用技术实验指导书
实验一、LabVIEW8.2软件基本操作、运用实验目的：熟悉LabVIEW8.2操作、功能，了解相关控件。
实验要求：编写程序实现：1.产生一个值为0.0～1.0的随机数a，放大10倍后与某一常数b比较，若a>b，则指示灯亮。
2.创建一个子VI，子VI功能：输入3个参数后，求其和，再开方。
编一个VI调用上述子VI。
3.单步调试程序；应用探针观察各数据流。
实验内容：1.启动LabVIEW8.2，出现启动窗口后，在这个窗口中新建VI。
在程序窗口按要求放入所需的函数控件如图。
然后按照实验要求3调试程序，调试完成后存盘。
2.重新启动LabVIEW8.2，出现启动窗口后，在这个窗口中新建VI。
这次我们做个子VI，+v+=。
按要求在程序窗口中放入如图所示的函数，调试成功后按子VI设b完成ca计的方法编辑窗口右上方的图标。
保存子VI后，我们可以再设计一个实现z+×=的VI，其中就可以调用++byxcw+a刚才做的子VI完成。
实验二、使用数据类型实验实验目的：熟悉、运用各种数据类型的变量。
实验要求：加深理解LabVIEW8.2数据类型的特点，特别是数组和簇。
实验内容：1.在程序的前面板上创建一个数值型控件，为它输入一个数值；把这个数值乘以一个比例系数，再由该控件显示出来。
2.生产一个正弦波，并显示在Chart波形控件上，由另外一个程序把该波形显示出来。
调节两个程序运行的速度，观察对比两个波形的差异。
3.创建一个3行4列的数组，(1)求数组的最大与最小值；(2)求出创建数组的大小；(3)将该数组转置；(4)将该二维数组改为一个一维数组。
4.创建一个簇控件，成员维字符型姓名，数值型学号，布尔型注册。
从该控件中提取簇成员注册，并显示在前面板上。
实验三、应用多种程序结构编程实验目的：熟悉、运用各种程序结构。
实验要求：加深理解LabVIEW8.2图形编程的特点，特别注意与字符编程的不同点。
实验内容：1.产生100个0.0～100.0的随机数，求其最小值、最大值、平均值，并将数据在Graph中显示。
虚拟仪器实验指导书
虚拟仪器实验指导书一、实验目的本实验旨在通过使用虚拟仪器软件，使学生能够掌握虚拟仪器的基本操作和应用，以及了解虚拟仪器在科学研究和实验中的重要性。
二、实验原理虚拟仪器是一种基于计算机软件的仿真工具，可以模拟各种实际仪器的功能和操作。
通过虚拟仪器软件，我们能够进行各种实验操作，获取数据，并进行数据分析和处理。
三、实验器材与软件1. 个人计算机2. 虚拟仪器软件（例如LabVIEW、VirtualBench等）四、实验步骤1. 安装虚拟仪器软件a. 下载虚拟仪器软件安装包并运行安装程序。
b. 按照安装向导的指示完成软件的安装。
2. 打开虚拟仪器软件a. 双击桌面上的虚拟仪器软件图标。
b. 等待软件加载完成，进入软件的主界面。
3. 创建新的虚拟仪器实验项目a. 在软件主界面上，点击“新建实验”按钮。
b. 输入实验名称和实验目的，并选择实验类型。
c. 点击“确定”按钮，创建新的虚拟仪器实验项目。
4. 配置虚拟仪器a. 在实验项目界面上，点击“配置仪器”按钮。
b. 选择需要使用的虚拟仪器设备，并进行连接和配置。
c. 确认仪器配置无误后，点击“确定”按钮。
5. 进行实验操作a. 在实验项目界面上，选择需要进行的实验操作。
b. 按照实验指导书或实验要求，进行相应的操作。
c. 注意观察仪器显示和数据采集情况，并记录实验数据。
6. 数据分析与处理a. 在实验项目界面上，点击“数据分析”按钮。
b. 使用软件提供的数据分析工具，对实验数据进行处理和分析。
c. 根据实验要求，生成相应的数据图表或报告。
7. 实验结果与讨论a. 在实验项目界面上，点击“实验结果”按钮。
b. 总结实验结果，进行结果讨论，并提出相应的结论。
c. 可以将实验结果导出为文件，保存到本地或共享给他人。
五、实验注意事项1. 在进行虚拟仪器实验前，务必阅读实验指导书或实验要求，并了解实验目的和操作步骤。
2. 在进行实验操作时，要注意仪器的正确使用方法和安全操作规范。
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虚拟仪器仪表综合实验装置实验指导
书
1
实验一 温度传感器实验
一、 实验目的
掌握温度传感器的特性、 工作原理及其应用。
二、 实验原理
实验电路图如图1-2所示, R2用作加热电阻, R3为负温度系数热敏
电阻NTC, 用来检测加热温度的变化, R3、 R4、 R5、 R6组成全桥电路, 当J1的1-2端、 J2的1-2端断开时, 则桥路后面的精密仪器放大器的输入电压为0, 此时能够经过调节电位器RW 对放大电路进行调0; 当J1的1-2端、 J2的1-2端接通时, 则桥路的输出电压信号经放大调理电路放大, 从而在Uo 的输出端得到随加热温度变化而变化的电压信号。
本实验中的温度传感器采用了热敏电阻, 热敏电阻是一种对热敏感的电阻元件, 一般用半导体材料做成, 能够分为负温度系数热敏电阻NTC( Negative Temperature coefficient Thermistor) 和正温度系数热敏电阻PTC( Positive Temperature Coefficient Thermistor) , 临界温度系数热敏电阻CTR( Critical Temperature Resistor) 三种, 本实验用的是负温度系数热敏电阻NTC, NTC 一般是一种氧化物的复合烧结体, 特别适合于C 0300~100-之间的温度测量, 它的电阻值随着温度的升高而减小, 其经验公式为: ⎪⎭⎫ ⎝
⎛-=0110T T B T e
R R , 式中, R0是在25C 0时或其它参考
温度时的电阻, 0T 是热力学温度( K) , B 称为材料的特征 温度, 其值与温度有关, 主要用于温度测量。
NTC 和PTC 的特征曲线如图1-1所示:
图1-1
三、实验设备
万用表、温度传感器调理模块。
四、实验内容与步骤
1．将”温度传感器调理模块”插放到相应的实验挂箱上;
2. 在确保上述模块插放无误后, 从实验屏上接入实验挂箱所需的工作电源( 电源的大小及正负极性不能接错) ;
3、进行调理电路的调零: 先将”温度传感器调理模块”的拨动开关拨向下方( 此时模块上的灯暗) ; 用短路帽短接此模块上J1、J2下方的两个插脚, 再调节电位器RW, 用万用表测量
U的两端, 使输出电
O
压为零; 再把短路帽切换到J1、 J2上方的两个插脚。
4、调零完成之后, 再把拨动开关拨向上方( 模块上的灯亮) , 此时电阻R2处于加热状态, 用万用表测量
U的两端, 在加热过程中, 观测
O
并记录输出电压的变化情况。
2
五、思考题
归纳总结NTC用作温度测量时应注意哪些问题, 主要应用在什么场合, 有哪些优缺点。
六、实验报告要求
1、整理实验数据, 分析热敏电阻NTC的阻值随温度变化的情况;
2、画出热敏电阻NTC的温度特征曲线。
实验二金属箔式应变片——单臂电桥性能实验
一、实验目的
了解金属箔式应变片的应变效应, 单臂电桥工作原理和性能。
3
4
二、 实验原理
应变片的安装位置如图2-2所示, 应变式传感器已装到应变传感器模块上。
传感器中各电阻应变片已接入到”THVZ-1 型传感器实验箱”上, 从左到右依次为R1、 R2、 R3、 R4。
可用万用表进行测量, R1=R2=R3=R4=350Ω。
图2-2 应变式传感器安装示意图
金属丝在外力作用下发生机械形变时, 其电阻值会发生变化, 这就是金属的电阻应变效应。
金属的电阻表示式为:
l R S
ρ
= ( 1)
当金属电阻丝受到轴向拉力F 作用时, 将伸长l ∆, 横截面积相应减小S ∆, 电阻率因晶格变化等因素的影响而改变ρ∆, 故引起电阻值变化
R ∆。
对式( 1) 全微分, 并用相对变化量来表示, 则有:
R l S R l S ρ
ρ
∆∆∆∆=-+ ( 2) 式中的l l ∆为电阻丝的轴向应变, 用ε表示, 常见单位
5
με( 1με=1×610mm mm -) 。
若径向应变为r r ∆, 电阻丝的纵向伸长和横
向收缩的关系用泊松比μ表示为l r r l
μ∆∆=-（）, 因为S S ∆=2( r r ∆) , 则( 2) 式能够写成:
01212R l l l
k R l l l l l
ρρρμμρ∆∆∆∆∆∆=++=++=∆（）（） ( 3)
式( 3) 为”应变效应”的表示式。
0k 称金属电阻的灵敏系数, 从式( 3) 可见, 0k 受两个因素影响, 一个是( 1+μ2) , 它是材料的几何尺寸变化引起的, 另一个是ρρε∆（）, 是材料的电阻率ρ随应变引起的( 称”压阻效应”) 。
对于金属材料而言, 以前者为主, 则μ210+≈k , 对半导体,
0k 值主要是由电阻率相对变化所决定。
实验也表明, 在金属丝拉伸比
例极限内, 电阻相对变化与轴向应变成比例。
一般金属丝的灵敏系数
0k =2左右。
用应变片测量受力时, 将应变片粘贴于被测对象表面上。
在外力作用下, 被测对象表面产生微小机械变形时, 应变片敏感栅也随同变形, 其电阻值发生相应变化。
经过调理转换电路转换为相应的电压或电流的变化, 根据( 3) 式, 能够得到被测对象的应变值ε, 而根据应力应变关系
εσE = ( 4)
式中 σ——测试的应力;
E ——材料弹性模量。
能够测得应力值σ。
经过弹性敏感元件, 将位移、 力、 力矩、 加速度、 压力等物理量转换为应变, 因此能够用应变片测量上述各量, 从
而做成各种应变式传感器。
电阻应变片可分为金属丝式应变片, 金属箔式应变片, 金属薄膜应变片。
金属箔式应变片就是经过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件, 经过它转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化, 电桥的输出电压反映了相应的受力状态, 对单臂电桥输出电压 U= EKε/4, 式中E为电桥供电电压, K为应变灵敏系数。
应变式传感器信号调理实验电路图如图2-1所示。
图2-1应变式传感器信号调理实验电路图
三、实验设备
THVZ-1型传感器实验箱中应变式传感器实验单元、砝码、万用表、信号调理挂箱、应变式传感器调理模块。
四、实验内容与步骤
1．将”应变式传感器调理模块”插放到相应的实验挂箱上, 在确保上述模块插放无误后, 从实验屏上接入实验挂箱所需的工作电源( 电
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