NI-ELVIS实验指导书

-1-目录硬件设备.............................................-2-一、NIELVIS平台工作站...............................-3-二、NIELVIS原型实验板...............................-3-三、NIELVIS的安装与配置.............................-4-四、配置NIELVIS软件................................-4-五、NIELVIS软件....................................-5-六、硬件概述.........................................-6-1、DAQ硬件..........................................-6-2、旁路模式下使用DAQ硬件............................-6-3、ELVIS平台工作站..................................-6-4、NIELVIS原型实验板................................-8-实验一交通用LED灯实验.............................-9-实验二数字温度计实验...............................-15-附录I：............................................-21--2-硬件设备NIELVIS虚拟仪器教学实验套件是NI公司于2004年推出的一套基于LabVIEW设计和原型创建的实验装置。NIELVIS（EducationalLaboratoryVirtualInstrumentationSuite，简称ELVIS）虚拟仪器教学实验系统实际上就是将LabVIEW和NI的DAQ设备相结合，综合应用得到一个LabVIEW的教学实验产物，它包括硬件和软件两部分：硬件包括一台可运行LabVIEW的计算机，一块多功能数据采集卡，一根68针电缆和NIELVIS教学实验操控工作台；软件则包括LabVIEW开发环境、NI-DAQ、可以针对ELVIS硬件进行程序设计的一系列LabVIEWAPI和一个基于LabVIEW设计虚拟仪器软件包。该实验套件可插入一块原型实验面板，非常适合教学实验和电子电路原型设计与测试，以便完成测量仪器、电子电路、信号处理、控制系统辅助分析与设计、通信、机械电子、物理等学科课程的学习和实验。NIELVIS集成了多个实验室常用通用一起的功能，实现了教学仪器、数据采集和实验设计一体化。用户可以在LabVIEW下编写应用程序以适当各自的设计实验，还可以进行电子线路设计、信号处理及控制系统分析与设计。用户只需要一台NIELVIS就可以完成信号分析（示波器、动态信号分析仪、信号源、波特图分析仪、阻抗分析仪、电流电压分析仪、数字万用表、直流电源等仪器的功能），且在试验数据的记录、分析处理和显示等方面有着传统仪器无法比拟的优势。如图1所示。图1NIELVIS构成示意图-3-一、NIELVIS平台工作站平台工作站和DAQ设备一起建立了一个完整的实验系统，ELVIS平台工作站如图2ELVIS平台工作站所示。图2ELVIS平台工作站工作站提供了连接相关实验硬件仪器的功能，工作站控制面板提供了函数发生器和可调电源等一些容易操作的旋钮，也提供BNC和香蕉型连接器可连到NIELVIS示波器SFP和NIELVISDMM（数字万用表）SFP上。NIELVIS软件可以在SFP仪器间传送NIELVIS平台工作站上的信号。例如，可以将函数发生器的输出送到一个DAQ设备的指定通道上，然后在NIELVIS示波器SFP的一个期望通道上采集数据。平台工作站带有DAQ设备的保护板以免实验错误对设备造成的损害。二、NIELVIS原型实验板NIELVIS原型实验板又称原型设计面板，连接在平台工作站上，为用户提供了一个组建电路的平台利用NIELVIS平台工作站可以交替使用多块原型实验板。如图3ELVIS原型实验板所示。-4-图3NIELVIS原型实验板三、NIELVIS的安装与配置安装和使用NIELVIS需要的设备条件安装和使用NIELVIS需要以下设备条件：①NIELVIS平台工作站；②NIELVIS原型实验板；③NIELVIS软件CD；④68针E系列电缆；⑤NIELVISAC/DC电源；⑥68针E/M系列数据采集卡（DAQ）设备；⑦LabVIEW7.0或更高版本；⑧NI-DAQ7.3或更高版本；⑨下列文档：-NIELVIS用户手册；-NIELVIS的安装与配置说明；-DAQ设备文档；⑩计算机；四、配置NIELVIS软件用户在使用NIELVIS之前，必须通过选择连到NIELVIS平台工作站的DAQ设备来配置NIELVIS软件。配置NIELVIS软件，需完成以下步骤：⑴确保DAQ设备安装恰当，平台工作站电源打开，DAQ-MAX中已经配置-5-好DAQ设备号。⑵选择Start→Programs→NationalInstruments→NIELVIS2.0→NIELVIS，打开NIELVIS仪器启动器。⑶Configure（单击配置）按钮打开硬件配置对话框。注意：如果有错误产生，那么仅有Configure按钮可用。⑷从DAQ设备控制中选择连到NIELVIS硬件上的DAQ设备，如果在计算机内只检测到一台DAQ设备，那么就默认选择该设备。⑸单击窗口通信部分中的Check（检查）按钮来检验与NIELVIS平台工作站的通信。⑹如果配置操作成功，状态窗口中会出现一条信息，指示NIELVIS平台工作站是否已经正常找到与配置；如图5所示。如果尝试失败，会出现一条错误信息，状态窗口中的这条消息会指示“配置尝试已失败”。⑺如果计算机通过选定的DAQ设备初始化NIELVIS硬件，那么NIELVIS配置好后，用户就可以开始使用NIELVIS了；如果配置尝试失败，按错误对话框中给出的建议操作或返回DAQ设备的控制并选择另外一台设备。五、NIELVIS软件NIELVIS自带用LabVIEW编制的SFP仪器及其源代码，用户不能直接修改可执行文件，但可以通过修改代码来修改或增强这些仪器的功能，这些仪器是在典型实验室应用中必须用到的虚拟仪器（VIs）。⑴仪器启动器（InstrumentLauncher）⑵任意波形发生器（ARB）⑶波特图分析仪（BodeAnalyzer）⑷数字信号监视仪（DigitalBusReader）⑸数字万用表（DMM）⑹动态信号分析仪（DSA）⑺函数发生器（FGEN）⑻阻抗分析仪（ImpedanceAnalyzer）⑼示波器（Scope）⑽两线和三线电流-电压分析仪（Two-WireandThree-WireCurrent-VoltageAnalyzers）⑾可调电源（VariablePowerSupplies）-6-六、硬件概述1、DAQ硬件NIELVIS可与NationalInstrumentsE/M系列的DAQ设备结合使用，这些DAQ设备内含性能较好的多功能模拟、数字和定时I/O单元，可以和PCI总线或PXI总线计算机相连DAQ设备支持的功能包括AI，AO，DIO和定时I/O（DIO）。为了使用NIELVIS，连接到NIELVIS硬件上的计算机中的DAQ设备必须满足以下最低要求：⑴16个AI通道，最低采样率200kS/s；⑵2个AO通道；⑶8个DIO线；⑷2个计数器/定时器；使用适当的电缆时，NIELVIS也支持64个AI通道的DAQ设备，NIELVIS不支持只有DIO的设备或使用USB的NIDAQPad-602E。2、旁路模式下使用DAQ硬件NIELVIS通过DAQ设备的8条DIO总线与计算机通信，通信开关控制I/O（DIO）到NIELVIS的路由。正常操作时，开关处于正常模式，DIO总线连到NIELVIS硬件上，允许使用软件对其进行控制。当通信开关设置为旁路模式时，开关旁边的LED灯点亮。NIELVIS允许旁路模式通信VI（EnableCommunicationsBypassVI）在开关置于旁路模式时生效，在用户拨动开关并运行VI后，DIO总线连到原型实验板上的DI总线上。当处于旁路模式时，通过手动控制，硬件函数发生器和可调电源仍然可用，计数器/定时器、AI、AO和DAQ设备也可用；当通信开关处于旁路模式时，NIELVISSFP仪器会通知用户；当通信开关拨到旁路模式时，不可用的SFP控制将变灰。3、ELVIS平台工作站⑴系统电源灯LED（SystemPower）：指示是否已给NIELVIS供电；⑵原型实验板电源开关（PrototypingBoardPower）：控制原型实验板的电源通断；⑶通信开关（CommunIcations）：禁用NIELVIS软件控制请求。这种设置-7-下可以直接访问DAQ设备的DIO线。⑷可调电源控制（VariablePowerSupplies）：可以通过平台工作站上的硬件（手动模式）或NIELVIS或NIELVIS-VariablePowerSuppliesSFP（软件模式）中的控制来控制可调电源。当可调电源处于手动模式时，用户只能使用以下部分说明的控制方式。①电源“—”控制—手动开关：控制负极性电源是处于手动还是软件控制模式；—电压调节旋钮：控制负电源的输出。负电源的输出范围是-12～0V。②电源“+”控制—手动开关：控制正极性电源是处于手动还是软件控制模式；—电压调节旋钮：控制正电源的输出。负电源的输出范围是0～+12V。⑸函数发生器控制（FunctionGenerator）：可以通过平台工作站上的硬件控制（手动模式）或NIELVIS-FGENSFP上的控制（软件模式）来控制函数发生器。当函数发生器处于手动模式时，只能使用在以下说明的控制方式：①手动开关（MANUAL）：控制函数发生器是处于手动还是软件控制模式；②函数选择器：选择产生哪一种波形。NIELVIS可以生成正弦波、方波或三角波；③幅值旋钮（CoarseRequency）：调节所产生的波形振幅；④频率粗调旋钮（Amplitude）：设定函数发生器所能产生的频率范围；⑤频率微调旋钮（Frequency）：调节函数发生器的输出频率；⑹DMM连接器（DMM）：如果把不同信号同时连到原型实验板上的DMM端子和控制面板上的DMM连接器上，就会造成短路，可能损坏原型实验板上的电路。①电流香蕉型插孔（Current）：—HI：测量除了电压、还有电流、电阻时的正输入；—LO：测量除了电压、还有电流、电阻时的负输入；②电压香蕉型插孔（Voltage）：—HI：测量电压的正输入；—LO：测量电压的负输入；⑺示波器（Scope）连接器：如果把不同信号同时连到原型实验板上的示波器端子和控制面板上的示波器连接器上，就会造成短路，可能损坏原型实验板上的电路。—CHABNC连接器：示波器的通道A的输入端；—CHBBNC连接器：示波器的通道B的输入端；-8-—触发器BNC连接器（Trigger）：示波器的触发器的输入端；4、NIELVIS原型实验板在把原型实验板插到NIELVIS平台工作站上之前，要确保原型实验板电源已断开。原型实验板通过一个标准的PCI连接器连到平台工作站上，组建自定义电路和NIELVIS一起使用。原型实验板通过面包板区域两侧的分布条把所有的NIELVIS的信号终端排列出来使用，每一个信号有一行，各行按功能分组。原型实验板电源：原型实验板提供一个±15V和一个+5V电源。⑴模拟输入，示波器，可编程函数输入输出信号排；⑵数字输入输出信号排；⑶LED灯；⑷D-SUB连接器；⑸计数器/时钟，用户可编程I/O，直流电源信号排；⑹数字万用表，函数发生器，用户可编程I/O，可调电源信号排；⑺LED灯电源；⑻BNC连接器；⑼香蕉插孔连接器；-9-实验一交通用LED灯实验二极管具有电流的单向导电特性，即电流是一个方向时