实验一 NI ELVIS工作环境的熟悉和使用一、 实验目的1、 熟悉NI ELVIS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、NI ELVISI 工作环境 （NI Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite ）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、原型比较联系起来，以动手实践方式培养学生电子设计理论和实践的 能力NI ELVIS II 环境由以下几部分组成:1. 硬件工作区一一用于创建电路及接口实验2. NI ELVIS II 软件（在NI LabVIEW 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）(VPSLabVIEW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 编写的LabVIEW程序及仿真程序实现 NI ELVIS II 工作站的自定义控制及访问。
s老337二禺H覺盅也，J?32EI^堪 PJJ翼K'n愛驚"nni誑屈Kisi艷 |蛊曹超31|nNHn Hn H aDM im: 口口nLEE u:……-「v::q 二上 ——刮丄上」-u Eff n 5- r4^n_rEJ*. k I ■ ■■图 1-1 NI ELVIS II2*召L iul 'HI'-工作站详细信息：L）Alt示波辭，和可编再厉 甦VO f；号行②敌了 VO G号和3）LED fl 刊© D SUB 11 接誥®计数器』定时雅.用pies F0.和左流电源宿号行⑰DMM, AO. FUEX,用户蚯 £ U0, VPS.和立谎曲憶 信号讦卫电源描示IFD⑧BNCli接辭刼祁苇捕阳珏接器三、实验容练习1-1测量器件值1、使用提供的USB线将NI ELVIS II +工作站与计算机连接2、在计算机：所有程序 >National Instruments >NI ELVISmxfor NI ELVIS & NI MyDAQ > NI ELVISmx In strume nts Lau nch ，或点击桌面快捷方式 NI ELVIS II +仪器条将在屏幕上显示现在已经完成测量的准备了。
图1- 2 NI ELVISmx 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］端另一头连接个电阻器4、点击NI ELVISmx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DMM SFP实现各类操作，如电压、电流、电阻、电容等的测量通过号X来表示X操作DMM[X]符5、点击［Q ］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To +5V ■> ToDMM(V}< 22 k£JTo Ground -< 4 ■ To DMM(COM)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 DMMfe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） V2 （测量值） 8、测量值与计算值是否匹配？练习1-3 使用DMMffl量电流根据欧姆定律，以上电路的电流 ⑴ 等于V2/R21、 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To +5V ■ <►VoTo GroundTn DMX1K UM|1.0 BV,2.2 kQTb DMM(A)图1- 6测量电流的修改电路3、选择功能DMM[A],并测量电流。
1（计算值） 1（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1卩F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、 .单击电容按钮卜|卜］，使用DMM［-||-］功能来测量电容 G按下Run按钮获取电容值c ._L 口 f）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 M?电 阻）取代，而R2则由1卩F的电容C取代将DMM勺导线移至输入插孔［V?］和［COM］其它 两端则分别接到电容上2» to IJVM 1V1Ground T图1- 7 RC 瞬态电路5、 选择 DMM［V并单击 RUN6、 给电路上电后电容两端的电压指数将上升将 DMM勺电压围设置为｛指定围｝ ［10 V］打开原型板的电源，观察数字显示器和 ％FS线性围上的电压变化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S Variable Pauver SuppL.O Manual帕i tag电•胡2叫(4RunSweep Stwneb0.0 V0.0 V匚旳amglvcliaqe、阳|"叫 zo.Wt]*□.on 帛昨」RESEir12StZDSweefi SettnasSupply 品u「u Siar: Vdhoe|_s*jp0y *匕o.au v w0,25 二 |Slap VcltaqsStep Lntewalizw hr vloog^flCe^lCr ELMS n-b) ▼ I说明：要将输出电压在一定的电压围扫描，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 DMMk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1-6 AC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R k Q （1 k Q标称）电容C F（1 F标称）2、 元件与电路阻抗Z的测量1 ）从NI ELVISmx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:Z=R + XC = R + l/la)C(Ohms\其幅度和相位可由下面公式得到：Magnitude = 1R 将元件置于 NI ELVIS n面包板之上 将来自阻抗分析仪的 DUT和DUT端的跳线与标称为1 k?的电阻相连接。
为NI ELVIS n面包板上电，并点击运行 验证该电阻的相位向量沿实数轴，并且其相位为 0 将该阻抗分析仪的跳线与电容相连接 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 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 +I zvPhased — arctan：.i；(一)该频率时 ，在降低该频率时 注：|Xc|=1/ 3 Co9） 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）XLV1■怛XLV2C1图1- 8 Multim 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 NI ELVISH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 NI ELVISmx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hili ELVISmKOscilloscope-XLVz1JFtertixi Cry]Imnrrj®? | *h AC*F X1*Q希PtKftErUDh)I■i r - i-i~b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NI ELVIS可以自动实现输入与各种信号源的连接，具有置 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 1F电容和一个1.0 k ?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勺引脚插座相连 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Simulate NIELVIS 11+ 切换成Device （ ELVIS II+ ）,并点击运行打开示波器，按照下图设置，点击运行，观察波形n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 ELVIS II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脅* ■iddSidP QUEnajiedfr=tMCcLpIri^"^rre-Civ]|1H I ■3片乂鈕 也卢De^ceVerb-aOanre 0 ■EdLFH日 asic 窑(3 MI FLVTSmx Oscil os£t>pe-XLV2O~-anriel 1 Se Sourc?E于■SCOPE OH 1 • 1Z5naWKPr=he•Aqpimg性亘］1匚址回□J「」冋0 :F" *1a :Ratibor ('□対vdMtR Oftft |QI Q押[[*Ji 回Run Oits tCas 3 EeLJ犷勺日DjUjL” NtdiJ ent.qg He(3nCLL^oa^ On C： CM ：■ f3L]| V | C2 CH D p)[V]|> Cr a fzltHl ■IB宣ON iMm; 41J mV 斤門；】萤电讯 臨i书 t, 177 V转 Bode Ana yzer - Nl ELVISrriK石 LaMEW「ckwd% CH 0 - SCtlPf CH 1 -sniTiJuc rkaniw> pcfMrra c^i^rrel好吃CH Q PKOPi GH 1弧ft Freqiieiz/5 00 t Hz]为叩 rr^cuniCTf« Wk自用严N & 亠 rwr H严-r~Lr'i 1[Peds AnrillMife 1 二如 八1 i-如士 | Nsrnwl ▼Jaon Setting-:5 10 ISO imo 1CCOO 5QC00Hrequencv g)FrsCjUEriCY (fk) Pl^ac [detl) -75.42 Ran Q.OD G胡 1伽)*51,05^cpprcLagaridumcjGJrjfir&Or1incaLTOrft, ccMniFdEton>\iceDevI巩】GLVLS U时 可£1doLog Help宜4L.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分析仪软面板一一3-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 DUTp0~2V打开二线制I-V分析仪软面板一一2-Wire设置起始电压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，按要现记录2、 心得体会及其它。