Виртуальные приборы комплексов elvis, elvisii

Общие сведения о виртуальных приборах

Аппаратно-программные комплексы ELVIS,ELVISII используют технологию виртуальных приборов и состоят из двух основных частей: программ-приборов, написанных на языке LabVIEW, и программируемого интерфейса (LabVIEW API) – для программирования аппаратной части комплекса.

Технология виртуальных приборов объединяет в единую систему измерительно-управляющие аппаратные средства, прикладное программное обеспечение и компьютерные технологии. Такое сочетание может применяться для создания системы контрольно-измерительных приборов с целью разработки учебных лабораторных практикумов, а также для научных исследований.

Аппаратно-программный комплекс ELVIS,ELVISII обеспечивает выполнение лабораторных исследований с помощью 12 виртуальных приборов, представленных в виде лицевых панелей:

1) цифровой мультиметр (Digital Multimeter);

2) осциллограф (Oscillscope);

3) функциональный генератор (Function Generator);

4) регулируемые блоки питания (Variable Power Supplies);

5) анализатор АЧХ и ФЧХ (Bode Analyzer);

6) анализатор спектра (Dynamic Signal Analyze);

7) генератор сигналов произвольной формы (Arbitrary Waveform

Generato);

8) устройство чтения цифровых сигналов (Digital Reader);

9) устройство записи цифровых сигналов (Digital Writer);

10) анализатор полного сопротивления (Impedance Analyzer);

11) вольтамперный анализатор двухпроводной линии (Two-Wire Current-Voltage Analyzer);

12) вольтамперный анализатор трехпроводной линии (Three-Wire Current-Voltage Analyzer).

Виртуальные приборызапускаются с помощью инструментальной панели: NI ELVIS-Instrument Launcher – для станции NI ELVIS (рис. 2.1), и NI ELVISmx Instrument Launcher – для станции NI ELVISII (рис. 2.2). Сама инструментальная панель вызывается на экран при запуске программы, управляющей работой станции и виртуальными приборами. Вначале эта программа проверяет состояние станции. Если в системе имеются какие-либо неполадки, например, рабочая станция не включена, то окно инструментальной панели становится неактивным. В этом случае следует проверить систему и, при необходимости, с помощью единственной доступной кнопки Configure (для станции NI ELVIS) открыть диалоговое окно (рис. 2.1), в которомосуществляются настройка и проверка работоспособности системы.

При правильной работе станции инструментальная панель активизируется, и все ее кнопки становятся доступными.

Выбор и запуск виртуального прибора осуществляется нажатием на соответствующую кнопку с названием прибора.

Рис. 2.1. Инструментальной панели: NI ELVIS-Instrument Launcher – для станции NI ELVIS

Рис. 2.2. NI ELVISmx Instrument Launcher – для станции NI ELVISII

Цифровой мультиметр

На рис. 2.3 представлена лицевая панель цифрового мультиметра для станции NI ELVIS. Лицевая панель для станции NI ELVISII имеет несущественные отличия. Цифровой мультиметр служит для измерения постоянного и переменного тока и напряжения, параметров элементов электрических цепей (активного сопротивления, емкости, индуктивности), а также дляпроверки неразрывности цепей и состояния (p-n)-переходов.

Цифровой мультиметр имеет следующие характеристики:

• Измерение постоянного напряжения ( ). Точность 0,3% ±0.001%. Диапазон ±20 В, 4 диапазона.

• Измерение переменного напряжения ( ). Точность 0,3% ±0.001% в диапазоне от 100 Гц до 10 кГц. ±14 В эффективного напряжения, максимум 4 диапазона.

• Измерение силы постоянного ( ) и переменного ( ) тока. Точность 0,25% ±3 мА (в диапазоне от 25 Гц до 10 кГц для переменного тока).

• Измерение сопротивлений ( ). Точность 1%. Диапазон 5 Ом – 3 МОм, 4 диапазона. Частота измерения 120 Гц. Максимальная амплитуда измерения 1 В (удвоенная амплитуда синусоидальной волны).

• Измерение ёмкостей ( ). Точность 1%. Диапазон 50 пФ – 500 мкФ, 3 диапазона. Частота измерения 120 или 950 Гц, выбирается программно. Максимальная амплитуда измерения 1 В (удвоенная амплитуда синусоидальной волны).

• Измерение индуктивностей ( ). Точность 1%. 100 мкГн – 100 мГн. Частота измерения 950 Гц. Максимальная амплитуда измерения 1 В (удвоенная амплитуда синусоидальной волны).

• Измерение состояния (p-n)-переходов (параметров диода ).

Пороговое напряжение 1,1 В максимум.

• Измерение неразрывности цепи ( ). Пороговое сопротивление 15 Ом максимум. Напряжение измерения 3,89 В.

Подключение к мультиметру осуществляется через разъемы, расположенные на лицевой панели рабочей станции (позиция 6 на рис. 1.3) или гнезда макетной платы (позиция 2 на рис. 1.5).

Измеряемая величина (Function) и предел ее измерения (Range) выбираются кнопками на передней панели прибора.

Непосредственно перед выполнением измерения требуется «обнулить» показания мультиметра для повышения точности показаний – нажать кнопку Null.

При однократных измерениях используется кнопка Single, после нажатия которой мультиметр выводит значение измеряемой величины. При нажатии кнопки Run мультиметр выводит текущие значения измеряемой величины.

Рис. 2.3. Лицевая панель цифрового мультиметра для станции NI ELVIS

Для исключения конфликтов и повреждений оборудования станции при работе с цифровым мультиметром нельзя одновременно подключать исследуемые цепи к мультиметру на макетной плате и на лицевой панели рабочей станции. Также нельзя одновременно использовать мультиметр и осциллограф, а также мультиметр и анализатор полного сопротивления электрической цепи.

Следует иметь в виду, что при одновременном использовании мультиметра и функционального генератора в ручном режиме на мультиметре становятся неактивными кнопки выбора измерения сопротивлений, емкостей и индуктивностей. Также нельзя одновременно использовать мультиметр и анализатор частотных характеристик, так как эти приборы имеют один и тот же канал обмена информацией.

Осциллограф

Осциллограф NI ELVIS обладает всеми возможностями традиционных осциллографов. Управление им осуществляется только с помощью виртуальной панели (рис. 2.4 – для станции NI ELVIS). Лицевая панель для NI ELVISII имеет несущественные отличия.

Для использования осциллографа в лабораторных исследованиях к нему можно подключиться с помощью разъёмов типа BNC на передней панели рабочей станции или через контакты на макетной плате. В некоторых виртуальных приборах предусмотрена возможность автоматической коммутации к каналам осциллографа.

Одной из важных характеристик осциллографа является максимальное разрешение по вертикали, которое составляет16 бит в диапазоне ±10 В.

Осциллограф имеет два канала: канал А (CHANNEL А) – отображается зеленым цветом и канал B (CHANNEL В) – отображается голубым цветом. Они включаются или отключаются кнопкой ON/OFFв полеDisplay виртуальной панели. Кнопка MEASслужит для вывода на экран осциллографа ряда параметров измеряемого сигнала: среднеквадратических (RMS) значений измеряемого напряжения, частоты (Freq) и размаха колебаний (Vp-p).

В поле Sourceвыбирается источник измеряемого сигнала, например выход функционального генератора. В поле VERTICAL задается масштаб (Scale) развертки по вертикали с размерностью В/деление, т.е. регулируется чувствительность осциллографа к входному сигналу. Здесь же задается положение кривой на экране (Position) и позиционирование ее в исходное (нулевое) состояние с помощью кнопки ZERO.Можно измерить переменную и постоянную составляющие сигнала, выбрав переключателем Coupling режим DC (открытый вход), или только переменную составляющую, выбрав режим AC (закрытый вход). Выбор масштаба развертки по вертикали можно осуществить автоматически с помощью кнопки Autoscale.

В полеTIMEBASEзадается масштаб временной развертки по горизонтали с размерностью время/деление.

Рис. 2.4. Виртуальная панель станции NI ELVIS

Для прецизионных измерений могут быть использованы курсоры С1 и С2. Для этого в поле CURSORS они активизируются кнопкой в состоянии ONи становятся доступными с помощью левой клавиши мыши.

В поле TRIGGER задается источник (Source) запуска осциллографа и его тип (Type) – цифровой или аналоговый – в зависимости от характеристик многофункциональной платы ввода-вывода. Здесь также задается уровень (Level) напряжения запускающего сигнала и его фронт (Slope) – передний или задний.

Установка различных параметров осциллографа осуществляется с помощью рукояток виртуальной панели либо с помощью переключателей путем выбора значений этих параметров из раскрывающегося списка.

Текущие показания осциллографа непрерывно выводятся на экран кнопкой Run, а однократно – с помощью кнопки Single.

С помощью кнопки Log можно сохранять измеренные данные в текстовом файле. Индикаторы Timeout и Acquiredуказывают соответственно на отсутствие или прием данных.

Для исключения конфликтов и повреждений аппаратнопрограммного комплекса NI ELVIS при работе с осциллографом нельзя одновременно подключать исследуемые цепи к осциллографу на макетной плате и на лицевой панели рабочей станции. Также нельзя одновременно использовать для измерений осциллограф и цифровой мультиметр, осциллограф и анализатор спектра.

Функциональный генератор

На рис. 2.5 представлены лицевые панели функционального генератора (слева для станции NI ELVIS, справа – для NI ELVISII). Функциональный генератор служит в качестве управляемого источника сигналов синусоидальной, прямоугольной и треугольной формы и имеет возможность программного (в среде LabVIEW) или ручного управления.

Функциональный генератор имеет следующие характеристики:

• Диапазон частот 5 Гц – 250 кГц, 5 диапазонов.

• Программно управляемое разрешение по частоте 0,8 %.

• Точность установки частоты 3% от диапазона максимум.

• Точность показа частоты ±0,01%.

• Амплитуда выходного сигнала ±2,5 В.

• Программное разрешение по амплитуде 8 бит.

• Диапазон смещения напряжения ±5 В.

• Напряжение амплитудной модуляции 10 В максимум.

• Амплитудная модуляция до 100%.

• Напряжение частотной модуляции 10 В максимум.

• Неравномерность амплитудной характеристики: До 50 кГц – 0,5 дБ, до 250 кГц – 3 дБ.

• Частотная модуляция ±5% от максимального значения шкалы.

Режим работы функционального генератора в NI ELVIS выбирается с помощью движкового переключателя на передней панели станции, а в NI ELVISII – указателем режима в поле Manual Mode на виртуальной панели.

В случае ручного управления рабочей станцией NI ELVIS движковый переключатель переводится вверх в положение MANUAL. В результате органы управления виртуальной панели генератора становятся неактивными, на ней и на рабочей станции загораются индикаторы MANUAL, а управление осуществляется только с помощью переключателей и рукояток, расположенных на лицевой панели рабочей станции. При этом на цифровом табло виртуальной панели генератора выводится установленное значение частоты сигнала.

Рис. 2.5. Лицевые панели функционального генератора (слева для станции NI ELVIS, справа – для NI ELVISII)

В случае программного управления рабочей станцией NI ELVIS движковый переключатель функционального генератора переводится вниз. В результате индикаторы MANUAL гаснут, а на цифровом табло виртуальной панели генератора отображается состояние OFF. Управление в этом случае осуществляется только с помощью органов виртуальной панели. При этом кнопками в поле Waveforms выбирается форма генерируемого сигнала (синусоидальная, прямоугольная – меандр или треугольная). В поле Frequency задается частота сигнала: кнопками Coarse (грубо) – в определенном диапазоне, а ручкой Fine (плавно) – внутри диапазона. Амплитуда сигнала регулируется ручкой Peak Amplitude, а ручкой DC Offset задается его смещение относительно нулевого уровня. В поле Frequency Sweepпереключателями задается частотный диапазон генерируемого сигнала от начального значения (Start Frequency) до конечного (Stop Frequency) с заданным шагом изменения частоты (Step). В поле Turning Modeзадаются свойства выходного сигнала с большим (UltraFine) или меньшим (Simple) разрешением, а также использование его модуляции (Analog Output Modulation).

Кнопкой Start/Stop осуществляется вывод выходного сигнала генератора на приемник.

Выход функционального генератора может подключаться на вход исследуемой схемы, а также использоваться в качестве источника сигнала в некоторых виртуальных приборах (в осциллографе, анализаторе частотных характеристик, анализаторе динамического спектра сигнала).