Методические указания к циклу лабораторных работ по «Электронике» Томск 2008 (стр. 2 из 6)

При наблюдениях/измерениях выполняемых с помощью осциллографа необходимо предварительно установить подходящий размер изображения. Если исследователя интересует процесс с сохранением информации о постоянной (средней) составляющей сигналов, то целесообразно, где это возможно, использовать открытый вход осциллографа. В противном случае используется закрытый вход осциллографа, когда в установившемся режиме постоянная составляющая задерживается его разделительной емкостью

При использовании цифрового мультиметра необходимо периодически осуществлять установку нуля, что гарантирует правильность его показаний.

Вся необходимая для оформления отчета информация заносится в лабораторный журнал («флешку»), который(ая) является единственным документом, удостоверяющим выполнение лабораторной работы

1.3. Оформление отчета

Отчет о проделанной работе оформляется к следующему лабораторному занятию и выполняется один на подгруппу до тех пор, пока в ходе защиты отчета не выясняется некомпетентность какого-нибудь из соавторов. В этом случае такой студент в дальнейшем выполняет свой отчет, а не копию отчета остальных членов подгруппы.

Отчет выполняется по правилам оформления студентами их работ в соответствии с СТП ТПУ 2.5.01-99 «Работы выпускные квалификационные, проекты и работы курсовые. Общие требования и правила оформления». Целесообразно также ознакомиться с СТП ТПУ 2.3.05-01 СМК ТПУ «Система образовательных стандартов. Занятия лабораторные. Общие требования к организации и проведению». Титульный лист отчета выполняется в соответствии с приложением А указанного стандарта.

В начале отчета формируется цель работы.

В дальнейшем по каждому этапу эксперимента обязательно изображается его схема и соответствующие таблицы, в которых приводятся результаты измерений. По табличным данным в выбранных масштабах строятся характеристики или семейства характеристик исследуемых объектов или процессов. На каждом графике должно быть указано, к какой части эксперимента он относится, и что на графике изображено.

При необходимости приводятся все расчетные формулы, как в символьном виде, так и с подставленными числами. Если это задано, то приводится вывод формул для расчета погрешностей и сам расчет. В последнем случае полезно использовать многократный эксперимент.

Отчет заканчивается выводами о проделанной работе. Выводы – это не содержание проделанной работы, это кратко сформулированные выявленные закономерности по процессам или объектам проделанной работы.

Все разделы отчета должны быть структурированы, содержать четко выверенную и правдивую информацию, написаны грамотно с соблюдением всех правил орфографии и пунктуации на основе использования общих требований и правил оформления СТП ТПУ 2.5.01-99.

Отчет, не удовлетворяющий указанным требованиям или скопированный с другого отчета, или не защищенный во время, не принимается.

2. Архитектура учебной лаборатории NI ELVIS

Настоящее руководство содержит информацию, необходимую для понимания архитектуры учебной лаборатории NI ELVIS (National Instruments Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite), в состав которой входит комплект виртуальных измерительных приборов, а также информацию, необходимую для работы с этими приборами. Кроме того, рассматривается концепция виртуальных измерительных приборов и компоненты систем сбора данных (DAQ) компании National Instruments, специально разработанная для учебных лабораторий.

2.1. Что такое технология виртуальных инструментов?

Технология виртуальных инструментов объединяет технические средства измерения и управления, прикладное программное обеспечение и стандартные промышленные компьютерные технологии с целью создания измерительных, тестовых, управляющих и других технических систем, функциональность которых определяется пользователем.

Технология виртуальных инструментов представляет собой идеальную платформу, как для разработки учебных курсов, так и для проведения научных исследований. Выполняя различные эксперименты в лабораторных практикумах, студенты комбинируют операции измерения, автоматизации и управления. Средства или системы, используемые в этих экспериментах, должны быть гибкими и адаптируемыми. В научных экспериментах технология виртуальных приборов предоставляет исследователю гибкость, необходимую для модернизации систем при возникновении непредвиденных обстоятельств. И научный, и учебный эксперимент требуют, чтобы используемые системы были экономичными. Компоненты систем, построенных на основе технологии виртуальных инструментов, могут быть использованы многократно в самых различных экспериментах без приобретения дополнительных аппаратных средств и программного обеспечения, поэтому выбор данной технологии является экономически обоснованным. Наконец, измерительные системы должны быть масштабируемыми, чтобы удовлетворять будущим потребностям. Модульный характер технологии виртуальных приборов позволит вам с легкостью добавлять новые функциональные возможности в создаваемую вами систему.

В NI ELVIS используется программное обеспечение, разработанное в среде LabVIEW, и аппаратура сбора данных NI для создания виртуальной измерительной системы, обладающей функциональными возможностями комплекта привычных измерительных приборов.

2.2. LabVIEW

LabVIEW – это графический язык программирования, предназначенный для создания прикладных систем измерения, тестирования и автоматизации. При программировании в LabVIEW вместо текстовых строк используются пиктограммы. В отличие от текстовых языков в LabVIEW использована концепция потокового программирования, согласно которой выполнение программы определяется потоком данных. Виртуальный прибор (Virtual Instrument – VI) представляет собой программу на LabVIEW, которая моделирует внешний вид и функционирование настоящего измерительного прибора.

Гибкость, модульность и легкость программирования, присущие LabVIEW, делает эту среду разработки популярной в лабораториях ведущих университетов. С помощью LabVIEW вы можете создавать приложения с интерактивным пользовательским интерфейсом за очень короткое время, поскольку принципы графического программирования в LabVIEW интуитивно понятны. Ученые и инженеры могут использовать простые в реализации функциональные возможности LabVIEW по взаимодействию с устройствами ввода/вывода наряду с его аналитическими возможностями. LabVIEW может также применяться для решения чисто аналитических или численных задач в учебном процессе.

2.3. Обзор NI ELVIS

Функциональные возможности набора типовых лабораторных измерительных приборов в NI ELVIS реализованы на основе многофункционального устройства ввода-вывода (DAQ), специальной настольной рабочей станции, макетной платы и программ, разработанных в среде LabVIEW.

В настольную рабочую станцию NI ELVIS встроены аппаратно реализованные функциональный генератор и регулируемые блоки питания. А спроектированные в LabVIEW лицевые панели (Soft Front Panel – SFP) измерительных приборов объединяют функциональность DAQ-устройства (модуля ввода-вывода) и рабочей станции NI ELVIS, предоставляя возможность работы со следующими приборами:

· Генератором сигналов произвольной формы (Arbitrary Waveform Generator – ARB)

· Анализатором амплитудно- и фазочастотных характеристик (Bode Analyzer)

· Устройством чтения с цифровой шины (Digital Bus Reader)

· Устройством записи на цифровую шину (Digital Bus Writer)

· Цифровым мультиметром (Digital Multimeter – DMM)

· Анализатором спектра (Dynamic Signal Analyzer – DSA)

· Функциональным генератором сигналов (Function Generator – FGEN)

· Анализатором импеданса (Impedance Analyzer)

· Осциллографом (Oscilloscope – Scope)

· Анализатором вольтамперной характеристики двухполюсников (Two-Wire Current Voltage Analyzer)

· Анализатором вольтамперной характеристики четырехполюсников (Three-Wire Current Voltage Analyzer)

· Регулируемыми источниками питания (Variable Power Supplies)

Кроме перечисленных приборов в NI ELVIS имеется набор высокоуровневых функций LabVIEW для усовершенствования средств отображения данных, организации экспериментов и управления .

В NI ELVIS версии 3.0 и выше управлять приборами NI ELVIS можно с помощью среды SignalExpress, которая не требует программирования.

Внешний вид NI ELVIS показан на рисунке 1.

Рис. 1. Схема размещения компонентов системы NI ELVIS на базе ноутбука и NI USB DAQ-устройства: 1 - ноутбук; 2 - USB кабель; 3 - NI USB DAQ-устройства M серии с типовым коннекторным блоком; устройство серии; 4 – сетевой шнур питания для NI USB DAQ-устройства M серии; 5 – экранированный кабель для устройства серии M; 6 – настольная рабочая станция NI ELVIS

3. Аппаратные компоненты NI ELVIS

Далее приведено краткое описание аппаратных средств NI ELVIS.

3.1. Настольная рабочая станция NI ELVIS

Настольная рабочая станция и DAQ-устройство (модуль ввода-вывода) вместе образуют завершенную лабораторную установку. Рабочая станция обеспечивает подключение исследуемых объектов и определяет функциональность лабораторной установки. На панели управления станции расположены простые органы управления функциональным генератором и регулируемыми блоками питания, а также удобные средства подключения к осциллографу и цифровому мультиметру NI ELVIS – BNC-разъемы и разъемы штекерного типа. Программное обеспечение NI ELVIS маршрутизирует сигналы в настольной рабочей станции между приборами. Например, выходной сигнал функционального генератора может быть направлен на определенный канал модуля ввода-вывода и, в конечном счете, этот сигнал окажется на нужном канале осциллографа NI ELVIS. Рабочая станция содержит также плату защиты, предохраняющую модуль ввода-вывода от повреждений, которые могут случиться при ошибочных действиях с лабораторным оборудованием.