基于LabVIEW的二极管伏安特性测量

基于LabVIEW的二极管伏安特性测量 基于 LabVIEW 的二极管伏安特性测量 沈阳航空航天大学自动化学院摘要:本文设计了一个基于 LabVIEW 的二极管伏安特性测量的系统，使用的方法是电压扫描法，需要外围电路、数据采集器 BNC16S 以及相应的 LabVIEW 软件程序相互配合才可进行测量，通过测量和计算出二极管两端的电压和电流，将结果送入软件示波器，来显示二极管的伏安特性曲线。关键字: 伏安特性;电压扫描法;labVIEW;BNC16S0. 前言 虚拟仪器技术是基于计算机的仪器及测量技术。与传统技术不同，虚拟仪器技术指在包括数据采集设备的通用计算机的平台，根据需求可以高效地构建起形形色色的测量系统，对大多数用户而言，主要的工作变成了软件设计。虚拟仪器技术突破了传统仪器的局限，可以将许多信号处理的方法方便的应用于测量中，并且为自动测量和网络化测量创造条件。早期的虚拟仪器技术主要用于军事、航空、航天等领域和科研院所，现在已经越来越多地出现在工厂及其他民用场合。虚拟仪器技术反映了当前测量技术的发展方向:涉及面广，包括数学、物理、电工电子技术、计算机软硬件、信号处理及相关专业的测试技术。 LabVIEWlaboratory virtual instrument engineering workbench是一种图形化的编程语言和开发环境，它广泛地被工业界、学术界和研究实槭宜邮埽还衔潜曜嫉氖莶杉鸵瞧骺刂迫砑虚拟仪器的硬件系统由PC 机和数据采集器组成. 数据采集器包括多路开关、放大器、采样/保持器、A/D 转换器以及其它有关电路组成. 这些部分共同配合完成对信号数据的采集、放大以及模/数转换任务.同时数据采集器上的数模转换器(D/A)可用诮扑慊涑龅氖至孔晃,饬浚佣迪挚刂乒δ? 数据采集卡的种类非常多，其功能也有很大不同. 使用时可根据需要选择.使用数据采集卡时必须对其性能指标有所了解，主要包括输入通道数、信号输入方式、输入范围、阻抗、A/D 转换器的采样速率和位数、分辨率和精度等.1. 总体 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计 电压扫描法测量二级管的伏安特性主要包括硬件电路的连接，数据采集器BNC16S 将采集的数据送入软件系统，通过软件程序将采集结果进行处理分类并将其送入 XYGraph 波形显示器显示输出结果三个大部分。硬件电路由信号源(即电 、二极管及限流电阻组成;硬件电路和软件程序通过源，由 LabVIEW 的程序产生)数据采集器 BNC16S 连接，数据采集器采集二极管两端的电压和电阻两端的电压;采集到的数据送入电脑程序，由程序算得通过二极管的电流，将二极管两端的电压信号和通过二极管的电流信号送入波形显示器，得到二极管的伏安特性曲线。 总体的流程图如图 1 所示: 开始 LabVIEW 软件程序 参数可调 波形、 的随机电压信 号 硬件电路 二极管、电阻两 端电压信号 LabVIEW 软件程序 处理信号使产生通过 二极管的电流信号 显示二极管的伏安特 性曲线 结束 图1 总体流程框图1.1 硬件电路测量信号的原理 将被测二极管与一个 10 kΩ 的电阻串联，得到所需要的测量电路，如图 2 所示。在输入端口施加电压，令 U2 为二极管的端电压，流经二极管的电流为 U1/R。通过测得这两个数据即可得二极管的伏安特性曲线。该电路非常简单，直接在面包板上连接。 图2 硬件电路1.2 数据采集器 BNC16S 的采集原理 BNC16S 型多功能接口盒各部分的功能。多功能接口盒具有 16 路单端/8 路差分模拟输入，可以测量三种模拟输入信号:差分浮地信号(DIFF_FS)、差分有参考地信号(DIFF_GS)、单端有参考地信号(SINGLE_RSE)。多功能接口盒的信号发生器可以产生正弦波、方波、三角波以及 TLL 信号，并可通过旋钮调节信号的幅值和频率。该多功能接口盒还具有 2 路模拟输出。 在关机状态，将 BNC16S 多功能接口盒与 PC 机上 的数据采集卡联结。如果连接正常，则多功能接口盒上的红色电源指示灯处于点亮状态。将接口盒的信号发生器 SOURCE 端口与某一模拟输入通道相连。 要将数据采集到计算机里，并对其进行合理的组织，需要构建一个完整的数据采集系统。它包括:传感器和变换器、信号调理设备、数据采集卡、驱动程序、硬件配置管理软件、应用软件和计算机等。使用不同的传感器和变换器可以测量各种不同的物理量，并将它们转化成电信号;信号调理设备可对采集到的信号进行加工，使它们适合数据采集卡等设备的需求;计算机通过数据采集卡等获得测量数据;软件则控制着整个测量系统，它告诉采集设备什么时候从哪个通道获取设备，同时还对原始数据作分析处理，并将最后的结果表示成容易理解的方式。 在该设计中，用输出端口 OUT 采集 LabVIEW 程序产生的电压信号，将此信号送入硬件电路充当电路中的电源。设置“0”通道和“1”通道，分别将数据采集器的输入端口 IN0 和输入端口 IN1 接在电阻和二极管的一端测量电阻和二极管各自产生的电压信号，再将此信号送给 LabVIEW 程序。2. LabVIEW 下的程序设计 1. Basic Function Generator LabVIEW 提供了一个产生波形、幅值、频率可调的波形发生器，通过输入参数即可获得相应的信号，操作简单方便。这里发生的信号仅仅是仿真信号，它的作用是供给 DAC，以发生真正的模拟信号。该设计中采用的是基本函数发生器Basic Function Generator.vi 来发生信号。 图 3 Basic Function Gerneration 单元 其功能是根据设定的类型及参数产生一个输出波形。各参数的含义如下: Offset:波形的直流偏移量，默认值为 0.0 Reset signal:将波形相位重置为相位初值，且将时间标志置为 0。默认值为FALSE。 、三角波、方波和锯齿波。 Signal type:产生波形的类型，包括正弦波(默认) Frequency:产生频率(单位为 Hz)，默认值为 10。 Amplitude:波形幅值，也称为峰值电压，默认值为 1.0。 Phase:波形的初始相位(单位为度)默认值为 1.0。 Sampling info:一个包括采样信息的簇，共有 Fs 和s 两个参数:Fs 采样率，单位是样本数/s，默认值为 1000;s 波形的样本数，默认值为 1000。 Duty cycle:占空比，对方波形信号而言，反映了一个周期内高低电平所占的比例，默认值为 50。 Signal out:信号输出端。 Phase out:波形的相位，单位为度。 2. AO Continuous Gen 其功能是将仿真信号转换为模拟信号，并将该模拟信号传输给外围硬件电路。其各参数的含义如下: 图 4 AO Continuous Gen 单元 Waveform data:波形数据，接受由程序产生的虚拟信号。 Clear generation:虚拟信号传输允许端口，当选择为 true 时，虚拟信号转换为模拟信号传输给外部电路。 3. AI Acquire Waveforms AI Acquire Waveforms 耐急耆缦拢?图 5 AI Acquire Waveforms 单元 Device:为设备号，在 NI 采集设置工具中设定。 Channels:用于指定数据样本的物理源(信号源)。 Scan rate:为采样频率，默认值是 1000。 Number of samples/ch:是每通道要采集的样本数，默认值是 1000。 Highlow limit:为被测信号的最高(低)电平，其默认值是 0，当 highlowlimit 为默认值时系统按照采集卡设定程序 MAX 中的设定来处理。 Waveforms:为 A/D 转换后的输出。输出可以是一维波形数组或二维数值数组。波形数组的每个元素表示的是一个对应通道的波形;数值数组的每一列表示的是一个对应通道的数据。 4. Index Waveform Array 图标和端口: 图 6 Index Waveform Array 单元 该单元的主要作用是将数组信号进行提取，提取出单一的信号，为之后的信号输出提供方便。 主要端口说明: Waveform array:从数组中提取出单一信号，并对波形进行分析。 Index:从数组中提取出的单一信号的指 数。 Waveform:输出该单一信号的波形。2.1 软件层次设计 该程序是一个含两帧的顺序结构: (1)在第 0 帧中，先产生一个周期性的电压扫描信号，其信号类型、频率及幅值是可控的。这里需要注意两个问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 :一是这个信号是连续发生的，而不是只提供有限个样本;而是对所发生的信号加了偏移量(offest)，其大小与信号的幅值相同，这样使得电压信号的值均大于 0。在本程序中，产生一个正弦波，调整其频率为 10Hz，幅值电压为 1V，偏移量同幅值相等，为 1V。 图 7 第“0”帧程序框图 (2)在第一帧中，从 0，1 两个通道各采集一个波形，其中通道 0 是 u 1，将其除以电阻值 10kΩ 后得到电流单位是 mA; 道 1 是 u2。 通 将这两个波形经 Bundle后送给 XY Graph，就可以得到所需的特性曲线。在该程序中，信号源样本为 0:1频道，采样频率为 1000Hz，每通道采集 1000 个样本。 图 8 第“1”帧程序框图2.2 程序框图的设计 图 9 总体的程序框图 总体的程序框图如图 9 所示，该程序按照顺序执行，产生参数可调的虚拟电压信号，将该信号用示波器显示，并通过转换为模拟信号送入数据采集器，将模拟电压信号提供给外接电路，再通过采集二极管及电阻的端电压并将其通过数据采集器送入软件程序，在通过抽取信号使信号称为单一信号，即分离二极管及电极管两端的电压信号和通过其的电流信号送入 XY Graph 中，其中，X 表示电压信阻的端电压，将电阻的端电压值除以其电阻 10kΩ，得到通过二级管的电流。将二号，Y 表示电流信号。3. 结果分析3.1 运行检验 图 10 运行结果图 如图所示，左图示波器是虚拟信号发生器产生的频率为 10Hz，幅值为 1V 的正弦波形，右图的 XY 示波器是测量的二极管的伏安特性曲线，其结果符合二极管实际的伏安特性。3.2 调试分析 在实验调试过程中遇到了很多问题，尤其是对数据采集器 BNC16S 不熟悉，在实验过程中无从下手，不知该如何将其连接至硬件电路，导致多次测量结果出现混乱的情况，其次，对 Labview 软件的熟悉度还不够，部分组件单元的寻找花费了大量的时间，以及对个别所用组件的了解不够所导致的连接问题，经过老师的指导和自己的仔细思考，最终解决了问题。实现了所应得到的结果。4. 结论及进一步设想 本设计实现了用虚拟仪器测量二极管伏安特性的方法，用方便的软件程序实现了测量，体现了虚拟仪器的使用价值和方便性，这仅仅是一个简单的系统，虚拟仪器还有很大的开发空间，在测量领域还有很大的发展，今后必定会广泛作用于社会、 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 领域，同时也会受到广大师生的重视。参考文献1 秦文虎. 虚拟现实基础及可视化设计. 北京:化学工业出版社，2009.2 李江全.虚拟仪器数据采集与串口通信测控应用实战.北京:人民邮电出版社， 20103 侯国屏. LabVIEW7.1 编程与虚拟仪器设计.北京:清华大学出版社，2004 课设体会 通过此次课设，我学到了不少的知识，有不少的收获，现将我的收获和体会 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 如下: 首先，LabVIEW 课程设计需要扎实的专业知识，需要具备一定的动手能力。虽然我的课设题目相对简单，在 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 中有相应的参考文献，但是当时我对其程序的设计并不理解。照搬原文的程序并不完全正确，而且不能正常运行，要究其原因，就要从基础知识做起，于是我又在课本中查询每一个相关组件及模块的含义，在理解了之后，对程序的错误进行了纠正，使得软件程序得以正常运行。最初我对数据采集器一无所知，通过老师的悉心指导和上网查询资料，熟悉了其用法，才解决了软件硬件之间数据处理的问题。 其次，LabVIEW 课程设计是需要独立思考，精心钻研的过程，在设计阶段，有很多的问题出现，需要经过思考其问题的原因所在，刨根问底才能解决相应的问题。并且，应有大胆猜想和尝试的精神，这样才能 有所突破。 最后，LabVIEW 课程设计也需要仔细、耐心、有毅力。问题总是出衷谝恍?附谏希,枰锤吹氐魇院褪笛椋拍艽锏皆は氲慕峁这次课程设计我收获不少，再次感谢老师对我的悉心指导以及帮助。 2011 年 3 月 25 日完成附 录 基于 LabVIEW 的二极管伏安特性测量