实验1：霍尔传感器测量【实验目的】1. 了解霍尔传感器工作原理与应用。

2. 通过电路实验学习直流激励时霍尔传感器特性。

【实验原理】图1.1 霍尔传感器霍尔式传感器是一种磁敏传感器，基于霍尔效应原理工作。

它将被测量的磁场变化（或以磁场为媒体）转换成电动势输出。

霍尔效应是具有载流子的物体同时处在电场和磁场中而产生电势的一种现象。

把一块宽为b，厚为d的导电板放在磁感应强度为B的磁场中，并在导电板中通以纵向电流I，此时在板的横向两侧面,之间就呈现出一定的电势差，这一现象称为霍尔效应（霍尔效应可以用洛伦兹力来解释），所产生的电势差U H称霍尔电压。

霍尔效应的数学表达式为：U H= K H IBK H＝ R H／d灵敏度系数，与材料的物理性质和几何尺寸有关。

具有上述霍尔效应的元件称为霍尔元件，霍尔元件大多采用N型半导体材料（金属材料中自由电子浓度ｎ很高，因此UH 极小，不宜作霍尔元件），厚度d只有1 um左右。

很小，使输出UH霍尔传感器有霍尔元件和集成霍尔传感器两种类型。

集成霍尔传感器是把霍尔元件、放大器等做在一个芯片上的集成电路型结构，与霍尔元件相比，它具有微型化、灵敏度高、可靠性高、寿命长、功耗低、负载能力强以及使用方便等等优点。

使用霍尔元件探测磁场的电路如下图所示。

图1.2 霍尔元件探测磁场电路【实验所需传感器与元器件】霍尔传感器3144 *1电阻10kΩ *1磁铁 *1【实验步骤】1. 将霍尔元件插入面包板，并连接好测量电路，Vout 连接至【AI0+】，如下图所示。

图1.3 实际电路图2. 检查电路无误后先接入NI myDaq，观察电源指示开关亮起，等待计算机识别设备。

3. 打开 NI ELVISmx Instrument Launcher。

选择【Oscilloscope】，选择示波器通道为AI0，点击运行。

当霍尔元件附近没有磁场源时，电压输出为高。

图1.4 霍尔元件附近无磁场源时的输出4. 将磁铁靠近霍尔元件，输出将会发生变化，由示波器可以看出输出由高变为低。

注意，由于霍尔元件仅对某一方向的磁场敏感，因此如果检测不到输出电压的变化可适当变换磁铁方向。

图1.5 主程序框图5. 点击“Stop”按键，退出N I ELVISmx Instrument Launcher。

【拓展实验】利用霍尔元件设计一个接触式开关。

实验2：光敏传感器测量【实验目的】1. 了解光敏电阻的光电特性。

2. 了解光敏电阻光电流、暗电流测量方法。

3. 了解光敏电阻伏安特性、光照特性测量方法。

【实验原理】图2.1 光敏电阻光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。

光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。

无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。

当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减小，电路中电流迅速增大。

一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好，此时光敏电阻的灵敏度高。

实际上光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧量级，亮电阻值在几千欧以下。

图2.2 光敏电阻内部结构光敏电阻的结构很简单，上图为金属封装的硫化镉光敏电阻的结构图。

在玻璃底板上均匀地涂上一层薄薄的半导体物质，称为光导层。

半导体的两端装有金属电极，金属电极与引出线端相连接，光敏电阻就通过引出线端接入电路。

为了防止周围介质的影响，在半导体光敏层上覆盖了一层漆膜，漆膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。

为了提高灵敏度，光敏电阻的电极一般采用梳状图案。

光敏电阻的主要参数：（1）暗电阻：光敏电阻在不受光照射时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。

（2）亮电阻：光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。

（3）光电流：亮电流与暗电流之差称为光电流。

在测量光敏电阻的暗电流时，应先将光敏电阻置于黑暗环境中30分钟以上，否则电压表的读数会较长时间后才能稳定。

将光敏电阻完全置入黑暗环境中，使用万用表电阻档测量光敏电阻引脚输出端，即可得到光敏电阻的暗电阻R暗。

由于光敏电阻的个体差异，某些暗电阻可能大于200兆欧，属于正常现象。

在一定的光照条件下由使用万用表电阻档测量光敏电阻引脚输出端，即可得到光敏电阻的暗电阻R亮。

亮电阻与暗电阻之差等于光电阻，R光=R暗-R亮，光电阻值越大，光敏电阻的灵敏度越高。

光敏电阻的基本特性：（1）伏安特性：在一定照度下，流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。

光敏电阻在一定的电压范围内，其I-U曲线为直线。

（2）光照特性：是描述光电流I和光照强度之间的关系，不同材料的光照特性是不同的，绝大多数光敏电阻光照特性是非线性的。

（3）光谱特性：光敏电阻对入射光的光谱具有选择作用，即光敏电阻对不同波长的入射光有不同的灵敏度。

光敏电阻的相对光灵敏度与入射波长的关系称为光敏电阻的光谱特性，亦称为光谱响应。

（4）时间特性：实验证明，光敏电阻的光电流不能随着光强改变而立刻变化，即光敏电阻产生的光电流有一定的惰性，这种惰性通常用时间常数表示。

大多数的光敏电阻时间常数都较大，这是它的缺点之一。

我们采用分压式电路来测量光敏电阻的伏安特性，将光敏电阻和1kΩ电阻串联接入AO0+，通过改变AO0的输出值来获得光敏电阻的伏安特性。

【实验所需传感器与元器件】光敏电阻T12518 *1电阻1kΩ *1【实验步骤】1. 连接分压式电路，如下图所示。

图2.3 实际电路图2. 检查电路无误后先接入NI myDaq，观察电源指示开关亮起，等待计算机识别设备。

3.打开 Lab_3/ Photoresistance.vi。

设置好通道，程序框图如下图所示。

图2.4 主程序框图4. 该 VI 用于绘制光敏电阻的伏安特性曲线以及计算阻值。

观察该 VI 程序框图，该 VI首先为制图数组添加零点，接着为了绘制 10 个点，提供一个 10 次的 For 循环。

每个循环内首先为AO0+供电，从 1V 到 20V；再提供 100mS 的等待电路建立时间；通过 AI0 和AI1口读出节点电压，计算出光敏电阻两端电压，由于参考电阻阻值为 1K Ω，因此参考电阻两端电压数值的大小即为 mA 单位的电路电流值；最后由【线性拟合】函数计算出此时光敏电阻的阻值。

5. 将光敏电阻置于稳定光照条件下，打开主程序前面板，点击运行按钮。

点击“测量光电阻”，稍等片刻，此时将显示出有光照时光敏电阻的伏安特性曲线以及亮电阻阻值，如下图所示。

图2.5测量光敏电阻值8. 点击“停止”按键，保存并退出V I。

【拓展实验】利用光敏电阻设计街道自动开关路灯。

实验3：音频信号采集及频域均衡【实验目的】1. 了解音频信号输入输出方法。

2. 了解音频均衡器频率特征。

3. 了解L abVIEW 音频分析与处理原理。

【实验原理】均衡器是一种可以分别调节各种频率成分电信号放大量的电子设备。

让用户可以更加方便的根据自己的听音习惯对音乐进行调整，以补偿和修饰各种音源。

常见的频段划分如下：极低频：0～40Hz 强劲有力低频：40Hz～150Hz 基础组成部分中低频：150Hz～500Hz 人声中频：500Hz～2kHz 乐器的低次谐波中高频：2kHz～5kHz 弦乐的特征音高频：5kHz～8kHz 层次感极高频：8kHz～20kHz 通透感图3.1采用 NI myDAQ 采集音频信号的硬件连接图3.2采用 NI myDAQ 采集音频信号并进行滤波回放的硬件连接NI myDAQ：已经直接带有 3.5mm 音频输入接口“AUDIO IN”，因此可以直接通过 myDAQ 附带的一根 3.5mm 公头接口音频线缆连接至 MP3 或智能手机等音频输出设备（如图 3.1和3.2所示）。

【实验所需器件】MP3 或智能手机等音频输出设备【实验步骤】1. 打开基于 Express VI 写的程序\Lab_3\Audio Input.vi（如图 3.3 所示）。

图3.3 实际电路图2. 在程序框图中双击“DAQ助手”Express VI，在弹出对话框中点击“通道设置”的“详细信息”按钮，展开通道设置详细信息，检查当前程序所使用的物理通道。

3. 使用 myDAQ 作为音频信号采集设备，因为直接使用它的 AUDIO IN 端口，所以物理通道应分别选择“ Dev1/AudioInputLeft”和“ Dev1/AudioInputRight”。

设置完成后，点击“确定”按钮，关闭“NI ELVISmxOscilloscope”Express VI 配置对话框。

程序框图的其他部分不变。

4. 切换回程序前面板，运行程序。

将 3.5mm 音频线的另一端连接任何音频播放设备输出（例如计算机、手机或 MP3 播放器），并播放音频文件，可以在 LabVIEW 程序前面板看到采集的波形，如图 3.4 所示。

波形图的白色和红色曲线分别对应采集的左右声道输出信号。

波形图每次刷新 0.1 秒的数据，请思考这是为什么。

图3.4采集的音频信号5. 打开实验 \Lab_4中编写好的程序（基于 Express VI 的），然后按照图 3.5 所示的程序框图进行修改，添加滤波和滤波后频谱计算的部分。

其中“滤波器”Express VI 中设置滤波器类型为低通，截止频率为 400Hz，其他参数使用默认参数。

图3.5对语音信号进行采集和滤波的程序框图6. 在此基础上，可以在程序中进一步添加信号输出功能，从而可以通过音频或有源音箱等音频播放设备听到滤波后的音频信号。

具体步骤为：a. 在程序中再添加一个“DAQ 助手”Express VI，用于执行模拟信号输出功能（即D/A 变换）。

b. 在“DAQ 助手”Express VI 的弹出对话框中选择“生成信号>>模拟输出>>电压”（如图 3.6 所示）。

图 3.6 为“DAQ 助手”Express VI 选择任务类型c. 在接下来弹出的对话框中进一步选择信号输出的物理通道。

对于 myDAQ，则直接选择 AudioOutputLeft 和 AudioOutputRight。

然后点击“完成”按钮。

图 3.7 选择物理通道d. 在继而弹出的“DAQ 助手”配置对话框中，按照图 3.8 所示对两个输出通道的参数和定时设置进行配置。

注意两个通道的参数需要分别配置，可点击“电压输出_0”和“电压输出_1”进行切换。

此外，对于 myDAQ，一定要分别将 AudioOutputLeft 和 AudioOutputRight 通道的输出范围分别设置为+2V 与-2V 之间，如果设置为10V 会出错。

图 3.8 音频信号输出的“DAQ 助手”配置e. 仍然在“DAQ 助手”配置对话框中，切换到“高级定时”设置页面，如图 3.9 所示，将“重生成模式”设置为“不允许重生成”。