LabVIEW: практикум по электронике и микропроцессорной технике

В. К. Батоврин, А. С. Бессонов, В. В. Мошкин

LabVIEW:
ПРАКТИКУМ ПО ЭЛЕКТРОНИКЕ
 И  МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ

Москва, 2023

2-е издание, электронное

УДК 621.38
ББК 32.973.26-108.2
Б28

Б28
Батоврин, Виктор Константинович.

LabVIEW: практикум по электронике и микропроцессорной технике : 
учебное пособие для вузов / В. К. Батоврин, А. С. Бессонов, В. В. Мошкин. — 2-е изд., эл. — 1 файл pdf : 183 с. — Москва : ДМК Пресс, 2023. — 
Систем. требования: Adobe Reader XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; экран 10". — Текст : электронный.

ISBN 978-5-89818-368-4
Книга содержит лабораторный практикум по электронике и микропроцессорной технике. Практикум включает лабораторные работы по аналоговой и цифровой 
электронике, разработанные с использованием технологии виртуальных приборов. 
Практическая реализация осуществлена в программной среде LabVIEW с помощью 
инструментальных средств компании National Instruments. Издание предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Приборостроение» и изучающих курс «Электроника и микропроцессорная техника». 
Оно также может быть использовано студентами других направлений подготовки 
и специальностей при изучении курса «Основы электроники» и смежных с ним 
дисциплин.

УДК 621.38 
ББК 32.973.26-108.2

Электронное издание на основе печатного издания: LabVIEW: практикум по электронике и 
микропроцессорной технике : учебное пособие для вузов / В. К. Батоврин, А. С. Бессонов, 
В. В. Мошкин. — Москва : ДМК Пресс, 2014. — 182 с. — ISBN 978-5-94074-525-9. — Текст : 
непосредственный.

Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было 
форме и какими бы то ни было средствами без  письменного разрешения владельцев авторских прав.
Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но поскольку вероятность технических 
ошибок все равно существует, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность 
приводимых сведений. В связи с этим издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами 
защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.

ISBN 978-5-89818-368-4
©  В. К. Батоврин, А. С. Бессонов, 
В. В. Мошкин
© Оформление, ДМК Пресс

Предисловие ................................................................................................................... 7

Введение............................................................................................................................ 9

 1

Исследование характеристик полупроводниковых диодов
и устройств на их основе ........................................................................14
1. Цель работы.........................................................................................14
2. Сведения, необходимые для выполнения работы ............................14
3. Описание лабораторного стенда......................................................21
4. Рабочее задание..................................................................................21
5. Контрольные вопросы ........................................................................26

 2

Исследование характеристик тиристора и управляемого
выпрямителя ..............................................................................................27
1. Цель работы.........................................................................................27
2. Сведения, необходимые для выполнения работы ............................27
3. Описание лабораторного стенда......................................................34
4. Рабочее задание..................................................................................34
5. Контрольные вопросы ........................................................................ 38

 3

Исследование вольтамперной характеристики туннельного диода ....39

СОДЕРЖАНИЕ

Электроника и микропроцессорная техника
4

1. Цель работы.........................................................................................39
2. Сведения, необходимые для выполнения работы ............................39
3. Описание лабораторного стенда......................................................43
4. Рабочее задание..................................................................................43
5. Контрольные вопросы ........................................................................ 48

 4

Исследование характеристик биполярного транзистора ................49
1. Цель работы.........................................................................................49
2. Сведения, необходимые для выполнения работы ............................49
3. Описание лабораторного стенда......................................................56
4. Рабочее задание..................................................................................56
5. Контрольные вопросы ........................................................................62

 5

Исследование характеристик полевого транзистора .......................63
1. Цель работы.........................................................................................63
2. Сведения, необходимые для выполнения работы ............................63
3. Описание лабораторного стенда..................................................... 70
4. Рабочее задание................................................................................. 70
5. Контрольные вопросы ........................................................................76

 6

Исследование схем на основе операционного усилителя................77
1. Цель работы.........................................................................................77
2. Сведения, необходимые для выполнения работы ............................77
3. Описание лабораторного стенда......................................................86
4. Рабочее задание..................................................................................86
5. Контрольные вопросы ........................................................................97

 7

Исследование характеристик аналоговых компараторов
напряжения................................................................................................98
1. Цель работы.........................................................................................98

2. Сведения, необходимые для выполнения работы ............................98
3. Описание лабораторного стенда................................................... 106
4. Рабочее задание............................................................................... 106
5. Контрольные вопросы ..................................................................... 112

 8

Исследование цифровых систем ........................................................ 114
1. Цель работы...................................................................................... 114
2. Сведения, необходимые для выполнения работы ......................... 114
3. Описание лабораторного стенда................................................... 121
4. Рабочее задание............................................................................... 122
5. Контрольные вопросы ......................................................................135

Приложение 1

Подготовка лабораторного стенда.....................................................137
Персональный компьютер ...................................................................137
Многофункциональная плата аналогового и цифрового
вводавывода .........................................................................................137
Макетный коннектор ............................................................................ 141

Приложение 2

Cреда графического программирования LabVIEW ......................... 144
Общие сведения о LabVIEW................................................................ 144
Установка среды LabVIEW ................................................................... 146
Работа с готовыми виртуальными приборами................................... 147
Создание виртуального прибора на базе шаблона .......................... 150
Основные элементы программной среды LabVIEW ..........................157

Приложение 3

Справочные данные некоторых электронных компонентов......... 162
Полупроводниковые диоды ................................................................ 162
Стабилитроны ....................................................................................... 164
Тиристоры............................................................................................. 166
Биполярные транзисторы .................................................................... 167

Электроника и микропроцессорная техника
6

Полевые тразисторы............................................................................ 169
Операционные усилители и компараторы ........................................ 171
Цифровые микросхемы ........................................................................175

Литература

Основная литература............................................................................181
Дополнительная литература.................................................................181

В учебном пособии представлен LabVIEW лабораторный практикум по электронике и микропроцессорной технике на основе виртуальных приборов. Книга
предназначена для студентов, обучающихся по образовательным программам
подготовки бакалавров, дипломированных специалистов и магистров по направлению «Приборостроение» и изучающих дисциплину «Электроника и микропроцессорная техника». Она может быть также использована в качестве учебного пособия
при изучении смежных дисциплин студентами других направлений подготовки
и специальностей. Поэтому все работы лабораторного практикума предваряются
кратким теоретическим введением.
Использование технологии виртуальных приборов в учебном процессе – новое дело, поэтому при выборе тематики работ мы ориентировались на те разделы
курса, которые традиционно сопровождаются выполнением лабораторных работ.
Это, в частности, изучение характеристик основных аналоговых полупроводниковых приборов и устройств на их основе, а также элементной базы цифровых
устройств. По мере накопления опыта использования практикума в учебном процессе предполагается расширить спектр выполняемых работ.
При создании учебного пособия важное место заняла разработка программного обеспечения (свидетельство Роспатента о регистрации № 2003611728 от
22.07.2003 г.). Следует отметить, что Роспатент впервые в России зарегистрировал программное обеспечение представленного типа. При выборе средcтв разработки приложений мы исходили из соображений удобства программирования и
необходимости придания системе лабораторного практикума максимальной гибкости и открытости, включая обеспечение переносимости, масштабируемости и
интероперабельности, с целью формирования потенциала для интеграции в единую информационную образовательную среду. В результате в качестве инструментальной среды разработки был выбран прикладной программный пакет
LabVIEW. Кроме того, мы предполагали, что студенты должны получить возможность выполнения работ как с локального рабочего места в рамках традиционно организованного учебного процесса, так и в режиме удаленного доступа,
используя ресурсы Intranet/Internet сетей. Эта цель достигнута, но надо иметь
в виду, что современные сетевые технологии в сочетании с технологией виртуальных приборов позволяют проводить активный эксперимент с одной рабочей
станции, при этом студенты, работающие на других рабочих станциях, могут

Предисловие

Электроника и микропроцессорная техника
8

только наблюдать за ходом эксперимента. Эта особенность должна учитываться
при создании учебной лаборатории с виртуальными приборами.
Учебное пособие и прикладное программное обеспечение лабораторного
практикума написаны коллективом преподавателей кафедры информационных
систем Московского государственного института радиотехники, электроники и
автоматики (технический университет) – МИРЭА на основе опыта применения
LabVIEW программного обеспечения в учебном процессе. При разработке лабораторной работы № 3 «Исследование вольтамперной характеристики туннельного
диода» использованы материалы, предоставленные Ю. В. Пыльновым.
Все критические замечания и пожелания по содержанию книги и в отношении
программного обеспечения будут с благодарностью приняты авторами. Отзывы
следует направлять по адресу: batovrin@mirea.ru.

Современные информационные технологии предоставляют хорошие возможности для создания новых средств и способов обучения. Одной из важнейших
и наиболее трудных в решении задач здесь является разработка компьютерных
лабораторных практикумов.
Основу лабораторного практикума по любым дисциплинам составляет комплекс средств измерений, соединенных с лабораторными макетами, с помощью
которых воспроизводятся изучаемые явления и процессы. До настоящего времени в учебных лабораториях в основном использовались традиционные измерительные приборы. Современной тенденцией стало применение в учебных целях
компьютерных средств измерений, созданных с использованием технологии виртуальных приборов. Виртуальный прибор (ВП) в учебной лаборатории – это
средство измерений, представляющее собой, как правило, персональный компьютер, снабженный дополнительно специальным прикладным программным обеспечением и различными измерительными модулями, например многофункциональной платой вводавывода. ВП позволяет автоматизировать операции по
сбору, обработке и представлению измерительной информации, имеет удобный
пользовательский интерфейс, а его программные и аппаратные средства поддерживают реализацию функций, присущих традиционному средству измерений, и
обеспечивают представление результатов на экране монитора в удобной для
пользователя форме. Схема ВП, используемого в лабораторном практикуме,
представлена на рис. В.1.
Программное обеспечение ВП может разрабатываться как с помощью стандартных средств, таких как Visual C++, Visual Basic и т. п., так и с помощью программных средств, специально предназначенных для решения задач сбора, преобразования и обработки измерительной информации. Сегодня среди таких
специализированных программных средств наиболее подходящим можно считать прикладной программный пакет LabVIEW компании National Instruments.
Представленные на рынке аппаратные средства автоматизации измерительных процессов и процедур почти всегда комплектуются драйверами под
LabVIEW. Разработка приложений в данной среде ведется визуальными средствами, что не требует от разработчика глубоких знаний программирования.
Для выполнения работ практикума потребуется базовый лабораторный стенд,
оснащенный современным персональным компьютером (ПК), снабженным опеВведение

Электроника и микропроцессорная техника
10

Рис. В.1. Схема виртуального прибора