基于LABVIEW的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)

1、學(xué) 號(hào) XX 虛 擬 儀 器學(xué)生姓名XX專業(yè)班級(jí)XX基于LABVIEW的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)目的1掌握數(shù)字電壓表的基本原理和方法。2基于LabView設(shè)計(jì)數(shù)字電壓表并實(shí)現(xiàn)。二、設(shè)計(jì)原理 電壓是電路中常用的電信號(hào)，通過電壓測(cè)量，利用基本公式可以導(dǎo)出其他的參數(shù)。因此，電壓測(cè)量是其他許多電參數(shù)和非電參數(shù)量的基礎(chǔ)。測(cè)量電壓相當(dāng)普及的一種測(cè)量?jī)x表就是電壓表，但常用的是模擬電壓表。模擬電壓表根據(jù)檢波方式的不同。分為峰值電壓表、均值電壓表和平均值電壓表，它們都各自做成獨(dú)立的儀表。這樣，使用模擬電壓表進(jìn)行交流電壓測(cè)量時(shí)，必須根據(jù)測(cè)量要求選擇儀表。另外，多數(shù)電壓表的表頭是按正弦交流有效值刻度的，而測(cè)量非正弦

2、波時(shí)，必須經(jīng)過換算才能得到正確的測(cè)量結(jié)果，從而給實(shí)際工作帶來不便。采用虛擬電壓表，可將表征交流電壓特征的峰值、平均值和有效值集中顯示在一塊面板上，測(cè)量時(shí)可根據(jù)波形在面板上選擇儀表，用戶僅通過面板指示值就能對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析比較，大大簡(jiǎn)化了測(cè)量步驟。三、設(shè)計(jì)思路LabVIEw 8.5版本的工程技術(shù)比以往任何一個(gè)版本都豐富.它采用了英文界面，各個(gè)控件的功能一目了然。利用它全新的用戶界面對(duì)象和功能，能開發(fā)出專業(yè)化、可完全自定義的前面板。LabVIEW 8.2對(duì)數(shù)學(xué)、信號(hào)處理和分析也進(jìn)行了重大的補(bǔ)充和完善，信號(hào)處理分析和數(shù)學(xué)具有更為全面和強(qiáng)大的庫，其中包括500多個(gè)函數(shù)。所以在LabVIEW 8.5版

3、本下能夠更方便地實(shí)現(xiàn)虛擬電壓表的設(shè)計(jì)。該電壓表主要用于電路分析和模擬電子技術(shù)等實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)和測(cè)量?jī)x器，能夠讓使用者了解和掌握電壓的測(cè)量和電壓表對(duì)各種波形的不同響應(yīng)。因此，虛擬電壓表應(yīng)具備電源開關(guān)控制、波形選擇，以及顯示峰值、有效值和平均值三種結(jié)果，且輸入信號(hào)的大小可調(diào)節(jié)等功能。所以，用軟件虛擬了一個(gè)信號(hào)發(fā)生器。該信號(hào)發(fā)生器可產(chǎn)生正弦波、方波和三角波，還可以輸入公式，產(chǎn)生任意波形。根據(jù)需要，可調(diào)節(jié)面板上的控件來改變信號(hào)的頻率和幅度等可調(diào)參數(shù)，然后檢測(cè)電壓表的運(yùn)行情況。因此，在LabVIEW圖形語言環(huán)境下設(shè)計(jì)的虛擬電壓表主要分為兩個(gè)部分：第一部分是虛擬電壓表前面板的設(shè)計(jì);第二部分是虛擬電壓表流程圖

4、的設(shè)汁。1、前面板的設(shè)計(jì)前面板模擬真實(shí)電壓表的前面板，用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量。由于虛擬面板直接面向用戶，是虛擬電壓表控制軟件的核心。設(shè)計(jì)這部分時(shí)，主要考慮界面美觀、操作簡(jiǎn)潔，用戶能通過面板上的各種按鈕、開關(guān)等控件來控制虛擬電壓表進(jìn)行測(cè)量工作。根據(jù)傳統(tǒng)電壓表面板控件的功能，利用LabVIEW中的控制模板，分別在設(shè)計(jì)面板上放入模擬實(shí)際電壓表控件的數(shù)據(jù)輸入控件、顯示器、數(shù)據(jù)輸出控件、開關(guān)、選擇器，顯示器用于顯示輸入的信號(hào)波形;數(shù)據(jù)輸入控件主要用于輸入被測(cè)信號(hào)的信號(hào)頻率、采樣頻率、采樣數(shù)、振幅和相位;數(shù)據(jù)輸出控件則用于輸出被測(cè)信號(hào)經(jīng)過處理后得到的峰值、平均值和有效值及標(biāo)準(zhǔn)頻率的有效顯示。打開La

5、bVIEW前面板的編輯窗口，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，顯示控制模板，選擇圖形一波形圖，作為電壓表的顯示器。在顯示器模板上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，對(duì)其進(jìn)行屬性設(shè)置，例如根據(jù)示波器的頻率與幅度值的變化，利用工具模板中的文字工具，對(duì)示波器橫(時(shí)間)、縱(幅度)坐標(biāo)的刻度進(jìn)行重新設(shè)置。用Graph控件設(shè)計(jì)的示波器是完全同步的，且波形穩(wěn)定。選擇控件數(shù)值數(shù)值輸入控件/數(shù)值顯示控件，作為電壓表參數(shù)設(shè)置中輸入和測(cè)試結(jié)果的數(shù)據(jù)顯示。選擇控件下拉列表與枚舉菜單下拉列表，放置對(duì)輸入波形選擇開關(guān)，在下拉列表中單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“編輯項(xiàng)”對(duì)其進(jìn)行編輯?！半娫撮_關(guān)”控件選擇經(jīng)典經(jīng)典布爾方形按鈕，當(dāng)按下開關(guān)時(shí)，虛擬電壓表開始運(yùn)行，同時(shí)電源開關(guān)的

6、指示燈亮。同樣，當(dāng)彈起開關(guān)時(shí)，虛擬電壓表停止運(yùn)行。前面板如圖1所示。顯示界面：模擬信號(hào)生成：2、流程圖的設(shè)計(jì)每一個(gè)前面板都對(duì)應(yīng)一個(gè)流程圖程序。前面板的設(shè)計(jì)完成后，可對(duì)流程圖程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。打開LabVIEW設(shè)計(jì)環(huán)境中的窗口顯示程序框圖，進(jìn)入流程圖編輯窗口，與前面板各控件對(duì)應(yīng)的端口圖標(biāo)自動(dòng)出現(xiàn)在流程圖編輯窗口中。利用LabVIEW中的功能模塊，根據(jù)虛擬示波器前面板各控件的作用和聯(lián)系，虛擬示波器運(yùn)作后數(shù)據(jù)流的控制，分別在流程圖設(shè)計(jì)面板中放置各個(gè)功能模塊，合理擺放后，在用連線工具依次連接，以實(shí)現(xiàn)虛擬示波器的功能。數(shù)據(jù)流的編輯主要是對(duì)端口圖標(biāo)的連接。用連線工具進(jìn)行連線時(shí)，如果端口閃爍，說明相連的數(shù)據(jù)類型

7、匹配，否則不能連接。（1）虛擬信號(hào)發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)由于虛擬電壓表主要用于演示，所以為了方便，可直接利用LabVIEW軟件產(chǎn)生仿真信號(hào)。在該設(shè)計(jì)中，設(shè)置了正弦波、鋸齒、波方波和三角波以及由公式確定的任意波形等基本波形。在程序設(shè)計(jì)框圖中，使用一個(gè)Case(選擇)語句對(duì)四種波形進(jìn)行選擇。Case語句中，每一個(gè)數(shù)字(0，1，2，3，4)都代表一種波形，與前面板控件中5種狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。至于Case語句的制作，只需將5個(gè)圖標(biāo)中的一個(gè)，例如正弦波發(fā)生程序，用Case框起來，然后在上面的空白處寫上相應(yīng)的數(shù)字，例如1;然后點(diǎn)擊箭頭，可以設(shè)置第二個(gè)圖標(biāo)，如果要添加一個(gè)Case的話，可以點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，直接添加，編輯相應(yīng)的

8、基本信號(hào)發(fā)生器VI中相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)即可。在添加公式波時(shí)，要把基本信號(hào)發(fā)生器VI換成公式波形VI，本文給出了Case結(jié)構(gòu)的一個(gè)分支，公式波形的流程圖如圖2所示。該子可使用指定時(shí)間函數(shù)的公式字符串生成一個(gè)函數(shù)波形，它要求公式的自變量必須是t，它所支持的運(yùn)算符和常用的函數(shù)。具體函數(shù)如下圖：基本函數(shù)發(fā)生器：由信號(hào)類型可以選擇生成波形的類型 0 正弦波； 1 三角波； 2 方波； 3 鋸齒波；采樣信息包含每秒采樣率，和波形的采樣數(shù)。（默認(rèn)值都為1000）。波形從信號(hào)輸出中輸出來。公式波形： 另外，在模擬狀態(tài)下，信號(hào)頻率以赫茲或者每秒周期數(shù)為單位。但是在數(shù)字系統(tǒng)中，通常使用數(shù)字頻率，它是信號(hào)頻率與采樣頻率的比

9、值，被稱為標(biāo)準(zhǔn)頻率。所以，在框圖程序中，應(yīng)當(dāng)在信號(hào)頻率與采樣頻率之間加載一個(gè)除法器。在波形發(fā)生程序按照規(guī)定的參數(shù)產(chǎn)生波形后，如果將波形直接輸入波形顯示控件，那將是錯(cuò)誤的。因?yàn)椴ㄐ物@示控件，并不像數(shù)據(jù)顯示控件那樣只需要一個(gè)或一組數(shù)據(jù)，因此波形能否按規(guī)定顯示出來，取決于輸入的幾組不同且具有決定性的數(shù)據(jù)，例如周期、相位等。(2) 數(shù)據(jù)處理部分?jǐn)?shù)據(jù)處理部分的作用，就是將產(chǎn)生出的信號(hào)通過不同形式的檢波、計(jì)算，得出規(guī)定的不同的結(jié)果。在該設(shè)計(jì)中同時(shí)顯示交流有效值、峰值和平均值。對(duì)于一個(gè)純粹的交流電壓，正半周期信號(hào)與負(fù)半周期信號(hào)對(duì)稱，U的平均值等于零，所以一般不直接測(cè)量平均值。在設(shè)計(jì)時(shí)，按函數(shù)數(shù)值絕對(duì)值取交流

10、電壓的絕對(duì)值，然后求平均值，取全波平均值。交流電壓中的最大值，即為峰值。可以通過比較數(shù)據(jù)求出最大值，這需要使用波形最大、最小子虛擬儀器來處理框圖。有效值顯示：在函數(shù)信號(hào)處理波形測(cè)量中選擇基本平均直流均方根。其框圖符號(hào)如圖所示。 上圖中，DC 均值為測(cè)量的直流分量;均方根測(cè)量有效值;reset用于重啟過去記錄的時(shí)間信號(hào)、平均測(cè)量的參數(shù);在單個(gè)模塊VI中，可依據(jù)輸入記錄長(zhǎng)度自動(dòng)設(shè)置平均時(shí)間;Window是在DC/RMS計(jì)算之前，用于記錄時(shí)間的窗;erroe in是在該VI運(yùn)行之前描述錯(cuò)誤環(huán)境，默認(rèn)值為no error。如果錯(cuò)誤已經(jīng)發(fā)生，該VI在errorout端返回錯(cuò)誤代碼，子VI在無錯(cuò)誤時(shí)才正常運(yùn)行。（3）開關(guān)部分用一個(gè)while條件語句設(shè)計(jì)整個(gè)框圖程序，當(dāng)模擬電壓開關(guān)為“1”時(shí)，虛擬電壓表工作，條件語句中的程序開始運(yùn)行;當(dāng)模擬開關(guān)為“0”即關(guān)時(shí)，條件語句中的程序停止運(yùn)行，虛擬電壓表不工作。設(shè)計(jì)好的流程圖如圖所示。四、調(diào)試過程（1）生成信號(hào)設(shè)置： （2） 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：（3）數(shù)據(jù)分析：由上述結(jié)果可得出：由于電壓信號(hào)的對(duì)稱性和周期性，它的直流平均為零；有效值等效于模擬電壓表所測(cè)的數(shù)值。五、性能分析： 該軟件可以準(zhǔn)確的測(cè)出正弦，方波，三角波，鋸齒波以及任意波形 的電壓有效值，直流平均值等等，如下圖： 六、實(shí)驗(yàn)小結(jié)：經(jīng)過實(shí)際使用，虛擬電壓表的控制鍵和功能基本正常（除停