虛擬數(shù)字電壓表的設(shè)計

1、摘 要LabVIEw 85版本的工程技術(shù)比以往任何一個版本都豐富它采用了中文界面，各個控件的功能一目了然。利用它全新的用戶界面對象和功能，能開發(fā)出專業(yè)化、可完全自定義的前面板。LabVIEw 85對數(shù)學(xué)、信號處理和分析也進行了重大的補充和完善，信號處理分析和數(shù)學(xué)具有更為全面和強大的庫，其中包括500多個函數(shù)。所以在LabVIEw 85版本下能夠更方便地實現(xiàn)虛擬電壓表的設(shè)計。虛擬電壓表是基于計算機和標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)的模塊化系統(tǒng)，通常它由控制模塊、儀器模塊和軟件組成，由軟件編程來實現(xiàn)儀器的功能。在虛擬儀器中，計算機顯示器是惟一的交互界面，物理的開關(guān)、按鍵、旋鈕以及數(shù)碼管等顯示器件均由與實物外觀相似的圖

2、形控件來代替，操作人員只要通過鼠標(biāo)或鍵盤操作虛擬儀器面板上的旋鈕、開關(guān)、按鍵等設(shè)置各種參數(shù)，就能根據(jù)自己的需要定義儀器的功能。在虛擬電壓表的設(shè)計中，考慮到儀器主要用于教學(xué)和實驗，使用對象是學(xué)生，因此將引言中提到的三種檢波方式的儀器合為一體，既簡化了面板操作，又便于直接對比。該電壓表主要用于電路分析和模擬電子技術(shù)等實驗課的教學(xué)和測量儀器，能夠使學(xué)習(xí)者了解和掌握電壓的測量和電壓表對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，且輸入信號的大小可調(diào)節(jié)等功能。虛擬電壓表由硬件設(shè)備與接口、設(shè)備驅(qū)動軟件和虛擬儀器面板組成。其中，硬件設(shè)備與接口包括儀

3、器接口設(shè)備和計算機，設(shè)備驅(qū)動軟件是直接控制各種硬件接口的驅(qū)動程序，虛擬儀器通過底層設(shè)備驅(qū)動軟件與真實的儀器系統(tǒng)進行通信，并以虛擬儀器面板的形式在計算機屏幕上顯示與真實儀器面板操作相對應(yīng)的各種控件。在此，用軟件虛擬了一個信號發(fā)生器。該信號發(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的頻率和幅度等可調(diào)參數(shù)，然后檢測電壓表的運行情況。因此，在LabVIEW圖形語言環(huán)境下設(shè)計的虛擬電壓表主要分為兩個部分：第一部分是虛擬電壓表前面板的設(shè)計；第二部分是虛擬電壓表流程圖的設(shè)汁。目 錄一、設(shè)計的目的及要求21.1、設(shè)計目的21.2、設(shè)計要求2二、設(shè)計任

4、務(wù)2三、設(shè)計思路2四、軟件設(shè)計34.1、總框圖程序設(shè)計34.2、框圖中使用模塊程序說明44.2.1 數(shù)據(jù)采集模塊44.2.2 軟件產(chǎn)生模擬信號模塊44.2.3 數(shù)據(jù)處理顯示模塊5五、系統(tǒng)調(diào)試及使用65.1、數(shù)字電壓表系統(tǒng)調(diào)試及使用65.1.1 交流電壓測量7直流電壓測量7六、心得與體會7一、設(shè)計的目的及要求1.1、設(shè)計目的本設(shè)計主要是讓為了讓學(xué)生能夠在理解理論知識的基礎(chǔ)上更好的掌握虛擬儀器組件的性能、屬性、創(chuàng)建虛擬儀器的方法和虛擬儀器的圖形編程方法,掌握虛擬儀器的軟件開發(fā)以及掌握虛擬儀器在測量儀器、過程控制、信號分析、網(wǎng)絡(luò)遠程控制等應(yīng)用中的相關(guān)應(yīng)用技能。1.2、設(shè)計要求設(shè)計要求學(xué)生掌握虛擬儀器

5、的構(gòu)成和設(shè)計思想、圖形語言相關(guān)胡知識。在設(shè)計中能夠利用相應(yīng)的硬件和軟件完成規(guī)定的課程設(shè)計任務(wù)，使學(xué)生的計算機綜合應(yīng)用能力提高并且掌握虛擬儀器軟件的設(shè)計方法。軟件部分主要是利用LabVIEW編程軟件按照設(shè)計要求和內(nèi)容進行VI程序以及子程序的創(chuàng)建、編輯和調(diào)試。熟悉LabVIEW的各種函數(shù)以及菜單，選項的作用和功能。二、設(shè)計任務(wù)電壓是電路中常用的電信號，通過電壓測量，利用基本公式可以導(dǎo)出其它的參數(shù)。因此，電壓測量是其他許多電參數(shù)和非電參數(shù)量測量的基礎(chǔ),測量電壓相當(dāng)普及的一種測量儀表就是電壓表。結(jié)合數(shù)據(jù)采集技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)設(shè)計一種基于LabVIEW 8.5的虛擬數(shù)字電壓表，分別進行交直流電壓測量，實

6、現(xiàn)電壓數(shù)字顯示（直流檔顯示直流電壓，交流檔顯示有效值，平均值和峰值），通道配置與選擇，交、直流選擇，采樣頻率、采樣點數(shù)設(shè)置。三、設(shè)計思路根據(jù)虛擬數(shù)字電壓表的設(shè)計要求，可以知道其由數(shù)據(jù)采集部分和數(shù)據(jù)處理部分。數(shù)據(jù)處理部分是在LabVIEW8.5進行開發(fā)，主要控制數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)采集，并對采集得到的數(shù)據(jù)進行分析處理并顯示?？傮w設(shè)計流程圖如下圖所示。開始設(shè)置數(shù)據(jù)采集卡顯示交流電壓參數(shù)讀取采樣數(shù)據(jù)對直流信號進行處理結(jié)束直流否是對交流信號進行處理顯示直流電壓參數(shù)虛擬數(shù)字電壓表總體設(shè)計流程圖四、軟件設(shè)計 4.1、總框圖程序設(shè)計虛擬數(shù)字電壓表工作狀態(tài)由電源開關(guān)決定，框圖程序設(shè)計如下：4.2、框圖中使用模塊程

7、序說明虛擬數(shù)字電壓表框圖程序采用模塊化設(shè)計，主要分為數(shù)據(jù)采集模塊（或軟件生成模擬信號模塊）和數(shù)據(jù)處理模塊，其中數(shù)據(jù)處理顯示模塊里細分為交直流數(shù)據(jù)處理顯示兩個子模塊。下面對虛擬數(shù)字電壓表框圖程序進行說明。 數(shù)據(jù)采集模塊通過PCI-6024E數(shù)據(jù)采集卡產(chǎn)生模擬信號并通過通道0采集，DAQ assitant輸出的數(shù)據(jù)信號通過Butterworth濾波器進行濾波處理。數(shù)據(jù)采集模塊 軟件產(chǎn)生模擬信號模塊通過波形生成選板里波形基本函數(shù)發(fā)生器直接產(chǎn)生模擬信號，信號輸出通過Butterworth濾波器進行濾波處理。軟件產(chǎn)生模擬信號模塊軟件產(chǎn)生模擬信號模塊 數(shù)據(jù)處理顯示模塊交流電壓處理顯示模塊應(yīng)用了波形測量選板

8、里的幅值和電平測量函數(shù)，選取此函數(shù)，雙擊后在配置幅值和電平窗口選擇均方根（有效值）、最大峰、最小峰和周期平均（平均值），點擊確定即可。交流電壓處理顯示模塊交流電壓處理顯示模塊直流電壓處理顯示模塊應(yīng)用了幅值和電平測量函數(shù)，在配置幅值和電平測量窗口選取直流，點擊確定即可，直流電壓處理顯示模塊如圖直流電壓處理顯示模塊五、系統(tǒng)調(diào)試及使用5.1、數(shù)字電壓表系統(tǒng)調(diào)試及使用虛擬數(shù)字電壓表前面板如圖 交流電壓測量運行程序，按下開關(guān)按鈕，將交直流開關(guān)打到交流檔，測量交流電壓，并在交流顯示欄顯示電壓有效值、平均值、最大峰值和最小峰值。5.1.2 直流電壓測量運行程序，按下開關(guān)按鈕，將交直流選擇開關(guān)打到直流檔，測量

9、直流電壓并在直流顯示欄顯示直流電壓，運行結(jié)果如圖6.4所示。六、收獲與體會這次課程設(shè)計歷時兩個星期，通過這兩個星期的學(xué)習(xí)和動手實踐，發(fā)現(xiàn)了自己在這門課方面的知識還有很多缺陷，看到了自己的實踐經(jīng)驗還是比較缺乏，理論與實際運用還不嫻熟。在這次課程設(shè)計中我覺得最重要的就是要有自學(xué)能力，因為這次實訓(xùn)中有部分知識我們之前還沒有接觸過，所以自己必須學(xué)會查找相關(guān)的資料。另外就是在遇到實際問題的時候，要認(rèn)真思考，運用所學(xué)的知識，一步一步的去探索，是完全可以解決遇到的一般問題的。經(jīng)過這次的課程設(shè)計，讓我深深的感受到理論聯(lián)系實踐的重要性，平時在學(xué)習(xí)中不能夠透徹理解的知識，通過動手，會有更好的認(rèn)知。本次課程設(shè)計雖然不長，但是它給我們