虛擬數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)

摘 要LabVIEw 85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中文界面，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 85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(kù)，其中包括500多個(gè)函數(shù)。所以在LabVIEw 85版本下能夠更方便地實(shí)現(xiàn)虛擬電壓表的設(shè)計(jì)。虛擬電壓表是基于計(jì)算機(jī)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(lái)實(shí)現(xiàn)儀器的功能。在虛擬儀器中，計(jì)算機(jī)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(shí)物外觀相似的圖形控件來(lái)代替，操作人員只要通過(guò)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(jì)中，考慮到儀器主要用于教學(xué)和實(shí)驗(yàn)，使用對(duì)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(jiǎn)化了面板操作，又便于直接對(duì)比。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，能夠使學(xué)習(xí)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。虛擬電壓表由硬件設(shè)備與接口、設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件和虛擬儀器面板組成。其中，硬件設(shè)備與接口包括儀器接口設(shè)備和計(jì)算機(jī)，設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件是直接控制各種硬件接口的驅(qū)動(dòng)程序，虛擬儀器通過(guò)底層設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件與真實(shí)的儀器系統(tǒng)進(jìn)行通信，并以虛擬儀器面板的形式在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示與真實(shí)儀器面板操作相對(duì)應(yīng)的各種控件。在此，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(lái)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(yǔ)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的設(shè)汁。7目 錄一、設(shè)計(jì)的目的及要求21.1、設(shè)計(jì)目的21.2、設(shè)計(jì)要求2二、設(shè)計(jì)任務(wù)2三、設(shè)計(jì)思路2四、軟件設(shè)計(jì)34.1、總框圖程序設(shè)計(jì)34.2、框圖中使用模塊程序說(shuō)明44.2.1 數(shù)據(jù)采集模塊44.2.2 軟件產(chǎn)生模擬信號(hào)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(cè)量75.1.2直流電壓測(cè)量7六、心得與體會(huì)7一、設(shè)計(jì)的目的及要求1.1、設(shè)計(jì)目的本設(shè)計(jì)主要是讓為了讓學(xué)生能夠在理解理論知識(shí)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(cè)量?jī)x器、過(guò)程控制、信號(hào)分析、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制等應(yīng)用中的相關(guān)應(yīng)用技能。1.2、設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求學(xué)生掌握虛擬儀器的構(gòu)成和設(shè)計(jì)思想、圖形語(yǔ)言相關(guān)胡知識(shí)。在設(shè)計(jì)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(jì)任務(wù)，使學(xué)生的計(jì)算機(jī)綜合應(yīng)用能力提高并且掌握虛擬儀器軟件的設(shè)計(jì)方法。軟件部分主要是利用LabVIEW編程軟件按照設(shè)計(jì)要求和內(nèi)容進(jìn)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(xiàng)的作用和功能。二、設(shè)計(jì)任務(wù)電壓是電路中常用的電信號(hào)，通過(guò)電壓測(cè)量，利用基本公式可以導(dǎo)出其它的參數(shù)。因此，電壓測(cè)量是其他許多電參數(shù)和非電參數(shù)量測(cè)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。結(jié)合數(shù)據(jù)采集技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)一種基于LabVIEW 8.5的虛擬數(shù)字電壓表，分別進(jìn)行交直流電壓測(cè)量，實(shí)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(diǎn)數(shù)設(shè)置。三、設(shè)計(jì)思路根據(jù)虛擬數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)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(jìn)行開發(fā)，主要控制數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)采集，并對(duì)采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理并顯示。總體設(shè)計(jì)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(duì)直流信號(hào)進(jìn)行處理結(jié)束直流否是對(duì)交流信號(hào)進(jìn)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(jì)流程圖四、軟件設(shè)計(jì) 4.1、總框圖程序設(shè)計(jì)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(jì)如下：4.2、框圖中使用模塊程序說(shuō)明虛擬數(shù)字電壓表框圖程序采用模塊化設(shè)計(jì)，主要分為數(shù)據(jù)采集模塊（或軟件生成模擬信號(hào)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(xì)分為交直流數(shù)據(jù)處理顯示兩個(gè)子模塊。下面對(duì)虛擬數(shù)字電壓表框圖程序進(jìn)行說(shuō)明。4.2.1 數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)PCI-6024E數(shù)據(jù)采集卡產(chǎn)生模擬信號(hào)并通過(guò)通道0采集，DAQ assitant輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)Butterworth濾波器進(jìn)行濾波處理。數(shù)據(jù)采集模塊4.2.2 軟件產(chǎn)生模擬信號(hào)模塊通過(guò)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(hào)，信號(hào)輸出通過(guò)Butterworth濾波器進(jìn)行濾波處理。軟件產(chǎn)生模擬信號(hào)模塊軟件產(chǎn)生模擬信號(hào)模塊4.2.3 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(cè)量選板里的幅值和電平測(cè)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(diǎn)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(cè)量函數(shù)，在配置幅值和電平測(cè)量窗口選取直流，點(diǎn)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5.1.1 交流電壓測(cè)量運(yùn)行程序，按下開關(guān)按鈕，將交直流開關(guān)打到交流檔，測(cè)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(cè)量運(yùn)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(cè)量直流電壓并在直流顯示欄顯示直流電壓，運(yùn)行結(jié)果如圖6.4所示。六、收獲與體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)歷時(shí)兩個(gè)星期，通過(guò)這兩個(gè)星期的學(xué)習(xí)和動(dòng)手實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)了自己在這門課方面的知識(shí)還有很多缺陷，看到了自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是比較缺乏，理論與實(shí)際運(yùn)用還不嫻熟。在這次課程設(shè)計(jì)中我覺得最重要的就是要有自學(xué)能力，因?yàn)檫@次實(shí)訓(xùn)中有部分知識(shí)我們之前還沒有接觸過(guò)，所以自己必須學(xué)會(huì)查找相關(guān)的資料。另外就是在遇到實(shí)際問題的時(shí)候，要認(rèn)真思考，運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，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(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，讓我深深的感受到理論聯(lián)系實(shí)踐的重要性，平時(shí)在學(xué)習(xí)中不能夠透徹理解的知識(shí)，通過(guò)動(dòng)手，會(huì)有更好的認(rèn)知。本次課程設(shè)計(jì)雖然不長(zhǎng)，但是它給我