基于虚拟仪器电压表设计

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1、目录 1.设计要求 2 2.设计原理及思路 2 2.1设计原理 2 2.2设计思路 3 2.2.1前面板的设计 3 2.2.2流程图的设计 4 3.设计原理 5 4.设计内容 5 4.1虚拟信号发生器的实现 5 4.2数据处理部分 6 4.3开关部分 7 4.4.整体设计流程图 7 5.实验结果 8 6.问题及解决方案 8 7.参考文献 9 8.心得体会 9 附录：课程设计成绩评定表 10 1.设计要求 1) 掌握电压表的基本原理和方法； 2) 基于LabView设计电压表并实现 3) 能显示波形和峰值、有效值、平均值、频率等参数 4) 待测信号

2、由软件产生，可提供各种信号。 5) 界面友好，易于操作，实现最基本的功能。 2.设计原理及思路 2.1设计原理 电压是电路中常用的电信号，通过电压测量，利用基本公式可以导出其他的参数。因此，电压测量是其他许多电参数和非电参数量的基础。测量电压相当普及的一种测量仪表就是电压表，但常用的是模拟电压表。模拟电压表根据检波方式的不同。分为峰值电压表、均值电压表和平均值电压表，它们都各自做成独立的仪表。这样，使用模拟电压表进行交流电压测量时，必须根据测量要求选择仪表。另外，多数电压表的表头是按正弦交流有效值刻度的，而测量非正弦波时，必须经过换算才能得到正确的测量结果，从而给实际工作带来不便。

3、采用虚拟电压表，可将表征交流电压特征的峰值、平均值和有效值集中显示在一块面板上，测量时可根据波形在面板上选择仪表，用户仅通过面板指示值就能对测量结果进行分析比较，大大简化了测量步骤。 2.2设计思路 2.2.1前面板的设计 前面板模拟真实电压表的前面板，用于设置输入数值和观察输出量。由于虚拟面板直接面向用户，是虚拟电压表控制软件的核心。设计这部分时，主要考虑界面美观、操作简洁，用户能通过面板上的各种按钮、开关等控件来控制虚拟电压表进行测量工作。根据传统电压表面板控件的功能，利用LabVIEW中的控制模板，分别在设计面板上放入模拟实际电压表控件的数据输入控件、显示器、数据输出控件、开关、选

4、择器，显示器用于显示输入的信号波形;数据输入控件主要用于输入被测信号的信号频率、采样频率、采样数、振幅和相位;数据输出控件则用于输出被测信号经过处理后得到的峰值、平均值和有效值及标准频率的有效显示。打开LabVIEW前面板的编辑窗口，点击鼠标右键，显示控制模板，选择图形一波形图，作为电压表的显示器。在显示器模板上点击鼠标右键，对其进行属性设置，例如根据示波器的频率与幅度值的变化，利用工具模板中的文字工具，对示波器横(时间)、纵(幅度)坐标的刻度进行重新设置。用Graph控件设计的示波器是完全同步的，且波形稳定。选择控件→数值→数值输入控件/数值显示控件，作为电压表参数设置中输入和测试结果的数据

5、显示。选择控件→下拉列表与枚举→菜单下拉列表，放置对输入波形选择开关，在下拉列表中单击鼠标右键，选择“编辑项”对其进行编辑。“电源开关”控件选择经典→经典布尔→方形按钮，当按下开关时，虚拟电压表开始运行，同时电源开关的指示灯亮。同样，当弹起开关时，虚拟电压表停止运行。 图1.前面板-显示界面 图2. 模拟信号生成 2.2.2流程图的设计 每一个前面板都对应一个流程图程序。前面板的设计完成后，可对流程图程序进行设计。打开LabVIEW设计环境中的窗口→显示程序框图，进入流程图编辑窗口，与前面板各控件对应的端口图标自动出现在流程图编辑窗口中。利用LabVIEW中的功能模块，根据虚拟

6、示波器前面板各控件的作用和联系，虚拟示波器运作后数据流的控制，分别在流程图设计面板中放置各个功能模块，合理摆放后，在用连线工具依次连接，以实现虚拟示波器的功能。数据流的编辑主要是对端口图标的连接。用连线工具进行连线时，如果端口闪烁，说明相连的数据类型匹配，否则不能连接. 3.设计原理 电压是电路中常用的电信号，通过电压测量，利用基本公式可以导出其他 的参数。因此，电压测量是其他许多电参数和非电参数量的基础。测量电压相当普及的一种测量仪表就是电压表，但常用的是模拟电压表。模拟电压表根据检波方式的不同。分为峰值电压表、均值电压表和平均值电压表，它们都各自做成独立的仪表。这样，使用模拟电压表进行

7、交流电压测量时，必须根据测量要求选择仪表。另外，多数电压表的表头是按正弦交流有效值刻度的，而测量非正弦波时，必须经过换算才能得到正确的测量结果，从而给实际工作带来不便。 采用虚拟电压表，可将表征交流电压特征的峰值、平均值和有效值集中显示在一块面板上，测量时可根据波形在面板上选择仪表，用户仅通过面板指示值就能对测量结果进行分析比较，大大简化了测量步骤。 4.设计内容 4.1虚拟信号发生器的实现 由于虚拟电压表主要用于演示，所以为了方便，可直接利用LabVIEW软件产生仿真信号。在该设计中，设置了正弦波、锯齿、波方波和三角波以及由公式确定的任意波形等基本波形。 在程序设计框图中，使用一

8、个Case(选择)语句对四种波形进行选择。Case语句中，每一个数字(0，1，2，3，4)都代表一种波形，与前面板控件中5种状态相对应。至于Case语句的制作，只需将5个图标中的一个，例如正弦波发生程序，用Case框起来，然后在上面的空白处写上相应的数字，例如1;然后点击箭头，可以设置第二个图标，如果要添加一个Case的话，可以点击鼠标右键，直接添加，编辑相应的基本信号发生器VI中相应的节点即可。在添加公式波时，要把基本信号发生器VI换成公式波形VI，本文给出了Case结构的一个分支，公式波形的流程图如图2所示。该子Ⅵ可使用指定时间函数的公式字符串生成一个函数波形，它要求公式的自变量必须是t，

9、它所支持的运算符和常用的函数。 公式是用于生成信号输出波形的表达式，一般ｆ为频率，ａ为幅度，ｎ为目前生成的采样数，ｎ为已经过去的秒数，w为2*pi*f。 另外，在模拟状态下，信号频率以赫兹或者每秒周期数为单位。但是在数字系统中，通常使用数字频率，它是信号频率与采样频率的比值，被称为标准频率。所以，在框图程序中，应当在信号频率与采样频率之间加载一个除法器。 在波形发生程序按照规定的参数产生波形后，如果将波形直接输入波形显示控件，那将是错误的。因为波形显示控件，并不像数据显示控件那样只需要一个或一组数据，因此波形能否按规定显示出来，取决于输入的几组不同且具有决定性的数据，例如周期、相位等。

10、 4.2数据处理部分 数据处理部分的作用，就是将产生出的信号通过不同形式的检波、计算，得出规定的不同的结果。在该设计中同时显示交流有效值、峰值和平均值。对于一个纯粹的交流电压，正半周期信号与负半周期信号对称，U的平均值等于零，所以一般不直接测量平均值。在设计时，按函数→数值→绝对值取交流电压的绝对值，然后求平均值，取全波平均值。交流电压中的最大值，即为峰值。可以通过比较数据求出最大值，这需要使用波形最大、最小子虚拟仪器来处理框图。有效值显示：在函数→信号处理→波形测量中选择基本平均直流均方根。 上图中，DC 均值为测量的直流分量;均方根测量有效值;reset用于重启过去记录的时间信号、平

11、均测量的参数;在单个模块VI中，可依据输入记录长度自动设置平均时间;Window是在DC/RMS计算之前，用于记录时间的窗;erroe in是在该VI运行之前描述错误环境，默认值为no error。如果错误已经发生，该VI在errorout端返回错误代码，子VI在无错误时才正常运行 4.3开关部分 用一个while条件语句设计整个框图程序，当模拟电压开关为“1”时，虚拟电压表工作，条件语句中的程序开始运行;当模拟开关为“0”即关时，条件语句中的程序停止运行，虚拟电压表不工作 4.4.整体设计流程图 5.实验结果 6.问题及解决方案 问题1：布尔灯未被开关控制，只是被整体的

12、条件循环的“真”“假”状态控制，处于失效状态。 解决方案：设计布尔灯与开关的连接，让开关直接控制布尔灯。 问题2：未设计电压表的显示周期； 解决方案：在设计时，添加“显示周期“，周期数值为频率的倒数。 7.参考文献 [1] 宋吉超. 基于USB2.0接口的虚拟仪器研究[D]. 西安电子科技大学 , 2005 [2] 杜秋姣. 基于虚拟仪器的高速数据采集系统的研究[D]. 华中科技大学 , 2004 [3] 熊秀. 基于虚拟仪器的控制系统[D]. 西北工业大学 , 2005 [4]周继明，江世明．传感技术与应用[M]．长沙：中南大学出版社，2006． [5]储永

13、雄．新编单片机原理与应用[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2003 8.心得体会 在这次设计过程中，通过VI设计出一个电压表，能测出我们所需要的均值、峰值、有效值、周期和频率等。完成课程设计的过程中，我体会到了团队合作的力量。组员们各自分工，分别负责不同的任务，运用平时的学习成果，顺利完成了本次课程设计。同时，我也发现了自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。通过本次设计我意识到了理论和实践的重要性，学会了耐心。这对于我们的将来也有很大的帮助。 在此感谢我们的xx老师，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样，这次虚拟仪器课程设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师的细心指导。感谢老师帮助我们能够很顺利的完成了这次课程设计。 8