汽車儀表綜合設計

1、智能儀器與儀表綜合設計班 級： 測控1041 姓 名： 學 號： 指導教師： 撰寫日期： 2013年6月7日 摘 要傳統(tǒng)的數(shù)字電壓表對于現(xiàn)在的虛擬儀器所設計的電壓表而言，它的外觀比較固定，成本較高，還有一定的不可塑性。他在生活中是比較浪費的，我們有很少的機會去使用，但是如果使用就必須購買，所以它的成本對于它的使用來說是一種浪費。而虛擬儀器就不同了，他只需一臺電腦或PC機，和一些內(nèi)部軟件的安裝與調(diào)試就可以起到很好的作用，既經(jīng)濟又實惠，還簡單方便、隨心所欲，很符合現(xiàn)在人的思想價值觀念。本次課程設計我們利用虛擬儀器軟件LabVIEW汽車儀表是駕駛員與汽車進行信息交流的重要接口和界面。隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)

2、和電子技術的發(fā)展，汽車中各種系統(tǒng)和機構日趨復雜，汽車行駛和各部分工作狀況的信息量顯著增加。同時，出于對汽車環(huán)保、安全性、經(jīng)濟性、智能化要求的提高，汽車駕駛員需要更多、更迅速地了解汽車運行的各種信息，使得汽車電子儀表向信息顯示中心發(fā)展，它是駕駛員信息系統(tǒng)重要的組成部分。汽車電子儀表代替?zhèn)鹘y(tǒng)機械或電氣機械式模擬儀表已成為發(fā)展的趨向。針對汽車儀表發(fā)展的新趨勢,本文對國內(nèi)汽車儀表行業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景進行了概述，針對性的研究了基于MCGS技術而建立虛擬汽車儀表系統(tǒng)的構成，并且系統(tǒng)的給出了一種可行性方案，分別從MCGS軟件實現(xiàn)方法、單片機程序?qū)崿F(xiàn)方法和軟、硬件的通信三方面進行了闡述。本文設計出來的汽車虛擬

3、儀表系統(tǒng)可以實現(xiàn)當前速度、溫度、油箱存油量、遠光燈、霧燈、車門報警等信息的顯示。 利用電子顯示技術，也就是薄型平面電子顯示器技術做成的汽車平面儀表板顯示數(shù)字及信息，十分清晰明了，它代替了以往采用的模擬顯示的車速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速表等，使駕駛者在開車的同時，仍然可以清楚地看到儀表數(shù)字及其他信息的變動。它具有測試反應速度快、指示準確、圖形設計靈活、數(shù)字清晰、可視性能好、集成化程度高、可靠性強、功耗低等優(yōu)點。由于沒有運動部件，反應快、可靠性高、布置靈活緊湊，并有最佳顯示形式。一般除要求汽車儀表耐用、耐振、指示準確、讀數(shù)方便，以及受溫度、濕度的影響小之外，還要求輕巧、舒適、美觀并具有較好的互換性。汽車電子儀

4、表恰恰滿足了這些要求。目前，電子儀表板采用電子顯示器件和高壓驅(qū)動器集成電路等技術，有些則采用全數(shù)字集成電路，既提高了測試精度，又可將數(shù)字信息輸入汽車微機內(nèi)，實現(xiàn)了車速與里程等參數(shù)的數(shù)據(jù)分析和計算，使汽車具有更多的自控功能。轉(zhuǎn)速表、電壓表、燃油表、油壓表和水溫表則采用線性集成電路，方便配接各類電子傳感器件。 關鍵詞：汽車儀表 智能設計 MCGS 目 錄第一章 課設要求與課設內(nèi)容分析11.1 課設要求11.2課設內(nèi)容分析1第二章 LabVIEW簡介32.1虛擬儀器概念32.2虛擬儀器的構成32.3 虛擬儀器的功能和特點4第三章 MCGS簡介與設計73.1 MCGS簡介73.2 MCGS模擬設計83

5、.3 汽車儀表的說明133.4 汽車儀表的整體設計效果14第四章 基于LabVIEW的軟件程序設計154.1 虛擬儀器的軟件系統(tǒng)154.2 基于虛擬儀器技術的電壓表的軟件實現(xiàn)15第五章 數(shù)字電壓表的設計思路17第六章 數(shù)字電壓表實驗結(jié)果23參考文獻：25附錄I：MCGS圖26附錄II:LabVIEW設計圖27第一章 課設要求與課設內(nèi)容分析1.1 課設要求本課程設計的內(nèi)容是以AutoCAD完成模擬測試儀面板效果圖設計，以MCGS完成模擬測試儀組態(tài)動畫圖設計，以Protel完成模擬測試儀外部電路圖設計。應用工控組態(tài)軟件MCGS設計與實現(xiàn)汽車儀表的模擬過程，利用計算機進行輔助設計，具有提高設計效率，

6、減少投入，開發(fā)周期短等優(yōu)點。工控組態(tài)軟件MCGS是一款非常全面的完全中文顯示的中文軟件，應用者可以很快的進行相應的系統(tǒng)設計，使用起來非常的方便。虛擬儀器（virtualinstrument，VI）是20世紀80年代末由美國國家儀器公司（nationalinstrumentcorp，NI）提出的新概念。它以通用計算機為基礎，加上特定的硬件接口，用戶通過軟件開發(fā)平臺編寫應用程序，以完成傳統(tǒng)儀器的功能。虛擬儀器技術已經(jīng)得到工業(yè)界的廣泛接受與運用，成為儀器技術的主流。1.2課設內(nèi)容分析 本課程設計是利用工控組態(tài)軟件MCGS設計與實現(xiàn)汽車儀表的模擬全過程，所以必須了解汽車儀表運行的過程、必備的設備、所需

7、要的數(shù)據(jù)、設備的布局與畫面的美觀性。所以必須了解汽車儀表狀態(tài)和參數(shù)的主要內(nèi)容。熟悉汽車常用傳感器的原理和用途。提高計算機輔助設計的技能和技巧。掌握組態(tài)軟件的應用設計和調(diào)試方法。熟悉電子產(chǎn)品設計、裝配和調(diào)試工藝。功能參數(shù)： （1） 功能：動態(tài)檢測和顯示汽車的運行的主要參數(shù)和狀態(tài)。設計標識（圖標）應符合汽車制造行業(yè)的標準。（2） 參數(shù)：數(shù)字量：轉(zhuǎn)速表、里程表、水溫表、燃油表、機油表模擬量：轉(zhuǎn)向燈、霧燈、遠光燈、電瓶指示燈、駐車指示燈； 剎車指示燈、發(fā)動機故障燈、車門指示燈。基于DAQ及LabVIEW的數(shù)字電壓表包括直流電壓表和交流電壓表的功能，直流電壓表的設計原理.電壓-時間變換型原理是指測量時將

8、被測電壓值轉(zhuǎn)換為時間間隔t，電壓越大，t越大，然后按t大小控制定時脈沖進行計數(shù)，其計數(shù)值即為電壓值。電壓-時間變換型又稱為V-T型或斜坡電壓式。傳統(tǒng)的交流電壓表按對波形響應的輸出量分為峰值電壓表、均值電壓表和有效值電壓表，它們的工作原理類似，只是檢波電路的參數(shù)有所不同：峰值電壓表采用二極管峰值檢波器，表頭的偏轉(zhuǎn)正比于被測電壓（任意波形）的峰值；均值電壓表一般都采用二極管全波或橋式整流電器，表頭偏轉(zhuǎn)正比于被測電壓的平均值；有效值經(jīng)常采用熱電變換和模擬計算電路兩種方法實現(xiàn)測量，因此，對不同的測量對象必須選用不同的測量儀表。第二章 LabVIEW簡介2.1虛擬儀器概念由于電子技術、計算機技術和網(wǎng)絡技

9、術的高速發(fā)展及其在電子測量技術與儀器領域中的應用，新的測試理論、方法、領域以及新的儀器結(jié)構的不斷出現(xiàn)，電子測量儀器的功能和作用也發(fā)生了質(zhì)的變化。在這種背景下，20世紀80年代末，美國成功的研制了虛擬儀器。虛擬儀器（Virtual Instrument,簡稱VI）是現(xiàn)代計算機技術和儀器技術和儀器技術深層次結(jié)合的產(chǎn)物，是當今計算機輔助測試（CAT）領域的一項重要技術。所謂虛擬儀器，就是在以通用計算機為核心的平臺上，由用戶設計定義，具有虛擬面板，測試功能由測試軟件實現(xiàn)的一種計算機儀器系統(tǒng)。使用者用鼠標或鍵盤操作虛擬面板，就如同使用一臺專用測量儀器。虛擬儀器的出現(xiàn)使測量儀器與個人計算機的界線模糊了。虛

10、擬儀器的實質(zhì)是利用計算機顯示器的顯示功能來模擬傳統(tǒng)的控制面板，以多種形式表達輸出檢測結(jié)果，利用計算機強大的軟件功能實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算，分析和處理，利用I/O接口設備完成信號的采集，測量與調(diào)理，從而完成各種測試功能的一種計算機儀器系統(tǒng)。2.2虛擬儀器的構成虛擬儀器由通用儀器平臺（簡稱硬件平臺）和應用軟件兩大部分構成。一、通用儀器硬件平臺虛擬儀器的硬件平臺有兩部分構成：1、計算機：一般為一臺PC機或者工作站，它是硬件平臺的核心。2、I/0接口設備：它主要完成被測輸入信號的采集，放大，模/數(shù)轉(zhuǎn)換。根據(jù)采用不同的總線及其相應的I/O接口硬件設備，如利用PC機總線的數(shù)據(jù)采集卡/板（DAQ）,GPIB總線

11、儀器，VXI總線儀器模塊，串口總線儀器等，虛擬儀器的構成方式主要有5種類型，如圖2-1所示。PC-DAQ系統(tǒng) GPIB系統(tǒng)計算機VXI系統(tǒng)被測信號 PXI系統(tǒng)串口系統(tǒng)圖2-1 虛擬儀器的構成框圖（1）PC-DAQ系統(tǒng)：它是以數(shù)據(jù)采集板，信號調(diào)理電路及計算機為儀器硬件平臺組成的插卡式虛擬儀器系統(tǒng)。這種系統(tǒng)才要PCI和ISA計算機本身的總線，故將數(shù)據(jù)采集卡/板（DAQ）插入計算機的空槽即可。（2）GPIB系統(tǒng)：它是以GPIB標準總線儀器與計算機為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。（3）VXI系統(tǒng)：它是以VXI標準總線儀器與計算機為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。（4）PXI系統(tǒng)：以PXI標準

12、總線儀器模塊玉計算機為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。（5）串口系統(tǒng)：它是以SERIAL標準總線儀器與計算機為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。無論上述哪種VI系統(tǒng)，都是通過應用軟件將儀器硬件與通用計算機相結(jié)合，其中PC-DAQ測量系統(tǒng)是構成VI的最基本方式，也是最廉價的方式。2.3 虛擬儀器的功能和特點虛擬儀器利用PC機強大的圖形環(huán)境和在線幫助功能，建立虛擬儀器面板，完成對儀器的控制、數(shù)據(jù)分析和顯示，代替了傳統(tǒng)儀器，改變了傳統(tǒng)儀器的使用方式，極大的提高了儀器的功能和使用效率，大幅度的降低了儀器的價格，使用戶可以根據(jù)自己的需要自定義儀器的功能；可以說，虛擬儀器的出現(xiàn)將“儀器”的概念推向了

13、一個新的紀元。虛擬儀器 廣泛的應用于電子測量、電力工程、物礦勘探、醫(yī)療、振動分析、聲學分析、故障診斷及教學科研等諸多領域。 虛擬儀器最常見的應用應該說是取代了傳統(tǒng)的臺式儀器。隨著插入式數(shù)據(jù)采集卡性能的不斷提高和觸發(fā)技術的改進，虛擬儀器技術使得傳統(tǒng)的臺式儀器獲得了新的生命。在虛擬儀器所取代的傳統(tǒng)儀器當中，最常見的是示波器。通過利用虛擬儀器開發(fā)軟件編制出的虛擬儀器程序，用戶可以調(diào)整數(shù)據(jù)采集卡的動作，使軟件就像一臺式波器一樣顯示輸出波形，同時虛擬示波器還可以進行許多分析工作。比如NI公司的VirtualBench軟件就具備了許多分析儀器的功能，它可以把插入式數(shù)據(jù)采集卡變成示波器和動態(tài)信號分析儀。隨著

14、社會生產(chǎn)力的極大發(fā)展，現(xiàn)代化的生產(chǎn)要求電子儀器品種多、功能強、精度高、自動化程度高，而且要求測試速度快、實時性好、具有良好的人機界面。虛擬儀器正好可以滿足這些要求。與傳統(tǒng)的儀器相比較，虛擬儀器具有如下幾點優(yōu)點：1、虛擬儀器的關鍵環(huán)節(jié)是軟件。虛擬儀器系統(tǒng)中除PC機外的硬件主要用于數(shù)據(jù)的采集、輸入，至于系統(tǒng)怎樣處理數(shù)據(jù)，具有怎樣的面板和數(shù)據(jù)輸出的形式等都是由軟件決定的。虛擬儀器的好壞，很大程度上取決于軟件水平的高低。2、開發(fā)與維護的費用低，系統(tǒng)組建時間短。當需要增加新的測量功能，只需要增加軟件模塊或通用的硬件模塊，縮短了系統(tǒng)的更新時間，而且有利于系統(tǒng)的擴展。應用軟件不像傳統(tǒng)儀器的硬件那樣存在元器件

15、老化的問題，大大節(jié)省了維護的費用，延長設備的使用壽命。3、測量更準確。傳統(tǒng)儀器測量個體之間差異大，而虛擬儀器的應用軟件在不同的PC機上具有相同的運行效果，在軟件運行這方面不存在個體的差異。4、測量更方便。因為傳統(tǒng)儀器功能單一，所以對一個信號完成多個參數(shù)的測量需要多臺儀器，使測量受連接方式、電纜長度等因素的影響。虛擬儀器只需對信號進行一次采樣，多個軟件模塊對同一組數(shù)據(jù)進行不同的處理就能實現(xiàn)多個參數(shù)的同時測量。5、具有強大的數(shù)據(jù)處理功能。計算機運算速度的大大提高和數(shù)字信號處理理論的豐富和完善，使虛擬儀器能夠快速準確的處理數(shù)據(jù)。為了清楚的表明傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器的區(qū)別，我們利用下表2-1來更好的說明：

16、表2-1 傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器的區(qū)別傳統(tǒng)儀器 虛擬儀器功能由儀器廠商定義功能由用戶自己定義與其它儀器設備的連接十分有限可方便的與網(wǎng)絡外設及多種儀器連接圖形界面小，人工讀取數(shù)據(jù)，信息量小界面圖形化，計算機直接讀取數(shù)據(jù)并分析處理數(shù)據(jù)無法編輯 數(shù)據(jù)可編輯、存儲、打印硬件是關鍵部分軟件是關鍵部分價格昂貴 價格低廉，僅是傳統(tǒng)儀器的五至十分之一系統(tǒng)封閉、功能固定、可擴展性差基于計算機技術開放的功能模塊可構成多種儀器技術更新慢技術更新快開發(fā)和維護費用高 基于軟件體系的結(jié)構可大大節(jié)省開發(fā)費用 第三章 MCGS簡介與設計3.1 MCGS簡介隨著工業(yè)自動化水平的迅速提高，計算機在工業(yè)領域的廣泛應用，人們對工業(yè)自動化

17、的要求越來越高，種類繁多的控制設備和過程監(jiān)控裝置在工業(yè)領域的應用，使得傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已無法滿足用戶的各種需求。MCGS 工控組態(tài)軟件的出現(xiàn)為解決一些實際工程問題提供了一種嶄新的方法，因為它能夠很好地解決傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問題，使用戶能根據(jù)自己的控制對象和控制目的任意組態(tài)，完成最終的自動化控制工程。MCGS 全中文工業(yè)自動化控制組態(tài)軟件是一套32 位工控組態(tài)軟件，可穩(wěn)定運行于Windows95/98/Me/NT/2000 等多種操作系統(tǒng)，集動畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設備控制與輸出、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸、雙機熱備、工程報表、數(shù)據(jù)與曲線等諸多強大功能于一身，并支持國內(nèi)外眾多數(shù)據(jù)采集與輸出設備

18、，廣泛應用于石油、電力、化工、鋼鐵、礦山、冶金、機械、紡織、航天、建筑、材料、制冷、交通、通訊、食品、制造與加工業(yè)、水處理、環(huán)保、智能樓宇、實驗室等多種工程領域。它的主要特點有（1）延續(xù)性和可擴充性。使用MCGS 工控組態(tài)軟件開發(fā)的應用程序，當現(xiàn)場（包括硬件設備或系統(tǒng)結(jié)構）或用戶需求發(fā)生改變時，不需作很多修改而方便地完成軟件的更新和升級；（2）封裝性，MCGS 工控組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使用的方法包裝起來。（3）通用性和可擴充性，每個用戶根據(jù)工程實際情況，利用MCGS 工控組態(tài)軟件提供的底層設備驅(qū)動、開放式的數(shù)據(jù)庫和畫面制作工具，就能完成一個具有動畫效果、實時數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)

19、和曲線并存、具有網(wǎng)絡功能的工程，不受行業(yè)限制。MCGS組態(tài)軟件工作方式：（1）MCGS如何與設備進行通訊。MCGS通過設備驅(qū)動程序與外部設備進行數(shù)據(jù)交換。包括數(shù)據(jù)采集和發(fā)送設備指令。（2）MCGS如何產(chǎn)生動畫效果。MCGS為每一種基本圖形元素定義了不同的動畫屬性。（3）MCGS如何實施遠程多機監(jiān)控。MCGS提供了一套完善的網(wǎng)絡機制，可通過TCP/IP網(wǎng)、Modem網(wǎng)和串口網(wǎng)將多臺計算機連接在一起，構成分布式網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡間的實時數(shù)據(jù)同步、歷史數(shù)據(jù)同步和網(wǎng)絡事件的快速傳遞。（4）如何對工程運行流程實施有效控制3.2 MCGS模擬設計首先對油表進行設計，油表屬于數(shù)字量，首先在時實數(shù)據(jù)庫中設

20、計油表的數(shù)據(jù)類型和名稱，在工具箱中選一個油表，對其進行拆分單元，把刻度與數(shù)據(jù)進行設置，再設置一個滑動的標尺，用標尺的滑動去控制油表的轉(zhuǎn)動，同時還要設計一個指示燈去報警，在油表少于1/2時進行報警，圖3-1是對油表的相關設置：3-1油表指示燈設置油表顯示汽車剩余油量的多少，油表指示燈顯示發(fā)動機機油壓力的指示燈，本燈亮起時表示潤滑系統(tǒng)失去壓力，可能有滲漏，此時需立即停車關閉發(fā)動機進行檢查。本次課程設計我把油表的量程范圍設置為0 1，當油表的值低于二分之一時發(fā)出報警，紅燈閃爍，提醒司機該加油了，以免造成不必要的麻煩，造成不必要得損失，圖3-2是對油表的設置。3-2油表設置：3-3油表刻度設置對滑動標

21、尺進行設置，首先要對其圖標進行拆分，設置滑塊的最大值和最小值，對其名稱和可見度進行設置，見圖3-4所示。3-4游標設置轉(zhuǎn)速表、時速表、水溫表都按以上方法進行設計，以下是對轉(zhuǎn)向燈的設計，見圖3-5所示。圖3-5轉(zhuǎn)向燈設置以下是對轉(zhuǎn)向燈的閃爍方式進行設計，對其名稱和啟動時的閃爍顏色進行設計，啟動時是綠色，停止是紅色，按動按鈕時燈亮，如圖3-6和3-7所示。 圖3-6 顏色設置：圖3-7霧燈設置圖3-8是對霧燈按鈕進行設置：圖3-8按鈕設置其他的燈設置都是按照上面的進行設置，下面是程序的設置：IF 水溫表>80 THEN水溫表指示燈1=1ELSE 水溫表指示燈1=0END IF 油表>0

22、.5 THEN油表指示燈2=1ELSE 油表指示燈2=0END IFIF 時速表>200 THEN時速表指示燈1=1ELSE 時速表指示燈1=0END IFIF 轉(zhuǎn)速表>500 THEN轉(zhuǎn)速表指示燈1=1ELSE 轉(zhuǎn)速表指示燈1=0END IF3.3 汽車儀表的說明車門狀態(tài)指示燈：顯示車門是否完全關閉的指示燈，車門打開或未能關閉時，相應的指示燈亮起，提示車主車門未關好，車門關閉后熄滅。如圖3-3-1。圖3-3-1車門狀態(tài)指示燈 安全氣囊指示燈：顯示安全氣囊工作狀態(tài)的指示燈，接通電門后點亮再熄滅，表示系統(tǒng)正常，不亮或常量表示系統(tǒng)存在故障。如圖3-3-2。圖3-3-2安全氣囊指示燈遠光

23、指示燈：顯示大燈是否處于遠光狀態(tài)，通常的情況下該指示燈為熄滅狀態(tài)。在遠光燈接通和使用遠光燈瞬間點亮功能時亮起。如圖3-3-3。圖3-3-3遠光指示燈機油指示燈：顯示發(fā)動機機油壓力的指示燈，本燈亮起時表示潤滑系統(tǒng)失去壓力，可能有滲漏，此時需立即停車關閉發(fā)動機進行檢查。如圖3-3-4。圖3-3-4機油指示燈電瓶指示燈：顯示蓄電池工作狀態(tài)的指示燈。接通電門后亮起，發(fā)動機啟動后熄滅。如果不亮或長亮不滅應立即檢查發(fā)電機及電路。如圖3-3-5。圖3-3-5電瓶指示燈3.4 汽車儀表的整體設計效果在MCGS汽車儀表盤的動畫設計中，動畫的設計包括汽車時速表、轉(zhuǎn)速表、油表、溫度表、左右轉(zhuǎn)向燈、近光燈、遠光燈、車

24、門指示燈、報警指示燈等。在動畫的模擬中，在設備窗口中采用模擬數(shù)據(jù)設備來驅(qū)動時速表和轉(zhuǎn)速表轉(zhuǎn)動，油表和溫度表才用旋轉(zhuǎn)儀表來模擬汽車行駛過程中溫度的上升和油量的消耗或者增加。各個指示燈用開關來模擬汽車中的各種按鍵，當開關開的時候?qū)臒袅?，并且圖標同時閃爍。報警指示燈是在溫度過高或者油量過少以及車速過高時，發(fā)出警報，模擬出現(xiàn)實中的各種故障。整體設計效果見附錄。第四章 基于LabVIEW的軟件程序設計4.1 虛擬儀器的軟件系統(tǒng)在系統(tǒng)設計中，傳統(tǒng)儀器的關鍵在硬件，而虛擬儀器的關鍵是軟件。其最核心的思想是利用計算機的硬軟件資源，使本來需要硬件實現(xiàn)的技術軟件化（虛擬化），以便最大限度地降低系統(tǒng)成本，增強系

25、統(tǒng)的功能與靈活性。因此要完成虛擬儀器的測試功能，軟件的設計是關鍵。LabVIEW是一種圖形化的編程語言，主要用來開發(fā)數(shù)據(jù)采集、儀器控制及數(shù)據(jù)處理分析等軟件，目前在國際測試、測控行業(yè)比較流行，在國內(nèi)的測控領域也得到廣泛應用。它大大降低了程序設計的難度，使得測試工程師可以專注于實現(xiàn)儀器功能，而不是跟程序文本代碼做艱苦斗爭?；贚abVIEW的虛擬儀器測試軟件設計包括前面板的設計及后臺圖形化控制程序的設計。4.2 基于虛擬儀器技術的電壓表的軟件實現(xiàn)根據(jù)前面分析的數(shù)字電壓表的原理及測試方法，系統(tǒng)能完成直流和交流電壓的測試功能，本文設計的電壓表主要用于實驗室教學設備，主要是讓學生掌握電壓表的電路構成、電

26、壓表的工作原理、電壓表的測試方法以及交流電壓表對正弦波形和非正弦波形的不同響應。則虛擬電壓表應具有電源開關控制、輸入?yún)?shù)控制、波形顯示、峰值、有效值和平均值三種結(jié)果顯示，且輸入信號的采樣可調(diào)節(jié)等功能。4.3實驗原理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出其他的參數(shù)。因此，電壓測量是其他許多電參數(shù)和非電參數(shù)量的基礎。測量電壓相當普及的一種測量儀表就是電壓表，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，它們都各自做成獨立的儀表。這樣，使用模擬電壓表進行交流電壓測量時，必須根據(jù)測量要求選擇儀表。第五章 數(shù)字電壓表的設計思路LabV

27、IEW7.1版本的工程技術比以往任何一個版本都豐富.它采用了英文界面，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 7.1對數(shù)學、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 7.1版本下能夠更方便地實現(xiàn)虛擬電壓表的設計。該電壓表主要用于電路分析和模擬電子技術等實驗課的教學和測量儀器。用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。因此，虛擬電壓表應具備電源開關控制、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。

28、所以，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計;第二部分是虛擬電壓表流程圖的設汁。5.1 前面板的設計前面板模擬真實電壓表的前面板，用于設置輸入數(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。設計這部分時，主要考慮界面美觀、操作簡潔，用戶能通過面板上的各種按鈕、開關等控件來控制虛擬電壓表進行測量工作。根據(jù)傳統(tǒng)電壓表面板控件的功

29、能，利用LabVIEW中的控制模板，分別在設計面板上放入模擬實際電壓表控件的數(shù)據(jù)輸入控件、顯示器、數(shù)據(jù)輸出控件、開關、選擇器，顯示器用于顯示輸入的信號波形;數(shù)據(jù)輸入控件主要用于輸入被測信號的信號頻率、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信號經(jīng)過處理后得到的峰值、平均值和有效值及標準頻率的有效顯示。打開LabVIEW前面板的編輯窗口，點擊鼠標右鍵，顯示控制模板，選擇圖形一波形圖，作為電壓表的顯示器。在顯示器模板上點擊鼠標右鍵，對其進行屬性設置，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，對示波器橫(時間)、縱(幅度)坐標的刻度進行重新設置。用Graph控件設

30、計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)設置中輸入和測試結(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，放置對輸入波形選擇開關，在下拉列表中單擊鼠標右鍵，選擇“編輯項”對其進行編輯?！半娫撮_關”控件選擇經(jīng)典經(jīng)典布爾方形按鈕，當按下開關時，虛擬電壓表開始運行，同時電源開關的指示燈亮。同樣，當彈起開關時，虛擬電壓表停止運行。顯示界面： 5-1 波形顯示模擬信號生成：5-2 生成信號5.2 流程圖的設計每一個前面板都對應一個流程圖程序。前面板的設計完成后，可對流程圖程序進行設計。打開LabVIEW設計環(huán)境中的窗口顯示程序框圖，進入流程圖編輯窗口，

31、與前面板各控件對應的端口圖標自動出現(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，虛擬示波器運作后數(shù)據(jù)流的控制，分別在流程圖設計面板中放置各個功能模塊，合理擺放后，在用連線工具依次連接，波器的功能。數(shù)據(jù)流的編輯主要是對端口圖標的連接。用連線工具進行連線時，如果端口閃爍，說明相連的數(shù)據(jù)類型匹配，否則不能連接。（1）虛擬信號發(fā)生器的實現(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。在該設計中，設置了正弦波、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。在程序設計框圖中，使用一個Case(選擇)語句對四種波

32、形進行選擇。Case語句中，每一個數(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)相對應。至于Case語句的制作，只需將5個圖標中的一個，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的數(shù)字，例如1;然后點擊箭頭，可以設置第二個圖標，如果要添加一個Case的話，可以點擊鼠標右鍵，直接添加，編輯相應的基本信號發(fā)生器VI中相應的節(jié)點即可。在添加公式波時，要把基本信號發(fā)生器VI換成公式波形VI，本文給出了Case結(jié)構的一個分支，公式波形的流程圖如圖2所示。該子可使用指定時間函數(shù)的公式字符串生成一個函數(shù)波形，它要求公式的自變量必須是t，它所支持的運算符和常用的函數(shù)。具

33、體函數(shù)如下圖：基本函數(shù)發(fā)生器：5-3 函數(shù)發(fā)生器由信號類型可以選擇生成波形的類型 一般，0 正弦波； 1 三角波； 2 方波； 3 鋸齒波；樣信息包含每秒采樣率，和波形的采樣數(shù)。（默認值都為1000）。 波形從信號輸出中輸出來。公式波形： 5-4 公式波形公式是用于生成信號輸出波形的表達式，一般為頻率，為幅度，為目前生成的采樣數(shù)，為已經(jīng)過去的秒數(shù)，w為2*pi*f。另外，在模擬狀態(tài)下，信號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，它是信號頻率與采樣頻率的比值，被稱為標準頻率。所以，在框圖程序中，應當在信號頻率與采樣頻率之間加載一個除法器。在波形發(fā)生程序按照規(guī)定的參數(shù)產(chǎn)

34、生波形后，如果將波形直接輸入波形顯示控件，那將是錯誤的。因為波形顯示控件，并不像數(shù)據(jù)顯示控件那樣只需要一個或一組數(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)處理部分數(shù)據(jù)處理部分的作用，就是將產(chǎn)生出的信號通過不同形式的檢波、計算，得出規(guī)定的不同的結(jié)果。在該設計中同時顯示交流有效值、峰值和平均值。對于一個純粹的交流電壓，正半周期信號與負半周期信號對稱，U的平均值等于零，所以一般不直接測量平均值。在設計時，按函數(shù)數(shù)值絕對值取交流電壓的絕對值，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?？梢酝ㄟ^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)信號處理波形測量中選擇基本平均直流均方根。其框圖符號如圖5-5所示。5-5 數(shù)據(jù)處理部分上圖中，DC 均值為測量的直流分量;均方根測量有效值;reset用于重啟過去記錄的時間信號、平均測量的參數(shù);在單個模塊VI中，可依據(jù)輸入記錄長度自動設置平均時間;Window是在DC/RMS計算之前，用于記錄時間的窗;erroe in是在該VI運行之前描述錯誤環(huán)境，默認值為no error。如果錯誤已經(jīng)發(fā)生，該VI在er