基于LABVIEW的數(shù)字電壓表的設計

學號XX虛擬儀器學生姓名XX專業(yè)班級XX基于LABVIEW的數(shù)字電壓表的設計一、設計目的1．掌握數(shù)字電壓表的基本原理和方法。2．基于LabView設計數(shù)字電壓表并實現(xiàn)。二、設計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。另外，多數(shù)電壓表的表頭是按正弦交流有效值刻度的，而測量非正弦波時，必須經過換算才能得到正確的測量結果，從而給實際工作帶來不便。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，測量時可根據(jù)波形在面板上選擇儀表，用戶僅通過面板指示值就能對測量結果進行分析比較，大大簡化了測量步驟。三、設計思路LabVIEw8.5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。LabVIEW8.2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LabVIEW8.5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，能夠讓使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果，且輸入信號的大小可調節(jié)等功能。所以，用軟件虛擬了一個信號發(fā)生器。該信號發(fā)生器可產生正弦波、方波和三角波，還可以輸入公式，產生任意波形。根據(jù)需要，可調節(jié)面板上的控件來改變信號的頻率和幅度等可調參數(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在程序設計框圖中，使用一個Case(選擇)語句對四種波形進行選擇。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結構的一個分支，公式波形的流程圖如圖2所示。該子Ⅵ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)。具體函數(shù)如下圖：基本函數(shù)發(fā)生器：由信號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)。（默認值都為1000）。波形從信號輸出中輸出來。公式波形：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。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。其框圖符號如圖所示。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;erroein是在該VI運行之前描述錯誤環(huán)境，默認值為noerror。如果錯誤已經發(fā)生，該VI在errorout端返回錯誤代碼，子VI在無錯誤時才正常運行。（3）開關部分用一個while條件語句設計整個框圖程序，當模擬電壓開關為“1”時，虛擬電壓表工作，條件語句中的程序開始運行;當模擬開關為“0”即關時，條件語句中的程序停止運行，虛擬電壓表不工作。設計好的流程圖如圖所示。四、調試過程（1）生成信號設置：（2）實驗數(shù)據(jù)：（3）數(shù)據(jù)分析：由上述結果可得出：由于電壓信號的對稱性和周期性，它的直流平均為零；有效值等效于模擬電壓表所測的數(shù)值。五、性能分析：該軟件可以準確的測出正弦，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、實驗小結：經過實際使用，虛擬電壓表的控制鍵和功能基本正常（除停止按鈕不起作用），基本符合使用要求。需要指出的是，在設計該虛擬電壓表時，簽于標其使用