基于虛擬儀器電壓表設(shè)計(jì)

目錄1.設(shè)計(jì)要求22.設(shè)計(jì)原理及思路22.1設(shè)計(jì)原理22.2設(shè)計(jì)思路3前面板的設(shè)計(jì)3流程圖的設(shè)計(jì)43.設(shè)計(jì)原理54.設(shè)計(jì)內(nèi)容54.1虛擬信號(hào)發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)54.2數(shù)據(jù)處理局部64.3開關(guān)局部74.4.整體設(shè)計(jì)流程圖75.實(shí)驗(yàn)結(jié)果86.問題及解決方案87.參考文獻(xiàn)98.心得體會(huì)9附錄：課程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定表101.設(shè)計(jì)要求掌握電壓表的根本原理和方法；基于LabView設(shè)計(jì)電壓表并實(shí)現(xiàn)能顯示波形和峰值、有效值、平均值、頻率等參數(shù)待測信號(hào)由軟件產(chǎn)生，可提供各種信號(hào)。界面友好，易于操作，實(shí)現(xiàn)最根本的功能。2.設(shè)計(jì)原理及思路2.1設(shè)計(jì)原理電壓是電路中常用的電信號(hào)，通過電壓測量，利用根本公式可以導(dǎo)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)量的根底。測量電壓相當(dāng)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(dú)立的儀表。這樣，使用模擬電壓表進(jìn)行交流電壓測量時(shí)，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(shí)，必須經(jīng)過換算才能得到正確的測量結(jié)果，從而給實(shí)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(shí)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(duì)測量結(jié)果進(jìn)行分析比擬，大大簡化了測量步驟。2.2設(shè)計(jì)思路前面板的設(shè)計(jì)前面板模擬真實(shí)電壓表的前面板，用于設(shè)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(shè)計(jì)這局部時(shí)，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(guān)等控件來控制虛擬電壓表進(jìn)行測量工作。根據(jù)傳統(tǒng)電壓外表板控件的功能，利用LabVIEW中的控制模板，分別在設(shè)計(jì)面板上放入模擬實(shí)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(guān)、選擇器，顯示器用于顯示輸入的信號(hào)波形;數(shù)據(jù)輸入控件主要用于輸入被測信號(hào)的信號(hào)頻率、采樣頻率、采樣數(shù)、振幅和相位;數(shù)據(jù)輸出控件那么用于輸出被測信號(hào)經(jīng)過處理后得到的峰值、平均值和有效值及標(biāo)準(zhǔn)頻率的有效顯示。翻開LabVIEW前面板的編輯窗口，點(diǎn)擊鼠標(biāo)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(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，對(duì)其進(jìn)行屬性設(shè)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(duì)示波器橫(時(shí)間)、縱(幅度)坐標(biāo)的刻度進(jìn)行重新設(shè)置。用Graph控件設(shè)計(jì)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(shè)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(duì)輸入波形選擇開關(guān)，在下拉列表中單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“編輯項(xiàng)〞對(duì)其進(jìn)行編輯。“電源開關(guān)〞控件選擇經(jīng)典→經(jīng)典布爾→方形按鈕，當(dāng)按下開關(guān)時(shí)，虛擬電壓表開始運(yùn)行，同時(shí)電源開關(guān)的指示燈亮。同樣，當(dāng)彈起開關(guān)時(shí)，虛擬電壓表停止運(yùn)行。圖1.前面板-顯示界面圖2.模擬信號(hào)生成流程圖的設(shè)計(jì)每一個(gè)前面板都對(duì)應(yīng)一個(gè)流程圖程序。前面板的設(shè)計(jì)完成后，可對(duì)流程圖程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。翻開LabVIEW設(shè)計(jì)環(huán)境中的窗口→顯示程序框圖，進(jìn)入流程圖編輯窗口，與前面板各控件對(duì)應(yīng)的端口圖標(biāo)自動(dòng)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(yùn)作后數(shù)據(jù)流的控制，分別在流程圖設(shè)計(jì)面板中放置各個(gè)功能模塊，合理擺放后，在用連線工具依次連接，以實(shí)現(xiàn)虛擬示波器的功能。數(shù)據(jù)流的編輯主要是對(duì)端口圖標(biāo)的連接。用連線工具進(jìn)行連線時(shí)，如果端口閃爍，說明相連的數(shù)據(jù)類型匹配，否那么不能連接.3.設(shè)計(jì)原理電壓是電路中常用的電信號(hào)，通過電壓測量，利用根本公式可以導(dǎo)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)量的根底。測量電壓相當(dāng)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(dú)立的儀表。這樣，使用模擬電壓表進(jìn)行交流電壓測量時(shí)，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(shí)，必須經(jīng)過換算才能得到正確的測量結(jié)果，從而給實(shí)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(shí)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(duì)測量結(jié)果進(jìn)行分析比擬，大大簡化了測量步驟。4.設(shè)計(jì)內(nèi)容4.1虛擬信號(hào)發(fā)生器的實(shí)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(hào)。在該設(shè)計(jì)中，設(shè)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根本波形。在程序設(shè)計(jì)框圖中，使用一個(gè)Case(選擇)語句對(duì)四種波形進(jìn)行選擇。Case語句中，每一個(gè)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(duì)應(yīng)。至于Case語句的制作，只需將5個(gè)圖標(biāo)中的一個(gè)，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(yīng)的數(shù)字，例如1;然后點(diǎn)擊箭頭，可以設(shè)置第二個(gè)圖標(biāo)，如果要添加一個(gè)Case的話，可以點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，直接添加，編輯相應(yīng)的根本信號(hào)發(fā)生器VI中相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)即可。在添加公式波時(shí)，要把根本信號(hào)發(fā)生器VI換成公式波形VI，本文給出了Case結(jié)構(gòu)的一個(gè)分支，公式波形的流程圖如圖2所示。該子Ⅵ可使用指定時(shí)間函數(shù)的公式字符串生成一個(gè)函數(shù)波形，它要求公式的自變量必須是t，它所支持的運(yùn)算符和常用的函數(shù)。公式是用于生成信號(hào)輸出波形的表達(dá)式，一般ｆ為頻率，ａ為幅度，ｎ為目前生成的采樣數(shù)，ｎ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(hào)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(hào)頻率與采樣頻率的比值，被稱為標(biāo)準(zhǔn)頻率。所以，在框圖程序中，應(yīng)當(dāng)在信號(hào)頻率與采樣頻率之間加載一個(gè)除法器。在波形發(fā)生程序按照規(guī)定的參數(shù)產(chǎn)生波形后，如果將波形直接輸入波形顯示控件，那將是錯(cuò)誤的。因?yàn)椴ㄐ物@示控件，并不像數(shù)據(jù)顯示控件那樣只需要一個(gè)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。4.2數(shù)據(jù)處理局部數(shù)據(jù)處理局部的作用，就是將產(chǎn)生出的信號(hào)通過不同形式的檢波、計(jì)算，得出規(guī)定的不同的結(jié)果。在該設(shè)計(jì)中同時(shí)顯示交流有效值、峰值和平均值。對(duì)于一個(gè)純粹的交流電壓，正半周期信號(hào)與負(fù)半周期信號(hào)對(duì)稱，U的平均值等于零，所以一般不直接測量平均值。在設(shè)計(jì)時(shí)，按函數(shù)→數(shù)值→絕對(duì)值取交流電壓的絕對(duì)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^比擬數(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(hào)處理→波形測量中選擇根本平均直流均方根。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(shí)間信號(hào)、平均測量的參數(shù);在單個(gè)模塊VI中，可依據(jù)輸入記錄長度自動(dòng)設(shè)置平均時(shí)間;Window是在DC/RMS計(jì)算之前，用于記錄時(shí)間的窗;erroein是在該VI運(yùn)行之前描述錯(cuò)誤環(huán)境，默認(rèn)值為noerror。如果錯(cuò)誤已經(jīng)發(fā)生，該VI在errorout端返回錯(cuò)誤代碼，子VI在無錯(cuò)誤時(shí)才正常運(yùn)行4.3開關(guān)局部用一個(gè)while條件語句設(shè)計(jì)整個(gè)框圖程序，當(dāng)模擬電壓開關(guān)為“1〞時(shí)，虛擬電壓表工作，條件語句中的程序開始運(yùn)行;當(dāng)模擬開關(guān)為“0〞即關(guān)時(shí)，條件語句中的程序停止運(yùn)行，虛擬電壓表不工作4.4.整體設(shè)計(jì)流程圖5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果6.問題及解決方案問題1：布爾燈未被開關(guān)控制，只是被整體的條件循環(huán)的“真〞“假〞狀態(tài)控制，處于失效狀態(tài)。解決方案：設(shè)計(jì)布爾燈與開關(guān)的連接，讓開關(guān)直接控制布爾燈。問題2：未設(shè)計(jì)電壓表的顯示周期；解決方案：在設(shè)計(jì)時(shí)，添加“顯示周期“，周期數(shù)值為頻率的倒數(shù)。7.參考文獻(xiàn)[1]宋吉超.基于USB2.0接口的虛擬儀器研究[D].西安電子科技大學(xué),2005[2]杜秋姣.基于虛擬儀器的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究[D].華中科技大學(xué),2004[3]熊秀.基于虛擬儀器的控制系統(tǒng)[D].西北工業(yè)大學(xué),2005[4]周繼明，江世明．傳感技術(shù)與應(yīng)用[M]．長沙：中南大學(xué)出版社，2006．[5]儲(chǔ)永雄．新編單片機(jī)原理與應(yīng)用[M]．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20038.心得體會(huì)在這次設(shè)計(jì)過程中，通過VI設(shè)計(jì)出一個(gè)電壓表，能測出我們所需要的均值、峰值、有效值、周期和頻率等。完成課程設(shè)計(jì)的過程中，我體會(huì)到了團(tuán)隊(duì)合作的力量。組員們各自分工，分別負(fù)責(zé)不同的任務(wù)，運(yùn)用平時(shí)的學(xué)