实验四 基于LabVIEW的虚拟直流电压表设计

西华大学实验报告

西华大学实验报告（理工类）

开课学院及实验室：电气信息学院电气信息专业实验中心 实验时间：2014年 6 月 11 日

学 生 姓 名

学 号

成 绩 学生所在学院

年级/专业/班 课 程 名 称 虚拟仪器技术

课 程 代 码 6001429 实验项目名称 基于LabVIEW 的虚拟直流电压表设计

项 目 代 码 实验代码4

指 导 教 师

王孝平

项 目 学 分

一、实验目的：

1. 理解双积分A/D 转换器7109及数字电压表的工作原理。

2. 掌握虚拟直流电压表设计的基本方法。

3. 测量数据的误差分析。

二、实验内容：

1. 根据实验指导实现直流电压表的设计。 设计要求：测试对象：电位器，外部电压

量程：40mV ，80 mV ，200 mV ，400 mV ，800 mV ，2V ，4V ，8V 。

2. 选择电压表不同量程和不同测量对象，进行测量。

三、实验器材：

1. 1.SJ-8002B 电子测量实验箱 1台 2．双踪示波器（20MHz 模拟或数字示波器） 1台 3．计算机(具有运行windowsXP 和LabVIEW 软件的能力) 1台 4. 万用表（3 1/2位以上） １台 5. Q9连接线 １根

四、实验原理：

1. 双积分A/D 转换器ICL7109．

如图4-1为双积分A/D 转换器ICL7109实验电路图。

REF

INH

INL MODE STATUS CE/LOAD OR POL

B9

B12B1B8D0

D7

6

5EH 56H(D3)

RD 36H 37H

ICL 7109

.

..

..

8

V+

V-OI OO

+5V -5V

2.048V 基准电压

262201819

40

2835

342122

23

36 3.579MHz

RUN/HOLD LBEN HBEN

7109+增益选择通道

Vx

图4-1 双积分式A/D 转换器7109测量电压原理图

第 组

2.工作原理

整个直流电压表设计主要包括四个部分：

7109工作原理，A/D转换时序，增益选择电路，通道输入电路。

系统电路图如图4－2所示：

图4－2 电路图

（1）7109工作原理

ICL 7109 是双积分式12 位A/D转换器，转换时间由外部时钟周期决定，为10140/58个时钟周期。

其主要引脚定义如下：

① B1～B12：12bit的数据输出端

②OR：溢出判别，输出高电平表示过量程；反之，数据有效。

③POL：极性判别，输出高电平表示测量值为正值；反之，负值。

④MODE：方式选择，当输入低电平信号时，转换器处于直接输出工作方式。此时可在片选和字节使能的控制下直接读取数据；当输入高电平时，转换器将在信号信号握手方式的每一转换周期的结尾输出数据（本实验选用直接输出工作方式）。

⑤REF：外部参考电压输入（本实验用其典型值：2.048V）。

⑥INL,INH:输入电压端口（有效范围是参考电压的2倍）。

⑦OO,OI:外部时钟输入（本实验用其典型值：3.579MHz）。

⑧RUN/HOLD_：运行/保持输入, 当输入高电平时,每经8192时钟脉冲完成一次转换；当输入低电平时，完成正在进行的转换，并停在自动调零阶段

⑨STATUS：状态输出，输出高电平，表明芯片处于积分和反向积分阶段；输出为低电平，表明反向积分结束，数据被锁存，模拟部分处于自动返回零态阶段。

⑩CE/LOAD_：片选，当其为低电平时，数据正常输出；当其为高电平时，所有数据输出端（B1～B12、POL、OR）均处于高阻状态。

⑾LBEN_：低字节使能，输入低电平时，数据线输出低位字节B1～B8。

⑿HBEN_：高字节使能，输入低电平时，数据线输出高位字节B9～B12及POL 、OR 的状态值。 (2) A/D 转换时序

ICL7109直接接口方式的定时图如图4-3所示。

数据有效

RUN/HOLD STATUS 高位字节低位字节

HBEN LBEN CE/LOAD 数据有效

图4-3 7109 直接接口方式

(3) 增益选择电路

待测模拟信号需经过测量放大器进行信号放大，如图4-4所示，通过模拟开关CD4052选择放大器反馈电阻即可进行增益选择，图中共设置了4档增益：×0.5、×1、×2、×5。

图4-4 测量放大电路

(4) 通道输入电路

待测模拟信号从实验箱的外部接线端7109+和7109-输入。另外，为了方便实验，实验箱上提供了通过电位器调节的0~±4V 的直流电压。此外为了进行校准测量，还提供了接地(0V)和参考电压(2.048V)输入通道。

7109的Ａ/Ｄ转换关系为：

r ADC

in N V V 22

12

⨯=

(4-1) 式中， in V —— A/D 转换器输入电压；

ADC N —— A/D 转换结果的12bit 数字量； r V —— A/D 转换器外部参考输入电压，调节为r V =2.048V ；

由式（4-1）可知，若r V =2.048V ，则ADC N 即为以mv 单位表示了in V ，即

)

m v (ADC in N V = (4-2)

五、设计指导

1．方案设计

本实验基于“SJ8002B 电子测量实验箱”的高速数据采集和基于PC 机的虚拟仪器软件平台（Labview ）