虚拟数字电压表的设计

摘要

LabVIEw 8．5版本的工程技术比以往任何一个版本都丰富．它采用了中文界面，各个控件的功能一目了然。利用它全新的用户界面对象和功能，能开发出专业化、可完全自定义的前面板。LabVIEw 8．5对数学、信号处理和分析也进行了重大的补充和完善，信号处理分析和数学具有更为全面和强大的库，其中包括500多个函数。所以在LabVIEw 8．5版本下能够更方便地实现虚拟电压表的设计。

虚拟电压表是基于计算机和标准总线技术的模块化系统，通常它由控制模块、仪器模块和软件组成，由软件编程来实现仪器的功能。在虚拟仪器中，计算机显示器是惟一的交互界面，物理的开关、按键、旋钮以及数码管等显示器件均由与实物外观相似的图形控件来代替，操作人员只要通过鼠标或键盘操作虚拟仪器面板上的旋钮、开关、按键等设置各种参数，就能根据自己的需要定义仪器的功能。在虚拟电压表的设计中，考虑到仪器主要用于教学和实验，使用对象是学生，因此将引言中提到的三种检波方式的仪器合为一体，既简化了面板操作，又便于直接对比。

该电压表主要用于电路分析和模拟电子技术等实验课的教学和测量仪器，能够使学习者了解和掌握电压的测量和电压表对各种波形的不同响应。因此，虚拟电压表应具备电源开关控制、波形选择，以及显示峰值、有效值和平均值三种结果，且输入信号的大小可调节等功能。虚拟电压表由硬件设备与接口、设备驱动软件和虚拟仪器面板组成。其中，硬件设备与接口包括仪器接口设备和计算机，设备驱动软件是直接控制各种硬件接口的驱动程序，虚拟仪器通过底层设备驱动软件与真实的仪器系统进行通信，并以虚拟仪器面板的形式在计算机屏幕上显示与真实仪器面板操作相对应的各种控件。在此，用软件虚拟了一个信号发生器。该信号发生器可产生正弦波、方波和三角波，还可以输入公式，产生任意波形。根据需要，可调节面板上的控件来改变信号的频率和幅度等可调参数，然后检测电压表的运行情况。因此，在LabVIEW图形语言环境下设计的虚拟电压表主要分为两个部分：第一部分是虚拟电压表前面板的设计；第二部分是虚拟电压表流程图的设汁。

目录

一、设计的目的及要求 (2)

1.1、设计目的 (2)

1.2、设计要求 (2)

二、设计任务 (2)

三、设计思路 (2)

四、软件设计 (3)

4.1、总框图程序设计 (3)

4.2、框图中使用模块程序说明 (4)

4.2.1 数据采集模块 (4)

4.2.2 软件产生模拟信号模块 (4)

4.2.3 数据处理显示模块 (5)

五、系统调试及使用 (6)

5.1、数字电压表系统调试及使用 (6)

5.1.1 交流电压测量 (7)

5.1.2直流电压测量 (7)

六、心得与体会 (7)

一、设计的目的及要求

1.1、设计目的

本设计主要是让为了让学生能够在理解理论知识的基础上更好的掌握虚拟仪器组件的性能、属性、创建虚拟仪器的方法和虚拟仪器的图形编程方法,掌握虚拟仪器的软件开发以及掌握虚拟仪器在测量仪器、过程控制、信号分析、网络远程控制等应用中的相关应用技能。

1.2、设计要求

设计要求学生掌握虚拟仪器的构成和设计思想、图形语言相关胡知识。在设计中能够利用相应的硬件和软件完成规定的课程设计任务，使学生的计算机综合应用能力提高并且掌握虚拟仪器软件的设计方法。

软件部分主要是利用LabVIEW编程软件按照设计要求和内容进行VI程序以及子程序的创建、编辑和调试。熟悉LabVIEW的各种函数以及菜单，选项的作用和功能。

二、设计任务

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它的参数。因此，电压测量是其他许多电参数和非电参数量测量的基础,测量电压相当普及的一种测量仪表就是电压表。

结合数据采集技术和虚拟仪器技术设计一种基于LabVIEW 8.5的虚拟数字电压表，分别进行交直流电压测量，实现电压数字显示（直流档显示直流电压，交流档显示有效值，平均值和峰值），通道配置与选择，交、直流选择，采样频率、采样点数设置。

三、设计思路

根据虚拟数字电压表的设计要求，可以知道其由数据采集部分和数据处理部分。数据处理部分是在LabVIEW8.5进行开发，主要控制数据采集卡的数据采集，并对采集得到的数据进行分析处理并显示。总体设计流程图如下图所示。

开始

设置数据采集卡

显示交流电压参数

读取采样数据对直流信号进行处理

结束

直流

否

是

对交流信号进行处理

显示直流电压参数

虚拟数字电压表总体设计流程图

四、软件设计

4.1、总框图程序设计

虚拟数字电压表工作状态由电源开关决定，框图程序设计如下：

4.2、框图中使用模块程序说明

虚拟数字电压表框图程序采用模块化设计，主要分为数据采集模块（或软件生成模拟信号模块）和数据处理模块，其中数据处理显示模块里细分为交直流数据处理显示两个子模块。下面对虚拟数字电压表框图程序进行说明。

4.2.1 数据采集模块

通过PCI-6024E数据采集卡产生模拟信号并通过通道0采集，DAQ assitant输出的数据信号通过Butterworth滤波器进行滤波处理。

数据采集模块

4.2.2 软件产生模拟信号模块

通过波形生成选板里波形基本函数发生器直接产生模拟信号，信号输出通过Butterworth滤波器进行滤波处理。软件产生模拟信号模块

软件产生模拟信号模块

4.2.3 数据处理显示模块

交流电压处理显示模块应用了波形测量选板里的幅值和电平测量函数，选取此函数，双击后在配置幅值和电平窗口选择均方根（有效值）、最大峰、最小峰和周期平均（平均值），点击确定即可。

交流电压处理显示模块

交流电压处理显示模块

直流电压处理显示模块应用了幅值和电平测量函数，在配置幅值和电平测量窗口选取直流，点击确定即可，直流电压处理显示模块如图