实验四 基于某LabVIEW的虚拟直流电压表设计

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

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。

图4-1 双积分式A/D转换器7109测量电压原理图

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

2

212

⨯

=(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）

构建测量方案，实现直流电压的数字化测量，完成“虚拟交流数字电压表”的设计。

整个程序采取顺序结构，依次实现系统的初始化，7109启动，EPP接口通信测试，7109的运行及结果显示。整个设计思路流程图如下：

2．功能与前面板设计虚拟直流数字电压表主要完成对电位器或外部直流电压的测量与显示。因此，在虚拟仪器界面上需有测量对象的选择，同时，结果测量中，需同时进行表盘和数字显示并通过LED显示出来。根据SJ8002B高速数据采集的主要性能指标，设置10档量程： 40mV、80mV、200mV、400mV、800mV、2V、4V、8V（对应增益：×100 、×50、×20、×10、×5、×2、×1、×0.5）。界面上设置超量程指示。此外，界面上还需设置测量的启动和退出测量功能。将量程缺省值设为8V。

图4-5为前面板设计的参考。