实验四虚拟电压表的设计和虚拟数字万用表的使用

《虚拟仪器技术》

实验报告

学生姓名

学号

日期

实验四、虚拟电压表得设计与虚拟数字万用表得使用

一、实验原理

1)一般电压表与万用表得工作原理与使用方法。

２)交流电各种电压值表示得概念以及相互转换关系。

3）子VI得创建方法。

二、实验目得

1)掌握虚拟电压表与数字万用表得设计与使用方法

2)进一步掌握LabVIEW得使用，特别就是控件属性得操作以及子VI得使用。

三、实验内容及要求

１)利用LabVIEW 设计一简易虚拟电压表。

功能要求：具有普通电压表得基本功能,用户可选择直流测量与交流测量。对于直流电压只需显示电流值大小,对于交流电则需要显示该交流电得峰值、有效值、平均值与直流分量(若存在)。同时能够提供虚拟输入与实际输入两种测量信号,虚拟输入时能够显示信号波形。

其她要求:对虚拟电压表进行初始设置,即每次运行程序时电压表得初始界面一致，具体表现在开关处于关闭状态,波形图窗口清空,其她控件处于使能状态下。实际输入时禁用仿真参数设置控件,仿真输入时测量直流电压值时禁用信号幅度、频率、初始相位、占空比、信号类型等控件。

2)创建自行设计得虚拟电压表子VI。

3)使用NI EＬＶIS提供得数字万用表（DMM)模块完成电阻、电流与电压得测量,并就其中得电压测量部分与自行设计得虚拟电压表进行比较与分析。

四、实验步骤

1)参考程序流程图如图4、1所示;参考前面板设计如图4、2所示，该前面板除具有实验三函数发生器得参考前面板中所有得输入控件外，还添加了仿真与实际信号得切换按钮,交流／直流测量得切换按钮,开关按键,电源指示灯以及结果显示包括：直流分量，平均值,有效值与峰峰值(可以根据需求自行添加或删减);参考程序框图设计如图4、3所示。本次虚拟电压表得设计与实际使用得模拟/数字电压表就是存在很大差别得,为便于实验做了大量

简化。实验得主要目得就是了解ＬabＶIEW中对子函数得调用及使用方法,ＬaｂVＩＥW中有关属性节点、局部变量得使用与有关用户界面设计得一些基本方法,以及利用DAQ处理采集数据得方法(此部分需要结合实验二中相关内容)。程序框图图4、3瞧似复杂，其实大量得工作就是用于完成空间得属性操作与有关程序初始化设置得问题,真正用于数据处理得模块其实只有三个(具体见实验提示4)。

图４、2 实验四参考前面板设计

图4、３部分参考程序框图

2)本次实验得程序框图中使用了ＬaｂVIＥW中特有得一种顺序结构（Ｓeqｕenｃｅ S ｔrucｔure),这主要就是缘于LabＶIＥW采用了多线程并行得运行机制,这就是Ｇ语言不同于一般文本语言主要特点之一,即程序内得代码就是同时运行得。所以对于控件得初始显示可采用平铺式顺序结构(Fｌａt Sｅｑuenｃe Ｓtruｃturｅ)或堆栈式顺序结构(Sｔacked Sequｅnce Structｕrｅ)得方法,在第一帧中设置各个控件得初始设置。初始化设置就是通过控件得属性控制以及常量与局部变量设置完成得。如图4、3所示,参考程序框图采用了平铺式顺序结构，ＬａbＶIEＷ在执行程序时先从左边得帧开始,依次执行右面帧内得程序（本次只有两个帧,帧内得程序还就是同时执行得)。左边帧内完成程序初始化设置,左边一列就是控件得使能控制,0就是Ｅnabled（启用),１就是Ｄisａbled（禁用)，2就是Disabled and

Grａyeｄouｔ（禁用且变灰)。这就是通过控件得属性节点完成得，而右边一列则就是对变量数值得初始设置,用局部变量完成。

３）虚拟输入信号得提供可采用实验三中自行设计得虚拟函数发生器。有关子VＩ得创建方法已介绍,本次实验主要就是使用实验三中创建得子VI,在程序框图中得函数面板中选择VＩ添加创建得子VＩ。自行创建得子ＶI与LabVIＥW提供得各种函数模块得使用方法相同。关于子VＩ属性得设置在主菜单中选择“文件/ＶI属性”,进入VI属性对话框,根据类别更改VI属性。这里需要注意得就是whｉｌe循环对子ＶI得影响，建议在创建子ＶI时去掉原先程序框图中用于使程序连续执行得wｈile循环,或用一布尔真常量控制whｉle循环得结束符(即让此ｗhile循环只循环一次）。此外,对于直流信号可以直接利用“初始化数组”模块完成。

4)有关交流电压波形得参数如表４、1所示,可以根据表4、1中参数得关系再利用信号得波峰值求取其她参数值。事实上,LabVIEW提供用于计算这些参数得模块。对于波峰得求取，可使用波形最大最小值模块（Ｗaｖefｏｒｍ Mｉn Mａx、vｉ)，位于“函数面板/编程/波形/模拟波形”下,如图4、4所示。有效值与直流分量可利用位于“函数面板/编程/波形/模拟波形/波形测量”下得基本平均直流-均方根模块(NＩ_ＭＡPro、lｖｌib: Ｂasic Averaged DC－RＭS、vi)实现,如图４、5所示,缺省情况下均方根即有效值。求取平均值得均值模块位于“函数面板/数学/概率与统计”中，如图4、6所示。

表4、1 几种典型得交流电压波形得参数

其中U就是波峰值。

图４、4 波形最大最小值模块

图4、5 基本平均直流-均方根模块

图4、6 均值模块

5)图4、4、图４、５与图4、６所示得三个数据处理模块得输入端均可以为波形数据,求均值模块可自行提取波形数据中得波形数组数据。这里要说明得在使用这些数据处理模块时,对数据本身还就是需要做一些其她处理。首先,求取均值时需要将波形数组数据绝对值化,这就是由交流信号得平均值定义决定,如果不取绝对值那平均值都为0,失去了实际意义。其次,提供得参考程序框图图４、3中使用了“获得波形成分”模块,获取采集信号得波形数组数据、采样时间与采样起始时间，用于提取采集信号中一个完整周期。要提取出信号得至少一个完整周期得采样值得原因,就是因为交流信号得有效值、平均值等都就是以具备完整周