试验四基于LabVIEW的虚拟直流电压表设计

1、西华大学实验报告第组西华大学实验报告（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、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。、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 ，

2、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） 台5. Q9 连接线 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。265EH20RD56H(D3) 2B. 1V+B8 ICL 7109V-B9REFB12ORM

3、ODEPOLINLRUN/HOLDINHSTATUSCE/LOADOILBENHBENOO1836H1937H2836342.048V基准电压增益 选择 通道40+5V-5V7109+7109 -3.579MHz图 4-1 双积分式 A/D 转换器 7109 测量电压原理图西华大学实验报告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 42 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。

4、其主要引脚定义如下： B1 B12：12bit 的数据输出端 OR：溢出判别，输出高电平表示过量程；反之，数据有效。 POL：极性判别，输出高电平表示测量值为正值；反之，负值。 MOD：E 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） 。 REF：外部参考电压输入（本实验用其典型值：2.048V ）。 INL,INH: 输入电压端口（有效范围是参考电压的2 倍）。 OO,OI: 外部时钟输入（本实验用其典型值：3.579MHz）。

5、RUN/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 STATUS：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。 CE/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。B1B8。LBEN_：低字节使能，输入低电平时，数据线输出低位字节B9B12 及 POL、 OR的状态值。西华大学实验报告HBEN_：高字节使能，输入低电平时，数据线输

6、出高位字节(2) A/D 转换时序ICL7109 直接接口方式的定时图如图 4-3 所示 。RUN/HOLDSTATUSHBENLBEN数据有效图 4-3 7109 直接接口方式CE/LOAD高位字节低位字节(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

7、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 / 转换关系为：VinNADC2Vr212r(4-1)式中， Vin A/D 转换器输入电压；N ADC A/D 转换结果的 12bit 数字量；Vr A/D 转换器外部参考输入电压，调节为Vr =2.048V ；由式( 4-1 )可知，若 Vr =2.048V ，则 NADC 即为以 mv单位表示了 Vin，即(4-2)VinNADC (mv)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 )西华大学实验报告构建测量方案，实现

8、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、

9、 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。西华大学实验报告图 4-5 虚拟直流数字电压表面板启动虚拟仪器 labview 软件开发环境，建立新的工程文件，打开 front Panel 设计界面，并存储，由 界面文件自动生成相关流程图框架。本程序中需要用到的前面板控件有：表 4-1 前面板控件控件类别序号名称位置注释指示类（1）电压显示表盘数值 Numeric 仪表 Meter设置电压表的属性结点，对不同量程进行控制（2）超量程指示灯布尔 LEDSRoundL ED圆形指示灯溢出时点亮（3）电压数字显

10、示框数值 Num IndisNumeric Indicator 数值显示控件设置属性结点，对不同显示位数进行控制测量选择类（4）量程选择档数值 Num Ctrls 转盘 Dial选择量程（具体见表 3-2 ）（5）测试对象选择档布尔BooleanHorizontalSwitch选择测试对象， 具体见表 3-3 ）程序控制类（6）退出ButtonsOK Button控制程序退出（7）测量ButtonsPush Button控制程序开始使用量程选择档对量程控制字 gain_cw （ 10进制）进行选择，得到增益 gain （ 10进制），由于 7109 的 输入电压为 4V。由于 7109 的输入

11、电压为 4V，故每档量程对应的增益与量程之乘积应为4V。如表 4-2 所示：表 4-2 量程选择档设置量程8V4V2V800mV400 mV200 mV80 mV40 mVgain cw1617181933343549gain0.5125102050100使用测试对象选择档对测试对象控制字进行控制，由于测试对象只有两种，故将控件设置为布尔量， 具体设置如表 4-3 所示西华大学实验报告控件位置选择布尔值测试对象控制字测试对象（ m what）左边FALSE50电位器右边TRUE1外部电压表 4-3 测试对象选择档设置3动态链接调用本程序设计的主要实现已经做成底层fp 函数（用 Labwindo

12、ws/CVI 实现），在程序实现时可直接调用实验箱提供的驱动函数动态链接即 .dll 函数），驱动函数原型及常数和变量在 cvidll.prj中。程序设计时，应加入动态链接 7109.dll实现直流电压测量的驱动函数如表4-4 所示：表 4-4 动态链接序号fp 函数实现功能输入参数输出参数返回值动态 链接 图标void_stdcallepp_init(void) int _stdcall epp_read_check (void)int _stdcall run_7109( unsigned charm_what, unsignedchar gain_cw,doublevref, doubl

13、e *rult)void _stdcall amp_7109 (unsigned char gain_cw, double *gain, int *showdot)void _stdcallindicator_7109(unsigned chargain_cw, double*indicator_gain,double*indicator_max)void _stdcallstart 7109 (void)初始 化 EPP 接口EPP 读 数 检 查运行 7109 ， 实现 7109 的 读数及转化根据量程设 置增益和显 示位数根据量程设 置 7109 输入 增益，电压表 表最大显示 数字启动

14、 7109m_what: 测试对象 gain_cw: 量 程 控制字vref: 参考电压gain_cw ： 量程控 制字gain_cw ： 量程控 制字无无在 cvidll.dll 无在 cvidll.dllrult: 测量结果在 cvidll.dllgain ：量程的增益 howdot ：该量程的 有效位数（ V为单 位，showdot 为小 数点后的位数） gain ：量程的增益indicator_gain:7109 输入增益indicator_max ：表盘最大显示数字无在 cvidll.dll0：EPP可正常读数； 1：EPP 不能读数0 ：读 数 有 效 ； 2 ：读 数无效，正 溢

15、出；3： 读数无效， 负溢出； 4： EPP 不能读 数 无西华大学实验报告7int _stdcall led_display(double display data)LED显示display data ：显 示数据无在 cvidll.dll成功执行 后，返回值 为0动态链接函数见附录 动态链接调用举例： int led_display(double display_data): 在 block panel 中点击右键 ： All functionsAdvancedCall library function node.图 4-6 动态链接调用界面双击图图标，将出现如图 4-7 所示4-7 动态

16、链接调此时可根据调用函数的路径，参数及名称进行设置进行得到图 4-8图 4-8 动态链接设置西华大学实验报告这样就完成了动态链接的调用及设置。4流程图设计整个程序要求由 “退出”按扭来控制程序的运行与否，因此主框架可以设计为 structure 中的 while 循环。由“测量”控制测量与否。如图 4-9 所示：图 4-9 程序总框图（ while 循环）由于 Labview 特性是顺序流程，因此，循环内部可以设计为顺序结构。即使用 structure 中的 flat sequence case 。整个设计流程分为四步：（ 1） EPP 初始化：调用动态链接实现，函数无返回值（ 2） 启动 7

17、109 ：调用动态链接实现，函数无返回值（ 3） EPP 读数检查：由函数返回值判断 EPP读数是否成功，当 EPP 读数成功时进入下一步否则将“测量” 键弹起，停止程序。前三步执行如图 4-10 所示：图 4-10 循环内结构西华大学实验报告（4） 运行 7109：用 case 结构实现量程和测量对象的选择，作为动态链接函数 run_7109 的输入，然 后把 run_7109 的输出分别接到表盘和数字显示，并作为 led_display 的输入，进行 led 显示。根据 7109 的返回值判断，当其等于 2或者 3时，表示超量程，则点亮超量程指示灯，如：当量程选择为 case1 如图 1-

18、11 所示：注意：本程序中包含了“显示位数” 、“增益”、“ indicator_max ”三个在前面板被隐藏的控件。西华大学实验报告图 4-11 7109 运行及结果显示4显示AD 原理和根据采集数据和计算结果，显示在相应的显示窗口。根据被测信号数值，可验证双积分式 直流电压测量的关系。5调试与测试图 4-12 实验连接图1. 按图 4-12 所示连接实验系统说明：跳线 s101 靠右边，接 GND2. 虚拟直流电压表的面板如图 4-5 所示：使用说明：测试对象包括“待测电压”和“电位器（电压） ”。当选择电位器 （ 电压 ） 时，即测量虚拟仪器实验平台左下脚电位器的电压 , 可用万用表在实验箱的 “ TEST”点监测。当选择待测电压时，即可测量外加直流电压（由于虚拟直流电压表的最大量程为8V，因此建议