虚拟数字万用表设计.pdf

【欢迎阅读】摘要今天，数字万用表已经被广大应用到电子、电工、仪器、仪表和测量领域,用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，显 示出强大的生命力。随着时代科技的进步，对数字万用表的要求也明显提高，品种多、功能强、精度高、自动化程度高，而且要求测试速度快、实时性好、具有良好的人机界面，承担着在生产过程的控制、监督和管理等任务，虚拟仪 器(Virtual Instrument)正可以实现这些要求。本设计采用虚拟仪器作为前提，运用虚拟仪器及其相关技术，实现了一款 集电阻、电压、电流测量于一体的虚拟数字万用表的设计。关键词：虚拟仪器、数字万用表、Lab VIEW【欢迎阅读】【欢迎阅读】AbstractToday,digital multimeter has been the application to electronics,electrical,instrument and meter and measurement field,used fbr electronic and electrical measurement,industrial automation instrument,automatic test system,intelligent measurement field,show strong vitality.Along with the time the progress of science and technology,the digital multimeter requirement also improved obviously,many varieties,the function is strong,high accuracy,high degree of automation,and required test speed,good real-time,has the good human-machine interface,responsible for production process in the control and supervision and management tasks,Virtual Instrument(Virtual Instrument)are can realize these requirements.This design USES the virtual instrument as a premise,the use of virtual instruments and related technologies,the realization of a collection of resistance,voltage,measure current in the integration of virtual digital multimeter design.Keywords：Virtual instrument,digital multimeter,Lab VIEW【欢迎阅读】【欢迎阅读】目录摘要.IAbstract.II第1章绪论.11.1 课题背景.11.2 虚拟仪器背景.21.3 设计内容及其技术指标.4第2章方案选择.52.1 软、硬件结合的虚拟数字万用表.52.1.1 提出设计思想.52.1.2 数据采集卡介绍.62.2 基于LabVIEW的虚拟数字万用表.82.3 方案分析和选择.9本章小结.9第3章虚拟仪器.103.1 虚拟仪器的介绍.103.1.1 虚拟仪器的概念.103.1.2 虚拟仪器的构成.103.2 虚拟仪器的特点及优势.123.2.1 虚拟仪器技术的三大组成部分.123.2.2 虚拟仪器技术的四大优势.123.3 图形化虚拟仪器开发平台(LabVIEW).143.4 基于LabVIEW平台的虚拟仪器程序设计.14本章小 结.16第4章 系统软件的设计与实现.174.1 系统的开发工具.174.2 万用表界面的设计.174.2.1 开关按钮的设计.174.2.2 档位选择的设计.184.2.3 量程选择的设计.184.2.4 显示屏的设计.194.2.5 数据保存功能的设计.204.3 其他功能的设计.204.3.1 软件的模拟值.204.3.2 运行模式的设计.224.3.3 测量精度和连续测量周期的设计.22【欢迎阅读】【欢迎阅读】本章小结.23第5章编程与美化.245.1 主要程序的编程.245.1.1 模拟值范围的编程.245.1.2 档位选择的编程.255.1.3 量程选择的编程.255.2 其它程序的编程.265.2.1 测量精度的编程.265.2.2 测量模式和测量周期的编程.265.2.3 数据保存和回放的编程.275.2.4 实时时钟的编程.285.3 程序的调试和美化.295.3.1 程序的调试.295.3.2 程序前、后面板的美化.31本章小结.31结论.32致谢.33参考文献.34附录1译文.35附录2英文参考资料.38附录3程序中主要函数的功能.42附录4后面板程序图.46【欢迎阅读】【欢迎阅读】第1章绪论1.1 课题背景数字万用表是经过历史慢慢发展来的。早期的万用表，使用磁石偏转指针 的表盘，与经典的电流计相同；现代则采用LCD或VFD(真空萤光显示器，Vacuum fluorescent display)提供的数字显示。现代万用表已全部数字化，并被 专称为数字万用表(DMM,Digital MultiMeter)o同样，更好的电路系统和电子 学，也提高了测量精度。旧的模拟仪表的基本精度在5%到10%之间，现代便携 数字万用表则可以达到0.025%,而工作台设备更高达百万分之一的精度。我国 数字万用表工业起步于20世纪70年代中期，历经引进、发展、创新3个阶段。目前我国数字万用表产量居世界首位，每年生产近1000万台中、低档的数字万 用表。数字万用表(常用实物如图1-1所示)亦称数字多用表，简称DMM(Digtial Multimeter)o它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转换成不连续的、离 散的数字形式并加以显示的仪表，能实现对电压、电流、电阻的实时测量。数字万用表具有以下几大特点：1).显示清晰直观，计数准确2).显示位数3).准确度高4).分辨力高5).测试功能强6).测量范围宽7).测量速率快8).输入阻抗高9).集成度高，微功耗10).保护功能完善，抗干扰能力强由于具备上述优点，数字万用表是当前电子、电工、仪器、仪表和测量领 域大量使用的一种基本测量，已被广泛应用于电子及电工测量、工业自动化仪 表、自动测试系统等智能化测量领域，示出强大的生命力。随着时代科技的进 步，数字万用表的功能越来越强大，把电量及非电量的测量技术提高到崭新水 平。【欢迎阅读】【欢迎阅读】图1-1常用数字万用表1.2 虚拟仪器背景在电子、电器设备发展的历史长河中，控制室里的操作人员需要对仪器的 各项数据进行测量和控制，随着计算机大量进入工厂的各个部门以后，操作人 员希望通过显示终端对生产过程进行监督和操作，希望键盘和显示屏代替了庞 大的控制仪器、仪表遗迹大量的开关和按钮，希望控制室变得越来越小，只需 要很少的操作人员就能完成对生产过程进行监督和操作的任务。所以虚拟仪器【欢迎阅读】【欢迎阅读】应运而生，它可以使工程师通过计算机系统获取大量的有关生产装置工作状态 的信息和分析计算的结果，以便及时做出正确的决策，使工作过程更加简单并 且更有效率。虚拟仪器的出现是仪器发展史上的一场革命，代表着仪器发展的最新趋势 和新方向，并且是信息技术的重要领域扩充，对科学技术的发展和工业生产将 产生不可估量的影响。虚拟仪器是微电子、通信、计算机等现代科学技术高速 发展的产物。自从1785年库仑发明静电扭秤，1834年哈里斯提出静电电表结构 以来，电测仪表和电子仪器随相关技术的进步、仪器仪表元器件质量的提高和 测量理论方法的改进得到飞速发展。有一种较普遍地说法将测量仪器的发展分 为五个阶段，如图1-2所示：图1-2测量技术的发展虚拟仪器(Virtual Instrument,简称VI)的概念是由美国国家仪器公司(NI)在 20世纪80年代最早提出的，管理人员和工程师可以通过计算机测控系统获取大 量的有关生产装置工作状态的信息和分析计算的结果，以便及时作出正确的决 策，使生产装置更有效的发挥效能。虚拟仪器是计算机技术与仪器技术深层次 结合产生的全新概念的仪器，是对传统仪器概念的重大突破，是仪器领域内的 一次革命。虚拟仪器在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟前面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。其核心的 思想是利用计算机的强大资源使本来需要硬件实现的技术软件化，以便最大限 度地降低系统成本，增强系统功能与灵活性。虚拟仪器代表着从传统硬件为主 的测试系统到以软件为中心的测试系统的根本性转变。本次设计中采用LABVIEW8.5对课题进行实现，软件界面如图1-3所示：【欢迎阅读】【欢迎阅读】图1-3 LabVIEW8.5软件界面1.3 设计内容及其技术指标根据数字万用表的原理，结合虚拟仪器技术，按照以下的设计要求：”设计 一个基于Lab VIEW的虚拟数字万用表，能够实现对交-直流电压、交-直流电 流、电阻的测量。要求：1）虚拟数字万用表的最大测量电压为200 V,最大测量电流为1 A,最大 两线电阻为10 MQ；2）分辨率以显示的位数来表示，可设定为3,4,5或6个完整的位数，再 加上以0或1来表示的1/2个位数。【欢迎阅读】【欢迎阅读】第2章方案选择2.1 软、硬件结合的虚拟数字万用表2.1.1 提出设计思想方案一采用LabVIEW8.5与硬件相结合的方式，通过上下位机的通讯来实 现对实际中数据的采集，并把数据提交给Lab VIEW,通过LabVIEW对数据进 行处理，最终显示到显示器上，达到虚拟数字万用表的实际功能。该种方案的 系统框图如图2-1所示：下位机上位机(PC、LabVIEW)数据采集 设备A数据处理选择量程显示数值图2-1方案一的系统框图对于方案一有如下的设计思想，采用下位机进行数据采集，并由下位的机 的自身功能把采集的数据按照一定的方式把模拟量转换为数字量，之后把转换 后的数据量交送给上位机（PC、LabVIEW）o在PC机中建立虚拟VI,并由PC 机把交送的数字量数据转交给LabVIEW进行处理。在LabVIEW中，数据首先 要处理成LabVIEW可以比较和理解的数据类型，之后会进行对相应量程的比较 工作，也就是在前面板选择不同的量程时，程序开通不同的数据通道，经过比 较，判断是否超量程，如果超量程则在显示屏上显示相应的超量程提示；如果 在量程范围内，选择不同的测量精度最终在显示屏上显示测量值。方案中下位机需用具有数据采集功能的数据采集卡进行数据采集，就需要 用到板卡。板卡是一种印制电路板，简称PCB板，制作时带有插芯，可以插入 计算机的主电路板（主板）的插槽中，用来控制硬件的运行，比如显示器、采 集卡等设备，安装驱动程序后，即可实现相应的硬件功能。现在，计算机领域 内，把主板与声卡、显卡等合称板卡。【欢迎阅读】【欢迎阅读】2.1.2 数据采集卡介绍板卡又分为四类，分别为：(1)ISA总线板卡(2)EISA总线板卡(3)PCI总线板卡(4)AGP总线板卡PCI板卡一般用于数据测量和数据采集方面，而PCI8335是一种多功能数 据采集卡，正适合本次设计的需要，所以选用PCI8335作为本次设计的下位机,负责数据采集的部分。PCI8335接口板卡是一种基于32bit PCI总线的多功能数据采集卡，它可以 应用于现场数据采集、控制、小型实验和教学等多种场合。它在硬件安装上也 非常简单，使用时只需将接口卡插入机内任何一个PCI总线插槽，并用螺丝固 定，将信号电缆从机箱外部直接接入。它的详细功能参数如下：32 bit PCI总线,即插即用 输入范围：010V,-5-+5V分辨率：12 bit-32路单端/16路差分模拟量输入12 bit A/D 转换一4 路 12bitD/A 输出2倍、10倍、100倍硬件增益选择一8路TTL开入(其中4路可中断)、8路TTL开出 A/D单通道采样速率100 KHz,N个通道时，每一个通道的采样率为 100/N KHz 3路8 bit计数器输入，可级联为1路24 bit计数器 A/D工作方式为：软件触发、定时启动、FIFO半满中断 8 KB FIFO-自动通道切换和单通道设置 通过率：单通道100 KHz超压范围：-12+12V一输入阻抗：10 MQ A/D触发方式：定时一8通道输入输出【欢迎阅读】【欢迎阅读】一提供DLL作为用户程序的接口（这点很重要，可以和Lab VIEW中的“调 用库函数节点”想配合使用，是其他数据采集卡所不具备的）PCT8335板卡具有强大的数据采集功能，其功能如图2-2所示：图2-2PCI8335板卡功能图方案中上位机当然是使用PC机配合LabVIEW8.5使用，由于需要接收 PCI8335板卡交送的数据，所以LabVIEW程序中要使用“调用库函数节点”，该 函数在LabVIEW中的外形如图2-3所示：路径0人参数2调用库函数节点Call Library Function Node，踣径皿d返回值川51输出参数2输出靛调用 TDL口或共享妄.图2-3调用库函数节点该函数的作用是直接调用一个动态连接库（刖 数据库），通过动态连接库 使传送的数据变成LabVIEW中可以处理的数据类型。上位机中最后通过一个“条件结构”，在“条件结构”中建立若干个分支来进 行比较、量程选择和精度等问题，最终显示到显示屏上。【欢迎阅读】【欢迎阅读】2.2 基于LabVIEW的虚拟数字万用表方案二采用纯LabVIEW编程的形式，设计中不采用下位机和上位机的处理 关系，由程序自身内部给出一个被测量量，通过程序的内部的处理关系对给出 的被测量量进行数据的处理、比较和显示。方案二的软件程序流程图如图2-4所示：开始）图2-4方案二软件流程图对于方案二有如下的设计思想，利用软件程序进行虚拟万用表的实现一定 要想到实际应用中所遇到的问题。首先，在万用表准备测量所给数据的时候，应该先判断电源是否开启，如果电源处于关闭状态，应该提示使用者打开电源。在电源工作正常的情况下，测量一个被测量首先要了解被测量量的类型，根据 类型选择电压、电流或电阻的测量档位，之后估算被测量量的实际大小选择适 合的档位进行测量。然后判断是单次测量还是连续测量，此处模拟实际万用表【欢迎阅读】【欢迎阅读】中对实物的测量，模拟单次接触还是一直接触。最后根据所需不同的精度显示 测量值的大小。2.3 方案分析和选择本次设计提出了两种方案，两种方案各有优缺点，对两种方案的优缺点分 别进行分析，如下：优点：方案一：比较符合实际应用中的数字万用表，设计完成可以对实际被测量 量进行实际的测量；LabVIEW中编程比较简单，没有过多的数据组合和数据处 理的项目。方案二：没有外围硬件，使设计变得更加灵活多样；软件仿真没有其他干 扰，抗干扰性能非常好；测量数据时没有误差和错误的产生。缺点：方案一：数据采集卡价格相对较贵，PCI8335的价格大概在2000元左右，对于一个设计来说过于昂贵；由于PCI8335是一款功能强大的数据采集卡，输 出的数据已经是8位的数字量，所以LabVIEW中程序编程过于简单，没有设计 意义。方案二：软件仿真最大的缺点就是不能对实际数据进行测量，只能在软件 中进行模拟，实际应用性能较差，适合理论研发工作；编程过于复杂，各部分 数据处理比较繁琐，编程相对困难。综合以上两种设计方案的优缺点，最终加以比较得出结论，方案一的价格 是不能接受的，并且方案一中基于LabVIEW的编程过于简单，本次设计的主要 思想是基于LabVIEW的虚拟数字万用表设计，显然不是很符合要求；方案二不 需要任何外围硬件，并且在编写相对复杂的LabVIEW程序时才能得到进步，也 体现出了本次设计中基于LabVIEW的主要思想。所以本次设计的设计方案选用 方案二。本章小结本章主要阐述了设计中的两种设计方案，并分别对两种设计方案进行了说 明，对方案一和方案二的优点、缺点进行了对比。方案一个采用上、下位机的 工作原理.，软件相对简单，不能体现LabVIEW的主要作用，而且硬件比较昂贵；方案二以软件仿真为主，突出体现LabVIEW的作用，比较符合设计要求，所以 最终选择方案二作为本次设计的设计方案。【欢迎阅读】【欢迎阅读】第3章虚拟仪器3.1 虚拟仪器的介绍3.1.1 虚拟仪器的概念虚拟仪器是指通过应用程序将计算机、软件的功能模块和仪器硬件结合起 来，用户可以通过友好的图形界面（通常叫做虚拟前面板，简称前面板）来操 作这台计算机就像在操作自己定义、自己设计的一台个人仪器一样，从而完成 对被测信号的采集、分析、判断、显示、数字存储等。虚拟仪器以透明的方 式，通过软件对数据的分析处理、表达以及图形化用户接口，把计算机资源（如微处理器、显示器等）和仪器硬件（如A/D、D/A、数字I/O、定时器、信 号调理等）的测试能力和控制能力结合起来。虚拟一起突破了传统仪器以硬件 为主体的模式，实际上使用者是在操作具有测试软件的电子计算机进行测量，犹如操作一台虚设的电子仪器。虚拟仪器技术的实质是充分利用最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器 的功能。软件是虚拟仪器的关键，当基本硬件确定以后，就可以通过不同的软 件实现不同的功能。用户可以根据自己的需要，设计自己的仪器系统，满足多 种多样的应用要求。利用计算机丰富的软、硬件资源，可以大大突破传统仪器 的数据的分析、处理、表达、传递、存储等方面的限制，达到传统仪器无法比 拟的效果。它不仅可以用于电子测量、测试、分析、计量等领域，而且还可以用于进 行设备的监控以及工业过程自动化。虚拟仪器还可以广泛用于电力工程、物矿 勘探、医疗、振动分析、声学分析、故障诊断及教学科研等多个方面。3.1.2 虚拟仪器的构成虚拟仪器从构成要素上讲，由计算机、应用软件和仪器硬件等构成；从构 成分式上讲则由以DAQ板和信号调理为仪器硬件而组成的PC-DAQ测试系 统，或已GPIB,VXL Serial和Field bus等标准总线仪器为硬件组成的GPIB 系统、VXI系统、串口系统和现场总线系统等多种形式。虚拟仪器的构成如图 3-1所示：【欢迎阅读】【欢迎阅读】因特网图3-1虚拟仪器的结构目前，虚拟仪器的构成方式有以下几种：(1)PC-DAQ插卡式(2)并行口式(3)GPIB总线方式(4)VXI总线方式(5)PXI总线形式(6)网络接口方式(7)USB接口方式无论哪种VI系统，都是将仪器硬件搭载到笔记本电脑，台式微机和工作 站等各种计算机平台加上应用软件而构成的。【欢迎阅读】【欢迎阅读】3.2虚拟仪器的特点及优势3.2.1虚拟仪器技术的三大组成部分1.高效的软件软件是虚拟仪器技术中最重要的部份。使用正确的软件工具并通过调用特 定的程序模块，工程师和科学家们可以高效地创建自己的应用以及友好的人机 交互界面。NI公司提供的行业标准的图形化编程软件LabVIEW,不仅能 轻松方便地完成与各种软硬件的连接，更能提供强大的数据处理能力，并将分 析结果有效地显示给用户。此外，NI还提供了许多其它交互式的测量工具和系 统管理软件工具，例如连接设计与测试的交互式软件SignalExpress、基于 ANSI-C 语言的 LabWindows/CVI 支持微软 Visual Studio 的 Measurement Studio 等等，这些软件均可满足客户对高性能应用的需求。2.模块化的I/O硬件面对如今日益复杂的测试测量应用，NI提供了全方位的软硬件解决方案。无论您是使用PCI,PXI,PCMCIA,USB或者是IEEE 1394总线，NI都能提供相 应的模块化硬件产品，产品种类从数据采集及信号调理、模块化仪器、机器视 觉、运动控制、仪器控制、分布式I/O到CAN接口等工业通讯，应有尽有。NI 高性能的硬件产品结合灵活的开发软件，可以为负责测试和设计工作的工程师 们创建完全自定义的测量系统，满足各种灵活独特的应用需求。3.用于集成的软硬件平台PXI作为一种专为工业数据采集与自动化应用度身定制的模块化仪器平 台，内建有高端的定时和触发总线，再配以各类模块化的I/O硬件和相应的测 试测量开发软件，您就可以建立完全自定义的测试测量解决方案。无论是面对 简单的数据采集应用，还是高端的混合信号同步采集，借助PXI高性能的硬件 平台，您都能应付自如。这就是虚拟仪器技术带给您的无可比拟的优势。3.2.2虚拟仪器技术的四大优势1.性能高虚拟仪器技术是在PC技术的基础上发展起来的，所以完全“继承”了以现 成即用的PC技术为主导的最新商业技术的优点，包括功能超卓的处理器和文 件I/O,使您在数据高速导入磁盘的同时就能实时地进行复杂的分析。此外，当前正蓬勃发展的一些新兴技术（如多核、PCI Express等）也成为推动虚拟仪【欢迎阅读】【欢迎阅读】器技术发展的新动力，使其展现出更强大的优势。2.扩展性强NI的软硬件工具使得工程师和科学家们不再圈囿于固有的、封闭的技术之 中。得益于NI软件的灵活性，只需更新您的计算机或测量硬件，就能以最少 的硬件投资和极少、甚至无需软件上的升级即可改进您的整个现有系统。在利 用最新科技的时候，您可以把它们集成到现有的测量设备，最终以较少的成本 加速产品上市的时间。3.开发时间少在驱动和应用两个层面上，NI高效的软件构架能与计算机、仪器仪表和通 讯方面的最新技术结合在一起。NI设计这一软件构架的初衷就是为了方便用户 操作的同时，还提供了高灵活性和强大的功能，使您轻松地配置、创建、发 布、维护和修改高性能、低成本的测量和控制解决方案。4.出色的集成虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念。随着产品在功能上不 断地趋于复杂，工程师们通常需要集成多个测量设备来满足完整的测试需求，而连接和集成这些不同设备总是要耗费大量的时间。NI的虚拟仪器软件平台为 所有的I/O设备提供了标准的接口，帮助用户轻松地将多个测量设备集成到一 个系统之中，减少了任务的复杂性。图3-2展示了虚拟仪器的高集成性：【欢迎阅读】【欢迎阅读】3.3 图形化虚拟仪器开发平台(LabVIEW)LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器(NI)公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别 是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的 是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式与C和BASIC一样，LabVIEW也是通用的编程系统，有一个完成任何编 程任务的庞大函数库。LabVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储，等等。LabVIEW也有传统的程序调试工 具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序(子VI)的结果、单步执行 等等，便于程序的调试。LabVIEW(Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench)是种图 形化的编程语言的开发环境，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接 受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW集成了与满足 GPIB、VXL RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它 还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。这是一个功能强大 且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得 编程及使用过程都生动有趣。利用LabVIEW,可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的32位编 译器。像许多重要的软件一样，LabVIEW提供了 Windows UNIX、Linux、Macintosh的多种版本。它主要的方便就是，一个硬件的情况下，可以通过改变软件，就可以实现 不同的仪器仪表的功能，非常方便，是相当于软件即硬件。现在的图形化主要 是上层的系统，国内现在已经开发出图形化的单片机编程系统(支持32位的嵌 入式系统，并且可以扩展的)，不断完善中(大家可以搜索CPUVIEW会有更详 细信息)。3.4 基于LabVIEW平台的虚拟仪器程序设计所有的LabVIEW应用程序，即虚拟仪器(VI),它包括前面板(Front Panel)程序框图(Block Diagram)以及图标/连结器(Icon/Connector)三部分。1.前面板前面板是图形用户界面，也就是VI的虚拟仪器面板，这一界面上有用户 输入和显示输出两类对象，具体表现有开关、旋钮、图形以及其他控制和显示【欢迎阅读】【欢迎阅读】对象。使用者可是很直观的看到程序运行之后所产生的现象，但并不是画出两 个控件后程序就可以运行，在前面板后还有一个与之对应的流程图。2.程序框图程序框图也叫后面板，提供VI的图形化源程序。在后面板中对VI进行编 程，以控制和操纵定义在前面板上的输入控件和输出控件的功能。程序框图中 包括前面板上的控件连线端子，还有一些前面板上没有，但编程必须有的东 西，例如函数、结构和连线等。如果将VI与传统仪器相比较，那么前面板上的控件对应的就是传统仪器 上的按钮、显示屏等控件，而程序框图上的连线端子相当于传统仪器箱内的硬 件电路。在许多情况下，使用VI可以仿真传统仪器，不仅在屏幕上出现一个 惟妙惟肖的标准仪器面板，而且其功能也与传统标准仪器相差无几。这种设计 思想的优点体现在两方面：（1）类似流程图的设计思想，使编写、修改都变得简单，很容易被工程人 员接受和掌握，即使是没有特殊学习过的使用者也可以通过自己的短时间学习 读懂程序。（2）设计的思路和运行过程清晰而且直观。如通过使用数据探针、高亮执 行调试等多种方法，程序以较慢的速度运行，使没有执行的代码显示灰色，执 行后的代码会高亮显示，同时在线显示数据流线上的数据值，完全跟踪数据流 的运行。这为程序的调试和参数的设定带来诸多的方便。3.图标/连接设计这部分的设计突出体现了虚拟仪器模块化程序设计的思想。在设计大型自 动检测系统时一步完成一个复杂系统的设计是相当有难度的。而在LabVIEW 中提供的图标/连接工具正是为实现模块化设计而准备的。设计者可把一个复 杂自动检测系统分为多个子系统，也就是子VI,每一个都可完成一定的功能，在使用不同功能时调用不同的子VI就可完成操作。这样设计有如下儿方面优点：（1）把一个复杂自动检测系统分为多个子系统，程序设计思路清晰，给设 计者调试程序带来了诸多的方便。同时也对于将来系统的维护提供了便利。（2）一个复杂自动检测系统分为多个子系统，每一个子系统都是一个完整 的功能模块，这样把测试功能细节化，便于实现软件复用，大大节省软件研发 周期，提高系统设计的可靠性。（3）便于实现“测试集成”和虚拟仪器库的思想。同时为实现虚拟仪器设计 的灵活性提供了前提。【欢迎阅读】【欢迎阅读】本章小结本章详细介绍了虚拟仪器的相关历史和发展现状，为什么能受广大使用者 所爱戴，阐述了虚拟仪器的概念、虚拟仪器的结构组成和虚拟仪器的主要特点。又介绍了虚拟仪器的图形化开发平台(LabVIEW),介绍了 LabVIEW的主要功 能和软件特点，之后熟练掌握LabVIEW的使用才能更好的学好虚拟仪器的相关 知识。【欢迎阅读】【欢迎阅读】第4章系统软件的设计与实现4.1 系统的开发工具LabVIEW先如今有两个版本比较手广大使用者所青睐，分别为 LabVIEW8.5和LabVIEW8.6,LabVIEW8.6是最新个版本，软件内空间和函数 加以优化，而且添加了很多功能，但平时的生活和实验中使用的LabVIEW8.5 的版本，LabVIEW8.6生成的文件在LabVIEW8.5中是打不开的，LabVIEW8.6 却能打开LabVIEW8.5所生成的文件，所以为了平时使用和交流的方便，本次 设计使用的开发工具是LabVIEW8.5o4.2 万用表界面的设计4.2.1 开关按钮的设计任何一个电子仪器都要有一个开关来控制这个电子仪器的工作和停止状 态，这有如下好处：（1）可以提示使用者仪器是否在正常运行（2）不使用的时候可以关闭电源，节约能源（3）不使用的时候可以关闭电源，增加仪器的使用寿命 所以添加一个开关对于一个电子仪器是非常重要的。在前面板放置一个“开关按钮”，可以通过“控件”-“新式”-“布尔”-“开关按 钮”来放置，修改其名称为“电源开关添加的开关按钮外形不够鲜明，可以在开关上通过“右键“高级“自定 义”对其外形进行修饰，使之更简明、易懂。一个布尔变量的开关动作有很多种,我们需要的开关按钮的机械动作为“单击时转换”，通过“右键“机械动作“单击时转换来设置，按下为“开设置完的开关按钮如图4-1、图4-2所示:图4-1电源开关图4-2电源开关按下状态【欢迎阅读】【欢迎阅读】4.2.2 档位选择的设计本次设计中包含了对7种模拟量的测量，在设计档位选择是也设计了 7个 测量档位，分别为“直流电压”、“交流电压”、“直流电流”、“交流电流”、“电阻”、“电容”和“电感”。在前面版放置一个“确定按钮”，可以通过“控件“新式“布尔”-“确定按 钮”来放置，修改其名称为“DC V”，代表直流电压档位.，机械动作为“释放时触 发”。依次再放置6个“确定按钮”，进行相应的操作，分别修改其名称为“AC V”、“DCA”、“ACA”、“Q”、“电容F”和“电感L”。7个测量档位设计完成，如图4-3 所示：EEI 3 B EH Q H S图4-3档位选择按钮4.2.3 量程选择的设计数字万用表在选择测量档位以后还要对量程进行选择，不同的测量值在生 活中常见的单位等级也不相同，比如同样是交流电，居民使用的交流电压为 22V,工业中使用的交流电压为380V,而对于交流电流来说，10A已经是在生 活中所能接触到的相当大的电流对了，所以在设计量程时既要考虑尽量减少按 键的使用，也要考虑到不同测量值在生活中常见的单位等级，把常用的单位等 级结合起来。7个模拟量在生活中的常用单位如表4-1所示：表4-1生活中常用单位小单位中单位大单位直流电压mVVKV交流电压mVVKV直流电流uAmAA交流电流uAmAA电阻CKQMQ电容pFnFuF电感uHmHH【欢迎阅读】【欢迎阅读】量程的选择也通过“确定按钮”来实现，通过“控件”-“新式”-“布尔”-“确定 按钮”来放置，修改其名称为“mV/uA/Q/pF/uH”,代表小单位量程,机械动作为“释 放时触发依次再放置3个“确定按钮”，进行相应的操作，分别修改其名称为“V/mA/KQ/nF/mH、“KV/A/MQ/uF/H”和“自动 AUTO”。4 个量程选择按钮设 计完成，如图4-4所小：mV/uA Q/pF/uHV/mA Kfi/nF/mHKV/A Mfi/uF/H自动 AUTO图4-4量程选择按钮4.2.4 显示屏的设计数字万用表最终测量的数据需要一个显示屏对被测量数据进行显示，没有 显示屏使用者就无法了解被测量量的具体大小是多少，万用表也就没有起根本 意义。显示屏是电子仪器把信息传递给使用者的重要途径，是重要的人机通信 结构。在虚拟仪器LabVIEW中，由于被测量量最终被转换为数字量，而且是字符 加数字类型的数字量，所以可以用“字符串显示控件来作为虚拟数字万用表的 显示屏。通过，控件，新式，字符串与路径，二，字符串显示控件”来放置。放置两个“字符串显示控件”，一个用来显示一些基本文字信息和实时时间，另一个用来 显示被测量量的类型和数值。调整两个“字符串显示控件”为合适的大小，效果如图4-5所示：华鲜院2011年电3系毕业呦 LabVIEWB历用表 2叫/11/28正19”图4-5显示屏的设计【欢迎阅读】【欢迎阅读】4.2.5 数据保存功能的设计在实际生活中，我们经常会遇到一种情况，就是我们要对一系列被测量量 进行测量，而手头却没有记录工具，这使得我们非常头疼，为了解决这种困扰 本设计中设计了数据保存的功能，搦有了此功能以后的数字万用表可以对测量 数据进行保存，在需要的时候可以查看所保存的数据，操作简单.本次设计中添加两个按钮，分别为“数据保存”和“数据回放”，可以通过“控 件”-，新式”-“布尔”-“确定按钮”来放置，分别修改其名称为“数据保存”和“数据 回放“，机械动作均为为“释放时触发数据保存功能可以对测量的数据进行保存，当显示屏显示被测量量的数值 以后，单机“数据保存”按钮，系统就会保存当前值，最多可以保存10个数据，当所保存数据超过10个以后将自动覆盖之前的数据；单机“数据回放按钮可以 查看之前所保存的数据，程序会跳出一个对话框显示最新保存的10个数据，断 电后不丢失。数据保存功能设计的按钮如图4-6所示：数据保存 资据回放图4-6数据保存功能设计4.3 其他功能的设计4.3.1 软件的模拟值LabVIEW软件仿真就要由软件内部给予被测量量的模拟值，所以要对模拟 值进行设计，设计中被测量的模拟值使用规定范围的随机数，由程序给出一个 规定范围大小的随机数，再由程序对齐进行测量，并显示到显示屏上。设计中设置5个范围值以供不同量程的测量需要，5个模拟值范围分别为1(kV/A/MQ/uF/H)随便什么值【欢迎阅读】【欢迎阅读】“模拟范围值”是一个“菜单下拉列表”控件，可以通过“控件”-“新式”-“下拉 列表与枚举”-“菜单下拉列表”来放置，放置完之后修改其名称为“模拟范围值”。在该控件上“右键”-“属性”-“编辑项”，可以对下拉选项进行插入和删除。如图 4-7所示：图4-7菜单下拉列表属性最终设计的软件的模拟值按钮如图4-8所示:【欢迎阅读】【欢迎阅读】模拟围G 1(kv/A/MQ/uF/H)随便什么值图4-8软件的模拟值4.3.2 运行模式的设计实际工作中有时候需要对一个连续的变量进行测量，观察其数值的变化趋 势。比如修理家用电器时经常要测量供电电压是否稳定，此时就需要连续的测 量一组电压值，观察这一组电压值是否有波动，才能判断供电电压是否稳定；还有比如测量一个精密元器件的参数时，经常要测量一些列的数据，最后相加 求平均数，这时候连续测量功能就能发挥其功能，为使用者节省时间。本设计中运行模式分为两种类型，分别为“单次测量”和“连续测量”，以满 足使用者的不同需要。“运行模式”也是一个“菜单下拉列表”控件，可以通过“控 件”-“新式”-“下拉列表与枚举”-“菜单下拉列表”来放置，放置完之后修改其名 称为“模拟范围值”。在该控件上“右键”-“属性”-“编辑项”，添加这两种模式对 应的数据。如图4-9所示：运行模式J点次测量连续测量图4-9运行模式的设计4.3.3 测量精度和连续测量周期的设计万用表的测量精度是一个很重要的问题，一个可以设置精度的数字万用表 可以更方便的为使用者所服务，根据需要测量的精度，在选择精度处填写有效 位数可以节省很大一部分的计算时间，加快工作效率。测量周期作为连续测量中的一个重要的指标是不可缺少的，对于不同的实 际应用情况应该采用不同的测量周期对其进行测量，设计中添加了测量周期的【欢迎阅读】【欢迎阅读】设计，使设计更加人性化，也更符合实际使用要求。测量精度和测量周期都是通过“数值输入控件”来实现，可以通过“控 件”-“新式”-“数值”-“数值输入控件”来放置，分别命名为“测量精度和“连续测 量周期（毫秒）如图4-10所示：测量精度 隹续测量周期（毫秒）图4-10测量精度和连续测量周期本章小结本章首先介绍了本次设计所选用的开发平台为LabVIEW8.5,以及选择的原 因；之后分别从开关、档位、量程、显示屏、数据保存和其他设计六个方便阐 述了虚拟数字万用表界面的设计，详细介绍了各部分的作用、所使用的控件和 编程方法。至此为止虚拟数字万用表的前面板设计工作已经完成，没有工作会 在之后进行。【欢迎阅读】【欢迎阅读】第5章编程与美化5.1 主要程序的编程在LabVIEW中只完成了前面的设计是不能满足应用要求的，前面板的设计 只是使用者所见到的人机交流界面，如果不对其各控件进