基于LabVIEW的虚拟万用表设计

1、【测控技术与仪器专业毕业设计+文献综述+开题报告】基于LabVIEW的虚拟万用表设计 （20_ _届）本科毕业设计基于LabVIEW的虚拟万用表设计摘 要随着虚拟仪器技术的广泛应用与计算机软硬件的迅速升级发展，测量仪器日益向多功能、高精度、集成化的方向发展。数字万用表作为一种常用的测试工具，具有准确度与分辨力高、过载能力强、抗干扰性能好、体积小、重量轻等优点。但是，由于数字万用表是通过断续的方式进行测量与显示的，因此不便于观察被测量的连续变化过程及其变化趋势，测量数据也无法保存与导出，使用具有一定的局限性。本设计利用虚拟仪器技术、以美国NI公司的LabVIEW为软件开发平台，设计一款“虚拟数字

2、万用表”，既可以实现“真实”数字万用表中的交直流电压与电流测量、电阻测量、二极管检测的功能，又具有编程灵活、使用方便、成本低廉的优点。实验证明，本设计使用简便、灵活，人机界面友好，实现了所要求的检测功能。关键词：虚拟仪器，LabVIEW，虚拟万用表Design of a Virtual Multimeter Based on LabVIEWAbstractAlong with the wide application of virtual instrument technologies and quick development of computer software and hardwar

3、e, measuring instruments are developing in a trend with more functions, higher precision and integration degree.Digital multimeter is a kind of common testing tools, which has advantages such as high accuracy and resolution, big overload capacity, good anti-interference performance, small volume and

4、 light weight. However, because digital multimeter works in a discontinuous way, it is not so convenient to observe a continuous measurand and its changing trend. Also, it is impossible to save and export the measuring result. There are some limitations in the application of digital multimeter.This

5、design, a virtual digital multimeter, utilizes LabVIEW software as the development platform. The virtual digital multimeter has the almost same functions with the real one, such as DC/AC voltage and current measurement, resistance measurement and diode judgment. At the same time, the virtual one has

6、 its own advantages such as programming flexibility, easy to use and low cost. Experiment results show that this design is simple, flexible and with friendly man-machine interface, all the required functions are realized.Keywords: Virtual Instrument, LabVIEW, Virtual Multimeter目录摘 要IIIAbstractIV1 绪论

7、11.1 课题的来源11.2 课题的意义11.3 虚拟仪器国内外发展现状及其发展方向21.3.1 国外的研究现状21.3.2 国内的研究现状21.3.3 虚拟仪器的发展方向31.4 课题研究的主要内容32 虚拟万用表的软、硬件介绍42.1 软件介绍42.1.1 概述42.1.2 LabVIEW的优势42.1.3 LabVIEW的构成52.1.4 LabVIEW的设计方法72.2 硬件介绍83 虚拟万用表的设计103.1 虚拟万用表的功能要求103.2 虚拟万用表的软件设计103.2.1 采集设置113.2.2 前面板设计143.2.3 程序框图163.2.4 整体程序203.2.5 前面板装饰

8、213.3 虚拟万用表的硬件连接223.3.1 NI ELVIS II+与PC连接223.3.2 NI ELVIS II+电路连接234 虚拟万用表的运行及其结果25.二极管测量25.2 交直流电流测量26.3 电阻测量27.4 交直流电压测量27结 论29参考文献30致 谢31附 录32附录图1 前面板32附录图2 整体程序框图33附录图3 电源程序框图33附录图4 二极管程序框图33附录图5 交流电流程序框图34附录图6 直流电流程序框图34附录图7 电阻程序框图35附录图8 直流电压程序框图36附录图9 交流电压程序框图36附录图10 显示屏程序框图371 绪论1.1 课题的来源实验操作

9、在整个学习过程中有着不可或缺的重要地位。它能提高学生的动手能力，也能培养学生的创造能力和综合素质。此外，许多学科都以实验为基础，一旦缺少了实验，所谓的教学和科研都将失去其意义。学生只有通过足够的实验才能更加深入地理解和掌握所学的理论知识和应用技术，也只有通过实验，才能将理论更好地与实践结合起来。数字万用表因其具有准确度与分辨力较高、过载能力强、抗干扰性能好、功能多、体积小、重量轻、还能从根本上消除读取数据时的视差等优点而被广泛使用。但是，由于数字万用表是通过断续的方式进行测量显示的，因此不便于观察被测电量的连续变化过程及其变化的趋势。此外，伴随着技术的发展、仪器设备的老化，实验设备也必须进行相

10、应的更新；否则，仪器设备的准确度、分辨力等各项指标都趋于不精确，对实验的结果有着巨大的影响，甚至与原来的已知结果背道而驰，从而对调动学生的学习积极性、培养创新精神、加强实践动手能力都十分不利。而实验设备更新所需要的资金，比如一台美国福禄克F1508数字万用表报价2600元，一台Agilent34410A报价近万元，对于各高等院校来说，也是一笔不小的负担。为解决这一矛盾，以较少的资金获得不断更高的性能，引入“虚拟仪器”这一概念是十分必要的。本设计基于LabVIEW实现数字万用表的常用功能，包括交直流电压、电流测量，电阻测量和二极管特性测量。1.2 课题的意义虚拟仪器技术是一门较为新颖的技术，其思

11、想是尽可能的利用价格较为低廉的通用I/O模块来获取信号，而较为复杂的信号处理和分析任务则依靠PC来加以实现。这样，当仪器升级换代时，仅需更新其通用I/O部分，而软件升级基本无需太多的费用，仪器整体升级换代的价格得以大幅压缩。同时，功能强大的PC在保证仪器功能实现的同时，还具有比传统仪器更加人性化的人-机界面和更加强大的数据储存和处理能力1。因此，与传统仪器相比，虚拟仪器具有以下优点2： 1 虚拟仪器具有友好、灵活的人机界面，传统仪器的界面较呆板。 2 虚拟仪器的功能是由用户根据实际需要通过软件来定义的，而不是事先有仪器厂商定义的。 3 虚拟仪器的性价比较高。 4 虚拟仪器的软件和硬件具有开放性

12、、模块化、互换性以及可重复使用等特点。例如，为了提高仪器的性能，可加入一个通用的仪器模块，或者更换一个仪器模块，而不必重新购买整个仪器。 5 由于虚拟仪器技术是建立在计算机技术和数据采集技术基础上的，因而技术更新较快、成本较低、测试自动化程度较高，而且可与网络及其他设备互联。 6 在通用硬件平台搭建后，由软件来实现仪器的具体功能，即软件在虚拟仪器中具有重要的作用。 7 虚拟仪器研制的周期较传统仪器大为缩短。由此可看出，虚拟仪器是当代电子测量仪器的发展趋势之一。本设计为“虚拟万用表”，综合利用了虚拟仪器技术、计算机软件技术和数字集成电路技术，具有较高的技术含量和实用性。 1.3 虚拟仪器国内外发

13、展现状及其发展方向1.3.1 国外的研究现状在国外，美国NI公司研制的LabVIEW是至今最早也是最具影响力的图形化开发平台，即使现在世界各国的许多大型自动检测和仪器的公司也相继研制出各种不同的虚拟仪器开发平台，也无法超越NI公司提出的虚拟仪器技术在自动检测领域的地位。因此，美国既是虚拟仪器的诞生地，也是目前最大的虚拟仪器制造国2。例如，在美国Lawrence Livermore国家实验室，一个花费2000万美金的极为复杂的飞秒激光切割系统就是基于LabVIEW开发的。而且，虚拟仪器系统及其图形编程语言已经成为美国各大理工科学生的一门必修课4。1.3.2 国内的研究现状国内虚拟仪器最早的研究是

14、从引进消化NI的产品开始的。国家自然科学基金委员会也曾将虚拟仪器研究作为现代机械工程科学前沿学科之一，列入过“十五”期间优先资助领域。目前有些研究已取得可喜成绩，如由重庆大学测试中心秦树人教授研发的VMIDS Virtual Measurement Instrument Development System 系统。从底层技术进行开发，与LabVIEW编程系统是两种不同的技术路线，不仅拥有完全自主的知识产权，而且用户即使不会任何编程，也可从VMIDS系统的功能软件库里挑选出各种功能部件和功能按钮组装出自己需要的虚拟仪器。目前，该系统已在工业、科研、教学等行业近百家单位推广应用，创直接与间接经济效

15、益近7000万元。这项成果表明我国在虚拟式仪器方面走出了一条与欧美技术线路完全不同的自主创新路子，并成为国际上虚拟仪器研发的先行者5。在我国有许多高校，如复旦大学、清华大学、国防科技大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学等数十所高校已展开了虚拟仪器技术领域的研究、开发和教学工作6。虽然远不及国外那么高的普及，但通过2006年NI公司的中国高校推广计划的实施，标志着虚拟仪器技术在我国也进入了一个全新的快速发展时期。1.3.3 虚拟仪器的发展方向随着计算机技术、仪器技术和网络通信技术的不断完善，虚拟仪器将向以下三个方向发展7：1、外挂式虚拟仪器PC-DAQ系统是最基本的虚拟仪器硬件系统,性价比比较高，

16、但是受PC机箱和总线的限制，电源功率有可能不足，机箱内部的噪声电平较高，插槽数目有限、尺寸较小，机箱内无屏蔽等缺点对使用来说存在隐患，因此，今后虚拟仪器测试系统的主流将是以USB接口方式的外挂式虚拟仪器系统。2、PXI型虚拟仪器PXI总线在PCI总线内核技术的基础上增加了成熟的技术规范和要求，具有良好的兼容性、高度的可扩展性（有8个扩展槽，一般的台式PCI只有34个扩展槽）、极高的传输速率（传输速率可达到132Mb/s）,以及比VXI更高的性价比, 因此,基于PXI总线的虚拟仪器硬件将会被广泛的应用。 3、网络化虚拟仪器和以PC为核心的虚拟仪器相比，网络化虚拟仪器将把单台虚拟仪器实现的三大功能

17、（数据采集、数据分析及图形化显示）分开处理，分别使用独立的基本硬件模块实现传统仪器的三大功能，以网线相连接，实现信息资源的共享8。而NI等公司已开发的通过Web浏览器观测嵌入式仪器设备的产品,使人们可以通过Internet操作仪器设备，将分散在不同地理位置不同功能的测试设备联系在一起,完成测试任务。由此可见,网络化虚拟仪器将具有广泛的应用前景。1.4 课题研究的主要内容本设计利用虚拟仪器技术、以美国NI公司的LabVIEW为软件开发平台，设计出一款“虚拟数字万用表”，既可以实现“真实”数字万用表中的交直流电压与电流测量、电阻测量、二极管检测的功能，又具有编程灵活、使用方便、成本低廉的优点。2

18、虚拟万用表的软、硬件介绍2.1 软件介绍虚拟仪器系统中，常用的仪器用开发软件有LabVIEW、LabWindows/CVI、VEE等等，其中以LabVIEW应用最为广泛。2.1.1 概述LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench,实验室虚拟仪器工程平台）是由美国NI公司研制开发的，类似于C和BASIC的一种程序开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：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，而其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码9。LabVIEW把复杂、繁琐的语言

19、编程简化为用菜单或图标提示的方法进行图形功能的选择，然后用线条把功能图连接起来即可完成编程工作。用户利用LabVIEW编程则像在“绘制”程序流程图，非常方便。2.1.2 LabVIEW的优势LabVIEW的具体优势主要表现在以下几个方面10： 1 丰富的图形控件和图形化的编程方法，设计师不需要写任何文本格式的代码就能轻松搞定编程。 2 600多个分析函数使数据分析和信号处理更加方便。 3 内建的编译器使用户在编译程序的过程中一旦有语法错误，就会被立即显示出来。 4 提供了大量与外部代码或软件进行的机制，可以轻松实现LabVIEW与其他编程语言混合编程。例如DLL、CIN节点、ActiveX、.

20、NET或MATLAB脚本节点等技术。 5 由于采用图形化的编程方式，它实现了自动的多线路，从而能充分利用处理器尤其是多处理器的处理能力。 6 提供了大量的驱动与专用工具便于和任何接口的硬件轻松链接。 7 通过应用程序生成器可以轻松地发布EXE、动态链接或安装包。 8 NI提供的丰富的附加模块可以用于扩展在不同领域中的应用，例如数据记录与监控 DSC 模块、实时模块、FPGA模块、PDA模块、机器视觉模块与触摸屏模块等。 而使用LabVIEW开发应用系统的速度比使用其他编程语言快410倍，也是本次设计选择其作为开发测试和测量的应用软件的一大决定性因素。其速度如此之快的原因主要是LabVIEW易用

21、易学，它提供的工具使创建测试和测量应用变得更为轻松。2.1.3 LabVIEW的构成 1 前面板介绍前面板由输入控件和显示控件组成。它是一个前面板是图形用户界面，相当于标准仪器的面板。而输入控件模拟仪器的输入装置，为VI的程序框图提供数据11。显示控件则模拟仪器的输出装置，用以显示程序框图获取或生成的数据。其开发窗口如图2-1所示。图2-1前面板的开发窗口 2 程序框图介绍程序框图是实现VI逻辑功能的图形化源代码，12。其外观如图2-6所示。图2-6 NI ELVIS II+外观NI ELVIS II+的规格参数如下13：1. 模拟输入通道数： 8 通道差分或16 通道单端ADC 分辨率：16

22、 位最大采样速率：1.25 MS/s单通道输入范围：±10，±5，±2，±1，±0.5，±0.2和±0.1 V用于模拟输入的最大工作电压（信号共模）： ± 11 V 对 AIGND2. 任意波形发生器/模拟输出通道数：2数模转换器分辨率：16位最大更新速率：1 通道：2.8 MS/s2 通道：2.0 MS/s定时分辨率：50 ns输出范围 ：± 10 V，± 5 V电压转换速率：20 V/sNI ELVIS II+上带一块面包板，可以用于建立电子电路，并提供应用程序与信号间的必要连接。实验板如图

23、2-7所示。图2-7 NI ELVIS面板3 虚拟万用表的设计将数据采集卡和LabVIEW软件相结合是设计万用表的主要思路。首先利用数据采集卡NI ELVIS II+，结合DAQ助手，获取实际测量信号，利用LabVIEW前面板做一个显示界面，将获取的信号显示出来。3.1 虚拟万用表的功能要求 1 具有电源开关：电源打开时，万用表工作；电源关闭时，万用表不工作14。 2 具有数值显示屏：显示数字电压表测量的数据。 3 具有直流电压、交流电压、直流电流、交流电流、电阻和二极管测试的基本功能。 4 具有档位选择旋钮：二极管档、交直流电流档、电阻档、交直流电压档。 5 具有提示功能：电源开关关闭时，提

24、示电源关；数值超出档位值时，给出超出量程提示。 6 具备良好的人机对话能力，能够显示出仪器的运行状况、工作状态等信息。3.2 虚拟万用表的软件设计考虑到虚拟万用表系统的复杂性，同时为了适应今后的功能及结构上的扩展，通过采用流程图设计，可以将虚拟万用表系统分解为多个层次的模块进行设计，以降低系统设计的复杂度。虚拟万用表系统的流程如图3-1所示。图3-1程序流程图3.2.1 采集设置（1）利用DAQ助手采集数据1516。在程序框图中通过“测量I/O”|“DAQmx-数据采集”|“DAQ助手”添加一个DAQ助手，以建立模拟输入通道。选择采集信号：模拟输入 电压作为测量参数。选择Devl ai0作为物

25、理通道。具体通道设置如图3-2所示。其DAQ助手的设置如图3-3所示。图3-2 模拟输入通道设置图3-3 DAQ助手设置（2）在测量交流时，还应再建立一个模拟输出通道。选择生成信号：模拟输出 电压；选择Dev1 ao0作为物理通道，具体设置如图3-4所示。如图3-5设置模拟输出的生成模式。为了达到交流效果，还应添加一个正弦的仿真信号。LabVIEW的仿真信号控件如图3-6所示，具体设置如图3-7所示。图3-4 模拟输出通道设置图3-5 模拟输出的生成模式设置图3-6 仿真信号控件图3-7 仿真信号设置3.2.2 前面板设计虚拟万用表的旋钮，是以现实中的万用表为模型，相对地进行修改后得到的。下面

26、将分步进行介绍。（1）通过“控件”|“新式”|“数值”|“转盘”命令，在前面板上放置一个转盘控件。对其选中后，通过边角处拖动，放大控件。在右键菜单中选择“文本标签”命令，然后进行属性设置，其界面如图3-8所示。把数据类型设置为“长整型”。在“文本标签”选项卡下，双击“文本标签”栏的选项，写入旋钮对应的名称，再单击“插入”按钮，重复多次，写入每一个项的名称。这些名称的先后顺序不能乱。旋钮标签设置完以后前面板界面如图3-9所示。图3-8 旋钮标签设置图3-9 旋钮界面（2）在前面板放一个字符串，用于显示测量结果。结果只是一个数值，本可以用数值控件来加以显示。但是为了在更加直观、完美地显示数值的同时

27、，还能显示测量种类和单位等信息，因此选择了字符串控件。前面板界面如图3-10所示。图3-10 结果显示屏（3）放置一个数值输入控件，用于控制测量精度。同时放置一个工作指示灯，用于指示仪器工作状态。最后还要放置一个布尔控件，用于作为电源开关。3.2.3 程序框图在程序面板中，先要放置一个条件结构，用于指示万用表对旋钮不同刻度执行不同动作。条件结构通过“函数”|“编程”|“结构”|“条件结构”命令调用。在条件结构上，右键单击下拉框，选择“在后面添加分支”命令，添加条件分支，如图3-11所示。图3-11 添加分支（1）在条件结构中添加到11个分支，这样每一个分支都对应一个条件结构，执行不同的动作，并

28、把旋钮和条件结构的“分支选择器”连接起来。010分支与旋钮的文本标签值是对应的，如图3-12所示。图3-12 条件结构设置（2）对每一个分支进行设置。因为不同的分支执行不同动作，所以每一个分支的程序要根据情况来写。分支0用于检测二极管。当所测得的电阻值低于1000欧姆时，我们可以认为系统中电路接通，此时二极管红表笔接正极，显示屏显示“此时红表笔为接二极管正极”。若测得的电阻值大于1000欧姆，则认为电路短路，此时二极管反接，显示屏显示"此时红表笔接为二极管负极"。程序框图如图3-13所示。图3-13 二极管检测程序分支1到2用于交流电流的检测，区别只是在于其量程不同。测量中

29、先对所测得的电流值的大小进行检测，判断测量值是否超过量程。若没有超过量程，就读取测量精度，对测量值进行相应精度的转换。然后将测量值转换为字符串，通过一个字符串连接控件，并添加上单位，再送到文本框显示。若超过量程，则在文本框中显示"超出测量范围，请选择高档位"，提示用户换用高档位。为了模拟交流电流，程序中用DAQ助手输出了一个仿真的交流电流输入。程序框图如图3-14所示。图3-14 交流电流测量程序分支3到4用于测量直流电流，它的测量原理与交流电流检测原理相同。首先判断测量值的大小，再进行相应精度的字符串转换显示。实验时，因为可以直接使用NI ELVIS II+的5V/15V

30、直流电进行测试，所以此处没有使用DAQ助手来产生直流输入。整个程序框图如图3-15所示。图3-15 直流电流测量程序分支5到6用于电阻测量。这个测量范围很广泛，不过也是一个数值量的比较。在测量范围内，万用表才会测量，如果超过范围，则显示“超出测量范围，请选择高档位”。此外，对于小电阻测量（200欧姆档位），测量电阻使用的是四线法；而对于大电阻，测量电阻使用的是两线法。程序框图如图3-16所示。图3-16 电阻测量程序分支7到8用于直流电压测量，分支9到10用于交流电压测量。测量原理和上述测量原理大致相同，只是单位和大小不同。程序框图分别如图3-17和3-18所示。图3-17 直流电压测量程序图

31、3-18 交流电压测量程序（3）添加一个While循环让万用表能连续工作。为了使程序能在打开开关后再进行测量的操作，又添加了一个条件结构。当电源开关处于“关”的状态时，条件结构提示“请先打开电源开关”。程序框图如图3-19所示。图3-19 电源开关设置（4）在上面的基础上添加一个事件结构，使程序在不同条件下，进行不同的操作。如图3-20所示。图3-20 电源打开后前面板显示设置3.2.4 整体程序在程序编写完成后，还应该添加一个While循环让万用表能连续工作。整个程序框图如图3-21所示。图3-21 完整程序3.2.5 前面板装饰当程序写完后，就要对其进行界面布局，使其看上去更整齐美观。所谓

32、的装饰前面板，即为一些控件进行着色布局。例如对旋钮进行不同的着色，以此区分各种测量对象刻度。对整个界面进行布局安排后，最后的前面板如图3-22所示。图3-22 完整的前面板界面3.3 虚拟万用表的硬件连接3.3.1 NI ELVIS II+与PC连接（1） 连接NI ELVIS II+的电源线，将其USB数据线分别连接PC和NI ELVIS II+。（2）开启位于NI ELVIS II+背面的电源开关，等待USB READY的黄色灯亮。（3）开启位于NI ELVIS II+面板右上方的“PROTOTYPING BOARD POWER”开关，开启后亮灯如图3-23所示。图3-23 打开电源后的实

33、验板显示图（4）开启，对NI ELVIS II+自检。自检后出现成功提示，如图3-24所示。图3-24 NI ELVIS II+自检3.3.2 NI ELVIS II+电路连接自检完毕后，依次关闭“PROTOTYPING BOARD POWER”开关、电源开关后连线。连线图如图3-25所示。图3-25 连线图4 虚拟万用表的运行及其结果打开计算机，运行LabVIEW，打开虚拟万用表，打开NI ELVIS II+实验板，连接好电路图，连接好计算机后，最后运行程序，在程序前面板上进行测量，得到测量数据，如下面的图所示。.二极管测量图4-1二极管测量.2 交直流电流测量图4-2交流电流测量图4-3直

34、流电流测量.3 电阻测量图4-4 电阻测量.4 交直流电压测量图4-5直流电压测量图4-6 交流电压测量结 论本设计利用虚拟仪器技术、以美国NI公司的LabVIEW为软件开发平台，设计了一款“虚拟数字万用表”，既实现了“真实”数字万用表中的交直流电压与电流测量、电阻测量、二极管检测的功能，又具有编程灵活、使用方便、成本低廉的优点。实验证明，本设计使用简便、灵活，人机界面友好，实现了所要求的检测功能。参考文献李铁军，李学武，高育鹏.虚拟仪器技术及其在数据采集中的应用J.现代电子技术,2005 9 :79-81.黄松岭，吴静.虚拟仪器设计基础教程M.北京：清华大学出版社，2008.10：58-59

35、.黄进文.虚拟仪器新技术及其在我国的发展现状与展望J.科技创新导报,2008，31:8-9宁歆.基于LabVIEW的虚拟数字示波器的设计与实现D.2006.04.01重庆大学虚拟仪器关键技术的研究课题验收N.科技日报，2006-12-19.李震，柯旭贵，汪云祥.虚拟仪器的发展历史、研究现状与展望J.安徽工程科技学院学报，2005，18 4 :1-4.杨东浩.虚拟仪器技术及其应用J.甘肃科技纵横，2007.05第35卷第6期胡仁喜，王恒海，齐东明.LabVIEW 8.2.1虚拟仪器实例指导教程M.北京：机械工业出版社，2008.01:5-6S.Yu.Melnikov，L.I. Naumova，

36、E. S. Panteleeva， and E. V. Sudarikova，Angle Accuracy Control in Stepping Motors with the Help of the Graphing Program LabVIEW陈锡辉，张银鸿.LabVIEW 8.20程序设计从入门到精通M.北京：清华大学出版社，2007.07：4-5王磊，陶梅.精通LabVIEW 8.XM.电子工业出版社，2008.05杨智，袁媛，贾延江.虚拟仪器教学实验简明教程:基于LabVIEW的ELVISM.北京：航空航天大学出版社，2008.03ELVIS_II_II+产品说明书吴正玲.虚拟电

37、子测试平台数字万用表的研制D.2009.06龙华伟，顾永刚.LabVIEW8.2.1与DAQ数据采集M.清华大学出版社，2008.08Cor J.Kalkman，MD，PhD， LabVlEW: A SOFTWARE SYSTEM FOR DATA ACQUISITION，DATA ANALYSIS， AND INSTRUMENT CONTROL， 1995;11:51-58附 录附录图1 前面板附录图2 整体程序框图附录图3 电源程序框图附录图4 二极管程序框图附录图5 交流电流程序框图附录图6 直流电流程序框图附录图7 电阻程序框图附录图8 直流电压程序框图附录图9 交流电压程序框图附录图

38、10 显示屏程序框图文献综述基于LabVIEW的虚拟万用表设计一、前言实验操作在整个学习过程中有着不可或缺的重要地位。它能提高学生的动手能力，也能培养学生的创造能力和综合素质。此外，许多学科都以实验为基础，一旦缺少了实验，所谓的教学和科研都将失去其意义。学生只有通过足够的实验才能更加深入地理解和掌握所学的理论知识和应用技术，也只有通过实验，才能将理论更好地与实践结合起来。数字万用表因其具有准确度与分辨力较高、过载能力强、抗干扰性能好、功能多、体积小、重量轻、还能从根本上消除读取数据时的视差等优点而被广泛使用。但是，由于数字万用表是通过断续的方式进行测量显示的,因此不便于观察被测电量的连续变化过

39、程及其变化的趋势。而且伴随着技术的发展、仪器设备的老化，实验设备也必须进行相应的更新，否则，仪器设备的准确度、分辨力等各项指标都趋于不精确，对实验的结果有着巨大的影响，甚至与原来的已知结果背道而驰，从而对调动学生的学习积极性、培养创新精神、加强实践动手能力都十分不利。而实验设备更新所需要的资金，比如一台美国福禄克F1508数字万用表报价2600元，一台Agilent34410A报价近万元，对于各高等院校来说，也是一笔不小的负担。为解决这一矛盾，以较少的资金获得不断更高的性能，引入“虚拟仪器”这一概念是十分必要的。所谓虚拟仪器（Virtual Instrumentation），就是在以计算机为核

40、心的硬件平台上，仪器功能由用户设计和定义，其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统12。虚拟仪器的实质是尽量采用通用IO接口设备来完成信号的采集测量与调理以降低设备成本；利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理；利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出检测结果从而完成各种测试功能的一种计算机测试系统。使用者用鼠标或键盘来操作虚拟面板，就如同使用一台专用测量仪器一样3。因此，与传统仪器相比，虚拟仪器具有以下优点： 1 融合计算机强大的硬件资源 ,突破了传统仪器在数据处理、显示、存储等方面的限制,大大增强了传统仪器的功能。 2 利用计算机丰富的软件资

41、源 ,实现了部分仪器硬件的软件化,节省了物质资源,增加了系统灵活性;通过软件技术和相应数值算法,实时、直接地对测试数据进行各种分析与处理;通过图形用户界面技术,真正做到界面友好、人机交互。 3 虚拟仪器的硬、软件都具有开放性、模块化、可重复使用及互换性等特点。因此 ,用户可根据自己的需要选用不同厂家的产品,使仪器系统的开发更为灵活 ,效率更高 ,缩短了系统组建时间45。由此可看出，虚拟仪器是当代电子测量仪器的发展趋势之一。本设计拟实现的虚拟万用表，综合利用了虚拟仪器技术、计算机软件技术和数字集成电路技术，具有较高的技术含量和实用性，还可将其作为网络虚拟实验室的一部分以达到软件共享、仪器共享和远

42、程控制的目的。因此，对于虚拟万用表的研究，有着较大的科研意义和现实意义。二、主题虚拟仪器系统中，常用的仪器用开发软件有LabVIEW、LabWindows/CVI、VEE等等，其中以LabVIEW应用最为广泛。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。不仅可以用来快速搭建小型自动化测试测量系统，还可以被用来开发大型的分布式数据采集与控制系统。传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而LabVIEW 则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向

43、决定了程序的执行顺序。它用图标表示函数，用连线表示数据流向。因此，1986年，图形化的虚拟仪器编程环境LabVIEW一经美国NI公司推出，就标志着虚拟仪器软件设计平台基本成型，虚拟仪器从概念构思变为工程师可实现的具体对象。国外虚拟仪器技术自上世纪80年代由美国NI公司提出以来，一直成为发达国家自动测控领域的研究热点和应用前沿。近年来，世界各国的许多大型自动测控和仪器公司均相继研制了为数不少的虚拟仪器开发平台，但最早和最具影响力的还是NI公司的图形化开发平台LabVIEW（NI 也推出了基于C 语言模式的了Labwindows CVI 等交互式开发平台）。虚拟仪器在国外已发展成为一种新的产业。美

44、国是虚拟仪器的诞生地，目前也是全球最大的虚拟仪器制造国6。例如，在美国Lawrence Livermore国家实验室，一个花费2000万美金的极为复杂的飞秒激光切割系统就是基于LabVIEW开发的。国内虚拟仪器最早的研究也是从引进消化NI的产品开始。国家自然科学基金委员会也曾将虚拟仪器研究作为现代机械工程科学前沿学科之一,列入过为“十五”期间优先资助领域。目前有些研究已取得可喜成绩，如由重庆大学测试中心秦树人教授承担的国家863 项目“虚拟仪器关键技术的研究及其产业化”，所研发的“一体化虚拟仪器”就是一种不同于欧美虚拟仪器的新技术。这项成果表明我国在虚拟式仪器方面走出一条与欧美技术线路完全不同

45、的自主创新路子,并成为国际上嵌入式一体化虚拟仪器研发的先行者7。在我国有许多高校，如清华大学、哈尔滨工业大学、重庆大学、华中科技大学、复旦大学、上海交通大学、国防科技大学、成都电子科技大学、中国科技大学、暨南大学、四川大学等数十所高校已展开了虚拟仪器技术领域的研究、开发和教学5，NI公司也已2006年在中国高校广泛推广虚拟仪器技术列入了战略发展规划（NI 中国高校推广计划），这标志着自提出虚拟仪器的概念之后，虚拟仪器技术在我国也进入了一个全新的快速发展时期。由此可以看出：我国高校在发展与推广虚拟仪器技术进程中的重要地位6：1、高等理工科院校具备研发和推广虚拟仪器技术的得天独厚的实力。高等学校，

46、特别是高等理工科院校的相关技术力量雄厚，有相当的研究实力，又有广大理工科学生作为教学和推广的对象，在我国创新研究、推广应用虚拟仪器技术中起着桥头堡的作用，有责任、也有实力推动虚拟仪器新技术在我国的发展。2、高校发展虚拟仪器技术有利于高校自身实力的加强，而且引入虚拟仪器进行实验和教学，容易实现以下目标： 1 先进仪器的低成本化 2 缩短新型仪器的开发周期 3 降低仪器的维护、配置成本 4 容易实现基于网络的交互式实验和教学 5 强化学习、实验过程的自主性和自创性随着计算机技术、仪器技术和网络通信技术的不断完善, 虚拟仪器将向以下三个方向发展:1、外挂式虚拟仪器PC- DAQ 式虚拟仪器是现在比较

47、流行的虚拟仪器系统,但是,由于基于 PCI 总线的虚拟仪器在插入 DAQ时都需要打开机箱等,比较麻烦,而且,主机上的 PCI 插槽有限, 再加上测试信号直接进入计算机,各种现场的被测信号对计算机的安全造成很大的威胁,同时,计算机内部的强电磁干扰对被测信号也会造成很大的影响, 故以USB接口方式的外挂式虚拟仪器系统将成为今后廉价型虚拟仪器测试系统的主流。2、PXI型高精度集成虚拟仪器测试系统PXI总线在机械、电气和软件特性方面充分发挥了PCI总线的全部优点,具有高度的可扩展性、良好的兼容性、极高的传输速率,以及比VXI更高的性价比, 因此,基于PXI总线的虚拟仪器硬件将会得到越来越广泛的应用。3

48、、网络化虚拟仪器尽管Internet技术最初并没有考虑如何将嵌入式智能仪器设备连接在一起, 不过NI等公司已开发了通过Web浏览器观测这些嵌入式仪器设备的产品,使人们可以通过Internet操作仪器设备。根据虚拟仪器的特性,我们能够方便地将虚拟仪器组成计算机网络。利用网络技术将分散在不同地理位置不同功能的测试设备联系在一起,使昂贵的硬件设备、软件在网络上得以共享,减少了设备重复投资。现在,有关 MCN Measurement and Control Net-works 方面的标准正在积极进行, 并取得了一定进展。由此可见,网络化虚拟仪器将具有广泛的应用前景8。三、总结实验操作在整个学习过程中有

49、着不可或缺的重要地位。数字式万用表因其准确度与分辨力较高、过载能力强、抗干扰性能好等优点而在实验室中广泛使用。但是，传统的数字式万用表也具有一些缺点，比如数据的连续记录比较困难、更新换代价格较为昂贵等等。而虚拟仪器技术可以较好地解决上述问题。虚拟仪器技术是一门较为新颖的技术，其思想是尽可能的利用价格较为低廉的通用I/O来获取信号，而较为复杂的信号处理和分析任务则依靠PC来加以实现。这样，当仪器升级换代时，仅需更新其通用I/O部分，而软件升级基本无需太多的费用，仪器整体升级换代的价格得以大幅压缩。同时，功能强大的PC在保证仪器功能实现的同时，还具有比传统仪器更加人性化的人-机界面和更加强大的数据

50、储存、处理能力。本设计拟基于LabVIEW实现数字万用表的常用功能，包括交直流电压、电流测量，电阻测量，二极管测量，电容测量等。虚拟万用表的软件由LabVIEW8.5加以实现，硬件部分则使用具有16通道输入的NI ELVIS II+。四、参考文献1龙华伟，顾永刚，labVIEW8.2.1与DAQ数据采集M,清华大学出版社，2008.82岳静,虚拟仪器及其发展前景N,西安航空技术高等专科学校学3宁歆,基于LabVIEW的虚拟数字示波器的设计与实现C, 2006.04.014李铁军,李学武,高育鹏.虚拟仪器技术及其在数据采集中的应用 J .现代电子技术, 2005 9 : 79 - 81.5李震,

51、柯旭贵,汪云祥.虚拟仪器的发展历史、研究现状与展望J.安徽工程科技学院学报,2005,18, 4 :1-4.6黄进文,虚拟仪器新技术及其在我国的发展现状与展望N,科技创新导报,20087 重庆大学虚拟仪器关键技术的研究课题验收N,科技日报,2006-12-19.8杨东浩,虚拟仪器技术及其应用J.甘肃科技纵横,2007.05第35卷第6期9黄松岭，吴静，虚拟仪器设计基础教程M，清华大学出版社，2008.1010陈锡辉,张银鸿，LabVIEW 8.20程序设计从入门到精通M，清华大学出版社，2007.0711杨智，袁媛，贾延江，虚拟仪器教学实验简明教程:基于LabVIEW的ELVISM，北京航空航

52、天大学出版社，2008.0312王磊，陶梅，精通labVIEW 8.XM,电子工业出版社，2008.0513美国NI公司，NI数据采集技术文摘入门篇14 Cor J.Kalkman,MD,PhD, LabVlEW: A SOFTWARE SYSTEM FOR DATA ACQUISITION, DATA ANALYSIS, AND INSTRUMENT CONTROL, 1995;11:51-5815S.Yu.Melnikov,L.I. Naumova, E. S. Panteleeva, and E. V. Sudarikova，Angle Accuracy Control in Stepp

53、ing Motors with the Help of the Graphing Program LabView开题报告基于LabVIEW的虚拟万用表设计1选题的背景、意义实验操作在整个学习过程中有着不可或缺的重要地位。它能提高学生的动手能力，也能培养学生的创造能力和综合素质。此外，许多学科都以实验为基础，一旦缺少了实验，所谓的教学和科研都将失去其意义。学生只有通过足够的实验才能更加深入地理解和掌握所学的理论知识和应用技术，也只有通过实验，才能将理论更好地与实践结合起来。数字万用表因其具有准确度与分辨力较高、过载能力强、抗干扰性能好、功能多、体积小、重量轻、还能从根本上消除读取数据时的视差等优

54、点而被广泛使用。但是，由于数字万用表是通过断续的方式进行测量显示的,因此不便于观察被测电量的连续变化过程及其变化的趋势。此外，伴随着技术的发展、仪器设备的老化，实验设备也必须进行相应的更新；否则，仪器设备的准确度、分辨力等各项指标都趋于不精确，对实验的结果有着巨大的影响，甚至与原来的已知结果背道而驰，从而对调动学生的学习积极性、培养创新精神、加强实践动手能力都十分不利。而实验设备更新所需要的资金，比如一台美国福禄克F1508数字万用表报价2600元，一台Agilent34410A报价近万元，对于各高等院校来说，也是一笔不小的负担。为解决这一矛盾，以较少的资金获得不断更高的性能，引入“虚拟仪器”

55、这一概念是十分必要的。所谓虚拟仪器（Virtual Instrumentation），就是在以计算机为核心的硬件平台上，仪器功能由用户设计和定义，其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统12。虚拟仪器的实质是尽量采用通用IO接口设备来完成信号的采集测量与调理以降低设备成本；利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理；利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出检测结果从而完成各种测试功能的一种计算机测试系统。使用者用鼠标或键盘来操作虚拟面板，就如同使用一台专用测量仪器一样3。因此，与传统仪器相比，虚拟仪器具有以下优点： 1 融合计算机强大的硬件资源 ,

56、突破了传统仪器在数据处理、显示、存储等方面的限制,大大增强了传统仪器的功能。 2 利用计算机丰富的软件资源 ,实现了部分仪器硬件的软件化,节省了物质资源,增加了系统灵活性;通过软件技术和相应数值算法,实时、直接地对测试数据进行各种分析与处理；通过图形用户界面技术,真正做到界面友好、人机交互。 3 虚拟仪器的硬、软件都具有开放性、模块化、可重复使用及互换性等特点。因此 ,用户可根据自己的需要选用不同厂家的产品,使仪器系统的开发更为灵活 ,效率更高 ,缩短了系统组建时间45。由此可看出，虚拟仪器是当代电子测量仪器的发展趋势之一。本设计拟实现的虚拟万用表，综合利用了虚拟仪器技术、计算机软件技术和数字

57、集成电路技术，具有较高的技术含量和实用性，还可将其作为网络虚拟实验室的一部分以达到软件共享、仪器共享和远程控制的目的。因此，对于虚拟万用表的研究，有着较大的科研意义和现实意义。2相关研究的最新成果及动态 虚拟仪器系统中，常用的仪器用开发软件有LabVIEW、LabWindows/CVI、VEE等等，其中以LabVIEW应用最为广泛。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工程平台）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。不仅可以用来快速搭建小型自动化测试测量系统，还可以被用来开发大型的分布式数据采集与控制系统。传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而LabVIEW 则采用数据流编程方式