基于LabVIEW的万用表设计.docx

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基于LabVIEW的万用表设计

LabVIEW在数据采集与仪器控制中有着十分广泛的应用，本章将通过几个典型实例来介绍LabVIEW在数据采集与仪器控制领域的编程方法。

10.1 虚拟万用表

万用表是一种电子测量工具，它能对电压、电流、电阻等进行度量。

它在现实中应用相当广泛，是电子测试不可缺少的工具。

用LabVIEW中编写的万用表使用起来方便、灵活，改变了传统观念上万用表的外形，增强了其测量功能。

这种方式现在越来越多地被人们应用。

本节将以板卡作数据采集硬件进行编程，实现虚拟数字万用表。

10.1.1 实例内容说明

板卡在工业中应用相当广泛，尤其近年来在数据采集行业中被人们认可。

它最大的好处是安装方便，操作简单，编程容易。

本节中将利用PCI8335接口板卡作为数据采集卡，对信号进行采集并处理，开发一款虚拟DT9205万用表。

DT9205型数字万用表是一个功能强大的工具。

本例中将以它为实物参考，用LabVIEW实现一款虚拟的万用表，基本功能与DT9205一样，同时还增加了数据分析、在计算机上存储数据等功能。

1．板卡说明

PCI8335接口板卡是一种基于32bitPCI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：

—32bitPCI总线，即插即用

—输入范围：

0~10V，-5~+5V

—分辨率：

12bit

—32路单端/16路差分模拟量输入

—12bitA/D转换

—4路12bitD/A输出

—2倍、10倍、100倍硬件增益选择

—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100KHz，N个通道时，每一个通道的采样率为100/NKHz

—3路8bit计数器输入，可级联为1路24bit计数器

—A/D工作方式为：

软件触发、定时启动、FIFO半满中断

—8KBFIFO

—自动通道切换和单通道设置

—通过率：

单通道100KHz

—超压范围：

-12~+12V

—输入阻抗：

10MΩ

—A/D触发方式：

定时

—8通道输入输出

—提供DLL作为用户程序的接口

PCI8335板卡的功能如图10-1所示。

图10-1 PCI8335板卡功能图

2．DT9205万用表说明

DT9205数字万用表具有多精度、多范围的优点。

它可以直接把测量得到的数据显示出来，并按要求保存。

它的具体参数如下：

—直流电压：

200mV~1000V

—交流电压：

200mV~750V

—直流电流：

2mA~10A

—交流电流：

2mA~20A

—电阻：

200Ω~200MΩ

—电容：

2nF~200μF

—二极管测试

—导通蜂鸣

—数据保存

—精度调节

—工作指示灯

10.1.2 开发思路分析

在LabVIEW中开发虚拟仪器，必须先配置好硬件电路。

这里先介绍PCI8335板卡的安装，这是整个工作的前期准备，再从PCI数据采集开始详细讲解说明，最后阐述信号在计算机中的分析、运算、显示等的编程。

10.1.3 板卡开发过程

板卡开发过程就是以相应板卡为硬件进行编程的过程。

这里先用PCI8335板卡进行数据采集，然后对其调试，并在LabVIEW中编程，完成一个虚拟万用表。

编程是本例的重点，也是本例的难点，尤其是整个程序的组合编程，涉及许多数据的融合和控件的配合。

下面分步进行介绍。

1．板卡安装

板卡的安装是整个工作的第一步，PCI8335在硬件安装完成后还需要进行软件安装，软件安装是非常重要的一个环节，它关系到采集板能否正常使用。

具体安装步骤如下：

（1）检查硬件安装是否正确，然后通电正常启动计算机，在系统启动完成后，会自动检测新安装的硬件，如图10-2所示。

图10-2 发现PCI硬件

（2）等到检测完毕后，弹出“找到新的硬件向导”对话框，如图10-3所示。

（3）单击“下一步”按钮，进入硬件连接向导界面，如图10-4所示。

图10-3 硬件安装向导                       图10-4 PCI桥连接

（4）单击“下一步”按钮，进入硬件类型选择界面，如图10-5所示。

（5）单击“下一步”按钮，进入驱动选择界面，如图10-6所示。

图10-5 硬件类型选择                       图10-6 选择驱动程序

（6）单击“从磁盘安装”按钮，将出现选择驱动程序地址的对话框，如图10-7所示。

图10-7 选择驱动程序地址

（7）单击“浏览”按钮，选择“PCI8335.inf”所在的目录（光盘：

\ZTPCI8KA），单击“确定”按钮。

系统将会按要求自动安装驱动。

安装完成后重启计算机即可使用。

你也可以继续安装第二块PCI卡。

安装第二块PCI8335卡时，系统会自动检测安装，不再经过上述步骤，只是卡的索引值不同。

索引值是使用PCI板卡时非常重要的参数，相同的ISA卡是靠地址拨号区分的，而相同的PCI卡是靠索引值来区分的。

一般情况下，第一块安装的PCI8335卡的索引值为0，以后安装的PCI8335卡索引值自动依次加1。

调用动态链接库（ZTPCI8KA.dll）中的OpenDevice函数，将PCI卡的索引值赋给此函数，即可操作相应的PCI卡。

2．板卡测试

在板卡安装好后，必须进行测试，这样才能保证以后的正常使用。

测试是利用PCI8335数据采集卡驱动光盘自带的测试程序进行的。

它一般位于光盘：

\ZTPCI8KA\8335\测试程序\8335test_vb\8335test.exe中。

此程序给硬件测试带来方便，也给后面的工作提供保障。

下面将对测试程序的使用方法进行讲解，测试程序的整体界面如图10-8所示。

图10-8 测试界面

运行“PCI8335数据采集卡测试程序”，从菜单栏中单击“选择板卡”命令，弹出“选择板卡”对话框，如图10-9所示。

先输入所要操作的板卡的索引值，即可在程序的界面中对选中的PCI8335卡进行测试。

若计算机中只安装了一块PCI8335卡，可略过这一步操作（本程序默认对索引值为0的板卡进行测试）。

设置完后，就可以进行各项测试操作。

此测试程序根据PCI8335的各种功能，分为以下几个部分：

（1）开关量测试

该部分程序既可测试开关量输出，也可以测试开关量输入，界面如图10-10所示。

在测试界面的左上角“开关量测试”功能块中，单击“输出测试”后面的灯，可进行开关量的输出测试。

这8个灯，从左至右依次对应着通道1至通道8，8个开关量输出通道。

单击某个灯，其状态就会在亮灭之间切换，同时输出到对应的开关量输出通道，进行相应的输出通断状态的切换。

“输入状态”后面的8个灯，从左至右依次为通道1至通道8，分别指示了开关量输入通道的通断状态。

该功能是自动的，无须手动操作。

（2）模拟量输出测试

此部分程序用于测试模拟量输出，界面如图10-11所示。

其中4个文本下拉框对应着4个通道模拟量输出。

在某一文本框中输入的值会输出到对应的通道。

这几个文本下拉框的值一般是固定的。

可以通过旁边的下拉按钮选择，也可以输入任意值。

 图10-9 选择板卡                      图10-10 开关量测试         图10-11 模拟量输出测试

（3）模拟量输入测试

此部分程序用于模拟量输入测试，界面如图10-12所示，32个文本框对应着32个通道的模拟量输入。

单击“模拟量输入”按钮，32个模拟输入电压值就会通过相应的文本框显示出来。

在“采集方式”单选框中，可选择模拟信号采集方式。

—单路：

用来对模拟量进行实时采集。

—单路滤波：

用来对采集到的模拟量进行滤波处理，这也是程序默认方式。

—多路循环：

用来对32路模拟信号通道同时采集。

它的采集速度较前两者快，多用于快速变化量的测量过程测试中。

在“显示设置”单选框中，可进行输入模拟量的显示设置。

—原码值（十六进制）：

文本框中显示模拟量的十六进制原码值（000~FFF）。

—0-10000mV：

显示0到10000mV的单极性输入信号的电压值。

—-5000~+5000mV：

显示-5000mV到+5000mV的双极性输入信号的电压值。

以上设置都可在单击“模拟量输入”按钮后进行动态地进行。

这样方便在系统测试过程中对参数进行设置。

（4）计数器测试

计数器测试主要是测试脉冲输入，对脉冲计数，如图10-13所示。

它可进行PCI8335的三个计数器的测试，分为三组，分别对三个计数器进行测试。

在每组中的第一个文本框显示计数器寄存器中的当前值，第二个文本框显示计数累加值。

单击“累加清零”按钮，将清空第二列文本框中的值，重新进行累加计数。

测试程序运行后，软件就自动读取计数器寄存器中的当前值，并进行累加，无须手动操作。

图10-12 模拟量输入测试                                  图10-13 计数器测试

（5）中断测试

中断测试就是对采集卡的中断进行一定的测试。

它能对PCI8335采集卡上的三种中断进行测试。

单击“打开中断总允许”按钮，可打开PCI8335中断功能，其界面如图10-14所示。

—“FIFO半满中断”区域：

可对FIFO半满产生的中断进行测试。

单击“FIFO中断测试”按钮，打开FIFO中断允许，并启动A/D转换。

当中断到来时，“中断次数”文本框显示由于FIFO半满产生的中断次数，“中断个数”文本框显示本次中断把FIFO中的数据读空，所读取的数据个数。

—“计数器中断”区域：

对计数器产生的中断进行测试。

单击“计数器中断测试”按钮，即打开计数器中断允许。

“中断次数”文本框中显示计数中断的累计次数。

—“开关量中断”区域：

可对开关量中断进行测试。

单击“开关量中断测试”按钮，打开开关量中断允许。

“中断次数”文本框中显示开关量中断的累计次数。

单击“关闭所有中断”按钮，将关闭所有中断，禁止中断进入。

图10-14 中断测试

3．参数设置

在PCI8335数据采集板卡中，为了简化操作。

动态链接库（PCI8KA.dll）中几乎所有的函数的参数均通过一个结构体（ZT_PCIBOARD）来传递。

该结构体及PCI8000的有关函数说明如下：

   structZT_PCIBOARD

   {

     longlIndex;    /*PCI卡索引值，该值在安装时被系统分配*/

     HANDLEhHandle; /*PCI卡的操作句柄（只有涉及中断时才用）*/

     shortnCh;      /*通道号*/

     long lData;    /*输入输出数据变量*/

      long*plData;    /*输入输出数据指针*/

     long lCode;    /*设备控制字，具体含义见函数说明*/

    };

下面对各函数功能进行说明。

（1）打开设备

函数

longAPIENTRYOpenDeviceAmcc（ZT_PCIBOARD*bs）

功能

打开某一块PCI8335卡

入口有效参数

lIndex：

PCI卡索引值

出口返回参数

hHandle：

PCI卡的操作句柄（只有涉及中断时，返回才有意义）

返回值

0：

打开设备成功

1：

打开设备失败

（2）关闭设备

函数

longAPIENTRYCloseDeviceAmcc（ZT_PCIBOARD*bs）

功能

关闭某一块PCI8335卡

入口有效参数

lIndex：

PCI卡索引值

出口返回参数

无

返回值

0：

关闭设备成功

1：

关闭设备失败

（3）开关量输入

函数

longAPIENTRYZT8335DI（ZT_PCIBOARD*bs）

功能

采集PCI8335某一通道开关量输入信号的状态

入口有效参数

lIndex：

PCI卡索引值

lCode：

设备控制码。

0表示单通道操作；1表示多通道操作

nCh：

通道号，1~8（单通道模式使用）

出口返回参数

lData：

某一通道读取值。

0或1（单通道操作）

     该卡所有开关量输入状态值（多通道操作）

返回值

0：

采集成功

1：

采集失败

（4）开关量输出

函数

longAPIENTRYZT8335DO（ZT_PCIBOARD*bs）

功能

进行某一个通道的开关量数据输出操作

入口有效参数

lIndex：

PCI卡索引值

lCode：

设备控制码。

0表示单通道操作；1表示多通道操作

nCh：

通道号，1~8（单通道模式使用）

lData：

某一通道输出设定值。

0或1（单通道操作）；该卡所有开关量输入设定值（多通道操作）

出口返回参数

无

返回值

0：

开关量数据输出成功

1：

开关量数据输出失败

（5）模拟量输出

函数

longAPIENTRYZT8335AO（ZT_PCIBOARD*bs）

功能

进行某一个通道的模拟量数据输出操作

入口有效参数

lIndex：

PCI卡索引值

nCh：

通道号，1~4（单通道模式使用）

lData：

某一通道输出原码值（0~4095）

出口返回参数

无

返回值

0：

模拟量数据输出成功

1：

模拟量数据输出失败

（6）初始化模拟量采集

函数

longAPIENTRYZT8335AIInt（ZT_PCIBOARD*bs）

功能

初始化模拟量数据采集

入口有效参数

lIndex：

PCI卡索引值

nCh：

通道号

单路采集通道号：

1~32

多路循环采集终止通道号：

1~32

lCode：

设备控制字。

停止：

0

启动：

1

多路循环：

2（默认单路采集）

单端：

4（默认差分方式）

单极性（0~10V）：

256（默认原码值）

双极性（-5~+5V）：

512（默认原码值）

出口返回参数

无

返回值

0：

初始化成功

1：

初始化失败

（7）单通道采集

函数

longAPIENTRYZT8335AI（ZT_PCIBOARD*bs）

功能

采集某一通道模拟量数据

入口有效参数

lIndex：

PCI卡索引值

nCh：

通道号，1~32

出口返回参数

lData：

某一通道模拟量的数值

返回值

0：

采集成功

1：

采集失败

注：

该函数无须调用ZT8335AIInit初始化。

（8）单通道采集（滤波）

函数

longAPIENTRYZT8335AIA（ZT_PCIBOARD*bs）

功能

采集一组某一通道模拟量数据数据，并进行滤波处理

入口有效参数

lIndex：

PCI卡索引值

nCh：

通道号，1~32

出口返回参数

lData：

某一通道模拟量的数值

返回值

0：

采集成功

1：

采集失败

注：

该函数无须调用ZT8335AIInit初始化。

（9）设置FIFO数据地址

函数

longAPIENTRYGetAddress（shortnIndex,long*lAdd）

功能

获取用户存放FIFO数据的地址

参数

nIndex：

PCI卡索引值

lAdd：

存放FIFO数据的地址（建议用户开8192个32位的长整型数据缓冲区，接收FIFO中的数据）

返回值

0：

设置成功

1：

设置失败

（10）FIFO数据批量采集

函数

longAPIENTRYZT8335AIFifo（ZT_PCIBOARD*bs）

功能

采集某一通道或多路循环通道的一批模拟量数据

入口有效参数

lIndex：

PCI卡索引值

plData：

存放FIFO数据的指针

出口返回参数

lData：

从FIFO中读取的数据个数

返回值

0：

采集成功

1：

采集失败

注：

1．使用前，需调用ZT8335AIInit初始化。

2．初始化后，用户需调用GetAddress设置存放数据的数组地址（该函数是为不支持指针的计算机语言设置的，比如：

VisualBasic）。

3．使用支持指针的计算机语言，可不用GetAddress函数，直接将存放FIFO数据的地址赋给plData即可。

（11）脉冲输入

函数

longAPIENTRYZT8335CT（ZT_PCIBOARD*bs）

功能

读取某个计数器的寄存器值

入口有效参数

lIndex：

PCI卡索引值

nCh：

通道号（计数器编号），1~3

出口返回参数

lData：

某一计数器的寄存器值 

返回值

0：

读取成功

1：

读取失败

（12）打开中断

函数

longAPIENTRYOpenIRQ（HANDLE*hList,ULONGhDeviceNum,voidCALLBACKIrqCallBack（ZT_PCIBOARD*bs））

功能

开一组PCI卡的中断总允许，等待中断到来

入口有效参数

hList：

开中断允许列表

hDeviceNum：

开中断允许数量

IrqCallBack：

这是一个回调函数的入口指针

出口返回参数

无

返回值

0：

打开中断成功

1：

打开中断失败

2：

没有要打开的中断

回调函数

void CALLBACK IrqCallBack（ZT_PCIBOARD*bs）

功能

当OpenIRQ调用后，PCI8335产生中断时，系统会唤醒此函数，用户自己编写函数IrqCallBack进行中断处理，系统会提供以下参数，供用户使用：

nIndex（引起中断的索引值）。

用户可调用板卡操作函数，对板卡进行相应的操作。

（13）关闭中断

函数

longAPIENTRYCloseIRQ（）

功能

禁止本机上所有已开的PCI8335卡的中断总允许

返回值

0：

禁止中断成功

1：

禁止中断失败

（14）设置中断允许寄存器

函数

longAPIENTRYSetIE（ZT_PCIBOARD*bs）

功能

设置中断允许寄存器值

入口有效参数

lIndex：

PCI卡索引值

lCode：

设备控制字（中断类型：

FIFO半满中断、计数器半满中断、开关量中断）

返回值

0：

设置成功

1：

设置失败

（15）读中断状态寄存器

函数

longAPIENTRYReadIS（ZT_PCIBOARD*bs）

功能

读取中断状态寄存器值

入口有效参数

lIndex：

PCI卡索引值

出口返回参数

lCode：

设备控制字（产生中断的类型：

FIFO半满中断、计数器半满中断、开关量中断）

返回值

0：

读取成功

1：

读取失败

（16）DLL编译

在LabVIEW中利用PCI8335数据采集卡编程时，直接利用DLL文件，对其进行数据采集处理，所以先要进行DLL程序的编译。

在VC++中编写程序，并生成DLL文件即可。

C源程序如下：

#include"stdafx.h"

#include

#include

#include"PCI8KA.h"

ZT_PCIBOARD*bs;

ZT_PCIBOARDztbs;

voidmain（）

{

   longi;

   ULONGsData[4096*16];

   ULONGmOutput=0;

   bs=&ztbs;

   //打开一个PCI8335卡

   ztbs.lIndex=0;

   OpenDeviceAmcc（bs）;

   ztbs.lCode=7;   //多路循环（4+2+1）

   ztbs.nCh=4;    //终止通道为4，即4个通道循环采集！

   ZT8335AIInit（bs）;

   /*以下用两种方法实现FIFo的读取!

*/

   //********函数ReadFifo示例********

   ReadFifo（（short）bs->lIndex,sData,&mOutput）;   

   for（i=0;i<25;i++）

   {

      printf（"%x\n",sData[i]）;

   }

   printf（"%u\n",mOutput/4）;  //mOutput/4为FIFO被读空所返回的数据*

}

10.1.4 设计万用表界面

用LabVIEW编写虚拟万用表的界面是本例重点要讲解的内容，下面具体讲解此部分内容。

1．采集设置

（1）采集设置界面主要用来对采集卡参数进行调节。

这里先要在前面板放置几个数值输入控件，并依次按要求为其命名，如图10-15所示。

图10-15 采集设置界面

（2）创建一个簇控件，并重命名为BS，并把图10-15中下面一排控件放入其中，如图10-16所示。

图10-16“簇”的创建

簇控件可以通过“控件”|“新式”|“数组、矩阵、簇”|“簇”命令调用。

设置簇时，只要把想设置为簇的元素全选中，拖动到簇框中就可以了。

（3）在后面板中放置一个“层叠式顺序结构”图标，可通过“函数”|“编程”|“结构”|“层叠式顺序结构”命令调用，如图10-17所示。

（4）在“层叠式顺序结构”的边框上右键单击，选择“在后面添加帧”就会在结构体上出现两个帧。

在帧下拉列表上单击，可两个帧之间转换。

在第0帧中，要把簇和索引号捆绑到一起，这样才便于后面的采集过程处理。

捆绑函数可用“函数”|“编程”|“簇、变体、类”|“按名称捆绑”命令来调用。

图10-17 层叠式顺序结构

将捆绑后的数据通过调用库函数来处理。

调用库函数可通过“函数”|“互连接口”|“库与可执行文件”命令来调用。

处理完后要对捆绑的数据解除捆绑，以方便下次处理。

解除捆绑函数通过“函数”|“编程”|“簇、变体、类”|“按名称解除捆绑”命令来调用。

具体程序如图10-18所示。

图10-18 第0帧程序框图

（5）对第1帧进行编程时，只需要调用库函数操作即可。

这里实现的操作是读数据采集卡的数据，并将其数据输出，输出端口的函数名为Noutput，把此端口连接到顺序结构的外面用于数据输出，如图10-19所示。

图10-19 第1帧程序框图

2．虚拟万用表旋钮

虚拟万用表的旋钮是按照现实中的DT9205模式进行设计的，下面将分步进行介绍。

（1）通过“控件”|“新式”|“数值”|“转盘”命令，在前面板放置一个转盘控件。

对其选中后，在边角处拖动，放大控件，并在右键菜单中选择“文本标签”命令，再进行设置属性，其界面如图10-20所示。

把数据类型设置为“无符号长整型”。

在“文本标签”选项卡双击“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。

注意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10-21所示。

图10-20 旋钮标签设置                               图10-21 旋钮界面

（2）在前面板放一个字符串，用于显示测量结果。

如果结果只是一个数值的话，可以用数值控件显示。

这里为了在更加直观、完美地显示数值的同时，还显示测量种类和