可控精密三相交流测试信号源设计
可控精密三相交流测试信号源设计[20200121205641]
摘 要
虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件 来完成各种测试、测量和自动化的应用。虚拟仪器是在计算机基础上通过增加相关硬件和软件构建而成的、具有可视化界面的仪器。
本设计采用虚拟仪器技术产生基准的三相信号，通过USB 6341数据采集卡的输出端口输出三相信号，接着利用LM1875放大电路调节三相交流信号，将输出端的电流作为反馈信号来控制采集卡输出电压的幅值，最终生成幅值、相位、频率可调的三相交流信号。
本文首先讲解了虚拟仪器技术在国内外的发展及优势，然后介绍了三相信号源的设计方案，给出了三相信号源设计的基本原理框图，并探讨了虚拟仪器和数据采集的基础知识。在分析本系统设计需求的基础上，介绍了USB 6341数据采集卡、LM1875运算放大器、互感器等设计中所涉及到的硬件设备，最终通过软件编程和硬件接线完成本次设计。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:虚拟仪器数据采集卡三相信号LABVIEW
目 录
1. 绪论 1
1.1引言 1
1.2 虚拟仪器的信号源设计方案 1
1.3 论文章节安排 2
2. 虚拟仪器与数据采集 3
2.1 虚拟仪器 3
2.1.1虚拟仪器的特点 3
2.1.2 虚拟仪器的结构 3
2.1.3 LabVIEW的基本术语 4
2.1.4 LabVIEW的操作面板 5
2.2 数据采集 6
2.2.1数据采集基础 6
2.2.2 信号类型 6
2.2.3 采样定理 8
2.2.4 A/D转换和D/A转换 8
3. 系统设计的硬件 9
3.1数据采集卡的选择 9
3.1.1 数据采集卡的主要性能指标 9
3.1.2 USB 6341 数据采集卡 9
3.2 放大器 10
3.3电流互感器 11
3.4 硬件电路设计 12
4. 软件编程 14
4.1 系统设计框架 14
4.2 三相交流电A相信号的生成步骤 14
4.3 采集输出端电压并进行PI调节 17
5. 调试 21
总结 23
参考文献 24
附录 25
致 谢 27
1. 绪论
1.1引言
随着电子技术的发展，电子行业对信号源的需求越来越广泛，这就促使各类信号源产量不断增加，性能也不断提高。尤其是微处理器技术的出现和快速发展，使得信号源的设计向着自动化与智能化方向发展。目前，许多信号源的设计都带有微处理器的功能，这类信号源拥有自校、自检、自动故障诊断等功能，它们可以通过计算机和其他测量仪器一起构成测试系统。当前信号源的设计方向是频带宽、功耗低、频率高、精度高。
在科研领域内，对信号源的设计方案有好多种，如基于DDS（直接数字式频率合成器）的设计、基于FPGA（现场可编程门阵列）的设计。本文是采用虚拟仪器技术设计可控的三相交流信号源，虚拟仪器技术在当今世界发展迅速，许多行业在运用虚拟仪器技术。
1.2 虚拟仪器的信号源设计方案
本设计的三相信号是指幅值和频率相同而相位相差120°的正弦波。本设计的要求是设计出模拟的三相交流信号源，该信号源的幅值低于10V，频率为50Hz。
本设计的三相交流信号源带有反馈系统，即系统能够自行调节输出的电压直到达到给定值为止。因为三相信号只存在相位差，在此以三相信号中的一相设计为例，其他两相依次可设计出。
在此将三相信号简称为A相、B相和C相。对于A相信号，它的幅值由给定值来决定，因为设计要求是输出信号的电压幅值是可变的，所以对于A相信号来说，它的电压幅值也是可变的。它的变化是通过输出端反馈回来的电压来自行调节的。
对于A相信号的设计，首先要做的是编写一个通过数据采集卡输出端口输出信号的程序，然后对这个信号进行放大处理，并将处理后的信号通过互感器输出，本设计要控制的电压信号是经过互感器转换后的信号，因此要将互感器输出的电压反馈到计算机。如图1-1所示。
图1-1 信号的自动调节设计
1.3 论文章节安排
本课题研究的主要内容是信号源的设计，该信号源主要功能是能够自行调节输出端的电压。在本次设计中应用到的软件是虚拟仪器LabVIEW 、数据采集卡USB-6341、放大器LM1875、互感器等其他电器元件。以下将对各个章节的内容作简单概述。
第一章 绪论，引出本设计的课题可控精密三相交流测试信号源，并介绍设计方案。
第二章 虚拟仪器与数据采集卡，本章节介绍了虚拟器的特点、优势等知识，同时也介绍了数据采集卡的采集的信号类型、采样定理和数据采集卡中的A/D和D/A。
第三章 系统设计的硬件，本章着重介绍了在本次设计中用到的硬件：USB-6341数据采集卡、放大器LM1875、电流互感器以及搭建的硬件电路。
第四章 软件编程，本章介绍的软件编程的方案，主要包括三相信号的输出与采集以及采样PID调节处理信号。
第五章 调试，本章叙述了对设计出的信号源进行的调试过程，以及在调试时遇到的问题和解决办法，并给出了整个三相信号源设计的前面板和程序框图。
第六章 总结，总结本次设计成果，以及在设计中遇到的困难和解决办法。
第七章 参考文献，列出在本设计所参考的资料。
第八章 致谢，感谢老师们和同学们的帮助。
第九章 附录，附整个程序的前面板与程序框图。
2. 虚拟仪器与数据采集
2.1 虚拟仪器
2.1.1虚拟仪器的特点
1.不强调物理上的实现形式
虚拟仪器通过软件功能来实现数据采集与控制、数据处理与分析及数据的显示这三部分的物理功能。计算机系统拥有者强大的数据处理能力，虚拟仪器正是利用其强大的数据处理能力，通过软件编程来完成数据的采集、分析和处理以及测试结果的显示等，虚拟仪器将软件、硬件的完美的结合起来，它可以实现传统仪器的各种功能。
2.在系统内实现软硬件自有共享
虚拟仪器的最大特点是将计算机资源与仪器硬件、DSP技术相结合，在系统内共享软硬件资源。虚拟仪器的功能不再受到厂家的约束，而是由用户自己来设定虚拟仪器的功能。在硬件系统相同的情况下，只需要改变软件编程，就可实现功能完全不同的测量仪器。
3.图形化的软件界面
虚拟仪器是利用计算机强大的图形环境，采用可视化的图形编程语言和平台，在计算机屏幕上建立图形化的软面板来代替常规的传统仪器面板。软面板上具有与实际仪器相似的旋钮、开关、指示灯及其他控制部件。在操作时，用户只需通过鼠标或键盘操作软面板，来检验仪器的通信和操作[1]。
2.1.2 虚拟仪器的结构
虚拟仪器中计算机和测控对象之间的连接口有多种如GPIB、VXI、PXI、具有这些接口的仪器。虚拟仪器的结构框图如图2-1所示。
图2-1虚拟仪器结构框图
2.1.3 LabVIEW的基本术语
使用LabVIEW开发的程序一般有一个或多个后缀名为VI的文件组成。一个VI由4部分组成：前面板、程序框图、图标、连线板。下面介绍一下LabVIEW中的控件、接线端、节点和连续。
1. 控件
根据输入和输出的功能不同，前面板上的控件类型有两种。第一种是控制器控件；第二种是指示器控件。
控制器控件又可以称为输入控件。输入控件一般用于用户指令和数据的输入，例如数值输入控件、下拉列表、开关。控制器控件对应的接线端有输入端口没有输出端口。
指示器控件也叫输出控件。指示器控件的作用是输出或显示执行结果，常用的指示器控件有数值显示控件、图形、仪表、指示灯等。指示器控件对应的接线端只有输出端口没有输入端口。
摘 要
虚拟仪器技术
本设计采用虚拟仪器技术产生基准的三相信号，通过USB 6341数据采集卡的输出端口输出三相信号，接着利用LM1875放大电路调节三相交流信号，将输出端的电流作为反馈信号来控制采集卡输出电压的幅值，最终生成幅值、相位、频率可调的三相交流信号。
本文首先讲解了虚拟仪器技术在国内外的发展及优势，然后介绍了三相信号源的设计方案，给出了三相信号源设计的基本原理框图，并探讨了虚拟仪器和数据采集的基础知识。在分析本系统设计需求的基础上，介绍了USB 6341数据采集卡、LM1875运算放大器、互感器等设计中所涉及到的硬件设备，最终通过软件编程和硬件接线完成本次设计。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:虚拟仪器数据采集卡三相信号LABVIEW
目 录
1. 绪论 1
1.1引言 1
1.2 虚拟仪器的信号源设计方案 1
1.3 论文章节安排 2
2. 虚拟仪器与数据采集 3
2.1 虚拟仪器 3
2.1.1虚拟仪器的特点 3
2.1.2 虚拟仪器的结构 3
2.1.3 LabVIEW的基本术语 4
2.1.4 LabVIEW的操作面板 5
2.2 数据采集 6
2.2.1数据采集基础 6
2.2.2 信号类型 6
2.2.3 采样定理 8
2.2.4 A/D转换和D/A转换 8
3. 系统设计的硬件 9
3.1数据采集卡的选择 9
3.1.1 数据采集卡的主要性能指标 9
3.1.2 USB 6341 数据采集卡 9
3.2 放大器 10
3.3电流互感器 11
3.4 硬件电路设计 12
4. 软件编程 14
4.1 系统设计框架 14
4.2 三相交流电A相信号的生成步骤 14
4.3 采集输出端电压并进行PI调节 17
5. 调试 21
总结 23
参考文献 24
附录 25
致 谢 27
1. 绪论
1.1引言
随着电子技术的发展，电子行业对信号源的需求越来越广泛，这就促使各类信号源产量不断增加，性能也不断提高。尤其是微处理器技术的出现和快速发展，使得信号源的设计向着自动化与智能化方向发展。目前，许多信号源的设计都带有微处理器的功能，这类信号源拥有自校、自检、自动故障诊断等功能，它们可以通过计算机和其他测量仪器一起构成测试系统。当前信号源的设计方向是频带宽、功耗低、频率高、精度高。
在科研领域内，对信号源的设计方案有好多种，如基于DDS（直接数字式频率合成器）的设计、基于FPGA（现场可编程门阵列）的设计。本文是采用虚拟仪器技术设计可控的三相交流信号源，虚拟仪器技术在当今世界发展迅速，许多行业在运用虚拟仪器技术。
1.2 虚拟仪器的信号源设计方案
本设计的三相信号是指幅值和频率相同而相位相差120°的正弦波。本设计的要求是设计出模拟的三相交流信号源，该信号源的幅值低于10V，频率为50Hz。
本设计的三相交流信号源带有反馈系统，即系统能够自行调节输出的电压直到达到给定值为止。因为三相信号只存在相位差，在此以三相信号中的一相设计为例，其他两相依次可设计出。
在此将三相信号简称为A相、B相和C相。对于A相信号，它的幅值由给定值来决定，因为设计要求是输出信号的电压幅值是可变的，所以对于A相信号来说，它的电压幅值也是可变的。它的变化是通过输出端反馈回来的电压来自行调节的。
对于A相信号的设计，首先要做的是编写一个通过数据采集卡输出端口输出信号的程序，然后对这个信号进行放大处理，并将处理后的信号通过互感器输出，本设计要控制的电压信号是经过互感器转换后的信号，因此要将互感器输出的电压反馈到计算机。如图1-1所示。
图1-1 信号的自动调节设计
1.3 论文章节安排
本课题研究的主要内容是信号源的设计，该信号源主要功能是能够自行调节输出端的电压。在本次设计中应用到的软件是虚拟仪器LabVIEW 、数据采集卡USB-6341、放大器LM1875、互感器等其他电器元件。以下将对各个章节的内容作简单概述。
第一章 绪论，引出本设计的课题可控精密三相交流测试信号源，并介绍设计方案。
第二章 虚拟仪器与数据采集卡，本章节介绍了虚拟器的特点、优势等知识，同时也介绍了数据采集卡的采集的信号类型、采样定理和数据采集卡中的A/D和D/A。
第三章 系统设计的硬件，本章着重介绍了在本次设计中用到的硬件：USB-6341数据采集卡、放大器LM1875、电流互感器以及搭建的硬件电路。
第四章 软件编程，本章介绍的软件编程的方案，主要包括三相信号的输出与采集以及采样PID调节处理信号。
第五章 调试，本章叙述了对设计出的信号源进行的调试过程，以及在调试时遇到的问题和解决办法，并给出了整个三相信号源设计的前面板和程序框图。
第六章 总结，总结本次设计成果，以及在设计中遇到的困难和解决办法。
第七章 参考文献，列出在本设计所参考的资料。
第八章 致谢，感谢老师们和同学们的帮助。
第九章 附录，附整个程序的前面板与程序框图。
2. 虚拟仪器与数据采集
2.1 虚拟仪器
2.1.1虚拟仪器的特点
1.不强调物理上的实现形式
虚拟仪器通过软件功能来实现数据采集与控制、数据处理与分析及数据的显示这三部分的物理功能。计算机系统拥有者强大的数据处理能力，虚拟仪器正是利用其强大的数据处理能力，通过软件编程来完成数据的采集、分析和处理以及测试结果的显示等，虚拟仪器将软件、硬件的完美的结合起来，它可以实现传统仪器的各种功能。
2.在系统内实现软硬件自有共享
虚拟仪器的最大特点是将计算机资源与仪器硬件、DSP技术相结合，在系统内共享软硬件资源。虚拟仪器的功能不再受到厂家的约束，而是由用户自己来设定虚拟仪器的功能。在硬件系统相同的情况下，只需要改变软件编程，就可实现功能完全不同的测量仪器。
3.图形化的软件界面
虚拟仪器是利用计算机强大的图形环境，采用可视化的图形编程语言和平台，在计算机屏幕上建立图形化的软面板来代替常规的传统仪器面板。软面板上具有与实际仪器相似的旋钮、开关、指示灯及其他控制部件。在操作时，用户只需通过鼠标或键盘操作软面板，来检验仪器的通信和操作[1]。
2.1.2 虚拟仪器的结构
虚拟仪器中计算机和测控对象之间的连接口有多种如GPIB、VXI、PXI、具有这些接口的仪器。虚拟仪器的结构框图如图2-1所示。
图2-1虚拟仪器结构框图
2.1.3 LabVIEW的基本术语
使用LabVIEW开发的程序一般有一个或多个后缀名为VI的文件组成。一个VI由4部分组成：前面板、程序框图、图标、连线板。下面介绍一下LabVIEW中的控件、接线端、节点和连续。
1. 控件
根据输入和输出的功能不同，前面板上的控件类型有两种。第一种是控制器控件；第二种是指示器控件。
控制器控件又可以称为输入控件。输入控件一般用于用户指令和数据的输入，例如数值输入控件、下拉列表、开关。控制器控件对应的接线端有输入端口没有输出端口。
指示器控件也叫输出控件。指示器控件的作用是输出或显示执行结果，常用的指示器控件有数值显示控件、图形、仪表、指示灯等。指示器控件对应的接线端只有输出端口没有输入端口。
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