基于DAQ及LabVIEW的虛擬數字電壓表的設計

摘要：為解決實(shí)驗室建設中成本高、技術(shù)更新慢及維護等方面的困難，適應現代測量?jì)x器系統發(fā)展的要求，本文在分析數字電壓表原理的基礎上，利用虛擬儀器技術(shù)設計了一種新型數字電壓表。虛擬數字電壓表除數據采集由DAQ實(shí)現外，其他功能均由軟件LabVIEW實(shí)現。其設計具有較高的靈活性和可擴展性，有利于系統集成。經(jīng)測試，此數字電壓表性能可靠，能達到測試者的要求。
關(guān)鍵詞：虛擬儀器；數字電壓表；LabVIEW；DAQ

O 引言
電子儀器與測試實(shí)驗室是高等工科院校必備的教學(xué)實(shí)驗條件。為了提供一定的實(shí)驗規模，保證每個(gè)學(xué)生得到實(shí)際動(dòng)手能力的訓練，傳統的教學(xué)實(shí)驗室一般需購置大量的基礎測量?jì)x器，如示波器、電壓表、信號源等，投資大、技術(shù)更新快、維護困難。電壓表更是不可或缺的測量?jì)x器之一。
傳統的數字電壓表采用A／D轉換器件和通用集成邏輯器件來(lái)設計，這樣的設計不便于系統功能修改和升級，缺乏靈活性，接線(xiàn)較復雜，故障率高。以單片機為核心的數字電壓表設計是目前使用過(guò)最廣泛的一種設計方式，但其工作速度較低，功能修改及調試需要硬件電路的支持。
在本文設計中，結合虛擬儀器新技術(shù)來(lái)完成為數字電壓表的設計，使其不但更有利于系統集成，提高系統的測試精度，適用于實(shí)驗室測量，解決投資、維護等問(wèn)題，還考慮到該儀器主要用于教學(xué)和實(shí)驗，使用時(shí)，學(xué)生科通過(guò)操作，設置參數，根據自己的需要來(lái)定義儀器的功能；同時(shí)現代測量?jì)x器系統正向著(zhù)智能化、自動(dòng)化、小型化、模塊化和開(kāi)放系統的方向發(fā)展，基于虛擬儀器的電子測量?jì)x器可滿(mǎn)足這種要求。

1 系統設計及原理
1．1 系統的硬件設計
虛擬儀器(virtual instrument，VI)是20世紀80年代末由美國國家儀器公司(national instrument corp，NI)提出的新概念。它以通用計算機為基礎，加上特定的硬件接口，用戶(hù)通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)平臺編寫(xiě)應用程序，以完成傳統儀器的功能。虛擬儀器技術(shù)已經(jīng)得到工業(yè)界的廣泛接受與運用，成為儀器技術(shù)的主流。
根據虛擬儀器的總體結構分析，其結構圖如圖1所示，虛擬儀器的內部功能可劃分成數據采集與控制、數據分析、和數據表達式三個(gè)功能模塊。按照測控功能硬件的不同，VI可分為GPIB、VXI、PXI和DAQ四種標準體系結構。本設計采用PC-DAQ體系結構。