基于DAQ及LabVIEW的虛擬數字電壓表的設計

摘要：為解決實驗室建設中成本高、技術更新慢及維護等方面的困難，適應現代測量儀器系統發展的要求，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實現外，其他功能均由軟件LabVIEW實現。其設計具有較高的靈活性和可擴展性，有利于系統集成。經測試，此數字電壓表性能可靠，能達到測試者的要求。
關鍵詞：虛擬儀器；數字電壓表；LabVIEW；DAQ

O 引言
電子儀器與測試實驗室是高等工科院校必備的教學實驗條件。為了提供一定的實驗規模，保證每個學生得到實際動手能力的訓練，傳統的教學實驗室一般需購置大量的基礎測量儀器，如示波器、電壓表、信號源等，投資大、技術更新快、維護困難。電壓表更是不可或缺的測量儀器之一。
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來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，適用于實驗室測量，解決投資、維護等問題，還考慮到該儀器主要用于教學和實驗，使用時，學生科通過操作，設置參數，根據自己的需要來定義儀器的功能；同時現代測量儀器系統正向著智能化、自動化、小型化、模塊化和開放系統的方向發展，基于虛擬儀器的電子測量儀器可滿足這種要求。

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，用戶通過軟件開發平臺編寫應用程序，以完成傳統儀器的功能。虛擬儀器技術已經得到工業界的廣泛接受與運用，成為儀器技術的主流。
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。