基于DAQ及LabVIEW的虛擬數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)

摘要：為解決實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中成本高、技術(shù)更新慢及維護(hù)等方面的困難，適應(yīng)現(xiàn)代測(cè)量儀器系統(tǒng)發(fā)展的要求，本文在分析數(shù)字電壓表原理的基礎(chǔ)上，利用虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)了一種新型數(shù)字電壓表。虛擬數(shù)字電壓表除數(shù)據(jù)采集由DAQ實(shí)現(xiàn)外，其他功能均由軟件LabVIEW實(shí)現(xiàn)。其設(shè)計(jì)具有較高的靈活性和可擴(kuò)展性，有利于系統(tǒng)集成。經(jīng)測(cè)試，此數(shù)字電壓表性能可靠，能達(dá)到測(cè)試者的要求。
關(guān)鍵詞：虛擬儀器；數(shù)字電壓表；LabVIEW；DAQ

O 引言
電子儀器與測(cè)試實(shí)驗(yàn)室是高等工科院校必備的教學(xué)實(shí)驗(yàn)條件。為了提供一定的實(shí)驗(yàn)規(guī)模，保證每個(gè)學(xué)生得到實(shí)際動(dòng)手能力的訓(xùn)練，傳統(tǒng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室一般需購置大量的基礎(chǔ)測(cè)量儀器，如示波器、電壓表、信號(hào)源等，投資大、技術(shù)更新快、維護(hù)困難。電壓表更是不可或缺的測(cè)量儀器之一。
傳統(tǒng)的數(shù)字電壓表采用A／D轉(zhuǎn)換器件和通用集成邏輯器件來設(shè)計(jì)，這樣的設(shè)計(jì)不便于系統(tǒng)功能修改和升級(jí)，缺乏靈活性，接線較復(fù)雜，故障率高。以單片機(jī)為核心的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)是目前使用過最廣泛的一種設(shè)計(jì)方式，但其工作速度較低，功能修改及調(diào)試需要硬件電路的支持。
在本文設(shè)計(jì)中，結(jié)合虛擬儀器新技術(shù)來完成為數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)，使其不但更有利于系統(tǒng)集成，提高系統(tǒng)的測(cè)試精度，適用于實(shí)驗(yàn)室測(cè)量，解決投資、維護(hù)等問題，還考慮到該儀器主要用于教學(xué)和實(shí)驗(yàn)，使用時(shí)，學(xué)生科通過操作，設(shè)置參數(shù)，根據(jù)自己的需要來定義儀器的功能；同時(shí)現(xiàn)代測(cè)量儀器系統(tǒng)正向著智能化、自動(dòng)化、小型化、模塊化和開放系統(tǒng)的方向發(fā)展，基于虛擬儀器的電子測(cè)量儀器可滿足這種要求。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及原理
1．1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
虛擬儀器(virtual instrument，VI)是20世紀(jì)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(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，加上特定的硬件接口，用戶通過軟件開發(fā)平臺(tái)編寫應(yīng)用程序，以完成傳統(tǒng)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(yùn)用，成為儀器技術(shù)的主流。
根據(jù)虛擬儀器的總體結(jié)構(gòu)分析，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，虛擬儀器的內(nèi)部功能可劃分成數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析、和數(shù)據(jù)表達(dá)式三個(gè)功能模塊。按照測(cè)控功能硬件的不同，VI可分為GPIB、VXI、PXI和DAQ四種標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用PC-DAQ體系結(jié)構(gòu)。