基于LabVIEW 8.2的多用虛擬電壓表設(shè)計(jì)

　　摘要：為了滿足不同測(cè)量的要求傳統(tǒng)的電壓表分別做成獨(dú)立的儀表，包括峰值電壓表、平均值電壓表和有效值電壓表。在此，提出采用虛擬儀器同時(shí)實(shí)現(xiàn)三種示值電壓表的方案；介紹了虛擬儀器軟件平臺(tái)LabVIEW的特點(diǎn)。對(duì)虛擬數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)描述，包括基于LabVIEW 8．2的虛擬信號(hào)發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)過程，它能產(chǎn)生正弦、方波、三角波及由輸入數(shù)學(xué)公式確定的復(fù)雜自編輯波形。最后，對(duì)設(shè)計(jì)的虛擬電壓表運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行分析，驗(yàn)證了虛擬電壓表設(shè)計(jì)方法的正確性。

　　O 引 言

　　虛擬儀器是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子測(cè)量技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種新型儀器。它充分利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和顯示能力，利用軟件完成數(shù)據(jù)的采集、控制、數(shù)據(jù)分析和處理以及測(cè)試結(jié)果的顯示等，通過軟、硬件的配合，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的各種功能，真正實(shí)現(xiàn)了“軟件即儀器”的概念，用戶可以方便地對(duì)儀器進(jìn)行維護(hù)和擴(kuò)展。

　　電壓是電路中常用的電信號(hào)，通過電壓測(cè)量，利用基本公式可以導(dǎo)出其他的參數(shù)。因此，電壓測(cè)量是其他許多電參數(shù)和非電參數(shù)量的基礎(chǔ)。測(cè)量電壓相當(dāng)普及的一種測(cè)量?jī)x表就是電壓表，但常用的是模擬電壓表。模擬電壓表根據(jù)檢波方式的不同。分為峰值電壓表、均值電壓表和平均值電壓表，它們都各自做成獨(dú)立的儀表。這樣，使用模擬電壓表進(jìn)行交流電壓測(cè)量時(shí)，必須根據(jù)測(cè)量要求選擇儀表。另外，多數(shù)電壓表的表頭是按正弦交流有效值刻度的，而測(cè)量非正弦波時(shí)，必須經(jīng)過換算才能得到正確的測(cè)量結(jié)果，從而給實(shí)際工作帶來不便。

　　采用虛擬電壓表，可將表征交流電壓特征的峰值、平均值和有效值集中顯示在一塊面板上，測(cè)量時(shí)可根據(jù)波形在面板上選擇儀表，用戶僅通過面板指示值就能對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析比較，大大簡(jiǎn)化了測(cè)量步驟。

　　1 虛擬電壓表的設(shè)計(jì)思路

　　LabVIEw 8．2版本的工程技術(shù)比以往任何一個(gè)版本都豐富．它采用了中文界面，各個(gè)控件的功能一目了然。利用它全新的用戶界面對(duì)象和功能，能開發(fā)出專業(yè)化、可完全自定義的前面板。LabVIEW 8．2對(duì)數(shù)學(xué)、信號(hào)處理和分析也進(jìn)行了重大的補(bǔ)充和完善，信號(hào)處理分析和數(shù)學(xué)具有更為全面和強(qiáng)大的庫(kù)，其中包括500多個(gè)函數(shù)。所以在LabVIEW 8．2版本下能夠更方便地實(shí)現(xiàn)虛擬電壓表的設(shè)計(jì)。

　　虛擬電壓表是基于計(jì)算機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)的模塊化系統(tǒng)，通常它由控制模塊、儀器模塊和軟件組成，由軟件編程來實(shí)現(xiàn)儀器的功能。在虛擬儀器中，計(jì)算機(jī)顯示器是惟一的交互界面，物理的開關(guān)、按鍵、旋鈕以及數(shù)碼管等顯示器件均由與實(shí)物外觀相似的圖形控件來代替，操作人員只要通過鼠標(biāo)或鍵盤操作虛擬儀器面板上的旋鈕、開關(guān)、按鍵等設(shè)置各種參數(shù)，就能根據(jù)自己的需要定義儀器的功能。在虛擬電壓表的設(shè)計(jì)中，考慮到儀器主要用于教學(xué)和實(shí)驗(yàn)，使用對(duì)象是學(xué)生，因此將引言中提到的三種檢波方式的儀器合為一體，既簡(jiǎn)化了面板操作，又便于直接對(duì)比。

　　該電壓表主要用于電路分析和模擬電子技術(shù)等實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)和測(cè)量?jī)x器，能夠使學(xué)習(xí)者了解和掌握電壓的測(cè)量和電壓表對(duì)各種波形的不同響應(yīng)。因此，虛擬電壓表應(yīng)具備電源開關(guān)控制、波形選擇，以及顯示峰值、有效值和平均值三種結(jié)果，且輸入信號(hào)的大小可調(diào)節(jié)等功能。虛擬電壓表由硬件設(shè)備與接口、設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件和虛擬儀器面板組成。其中，硬件設(shè)備與接口包括儀器接口設(shè)備和計(jì)算機(jī)，設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件是直接控制各種硬件接口的驅(qū)動(dòng)程序，虛擬儀器通過底層設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件與真實(shí)的儀器系統(tǒng)進(jìn)行通信，并以虛擬儀器面板的形式在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示與真實(shí)儀器面板操作相對(duì)應(yīng)的各種控件。在此，用軟件虛擬了一個(gè)信號(hào)發(fā)生器。該信號(hào)發(fā)生器可產(chǎn)生正弦波、方波和三角波，還可以輸入公式，產(chǎn)生任意波形。根據(jù)需要，可調(diào)節(jié)面板上的控件來改變信號(hào)的頻率和幅度等可調(diào)參數(shù)，然后檢測(cè)電壓表的運(yùn)行情況。因此，在LabVIEW圖形語(yǔ)言環(huán)境下設(shè)計(jì)的虛擬電壓表主要分為兩個(gè)部分：第一部分是虛擬電壓表前面板的設(shè)計(jì)；第二部分是虛擬電壓表流程圖的設(shè)汁。