基于DAQ及LabVIEW的虚拟数字电压表的设计

　　O 引言

　　电子仪器与测试实验室是高等工科院校必备的教学实验条件。为了提供一定的实验规模，保证每个学生得到实际动手能力的训练，传统的教学实验室一般需购置大量的基础测量仪器，如示波器、电压表、信号源等，投资大、技术更新快、维护困难。电压表更是不可或缺的测量仪器之一。

　　传统的数字电压表采用A/D转换器件和通用集成逻辑器件来设计，这样的设计不便于系统功能修改和升级，缺乏灵活性，接线较复杂，故障率高。以单片机为核心的数字电压表设计是目前使用过最广泛的一种设计方式，但其工作速度较低，功能修改及调试需要硬件电路的支持。

　　在本文设计中，结合虚拟仪器新技术来完成为数字电压表的设计，使其不但更有利于系统集成，提高系统的测试精度，适用于实验室测量，解决投资、维护等问题，还考虑到该仪器主要用于教学和实验，使用时，学生科通过操作，设置参数，根据自己的需要来定义仪器的功能;同时现代测量仪器系统正向着智能化、自动化、小型化、模块化和开放系统的方向发展，基于虚拟仪器的电子测量仪器可满足这种要求。

　　1 系统设计及原理

　　1.1 系统的硬件设计

　　虚拟仪器(virtual instrument，VI)是20世纪80年代末由美国国家仪器公司(national instrument corp，NI)提出的新概念。它以通用计算机为基础，加上特定的硬件接口，用户通过软件开发平台编写应用程序，以完成传统仪器的功能。虚拟仪器技术已经得到工业界的广泛接受与运用，成为仪器技术的主流。

　　根据虚拟仪器的总体结构分析，其结构图如图1所示，虚拟仪器的内部功能可划分成数据采集与控制、数据分析、和数据表达式三个功能模块。按照测控功能硬件的不同，VI可分为GPIB、VXI、PXI和DAQ四种标准体系结构。本设计采用PC-DAQ体系结构。

　　数据采集是LabVIEW的核心技术之一。也是LabVIEW与其他编程语言相比的优势所在。在设计中根据测试系统的特点采用PC-DAQ(Data AcQuisition)体系结构。数据采集部分采用NI USB-6009 DAQ，模拟信号8通道单端输入，最高采样率42kSa/s(多通道合计)。数据处理和数据显示部分在PC机中用LabVIEW 8.2实现。PC机配置为：奔腾4 CPU 2.00GHz、内存256MB、硬盘60GB。其采集系统结构图如图2所示。

　　1.2 电压表设计原理

　　基于DAQ及LabVIEW的数字电压表包括直流电压表和交流电压表的功能，直流电压表的设计原理如图3所示，采用电压-时间变换型原理。

　　电压-时间变换型原理是指测量时将被测电压值转换为时间间隔△t，电压越大，△t越大，然后按△t大小控制定时脉冲进行计数，其计数值即为电压值。电压-时间变换型又称为V-T型或斜坡电压式。