基于LabVIEW的数字电压表设计

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进入新世纪以来，网络化 、智能化 、虚拟化等高科技技术已成为现代仪器最主要的特征和发展趋势 。虽然传统仪器依旧在测量测试领域发挥着重要作用 ，但是它却存在着诸多问题，如灵活性不够，精度不够高等 ，另外传统仪器工作时 ，我们有时为了完成某项测试和维修任务 ，需要许多仪器，这么多的仪器不但价格昂贵、体积大、占用空间，而且各种仪器互联性差 ，不能相互之间交换数据 ，分析数据 ，造成仪器的利用率低，协同效果不能很好的发挥出来。虚拟仪器的产生，彻底改变了这样的状况，只需要 PC或者工作站、仪器插件、计算机应用程序就可以完成上述的功能 。

虚拟仪器是-种基于计算机的自动化测试仪器系统，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，充分利用计算机强大的显示、处理、存储能力来模拟物理仪器的处理过程。虚拟仪器的关键在于软件的开发，用户可以根据不同的需要，实现不同测收稿日期：2012-l1· 88 ·量仪器的功能。目前虚拟仪器技术的扩展功能也越来越强大 ，能够在 PC上开发测试程序，在嵌入式处理器和 FPGA上设计硬件等 ]，这些为用户设计测试系统，定义硬件功能等提供了-个独立环境。因此虚拟仪器以其众多优势正在逐渐取代传统仪器发挥着重要作用 ，其应用领域也将会越来越广泛 。虚拟仪器技术在发达国家 的应用已非常普及，而我国发展还相对 比较缓慢。目前在这-领域，使用较为广泛的计算机语言是美国 NI公司的 I abVIEW。

新型数字仪表及高档智能仪器的大量问世，标志着电子仪器领域的-场革命，也开创了现代电子测量技术的先河。新型数字仪表的发展主要有 4个方向：1)广泛采用新技术；2)向拈化发展；3)多重显示仪表；4)制作简单化 ]。

在本设计中，结合虚拟仪器 gabVIEW 新技术来完成 的数字电压表的设计，就依照了新技术、拈化和简单化的要求。LabVIEW 是-种图形化的编程语言，广泛地 被工业界、学术界和研究实验室所接受，能够实现标准的数据采集第 36卷 电 子 测 量 技 术程序框图的设计基本流图，如图 5所示。

图 5 程序流程图设计送来电压信号后，经过转接板以及PCL-818数据采集卡进行数据的离散化采集 ]，然后通过 I abVIEw 内部的测量运算拈进行数据的处理运算 ，进而得到要测量 的电压值 ，输 出至前面板进行电压值 的显示 ，同时在程序框图中还设计 了超量程报警拈，当输入 电压值大于 1O V时，超过量程 ，指示灯亮 ，在这些过程 中，拈均是可 以调节的，进 而可 以实现调节最大测量 电压，通过增加必要 的模块来测量电压、电阻等扩展功能。

3.2 硬件设计由于虚拟仪器主要依靠的是软件的功能，通过软件的设计来实现各种必要的测试功能，因此其硬件电路搭建起来相对 比较简单，这就避免 了硬件 电路搭建以及检查维修各方面 存 在 的 - 系 列 问 题，对 于 出现 的 问 题 只需 用LabVIEW 进行诊断 即可口]，本 次硬件连接 图，如图 6所示，通过实际的函数信号发生器将信号输入到所设计的虚拟数字电压表当中即送 到 8115转接板上，其 他不需 额外的电路搭接 ，设计电路非常简单 ，这样在实际运行过程 中，通过函数信号发生器加入各种 电压信号，这样就避免 了各种复杂的处理步骤带来的误差 ，通过设计 出的数字 电压表即可进行测试 。

厂-------] .厂------] l函数信号发生器E：>l虚拟数字电压表II......................-J I........................-J图 6 硬件设计4 数据处理与分析调试过程 中，通过函数信号发生器加入峰 -峰值为 8V ，频率为50 Hz的标准交流信号进行步骤演示：由于本次实验通过函数信号发生器加入的交流信号峰 -峰值为 8V ，频率 50 Hz，则实际测试最大电压值应为 4 V，最终虚拟电压表测量显示值为 3.986 05 V。测试误差为 0.34 ，满足测量精度要求。

在实际的测量过程中，不仅可以测量交流最大值，对于标准的直流，交流信号，以及其他的呈周期性变化的信号，均可测量，且在误差允许范围之内。由于此电压表便· 9O ·于系统调节及扩展功能 ，相信会得 到越来越多的应用。在实际测试过程中，设置交流频率 50 Hz，通过改变不同的输入电压值，测得的几组数据如表 1所示。

表 1 测试数据从数据可以看 出，总体设计满足要求 ，精度较高 ，同时由于受实验设备限制，调试过程中，信号发生器频率不应过大 ，最好 不超 过 100 Hz，否则 误差相 对较 大 ，而且 当输 出电压有效值 应大 于 7 V 时 ，会 超 出量 程进行报警 ，从 设计 原 理 中 我们 可 以看 出，误 差 主要 来 源 于A/D转换 ，因此便 于对 问题 进行 查找 ，进 行升级 与精 度的进-步提高 。

5 结 论本课题是基于 I abVIEW 的数字电压表设计，突出了I abVIEw 的编程特性、图形界 面和扩展功能～数字 电压表的算法运用 LabVIEW 软件来实现，突出了此软件在数字电路设计方面的优势。设计出的电压表操作方便 ，界面友好，接近实际，可调性好，直观准确，并且经过实验证明设计出的电压表性能稳定 ，精确度高 ，避免了复杂的硬件电路，同时可 以处理交流直 流以及其他变化 的模 拟信号 ，具有很高的应用价值 。