基于DAQ及LabVIEW的虚拟数字电压表的设计

前面板由输入控制和输出显示两部分组成，操作方便，界面友好。输入控制用来控制系统的运行方式，系统可进行仿真和测试两个功能，量程选择用来设定电压量程，针对不同的直流输入，设置检测量程；输出显示用来显示测量的结果，以两个显示控件用来显示待测电压波形和标准电压波形，同时，面板上模拟了指针式仪表的指针，用来指示被测量的大小。两个布尔数组指示灯控件分别显示每次比较结果和是否超出量程。由于测试存在随机性，程序还设计了自动报警功能。
2．2．2 交流电压表的实现
基于对交流电压表原理的分析，在设计的过程中，利用LabVEW提供的工具模块对采集的电压信号通过不同形式的检波、计算等处理分析得出交流电压信号的有效值、峰值和平均值。对于一个纯粹的交流电压，正半周期信号和负半周期信号对称，平均值等于零，所以一般我们不直接测量平均值。在设计时，按Functions>>Nu-meric>>Absolute value取交流电压的绝对值，然后求平均值，即全波平均值；交流电压中的最大值，即为峰值。可以把数据进行比较求出最大值，可通过Waveform MinMax来进行处理；用DC value测量直流分量和用RMS value测量有效值。这样即把有赖于硬件电路的测试全部由软件来实现，提高系统的性能及集成度。其设计的程序框图如图6所示。

在测试中，基于USB6009DAQ设计的电压表，采样正弦信号的最高频率为65000Hz，显示波形的最高幅度为11．35V。

3 系统分析
虚拟直流电压表针对不同的直流输入，其量程的大小影响测试的精度，在测量电压时，应使被测电压在量程的2／3以上。一般量程应选定在被测电压的3倍值以上。当输入直流测试信号在0～3V时，测试的量程应选在10V，其测试的误差基本为O．0012V。交流测试时，利用信号发生器发出测试信号，将虚拟电压表和万用表与示波器的测试值进行比较，虚拟电压表测试值如表1所示。在测试中，应注意合理设置采样率，其是减小测量误差的重要途径。

示波器和数字万用表(三位半)测量值如表2所示。

虚拟仪表测得的正弦波峰值平均值为：11．49801V
万用表测得的正弦波峰-峰值的平均值：(23+23+23+23+23+23+23+23+23+23)／10=23 V，峰值为：11．5V，其两仪表的测量误差在O．00199V。由此可见，设计的虚拟电压表能够满足实验室的测量需求。
4 结束语
基于DAQ及LabVIEW的数字电压表能够实现数字电压表的功能，可视化的前面板控件构造仪器的用户界面，人机交互性强，界面友好。经过调试、运行，该设计能满足实验室用数字电压表的设计要求；且系统功能扩展方便，通过增加部分软件，就可以实现滤波器、信号源等的功能，可解决现有实验设备的技术更新与维护困难等难题。