基于LabVIEW 8.2的多用虛擬電壓表設計

　　摘要：為了滿足不同測量的要求傳統(tǒng)的電壓表分別做成獨立的儀表，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實現(xiàn)三種示值電壓表的方案；介紹了虛擬儀器軟件平臺LabVIEW的特點。對虛擬數(shù)字電壓表的設計和實現(xiàn)進行了詳細描述，包括基于LabVIEW 8．2的虛擬信號發(fā)生器的實現(xiàn)過程，它能產(chǎn)生正弦、方波、三角波及由輸入數(shù)學公式確定的復雜自編輯波形。最后，對設計的虛擬電壓表運行結果進行分析，驗證了虛擬電壓表設計方法的正確性。

　　O 引 言

　　虛擬儀器是隨著計算機技術、電子測量技術和通信技術發(fā)展起來的一種新型儀器。它充分利用計算機系統(tǒng)強大的數(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)分析和處理以及測試結果的顯示等，通過軟、硬件的配合，實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的各種功能，真正實現(xiàn)了“軟件即儀器”的概念，用戶可以方便地對儀器進行維護和擴展。

　　電壓是電路中常用的電信號，通過電壓測量，利用基本公式可以導出其他的參數(shù)。因此，電壓測量是其他許多電參數(shù)和非電參數(shù)量的基礎。測量電壓相當普及的一種測量儀表就是電壓表，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，它們都各自做成獨立的儀表。這樣，使用模擬電壓表進行交流電壓測量時，必須根據(jù)測量要求選擇儀表。另外，多數(shù)電壓表的表頭是按正弦交流有效值刻度的，而測量非正弦波時，必須經(jīng)過換算才能得到正確的測量結果，從而給實際工作帶來不便。

　　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，測量時可根據(jù)波形在面板上選擇儀表，用戶僅通過面板指示值就能對測量結果進行分析比較，大大簡化了測量步驟。

　　1 虛擬電壓表的設計思路

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

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

　　該電壓表主要用于電路分析和模擬電子技術等實驗課的教學和測量儀器，能夠使學習者了解和掌握電壓的測量和電壓表對各種波形的不同響應。因此，虛擬電壓表應具備電源開關控制、波形選擇，以及顯示峰值、有效值和平均值三種結果，且輸入信號的大小可調(diào)節(jié)等功能。虛擬電壓表由硬件設備與接口、設備驅(qū)動軟件和虛擬儀器面板組成。其中，硬件設備與接口包括儀器接口設備和計算機，設備驅(qū)動軟件是直接控制各種硬件接口的驅(qū)動程序，虛擬儀器通過底層設備驅(qū)動軟件與真實的儀器系統(tǒng)進行通信，并以虛擬儀器面板的形式在計算機屏幕上顯示與真實儀器面板操作相對應的各種控件。在此，用軟件虛擬了一個信號發(fā)生器。該信號發(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的頻率和幅度等可調(diào)參數(shù)，然后檢測電壓表的運行情況。因此，在LabVIEW圖形語言環(huán)境下設計的虛擬電壓表主要分為兩個部分：第一部分是虛擬電壓表前面板的設計；第二部分是虛擬電壓表流程圖的設汁。