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摘要：为解决实验室建设中成本高、技术更新慢及维护等方面的困难，适应现代测量

仪器系统发展的要求，本文在分析数字电压表原理的基础上，利用虚拟仪器技术设计了一种

新型数字电压表。虚拟数字电压表除数据采集由DAQ实现外，其他功能均由软件LabVIEW

实现。其设计具有较高的灵活性和可扩展性，有利于系统集成。经测试，此数字电压表性能

可靠，能达到测试者的要求。

关键词：虚拟仪器；数字电压表；LabVIEW；DAQ

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(virtualinstrument，VI)是20世纪80年代末由美国国家仪器公司(national

instrumentcorp，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。

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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(DataAcQuisition)体系结构。数据采集部

分采用NIUSB-6009DAQ，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LabVIEW8．2实现。PC机配置为：奔腾4CPU

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。

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