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摘 要：基于Labwindows/CVI虚拟仪器的测试系统是主要针对于检测多路不同电压值而设计的一个测试电路，该测试系统是用于电压测试，但是也可以同时检测多路电压通道。该系统主要是用于一些测试要求较低，电压变化速率缓慢的一些电路中，主要优点就是在测试的过程中，测试人员可以同时通过上位机界面来观察其电压值的变化，并且可以通过上位机界面描绘出其被测信号的波形，以便于查看電压曲线变化。
关键词：虚拟仪器 电压测试 上位机界面
中图分类号：TP21 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）09（a）-0030-02
1 测试系统的基本原理
该测试系统的基本测试原理就是利用C8051f系列单片机内部集成的A/D数模转换模块来对其被测信号进行采样，将所采集的数据进行单片机内部程序处理，然后把处理完的数据存储在外部存储器中，存储完毕之后，再通过RS232通信将存储器中的数据传输到PC机上，用上位机界面把电压值显示出来。
单片机的内部数模转换A/D采样频率达到了200Ksps，能够满足测试的要求。由于在数据存储过程中需要稳定并准确的存储起来，数据存储的过程中使用的是SPI总线，因为其传输速度快，信号稳定，而且不会影响其A/D的转换。在A/D采样结束后需要将存储器中的的数据传输至PC机，RS232通信方式可以满足其传输速度，而且相对稳定。上位机显示界面中需要清楚的显示电压的幅值，所以在PC机接受到数据后将其处理，并将处理完的电压数据在上位机界面中的模拟显示栏或数字显示栏中显示出来，可以清晰的观测到电路中所要检测的某节点的电压值。在上位机界面中还设有数据保存功能、图形显示功能，可以将其保存的数据通过波形的形式来查看。
2 测试电路的硬件设计及其软件编程
2.1 硬件设计
2.1.1 电源模块
电源模块主要作用是为MCU单片机及其各个功能芯片提供相应的电压，使其能够正常的工作。在该测试电路需要用到两个不同的电压值，一个是单片机所需的电压是3.3V，另一个是RS232通信芯片需要的供电电压是5.0V。而电路中所需要的电压则是9V直流稳压电源。
为了能够尽量得到稳定的芯片供电电压，我们在电路中加入了一些滤波电容，尽量使其直流电压能够稳定，消除电压对于芯片的影响。而且还在电路的一端加入了LED指示灯，来确认供电电路能否正常运转，一旦电压模块不能提供给其他模块所需的电压，则整个系统将不会正常工作。电源模块电路设计如图2所示：
2.1.2 输入电压模块
测试电路中输入的电压主要是来自于被测电路中不同节点的各个电压值，由于被测电路中的电压值不统一，所以对于被测电压进行了处理，并且进行了输入通道的划分，针对于不同范围内的检测电压需要对应于相应的通道进行测量。在测试电路中，对于各个电压进行了分压的形式，由于单片机管脚的输入电压是不能够超过3.3V的，所以尽量将要测量的电压值进行比例分配，使其输入单片机的电压可以满足其要求，然后测量分配后的电压，再通过单片机内部软件操作进行相应的比例放大，可以准确的获得实际要测量的电压值。
所检测的电压值主要是几个区间：小于3.3V、3.3V～6.0V、6.0V～15.0V、15.0V～30.0V，对于不同电压进行分压所需要的分压电阻值不同，对于电压处理的电路图如图3所示：
2.1.3 上位机与下位机之间的RS232串口通信
在RS232标准中，字符是以一串行的比特串来一个接一个的串行（serial）方式传输，优点是传输线少，配线简单，传送距离可以较远，稳定性好。由于该设计中的传输速度要求不高，传输距离短，所以选用了RS232通信方式。（图4）
2.2 软件编程
软件设计的主要内容是：A/D的采样、数据的存储和读取、单片机与PC机之间的RS232通信；
在软件编程中需要用到A/D采样，为了能够直接将采集到的数据存储起来，同时采用了以SPI为接口的FM25V10存储器，由于SPI具有较高的传输速度，所以不用担心采集到的数据会被漏存，在采集完数据后将其数据传输给PC机，然后通过上位机界面来观察采集到的电压值。
2.3 基于Labwindows的上位机界面设计
上位机界面采用了NI公司推出的基于ANSI C的集成开发环境的Labwindows软件编写，Labwindows适用于测试系统、控制系统及信号的分析与处理。Labwindows/CVI软件把C语言的有力与柔性同虚拟仪器软件工具库结合起来，包含了各种总线、数据采集和分析库。Labwindows/CVI软件的重要特征就是在Windows和Sun平台上简化了图形用户接口的设计，使用户很容易的生成各种应用程序，并且这些程序可以在不同的饿平台上移植。
上位机的主要作用就是用来显示所接受到的数据，并且将这些数据保存起来，根据这些数据来绘制相应的图形，可以更加形象的展现出数据的变化趋势。在界面中我们分别对模拟量和数字量进行了显示，可以更加直观的来看清数据的变化，同时可以对数据进行相应的保存，在读取数据完毕后同样可以观察数据的波形，以此来确定数据是否准确无误。
上位机界面的组成部分如图5所示：
上位机界面主要分为两个部分，左边主要是显示功能，用于显示采集到的数据值；右边主要是控制功能，用于对数据的处理和保存。上位机界面的操作方法十分简单，点击“开始”按钮之后便可以将采集到的数据读取到PC机上，然后数据处理后将会在显示栏上显示出相对应通道上的数值。“停止”和“退出”按钮用来结束上位机的操作。“保存数据”按钮可以用来将读取的数据进行保存，保存的数据会在指定的文件夹中保存起来。查看数据是可以直接打开保存数据的文件，不用再去文件夹中查找。“查看数据”按钮可以将接收到的数据用图形来显示，按钮按下之后会弹出数据图形。
2.4 实验结果及其分析
经过实验可以得出了图6所示的波形，通过信号发生器产生一个幅值为5V的正弦电压信号，然后用该测试系统进行测试，由于信号发生器本身就一个通道，所以该实验只是针对于一个通道进行了测试，并且将采集到的电压值用PC机显示出来，所得到的图形如图6所示。
通过上图可以看得出来，该系统能够准确的将被测的电压信号通过上位机界面描绘出来，可以清晰的看出检测信号的波形，而对于数字量同样可以检测出其高低电平，上位机界面中将其对应的表示出来，“1”代表高电平，“0”代表低电平。由于数字量只是与某个电压值进行比较，所以在测试的过程中能够正常的显示出来。该系统主要是针对于模拟信号的测量，对于多通道信号的一个同时检测，方便观察电路的工作状态。
参考文献
[1] 张毅刚，乔立岩.虚拟仪器软件开发环境LabWindows/CVI6.0编程指南[M].北京；机械工业出版社，2002-08.
关键词：虚拟仪器 电压测试 上位机界面
中图分类号：TP21 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）09（a）-0030-02
1 测试系统的基本原理
该测试系统的基本测试原理就是利用C8051f系列单片机内部集成的A/D数模转换模块来对其被测信号进行采样，将所采集的数据进行单片机内部程序处理，然后把处理完的数据存储在外部存储器中，存储完毕之后，再通过RS232通信将存储器中的数据传输到PC机上，用上位机界面把电压值显示出来。
单片机的内部数模转换A/D采样频率达到了200Ksps，能够满足测试的要求。由于在数据存储过程中需要稳定并准确的存储起来，数据存储的过程中使用的是SPI总线，因为其传输速度快，信号稳定，而且不会影响其A/D的转换。在A/D采样结束后需要将存储器中的的数据传输至PC机，RS232通信方式可以满足其传输速度，而且相对稳定。上位机显示界面中需要清楚的显示电压的幅值，所以在PC机接受到数据后将其处理，并将处理完的电压数据在上位机界面中的模拟显示栏或数字显示栏中显示出来，可以清晰的观测到电路中所要检测的某节点的电压值。在上位机界面中还设有数据保存功能、图形显示功能，可以将其保存的数据通过波形的形式来查看。
2 测试电路的硬件设计及其软件编程
2.1 硬件设计
2.1.1 电源模块
电源模块主要作用是为MCU单片机及其各个功能芯片提供相应的电压，使其能够正常的工作。在该测试电路需要用到两个不同的电压值，一个是单片机所需的电压是3.3V，另一个是RS232通信芯片需要的供电电压是5.0V。而电路中所需要的电压则是9V直流稳压电源。
为了能够尽量得到稳定的芯片供电电压，我们在电路中加入了一些滤波电容，尽量使其直流电压能够稳定，消除电压对于芯片的影响。而且还在电路的一端加入了LED指示灯，来确认供电电路能否正常运转，一旦电压模块不能提供给其他模块所需的电压，则整个系统将不会正常工作。电源模块电路设计如图2所示：
2.1.2 输入电压模块
测试电路中输入的电压主要是来自于被测电路中不同节点的各个电压值，由于被测电路中的电压值不统一，所以对于被测电压进行了处理，并且进行了输入通道的划分，针对于不同范围内的检测电压需要对应于相应的通道进行测量。在测试电路中，对于各个电压进行了分压的形式，由于单片机管脚的输入电压是不能够超过3.3V的，所以尽量将要测量的电压值进行比例分配，使其输入单片机的电压可以满足其要求，然后测量分配后的电压，再通过单片机内部软件操作进行相应的比例放大，可以准确的获得实际要测量的电压值。
所检测的电压值主要是几个区间：小于3.3V、3.3V～6.0V、6.0V～15.0V、15.0V～30.0V，对于不同电压进行分压所需要的分压电阻值不同，对于电压处理的电路图如图3所示：
2.1.3 上位机与下位机之间的RS232串口通信
在RS232标准中，字符是以一串行的比特串来一个接一个的串行（serial）方式传输，优点是传输线少，配线简单，传送距离可以较远，稳定性好。由于该设计中的传输速度要求不高，传输距离短，所以选用了RS232通信方式。（图4）
2.2 软件编程
软件设计的主要内容是：A/D的采样、数据的存储和读取、单片机与PC机之间的RS232通信；
在软件编程中需要用到A/D采样，为了能够直接将采集到的数据存储起来，同时采用了以SPI为接口的FM25V10存储器，由于SPI具有较高的传输速度，所以不用担心采集到的数据会被漏存，在采集完数据后将其数据传输给PC机，然后通过上位机界面来观察采集到的电压值。
2.3 基于Labwindows的上位机界面设计
上位机界面采用了NI公司推出的基于ANSI C的集成开发环境的Labwindows软件编写，Labwindows适用于测试系统、控制系统及信号的分析与处理。Labwindows/CVI软件把C语言的有力与柔性同虚拟仪器软件工具库结合起来，包含了各种总线、数据采集和分析库。Labwindows/CVI软件的重要特征就是在Windows和Sun平台上简化了图形用户接口的设计，使用户很容易的生成各种应用程序，并且这些程序可以在不同的饿平台上移植。
上位机的主要作用就是用来显示所接受到的数据，并且将这些数据保存起来，根据这些数据来绘制相应的图形，可以更加形象的展现出数据的变化趋势。在界面中我们分别对模拟量和数字量进行了显示，可以更加直观的来看清数据的变化，同时可以对数据进行相应的保存，在读取数据完毕后同样可以观察数据的波形，以此来确定数据是否准确无误。
上位机界面的组成部分如图5所示：
上位机界面主要分为两个部分，左边主要是显示功能，用于显示采集到的数据值；右边主要是控制功能，用于对数据的处理和保存。上位机界面的操作方法十分简单，点击“开始”按钮之后便可以将采集到的数据读取到PC机上，然后数据处理后将会在显示栏上显示出相对应通道上的数值。“停止”和“退出”按钮用来结束上位机的操作。“保存数据”按钮可以用来将读取的数据进行保存，保存的数据会在指定的文件夹中保存起来。查看数据是可以直接打开保存数据的文件，不用再去文件夹中查找。“查看数据”按钮可以将接收到的数据用图形来显示，按钮按下之后会弹出数据图形。
2.4 实验结果及其分析
经过实验可以得出了图6所示的波形，通过信号发生器产生一个幅值为5V的正弦电压信号，然后用该测试系统进行测试，由于信号发生器本身就一个通道，所以该实验只是针对于一个通道进行了测试，并且将采集到的电压值用PC机显示出来，所得到的图形如图6所示。
通过上图可以看得出来，该系统能够准确的将被测的电压信号通过上位机界面描绘出来，可以清晰的看出检测信号的波形，而对于数字量同样可以检测出其高低电平，上位机界面中将其对应的表示出来，“1”代表高电平，“0”代表低电平。由于数字量只是与某个电压值进行比较，所以在测试的过程中能够正常的显示出来。该系统主要是针对于模拟信号的测量，对于多通道信号的一个同时检测，方便观察电路的工作状态。
参考文献
[1] 张毅刚，乔立岩.虚拟仪器软件开发环境LabWindows/CVI6.0编程指南[M].北京；机械工业出版社，2002-08.