基于LabVIEW的虚拟电压表方案设计

3 流程图的设计
　　每一个前面板都对应一个流程图程序。前面板的设计完成后，可对流程图程序进行设计。打开LabVIEW设计环境中的窗口→显示程序框图，进入流程图编辑窗口，与前面板各控件对应的端口图标自动出现在流程图编辑窗口中。利用LabVIEW中的功能模块，根据虚拟示波器前面板各控件的作用和联系，虚拟示波器运作后数据流的控制，分别在流程图设计面板中放置各个功能模块，合理摆放后，在用连线工具依次连接，以实现虚拟示波器的功能。数据流的编辑主要是对端口图标的连接。用连线工具进行连线时，如果端口闪烁，说明相连的数据类型匹配，否则不能连接。

　　3.1 虚拟信号发生器的实现

　　由于虚拟电压表主要用于演示，所以为了方便，可直接利用LabVIEW软件产生仿真信号。在该设计中，设置了正弦波、方波和三角波以及由公式确定的任意波形。在程序设计框图中，使用一个Case(选择)语句对四种波形进行选择。Case语句中，每一个数字(0，1，2，3，4)都代表一种波形，与前面板控件中5种状态相对应。至于Case语句的制作，只需将4个图标中的一个，例如正弦波发生程序，用Case框起来，然后在上面的空白处写上相应的数字，例如1;然后点击箭头，可以设置第二个图标，如果要添加一个Case的话，可以点击鼠标右键，直接添加，编辑相应的基本信号发生器VI中相应的节点即可。在添加公式波时，要把基本信号发生器VI换成公式波形VI，0代表默认状态，表示无任何波形输入。本文给出了Case结构的一个分支，公式波形的流程图如图2所示。该子Ⅵ可使用指定时间函数的公式字符串生成一个函数波形，它要求公式的自变量必须是t，它所支持的运算符和常用的函数。

　　另外，在模拟状态下，信号频率以赫兹或者每秒周期数为单位。但是在数字系统中，通常使用数字频率，它是信号频率与采样频率的比值，被称为标准频率。所以，在框图程序中，应当在信号频率与采样频率之间加载一个除法器。

　　在波形发生程序按照规定的参数产生波形后，如果将波形直接输入波形显示控件，那将是错误的。因为波形显示控件，并不像数据显示控件那样只需要一个或一组数据，因此波形能否按规定显示出来，取决于输入的几组不同且具有决定性的数据，例如周期、相位等。在该设计中，将z轴起始坐标、周期、波形捆绑成一个数组，同时输入到波形显示控件中。

　　3.2 数据处理部分

　　数据处理部分的作用，就是将产生出的信号通过不同形式的检波、计算，得出规定的不同的结果。在该设计中同时显示交流有效值、峰值和平均值。对于一个纯粹的交流电压，正半周期信号与负半周期信号对称，U的平均值等于零，所以一般不直接测量平均值。在设计时，按函数→数值→绝对值取交流电压的绝对值，然后求平均值，取全波平均值。交流电压中的最大值，即为峰值。可以通过比较数据求出最大值，这需要使用波形最大、最小子虚拟仪器来处理框图。有效值显示：在函数→信号处理→波形测量中选择基本平均直流均方根。其框图符号如图3所示。

　　图3中，DC value为测量的直流分量;RMS为value测量有效值;reset用于重启过去记录的时间信号、平均测量的参数;averaging type是测量中的平均类型，在单个模块VI中，可依据输入记录长度自动设置平均时间;Window是在DC/RMS计算之前，用于记录时间的窗;erroe in是在该VI运行之前描述错误环境，默认值为no error。如果错误已经发生，该VI在errorout端返回错误代码，子VI在无错误时才正常运行。
　3.3 开关部分

　　用一个while条件语句设计整个框图程序，当模拟电压开关为“1”时，虚拟电压表工作，条件语句中的程序开始运行;当模拟开关为“0”即关时，条件语句中的程序停止运行，虚拟电压表不工作。设计好的流程图如图4所示。

　　4 结 语

　　经过实际使用，虚拟电压表所有的控制键和功能正常，符合使用要求。需要指出的是，在设计该虚拟电压表时，签于教学使用的目的，仅从功能上考虑，并未对虚拟电压表的技术指标进行深入研究。事实上，峰值是取样值的最大值，而取样点不可能取得太多，否则运行速度太慢，因此显示的峰值与理论值是有差别的，在设计时应注意合理选择参数。

　　在LabVIEW图形化语言环境下设计的虚拟仪器简单快捷，用户完全可根据测试功能的需要，调用不同功能的软件模块，以组建自己的仪器。这对测量者，尤其是高等院校的实验室是非常方便的。可在同一台计算机中，根据不同的教学层次，设计不同档次的仪器为教学服务。如何针对不同的教学目的，分别对硬件驱动程序部分、虚拟面板部分、信号的后期处理部分进行部分或完整的设计，信号的后期处理程序可以设计成一个独立的功能模块，能够对采样信号进行非实时的在现和离线分析，既满足了学生的要求，又避免了设备的重复购置。