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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详见参考文献。
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。
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