課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告-基于LabVIEW的虛擬儀器技術(shù).doc

基于LabVIEW的虛擬儀器技術(shù)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、了解虛擬儀器技術(shù)的基本概念；2、熟悉并掌握LabView7.1軟件的開(kāi)發(fā)環(huán)境及基本使用方法；3、學(xué)習(xí)編寫(xiě)基于USB接口的虛擬數(shù)據(jù)采集器的方法。【儀器設(shè)備】計(jì)算機(jī)1臺(tái)（運(yùn)行Windows操作系統(tǒng)，并已安裝了LabView7.1軟件），NIUSB6008多通道 數(shù)據(jù)采集器1只，便攜式數(shù)字萬(wàn)用表1只，示波器1臺(tái)，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器1臺(tái)，1.5V電池1只， 鐘表用一字螺絲批1把，導(dǎo)線若干?！景踩⒁馐马?xiàng)】1、在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，NIUSB6008多通道數(shù)據(jù)采集器的任何一個(gè)模擬信號(hào)輸入端口 的輸入電壓的峰值不能大于10V，而數(shù)字信號(hào)端口的輸入輸出電壓峰值不能大于5.8V，否 則會(huì)造成損壞。該設(shè)備價(jià)值近兩千元，在使用前請(qǐng)認(rèn)真閱讀說(shuō)明書(shū)。2、在“D:學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)物理系2004級(jí)”中相應(yīng)的專業(yè)目錄下以“學(xué)號(hào)姓名”（例如：04334001張三）為名創(chuàng)建一個(gè)子目錄，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中編制的所有程序都保存在該目錄下，以 便教師批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)檢查?！驹砀攀觥繙y(cè)控儀器已經(jīng)經(jīng)歷了模擬（指針）式儀器、數(shù)字式儀器、智能化儀器等三個(gè)階段，現(xiàn)在 的重要發(fā)展方向是虛擬儀器（Virtual Instrument，簡(jiǎn)稱VI）技術(shù)。為了便于與VI區(qū)分，我們 稱前三種儀器為傳統(tǒng)儀器。目前實(shí)驗(yàn)室中使用的各種能脫離計(jì)算機(jī)“獨(dú)立”使用的儀器， 如數(shù)字萬(wàn)用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、示波器等都屬于傳統(tǒng)儀器。此類(lèi)儀器在使用過(guò)程存在幾 個(gè)明顯的缺點(diǎn)：（1）一臺(tái)傳統(tǒng)儀器只能實(shí)現(xiàn)較單一的功能，擴(kuò)展性、互換性、升級(jí)性較差。如數(shù)字萬(wàn)用表不能作為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器使用，數(shù)字電橋不能作為示波器使用一樣。科研工作者和工程師在實(shí)際工作過(guò)程中若要完成某種稍微復(fù)雜一些的測(cè)試任務(wù)，往往需要購(gòu)買(mǎi)示波器、 數(shù)字萬(wàn)用表、頻譜分析儀、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、多通道數(shù)據(jù)采集器等多種設(shè)備，成本高昂。而 且這些儀器還相對(duì)獨(dú)立，絕大多數(shù)無(wú)法升級(jí)。隨著測(cè)量任務(wù)的改變，往往需要購(gòu)買(mǎi)性能更 強(qiáng)的同類(lèi)儀器，甚至是其它種類(lèi)的儀器。（2）在需要自動(dòng)測(cè)量和控制的情況下，特別是需要自行開(kāi)發(fā)專用的測(cè)控系統(tǒng)時(shí)，通常都需要編制控制程序。在虛擬儀器技術(shù)出現(xiàn)以前，這些工作大部分是用匯編、C或BASIC 等順序執(zhí)行的文本編程語(yǔ)言來(lái)完成的。對(duì)于一些涉及多臺(tái)儀器的較大型測(cè)試系統(tǒng)，或是 功能越來(lái)越復(fù)雜的數(shù)字化、智能化儀器，其控制程序少則數(shù)千行，多則數(shù)萬(wàn)行甚至更多， 開(kāi)發(fā)過(guò)程非常困難，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，將計(jì)算機(jī)與測(cè)控儀器緊密結(jié)合在一起的虛擬儀器技術(shù)很好 地克服了傳統(tǒng)儀器的上述缺陷。計(jì)算機(jī)和儀器的結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向， 這種結(jié)合大概有兩種方式。一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的 儀器。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各 種儀器功能。虛擬儀器主要是指這種方式。1、虛擬儀器技術(shù)簡(jiǎn)介所謂虛擬儀器是指基于計(jì)算機(jī)的測(cè)控平臺(tái)，它可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測(cè)控儀器，如示波器、 邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器、頻譜分析儀等；可集成于自動(dòng)控制、工業(yè)控制系統(tǒng)；可自由構(gòu)建 成專有儀器系統(tǒng)。如圖1所示，一臺(tái)完整實(shí)用的虛擬儀器主要由三個(gè)部分組成：虛擬儀器 平臺(tái)、開(kāi)發(fā)軟件、模塊化I/O硬件。（1）虛擬儀器平臺(tái)是虛擬儀器的核心，其運(yùn)行著虛擬儀器開(kāi)發(fā)軟件，控制著整臺(tái)虛擬 儀器的工作。該平臺(tái)可以是我們平時(shí)使用的臺(tái)式計(jì)算機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)、PDA，也可以是 NI公司生產(chǎn)的專用PXI平臺(tái)等。（2）虛擬儀器開(kāi)發(fā)軟件可實(shí)現(xiàn)對(duì)各種模塊化I/ O設(shè)備的控制。目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最 快、功能最強(qiáng)的虛擬儀器開(kāi)發(fā)軟件當(dāng)屬美國(guó)國(guó)家儀器（National Instruments，簡(jiǎn)稱NI）公司 生產(chǎn)LabVIEW。（3）模塊化I/O硬件是指通過(guò)PCI、PXI、PCMCIA、USB、1394、GPIB等各種接口與虛 擬儀器平臺(tái)連接，以實(shí)現(xiàn)各種測(cè)控功能的硬件設(shè)備。例如類(lèi)似于插在計(jì)算機(jī)內(nèi)部插槽上 的PXI模塊化儀器，通過(guò)USB口連接的多功能數(shù)據(jù)采集器等。這些硬件大多是完成一些最 基本的物理量的測(cè)控，通過(guò)這些基礎(chǔ)硬件的不同組合，就可以實(shí)現(xiàn)多種測(cè)控儀器的功能。 由于這些儀器本身都沒(méi)有面板，其控制和顯示都通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕上出現(xiàn)的“虛擬面板”來(lái) 完成，而不是傳統(tǒng)意義上的一臺(tái)“獨(dú)立”的儀器，因此稱為虛擬儀器。（1）虛擬儀器平臺(tái)（2）虛擬儀器開(kāi)發(fā)軟件（3）模塊化I/ O硬件（4）被測(cè)控系統(tǒng) 圖1 虛擬儀器主要結(jié)構(gòu)虛擬儀器將計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和儀器硬件的測(cè)控能力結(jié)合起來(lái)，大大縮小 了儀器硬件的成本和體積，并能隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而不斷升級(jí)。因此，廣義來(lái)說(shuō)，任 何利用計(jì)算上由軟件實(shí)現(xiàn)的“虛擬面板”來(lái)控制和操作的儀器，都可以稱為虛擬儀器。但 需要保持清醒的是，VI雖有許多傳統(tǒng)儀器不可替代的優(yōu)點(diǎn)，但任何技術(shù)都有一定的局限 性。在需要測(cè)量的物理量比較單一、測(cè)量數(shù)據(jù)不多的應(yīng)用場(chǎng)合，傳統(tǒng)儀器仍然是最快速、 最簡(jiǎn)便的解決方法。目前，NI公司是世界上最大的虛擬儀器供應(yīng)商。打開(kāi)該公司的主頁(yè)，可以 看到其產(chǎn)品覆蓋了信號(hào)調(diào)理、運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器視覺(jué)、數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制和分布式I/ O、實(shí) 時(shí)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制等許多方面，在包括航空、航天、通信、汽車(chē)、半導(dǎo)體和生物醫(yī)學(xué)等世界 范圍的眾多領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用。世界500強(qiáng)企業(yè)中有超過(guò)90豫的公司均采用NI的虛擬 儀器產(chǎn)品，而歐美高校中有超過(guò)二分之一的科研實(shí)驗(yàn)室采用NI的虛擬儀器來(lái)搭建測(cè)試系 統(tǒng)。2、LabView簡(jiǎn)介L(zhǎng)abVIEW是實(shí)驗(yàn)室虛 擬儀器集成 環(huán)境 (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)的簡(jiǎn)稱，由NI公司的創(chuàng)始人杰姆特魯查德(James Truchard)博士、杰夫柯德斯凱(Jeff Kodosky)博士以及他們的好友杰克麥克里森等人設(shè)計(jì)，于1986年05月首先在Mac原 intosh計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，該時(shí)間甚至早于Microsoft公司推出圖形化的Windows操作系統(tǒng)。由于LabVIEW中定義了數(shù)據(jù)模型、結(jié)構(gòu)類(lèi)型、模塊調(diào)用語(yǔ)法規(guī)則等編程語(yǔ)言所需要的各種基本要素，在功能完整性和應(yīng)用靈活性上不遜于任何高級(jí)語(yǔ)言，因此LabVIEW不僅僅是一 個(gè)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，而與常規(guī)的BASCI、C、Delphi等語(yǔ)言一樣，是一種編程語(yǔ)言。但與這些文 本編程語(yǔ)言不同，LabVIEW采用的是圖形化的編程方式，故稱為G（Graph）語(yǔ)言，美國(guó)許多理工科院校都將該語(yǔ)言列為一門(mén)必修課。經(jīng)過(guò)20年的不懈努力，LabVIEW現(xiàn)已發(fā)展到8.0 中文文檔版。由于虛擬儀器的概念最早是由特魯查德博士等人在設(shè)計(jì)LabVIEW的過(guò)程中 提出的，因此虛擬儀器狹義上僅指用LabVIEW編寫(xiě)的程序，這些程序往往以“.VI”作為擴(kuò)展名。圖2示出了LabVIEW的工作界面。用LabVIEW編寫(xiě)的每一個(gè)VI都由前面板（圖2a）、框圖程序（圖2b）、圖標(biāo)/連接端口三部分組成。下面以一個(gè)虛擬溫度計(jì)為例，說(shuō)明一下VI程序的基本構(gòu)成。（a）前面板窗口 （b）框圖程序窗口 圖2 LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境前面板用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量，用于模擬真實(shí)儀表的前面板。在程序前面 板上，輸入量被稱為控制（Controls），輸出量被稱為顯示（Indicators）?？刂坪惋@示是以各種 圖標(biāo)形式出現(xiàn)在前面板上的，如旋鈕、開(kāi)關(guān)、按鈕、圖表、圖形等，這使得前面板直觀易懂。 圖3（a）是一個(gè)虛擬溫度計(jì)的前面板。（a）前面板 （b）框圖程序 圖3 虛擬溫度計(jì)前面板及框圖程序每一個(gè)前面板都對(duì)應(yīng)著一段框圖程序?？驁D程序用LabVIEW圖形編程語(yǔ)言編寫(xiě)，可以把它理解成傳統(tǒng)程序的源代碼?？驁D程序由端口、節(jié)點(diǎn)、圖框和連線構(gòu)成。其中端口被 用來(lái)與程序前面板上的控制和顯示單元傳遞數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)被用來(lái)實(shí)現(xiàn)函數(shù)和功能調(diào)用，圖 框被用來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化程序控制命令，而連線代表程序執(zhí)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)流，定義了框圖 內(nèi)的數(shù)據(jù)流動(dòng)方向。上述虛擬溫度計(jì)的框圖程序示于圖3（b）。 圖4 虛擬溫度計(jì)的圖標(biāo)和連接端口圖標(biāo)/連接端口是子VI被其它VI調(diào)用的接口。圖標(biāo)是子VI在其他程序框圖中被調(diào)用的節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)形式；而連接端口則表示節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的輸入/輸出口，類(lèi)似于函數(shù)的參數(shù)。連接端口與前面板上的控制和顯示單元必須一一對(duì)應(yīng)。圖4為虛擬溫度計(jì)的圖標(biāo)/連接端口。連接端口一般情況下隱含不顯示，除非用戶選擇打開(kāi)觀察它。3、數(shù)據(jù)采集Data Acquisition（DAQ）自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集是虛擬儀器最重要的應(yīng)用之一，NI公司提供了DAQ從軟件到硬件 的全面解決方案。前面已經(jīng)說(shuō)明，一個(gè)完整的虛擬儀器系統(tǒng)由虛擬儀器平臺(tái)、開(kāi)發(fā)軟件、模塊化I/O硬件等三部分組成。本實(shí)驗(yàn)中我們將采用臺(tái)式計(jì)算機(jī)作為平臺(tái)，用基于USB接口的USB6008多功能數(shù)據(jù)采集器作為模塊化I/ O，而開(kāi)發(fā)軟件就采用第2節(jié)介紹的Lab原 VIEW7.1。其中提供了若干個(gè)專門(mén)用于數(shù)據(jù)采集任務(wù)的函數(shù)，如DAQ Assistant、I/O Assis原 tant等，使得編制自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集程序變得非常簡(jiǎn)單。同時(shí)為了安裝和調(diào)試的方便，還附加了Measurement & Automation和 VI Logger兩個(gè)工具軟件。其中前者用于檢測(cè)已連接 到虛擬儀器平臺(tái)的模塊化I/ O硬件，而后者可直接作為數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)、檢查的控 制程序，可用來(lái)與同學(xué)們編寫(xiě)的LabVIEW程序進(jìn)行對(duì)照。USB6008多功能數(shù)據(jù)采集器（以下簡(jiǎn)稱USB6008）的外形如圖5所示，共有32個(gè)端口。提供了8個(gè)模擬信號(hào)輸入（analog input，簡(jiǎn)稱AI）通道，2個(gè)模擬信號(hào)輸出（analog output，AO） 通道，12個(gè)數(shù)字信號(hào)輸入輸出 （digital input/output，DIO） 通道，1個(gè)32位的計(jì)數(shù)器（counter），以及2.5V和5V的直流電源。其中8個(gè)AI通道可在差分模式（Differential Mode）下使用以擴(kuò)展電壓測(cè)量范圍，但該模式下只有4個(gè)AI通道。圖5 USB6008多功能數(shù)據(jù)采集器外形圖USB6008的32個(gè)端口定義于表1.在使用過(guò)程中應(yīng)確保任何一個(gè)AI端口的輸入電壓峰值不大于10V，而DIO端口的輸入輸出電壓峰值不大于5.8V，否則會(huì)造成損壞。表1 USB6008多功能數(shù)據(jù)采集器的端口定義【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1、LabVIEW 虛擬儀器入門(mén)（1）啟動(dòng)LabVIEW啟動(dòng)LabVIEW 時(shí)將出現(xiàn)啟動(dòng)窗口。在這個(gè)窗口中可創(chuàng)建新VI、選擇最近打開(kāi)的LabVIEW文件、查找范例以及打開(kāi)LabVIEW幫助。（2）基于模板中打開(kāi)一個(gè)新VI在啟動(dòng)窗口中單擊新建或基于模板的VI鏈接，以顯示新建對(duì)話框。 在新建列表中選擇VI 基于模板使用指南（入門(mén)）生成和顯示。該VI 模板可生成并顯示信號(hào)。單擊確定按鈕即可基于模板創(chuàng)建一個(gè)VI。選擇窗口顯示程序框圖可查看VI 的程序框圖。單擊前面板工具欄上的運(yùn)行按鈕，也可以按 鍵來(lái)運(yùn)行VI。（3）在前面板中添加輸入控件控件選板未在前面板上顯示時(shí)，可選擇查看控件選板。對(duì)于LabVIEW 的新用戶，將默認(rèn)的顯示控件選板的Express 子選板。如Express 子選板未顯示，可單擊控件選板上的Express，以顯示Express 子選板。在Express 子選板上移動(dòng)光標(biāo)，定位在數(shù)值輸入控件選板上，單擊數(shù)值輸入控件以顯示數(shù)值輸入控件選板。單擊數(shù)值輸入控件子選板上的旋鈕控件，使其依附于光標(biāo)，然后將旋鈕放置在前面板上波形圖的左邊。選擇文件 保存，將VI 命名為采集信號(hào).vi，并保存在易于訪問(wèn)的位置。（4）更改信號(hào)類(lèi)型按 鍵或單擊程序框圖以顯示程序框圖。右鍵單擊仿真信號(hào)Express VI并從快捷菜單中選擇屬性，即可顯示配置仿真信號(hào)對(duì)話框。從信號(hào)類(lèi)型下拉菜單中選擇鋸齒波。單擊確定按鈕以保存當(dāng)前配置并關(guān)閉配置仿真信號(hào)對(duì)話框。將光標(biāo)移到仿真信號(hào)Express VI底部的下拉箭頭處。拖動(dòng)下拉箭頭將Express VI的邊框擴(kuò)展開(kāi)，可顯示隱藏的輸入和輸出端。單擊并拖動(dòng)雙箭頭可擴(kuò)展Express VI的邊框，顯示出下面兩行。釋放鼠標(biāo)，可看到幅值輸入端。此時(shí)便可在程序框圖上對(duì)鋸齒波的幅值進(jìn)行配置。（5）連接程序框圖對(duì)象在程序框圖上，將光標(biāo)移至旋鈕的接線端，使用定位工具選擇旋鈕接線端，將其置于仿真信號(hào)Express VI 的左邊、循環(huán)結(jié)構(gòu)的灰色邊框內(nèi)部，單擊程序框圖中的空白處便可取消選定旋鈕接線端。如要使用其它對(duì)象工具，則必須先取消定擇對(duì)象，再切換工具。將光標(biāo)移至旋鈕接線端的箭頭上，當(dāng)連線工具出現(xiàn)時(shí)，單擊旋鈕接線端處的箭頭，然后再單擊仿真信號(hào)Express VI上的幅值輸入端的箭頭，即可連接兩個(gè)對(duì)象。（6）運(yùn)行VI按 鍵或單擊前面板以顯示前面板，單擊運(yùn)行按鈕或按鍵以運(yùn)行VI，將光標(biāo)移至旋鈕控件上，使用操作工具來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕以調(diào)節(jié)鋸齒波的幅值。（7）調(diào)整信號(hào)在程序框圖上，用定位工具雙擊連接仿真信號(hào)Express VI和波形圖接線端之間的連線，按 鍵刪除該連線。未顯示函數(shù)選板，可選擇查看函數(shù)選板即可顯示。打開(kāi)函數(shù)選板時(shí)默認(rèn)顯示Express 子選板。，在算術(shù)與比較選板上選擇公式Express VI，然后將其至于循環(huán)內(nèi)的仿真信號(hào)Express VI和波形圖接線端之間。可將波形圖接線端適當(dāng)右移，以使Express VI與接線端之間有更多空間。單擊配置公式對(duì)話框右下角的幫助按鈕，可打開(kāi)LabVIEW幫助，查看關(guān)于該Express VI的幫助主題。在公式主題中有一個(gè)對(duì)話框選項(xiàng)，描述輸入公式的變量，最小化LabVIEW幫助窗口，返回配置幅值和電平測(cè)量對(duì)話框。將對(duì)話框選項(xiàng)的標(biāo)簽文本框中的文本X1改為鋸齒波，用以指示公式Express VI的輸入值。在字符串文本框中的鋸齒波之后輸入*10，指定縮放因子的值。單擊確定按鈕以保存當(dāng)前配置，并關(guān)閉配置公式對(duì)話框。將光標(biāo)移至仿真信號(hào)Express VI的鋸齒波輸出端的箭頭處。當(dāng)連線工具出現(xiàn)時(shí)，單擊鋸齒波輸出端的箭頭，然后再單擊公式Express VI的鋸齒波輸入端的箭頭，即可將兩個(gè)對(duì)象連接起來(lái)。（8）在圖形上顯示兩個(gè)信號(hào)在程序框圖上，將光標(biāo)移至仿真信號(hào)Express VI的鋸齒波輸出端的箭頭處。用連線工具連接鋸齒波輸出端和波形圖接線端。按 鍵或選擇文件保存以保存VI，返回到前面板，運(yùn)行VI，然后轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕控件，單擊停止按鈕以停止VI的運(yùn)行。（9）自定義旋鈕控件在前面板上，右鍵單擊旋鈕并從快捷菜單中選擇屬性，顯示旋鈕屬性對(duì)話框。在外觀選項(xiàng)卡上的標(biāo)簽處，刪除文本框中的標(biāo)簽旋鈕，輸入幅值。單擊標(biāo)尺選項(xiàng)卡，在標(biāo)尺樣式部分選中顯示顏色梯度控件復(fù)選框。前面板上的旋鈕將會(huì)做相應(yīng)更新。單擊確定按鈕以保存當(dāng)前配置并關(guān)閉旋鈕屬性對(duì)話框。重新打開(kāi)旋鈕屬性對(duì)話框，嘗試一下旋鈕的其它屬性。單擊取消按鈕可避免應(yīng)用在嘗試過(guò)程中所作的任何修改。如想保存所作的修改，可單擊確定按鈕。（10）自定義波形圖在前面板上，將光標(biāo)移至波形圖圖例的頂端。當(dāng)雙箭頭出現(xiàn)時(shí)，單擊并拖動(dòng)圖例邊框，使圖例顯示出第二條曲線。釋放鼠標(biāo)后，第二條曲線的名稱將顯現(xiàn)。右鍵單擊波形圖并從快捷菜單中選擇屬性，顯示波形圖屬性對(duì)話框。在曲線選項(xiàng)卡，從下拉菜單中選擇鋸齒波。在顏色區(qū)域，單擊線條顏色框，顯示顏色選擇器。選擇一個(gè)新的線條顏色。從下拉菜單中選擇鋸齒波（公式結(jié)果）。勾選不要將波形圖名作為曲線名復(fù)選框。在名稱文本框中，刪除當(dāng)前標(biāo)簽，并將曲線名稱更改為縮放鋸齒波。單擊確定按鈕以保存當(dāng)前配置，并關(guān)閉波形圖屬性對(duì)話框。重新打開(kāi)波形圖屬性對(duì)話框，嘗試一下圖形的其它屬性。例如，在標(biāo)尺選項(xiàng)卡上，可嘗試禁用“自動(dòng)調(diào)整標(biāo)尺”，并改變Y軸標(biāo)尺的最大值“和”最小值。單擊取消按鈕可避免應(yīng)用在嘗試過(guò)程中所作的任何修改。如想保存所作的修改，可單擊確定按鈕。保存并關(guān)閉VI。圖6 （a）鋸齒波縮放程序框圖圖6 （b）鋸齒波縮放面板圖2、自定義VI（1）打開(kāi)一個(gè)空VI在啟動(dòng)窗口中，單擊新建區(qū)域的VI鏈接或者按 鍵打開(kāi)一個(gè)空VI。如函數(shù)選板未顯示，可右鍵單擊程序框圖中的任意空白處，從而顯示一個(gè)臨時(shí)模式的函數(shù)選板。（2）添加一個(gè)仿真信號(hào)Express VI在前面板或程序框圖窗口中選擇幫助顯示即時(shí)幫助，顯示即時(shí)幫助窗口。在函數(shù)選板上，選擇Express輸入選板，并將光標(biāo)移至輸入選板上的一個(gè)Express VI上。通過(guò)即時(shí)幫助窗口中出現(xiàn)的信息，可找到可仿真正弦波信號(hào)的Express VI。選擇Express VI并將其置于程序框圖中。將光標(biāo)移至配置仿真信號(hào)對(duì)話框的各個(gè)選項(xiàng)，如頻率(Hz) 和幅值。配置仿真信號(hào)Express VI，使其生成頻率為10.7、幅值為2 的正弦波。單擊確定按鈕以保存當(dāng)前配置并關(guān)閉配置仿真信號(hào)對(duì)話框。將光標(biāo)移至仿真信號(hào)Express VI，并查看出現(xiàn)在即時(shí)幫助窗口中的信息。將VI 保存為減少采樣點(diǎn).vi，并存放在便于訪問(wèn)的位置。（3）搜索幫助信息并調(diào)整信號(hào)單擊搜索欄，在輸入要查找的單詞文本框中輸入采樣壓縮，然后按 鍵。如需查找準(zhǔn)確的短語(yǔ)，可將該短語(yǔ)置于雙引號(hào)中。例如，輸入 采樣壓縮 可以使搜索結(jié)果更精確。雙擊采樣結(jié)果中的采樣壓縮主題，顯示采樣壓縮Express VI 說(shuō)明信息。查看該Express VI的說(shuō)明信息后，單擊放置在程序框圖上按鈕，將該Express VI放置在程序框圖上。將光標(biāo)移至程序框圖中。在程序框圖中，將采樣壓縮Express VI置于仿真信號(hào)Express VI 的右側(cè)。配置采樣壓縮Express VI的壓縮因子為25，且壓縮方式為均值壓縮。單擊確定按鈕以保存當(dāng)前配置并關(guān)閉配置采樣壓縮對(duì)話框。使用連線工具將仿真信號(hào)Express VI的正弦輸出端連接至采樣壓縮Express VI的信號(hào)輸入端。（4）在程序框圖中自定義用戶界面在程序框圖中，右鍵單擊采樣壓縮Express VI的均值輸出端，并從快捷菜單中選擇創(chuàng)建數(shù)值顯示控件以創(chuàng)建一個(gè)數(shù)值顯示控件。右鍵單擊采樣壓縮Express VI的均值輸出，并從快捷菜單中選擇插入輸入/輸出，即可插入一個(gè)啟用輸入端。右鍵單擊啟用輸入端，并從快捷菜單中選擇創(chuàng)建輸入控件來(lái)創(chuàng)建一個(gè)開(kāi)關(guān)。右鍵單擊連接仿真信號(hào)Express VI的正弦輸出端和采樣壓縮ExpressVI 的信號(hào)輸入端的連線，并從快捷菜單中選擇創(chuàng)建圖形顯示控件。使用連線工具將采樣壓縮Express VI的均值輸出端連接至正弦圖形顯示控件。將程序框圖中的對(duì)象重新排列，顯示前面板并保存該VI。（5）將VI配置為連續(xù)運(yùn)行直至用戶手動(dòng)停止切換到前面板并運(yùn)行VI。顯示程序框圖。單擊函數(shù)選板上的搜索按鈕，并在文本框中輸入While。雙擊While 循環(huán) 以顯示執(zhí)行過(guò)程控制子選板，并在子選板上高亮顯示W(wǎng)hile循環(huán)。從執(zhí)行過(guò)程控制選板上選擇While循環(huán)。將光標(biāo)移至程序框圖的左上角，單擊將While循環(huán)置于左上角。沿對(duì)角方向拖動(dòng)光標(biāo)并包圍所有Express VI和連線。單擊在Express VI和連線周?chē)鷦?chuàng)建While循，切換到前面板并運(yùn)行VI。（6）使用錯(cuò)誤列表窗口在前面板上，將光標(biāo)移至均值顯示控件上，此時(shí)將出現(xiàn)定位工具。單擊均值顯示控件，選定它并按鍵。顯示程序框圖。單擊斷開(kāi)的運(yùn)行按鈕，打開(kāi)錯(cuò)誤列表窗口。在錯(cuò)誤和警告區(qū)域，選擇連線：存在松終端錯(cuò)誤，并單擊幫助按鈕以顯示關(guān)于該錯(cuò)誤的更多信息。在錯(cuò)誤和警告區(qū)域，雙擊連線:存在松終端錯(cuò)誤以高亮顯示該斷線。按 鍵來(lái)刪除斷線。選擇查看錯(cuò)誤列表，顯示錯(cuò)誤列表窗口。這時(shí)錯(cuò)誤和警告區(qū)域?qū)⒉辉儆绣e(cuò)誤顯示了。（7）控制執(zhí)行速度在程序框圖中，搜索函數(shù)選板中的時(shí)間延遲Express VI，并將其置于While 循環(huán)內(nèi)。在延遲時(shí)間(s) 文本框中輸入0.25。單擊確定按鈕以保存當(dāng)前配置并關(guān)閉配置時(shí)間延遲對(duì)話框。切換到前面板并運(yùn)行VI。單擊啟用開(kāi)關(guān)并檢查圖形中的變化。單擊停止按鈕以停止VI的運(yùn)行。（8）使用表格顯示數(shù)據(jù)在前面板中，搜索控件選板上的Express 表格顯示控件，并將其置于前面板上的波形圖的右側(cè)。顯示程序框圖。如未選定創(chuàng)建表格Express VI和表格接線端，可在程序框圖中單擊該Express VI和表格接線端的左側(cè)空白區(qū)域。將這些對(duì)象拖曳至While循環(huán)中的采樣壓縮Express VI的右邊。使用連線工具將信號(hào)壓縮Express VI的均值接線端連接至創(chuàng)建表格Express VI的信號(hào)輸入端。切換到前面板并運(yùn)行VI。單擊啟用開(kāi)關(guān)。停止VI。使用表格屬性對(duì)話框可嘗試表格的其它屬性。保存并關(guān)閉VI。（9）查找范例選擇幫助搜索LabVIEW幫助以打開(kāi)LabVIEW幫助。單擊搜索欄，在輸入要查找的單詞文本框中輸入 時(shí)間延遲，然后按 鍵。單擊列首的定位按鈕，可按內(nèi)容類(lèi)型對(duì)搜索結(jié)果進(jìn)行排序。索引包含LabVIEW VI、函數(shù)、選板、菜單和工具的參考信息。雙擊時(shí)間延遲搜索結(jié)果，將顯示時(shí)間Express VI的相關(guān)說(shuō)明信息。查看該ExpressVI 的說(shuō)明信息后，單擊主題底部的范例部分的打開(kāi)范例按鈕，打開(kāi)使用了時(shí)間延遲Express VI的范例。單擊瀏覽相關(guān)范例按鈕可打開(kāi)NI范例查找器，顯示使用該VI 的其它范例。嘗試使用了NI 范例查找器和范例VI 后，關(guān)閉NI 范例查找器。圖7 （a）減少采樣點(diǎn)前面版圖圖7 （b）減少采樣點(diǎn)程序框圖3、完整版和專業(yè)版：分析和保存信號(hào)（1）修改基于模板創(chuàng)建的VI單擊啟動(dòng)窗口中的新建，顯示新建對(duì)話框。在新建列表中，選擇VI基于模板使用指南（入門(mén)）生成、分析和顯示。單擊確定按鈕或雙擊模板名稱，可基于模板創(chuàng)建VI。如即時(shí)幫助窗口未顯示，按鍵顯示該窗口。按 鍵以顯示程序框圖。將光標(biāo)移至幅值和電平測(cè)量Express VI上。在前面板上，刪除“均方根”顯示控件，并在程序框圖中刪除由此造成的所有斷線。在前面板上，右鍵單擊波形圖顯示控件，并從快捷菜單中選擇屬性。這時(shí)會(huì)出現(xiàn)圖形屬性對(duì)話框。在外觀選項(xiàng)卡上，勾選標(biāo)簽區(qū)域的可見(jiàn)復(fù)選框，并在文本框中輸入未濾波信號(hào)。單擊確定按鈕以保存當(dāng)前配置并關(guān)閉圖形屬性對(duì)話框。（2）添加信號(hào)在程序框圖中，使用定位工具選定仿真信號(hào)Express VI。釋放鼠標(biāo)，將復(fù)制的仿真信號(hào)Express VI放置在原先的Express VI 下方。雙擊仿真信號(hào)2 Express VI，顯示配置仿真信號(hào)對(duì)話框。從信號(hào)類(lèi)型下拉菜單中選擇正弦波。在頻率(Hz) 文本框中輸入60，在幅值文本框中輸入0.1。勾選添加噪聲復(fù)選框，添加噪聲至正弦信號(hào)中。從噪聲類(lèi)型下列菜單中選擇均勻白噪聲。在噪聲幅值文本框中輸入0.1，在種子值文本框中輸入-1。在定時(shí)區(qū)域，選擇以可達(dá)到的最快速度運(yùn)行選項(xiàng)。在信號(hào)名區(qū)域，取消勾選使用信號(hào)類(lèi)型名復(fù)選框。在信號(hào)名文本框中輸入60 Hz和噪聲。單擊確定按鈕以保存當(dāng)前配置并關(guān)閉配置仿真信號(hào)對(duì)話框。（3）添加兩個(gè)信號(hào)在程序框圖上，連續(xù)三次點(diǎn)擊仿真信號(hào)Express VI的正弦輸出端到幅值和電平測(cè)量Express VI的信號(hào)輸入端，以及到未濾波信號(hào)顯示控件之間的連線，并刪除此連線。單擊函數(shù)選板上的搜索按鈕，搜索公式Express VI，并將其放置在仿真信號(hào)Express VI和幅值和電平測(cè)量Express VI之間。配置公式對(duì)話框?qū)⒊霈F(xiàn)在標(biāo)簽列。將X1的標(biāo)簽改為正弦，將X2的標(biāo)簽改為60 Hz 和噪聲。單擊輸入和+按鈕，將正弦和60 Hz和噪聲都添加到字符串文本框中。單擊確定按鈕以保存當(dāng)前配置，并關(guān)閉配置公式對(duì)話框。使用連線工具將仿真信號(hào)Express VI的正弦輸出端連接至公式Express VI的信號(hào)輸入端。將仿真信號(hào)2 Express VI的60 Hz 和噪聲輸出端連接到公式ExpressVI的60 Hz和噪聲輸入端。將公式Express VI的結(jié)果輸出端連接到未濾波信號(hào)顯示控件，和幅值和電平測(cè)量Express VI的信號(hào)輸入端。按 鍵顯示前面板，運(yùn)行VI。單擊停止按鈕以停止VI的運(yùn)行。選擇文件另存為，將VI 命名為分析信號(hào).vi，并保存在易于訪問(wèn)的位置。（4）信號(hào)濾波刪除連接公式Express VI的結(jié)果輸出端和幅值和電平測(cè)量Express VI的信號(hào)輸入端的連線。刪除所有由此造成的斷線。搜索濾波器Express VI，并將其放置在程序框圖中仿真信號(hào)2 ExpressVI 和幅值和電平測(cè)量Express VI 之間。這時(shí)配置濾波器對(duì)話框?qū)?huì)出現(xiàn)。在濾波器規(guī)范區(qū)域，將截止頻率(Hz)改為25。單擊確定按鈕以保存當(dāng)前配置并關(guān)閉配置濾波器對(duì)話框。顯示前面板。在前面板上單擊未濾波信號(hào)波形圖顯示控件，按住 鍵的同時(shí)拖曳該控件，創(chuàng)建出一個(gè)波形圖顯示控件的副本。將該波形圖顯示控件的副本放置在未濾波信號(hào)波形圖的下方。連續(xù)三次點(diǎn)擊新的未濾波信號(hào) 2波形圖顯示控件的標(biāo)簽，并輸入濾波后信號(hào)，更改該顯示控件的標(biāo)簽。在程序框圖中，連接公式Express VI的結(jié)果輸出端和濾波器ExpressVI 的信號(hào)輸入端。將濾波器Express VI的濾波后信號(hào)輸出端連接到幅值和電平測(cè)量Express VI的信號(hào)輸入端，和濾波后信號(hào)波形圖顯示控件。選擇文件保存。圖8 （a）分析信號(hào)前面板圖圖8 （b）分析信號(hào)程序框圖（5）修改圖形外觀在前面板上，右鍵單擊未濾波信號(hào)波形圖顯示控件，從快捷菜單中選擇屬性。這時(shí)會(huì)出現(xiàn)圖形屬性對(duì)話框。 在格式與精度選項(xiàng)卡上，從下拉菜單中選擇時(shí)間（X軸）。在類(lèi)型列表中，選擇自動(dòng)格式。在位數(shù)域，輸入6 并從精度類(lèi)型下列菜單中選擇有效數(shù)字。勾選隱藏?zé)o效零復(fù)選框。從下列菜單中選擇幅值（Y 軸），并重復(fù)步驟35，使Y軸的配置與X軸相匹配。在標(biāo)尺選項(xiàng)卡上，選擇幅值（Y 軸）。取消勾選自動(dòng)調(diào)整標(biāo)尺復(fù)選框。在最小值文本框中輸入2.5，在最大值文本框中輸入2.5。單擊確定按鈕以保存當(dāng)前配置并關(guān)閉圖形屬性對(duì)話框。重復(fù)步驟110，來(lái)配置濾波后信號(hào)圖形顯示控件。（6）分析信號(hào)幅值在程序框圖上，雙擊幅值和電平測(cè)量Express VI，顯示配置幅值和電平測(cè)量對(duì)話框。在幅值測(cè)量區(qū)域，取消勾選均方根復(fù)選框。勾選峰峰值復(fù)選框。相應(yīng)測(cè)量的峰峰值將出現(xiàn)在結(jié)果區(qū)。單擊確定按鈕以保存當(dāng)前配置并關(guān)閉配置幅值和電平測(cè)量對(duì)話框。（7）控制執(zhí)行速度搜索時(shí)間延遲Express VI。將時(shí)間延遲Express VI放置在While循環(huán)中左下方位置。這時(shí)將出現(xiàn)配置時(shí)間延遲對(duì)話框。在延遲時(shí)間(s) 文本框中輸入.1，然后單擊確定按鈕。運(yùn)行VI。（8）添加一個(gè)警告燈在前面板上的任意空白處右鍵單擊，顯示控件選板。在Express 選板上，選擇指示燈子選板，選擇圓形指示燈顯示控件，放置于在前面板上波形圖的左邊。雙擊指示燈上方的布爾標(biāo)簽，輸入警告來(lái)更改指示燈的標(biāo)簽。選擇文件另存為以顯示另存為對(duì)話框。查看對(duì)話框的各個(gè)選項(xiàng)。選擇副本和原文件的替換副本單選按鈕，創(chuàng)建原VI 的一個(gè)副本，并立即編輯副本。選擇繼續(xù)按鈕，將VI命名為警告燈.vi，并保存到一個(gè)易于訪問(wèn)的位置。（9）設(shè)定警告界限搜索比較Express VI，并將其放置在幅值和電平測(cè)量Express VI 的右側(cè)。這時(shí)配置比較對(duì)話框?qū)?huì)出現(xiàn)。在比較條件區(qū)域，選擇大于選項(xiàng)。在比較輸入部分，選擇值，并在值文本框中輸入2，這樣便設(shè)定了警告燈亮起來(lái)的界限。單擊確定按鈕以保存當(dāng)前配置并關(guān)閉配置比較對(duì)話框。將幅值和電平測(cè)量Express VI的峰峰值輸出端連接到大于Express VI的操作數(shù)1輸入端。將光標(biāo)移至連接峰峰值輸出端和操作數(shù)1輸入端的連線上。當(dāng)定位工具出現(xiàn)時(shí)，右鍵單擊連接峰峰值輸出端和操作數(shù)1輸入端的連線，然后從快捷菜單選擇創(chuàng)建數(shù)值顯示控件。（10）警告用戶在程序框圖上，將警告接線端移至大于Express VI的右邊。確定警告接線端位于灰色循環(huán)內(nèi)部。將大于Express VI的結(jié)果輸出端連至警告接線端。顯示前面板，運(yùn)行VI峰峰值超過(guò)2.0 時(shí)，警告指示燈將亮起。圖9 （a）警告燈前面板圖圖9 （b）警告燈程序框圖（11）配置VI 以保存數(shù)據(jù)到文件搜索寫(xiě)入測(cè)量文件Express VI，并將其放置在程序框圖中幅值和電平測(cè)量Express VI的右下方。這時(shí)配置寫(xiě)入測(cè)量文件對(duì)話框?qū)?huì)出現(xiàn)。在配置寫(xiě)入測(cè)量文件對(duì)話框的如文件已存在區(qū)域，選擇添加至文件選項(xiàng)，可將所有數(shù)據(jù)寫(xiě)入test.lvm文件，而不會(huì)覆蓋或刪除文件中已有的數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)段首部分，選中僅一個(gè)段首選項(xiàng)，在LabVIEW寫(xiě)入數(shù)據(jù)的文件中僅創(chuàng)建一個(gè)段首。在文件說(shuō)明文本框中輸入以下文本：峰峰值采樣。LabVIEW 將本文本框中輸入的文本添加到文件的標(biāo)題中。單擊確定按鈕以保存當(dāng)前配置，并關(guān)閉配置寫(xiě)入測(cè)量文件對(duì)話框。（12）保存數(shù)據(jù)到文件在程序框圖上，將幅值和電平測(cè)量Express VI的峰峰值輸出端連接至寫(xiě)入測(cè)量文件Express VI的信號(hào)輸入端。選擇文件另存為，將VI 命名為保存數(shù)據(jù).vi，并保存在易于訪問(wèn)的位置。切換到前面板并運(yùn)行VI。（13）添加用于保存數(shù)據(jù)的按鈕在控件選板上搜索翹板開(kāi)關(guān)。選擇一個(gè)翹板開(kāi)關(guān)，將其放置在波形圖的右側(cè)。右鍵單擊翹板開(kāi)關(guān)，并從快捷菜單中選擇屬性，打開(kāi)布爾屬性對(duì)話框。將該按鈕的標(biāo)簽改為寫(xiě)入文件。在布爾屬性對(duì)話框的操作選項(xiàng)卡上，從按鈕動(dòng)作列表中選擇單擊時(shí)觸發(fā)。操作選項(xiàng)卡可用于指定按鈕在用戶單擊時(shí)的動(dòng)作。如要查看按鈕在用戶單擊時(shí)的動(dòng)作，在所選動(dòng)作預(yù)覽區(qū)域單擊按鈕。單擊確定按鈕以保存當(dāng)前配置，并關(guān)閉布爾屬性對(duì)話框。保存該VI。（14）當(dāng)用戶提示時(shí)保存數(shù)據(jù)在程序框圖上，雙擊寫(xiě)入測(cè)量文件Express VI，顯示配置寫(xiě)入測(cè)量文件對(duì)話框。將文件名文本框中的文件名test.lvm改為所選采樣.lvm，使數(shù)據(jù)保存到另一個(gè)文件中。單擊確定按鈕以保存當(dāng)前配置，并關(guān)閉配置寫(xiě)入測(cè)量文件對(duì)話框。右鍵單擊寫(xiě)入測(cè)量文件Express VI的信號(hào)輸入端，并從快捷菜單中選擇插入輸入/ 輸出，插入注釋輸入。右鍵單擊寫(xiě)入測(cè)量文件的注釋輸入端，并從快捷菜單中選擇選擇輸入/輸出啟用，可將注釋輸入替換為啟用輸入。將寫(xiě)入文件接線端移至寫(xiě)入測(cè)量文件Express VI的左邊。將寫(xiě)入文件接線端連接至寫(xiě)入測(cè)量文件Express VI的啟用輸入端。（15）查看保存的數(shù)據(jù)切換到前面板并運(yùn)行VI。單擊寫(xiě)入文件按鈕數(shù)次。單擊前面板上的停止按鈕。用電子表格或文本編輯應(yīng)用程序打開(kāi)所選采樣.lvm文件。所選采樣.lvm 文件與test.lvm 文件有所不同。test.lvm 文件記錄了保存數(shù)據(jù)VI 生成的所有數(shù)據(jù)，而所選采樣.lvm 文件僅在單擊寫(xiě)入文件按鈕記錄數(shù)據(jù)。查看完后關(guān)閉VI。圖10 （a）保存數(shù)據(jù)前面板圖圖10 （b）保存數(shù)據(jù)程序框圖4、利用LabVIEW和USB6008編制真實(shí)的信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)（1）模擬輸入（Analog Input）端口的檢測(cè)：Mode選擇Continuous, Input Configuration選擇Differential。分別在ai0端口（2和3腳）間加1.5V直流，在ai1端口（5和6腳）間加正弦波（Up=3V, f=100Hz），點(diǎn)Start 按鈕測(cè)量，觀察并記錄測(cè)量值。其中 rate = 10000 Hz，Samples To Read = 100如圖11所示。圖11 模擬信號(hào)輸入（2）用直流電源輸入直流信號(hào)到ai0，用measurement&Automation軟件測(cè)量ai0輸出作為測(cè)量值，并用萬(wàn)用表測(cè)量直流電壓作為標(biāo)準(zhǔn)值，如下表所示：表2 電壓測(cè)量值表直流電源示數(shù)V1.21.5萬(wàn)用電表測(cè)量值U0/V0.490.8251.0251.2021.543ai0測(cè)量值U/V0.4990.8151.021.21.54標(biāo)準(zhǔn)差值U/V-0.0090.010.0050.0020.003直流電源示數(shù)V2.03.04.05.0萬(wàn)用電表測(cè)量值U0/V2.012.983.9834.99ai0測(cè)量值U/V2.0072.993.924.98標(biāo)準(zhǔn)差值U/V0.003-0.010.0630.01用origin7.5對(duì)上表進(jìn)行直線擬合，結(jié)果如圖12所示。相關(guān)系數(shù)R1，可見(jiàn)兩者線性相關(guān)度很高，在理論上兩者近似相等，為進(jìn)一步比較，作出標(biāo)準(zhǔn)差值與標(biāo)準(zhǔn)值的圖線，如圖13所示。由圖13可知各測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值相差不大，而且偏差大的不多基本上偏差在0.01以內(nèi)，因此在誤差允許范圍內(nèi)可以認(rèn)為兩者相等。圖12 定標(biāo)直線擬合Linear Regression for Data1_B:Y = A + B * XParameterValueError-A0.005810.01186B0.993210.00461-RSDNP-0.999920.020290.0001-圖13 標(biāo)準(zhǔn)差值曲線（3）用同樣的方式對(duì)ai1進(jìn)行定標(biāo)，其測(cè)量結(jié)果如下表所示：表3 電壓測(cè)量值表萬(wàn)用電表測(cè)量值U0/V1.0312.0123.0433.9924.98ai1測(cè)量值U/V1.022.013.013.984.96標(biāo)準(zhǔn)差值U/V0.0110.0020.0330.0120.02用origin7.5對(duì)上表進(jìn)行直線擬合，結(jié)果如圖14所示。相關(guān)系數(shù)R1，可見(jiàn)兩者線性相關(guān)度很高，在理論上兩者近似相等，為進(jìn)一步比較，作出標(biāo)準(zhǔn)差值與標(biāo)準(zhǔn)值