虛擬儀器實(shí)驗(yàn)一參考模板

1、實(shí)驗(yàn)一 LabVIEW編程環(huán)境與基本操作一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解LabVIEW的編程與運(yùn)行環(huán)境。2掌握LabVIEW的基本操作方法，并編制簡(jiǎn)單的程序。3掌握使用調(diào)試工具調(diào)試VI程序。二、實(shí)驗(yàn)原理虛擬儀器系統(tǒng)的概念不僅推進(jìn)了以?xún)x器為基礎(chǔ)的測(cè)控系統(tǒng)的改造，同時(shí)也影響了以數(shù)據(jù)采集為主的測(cè)控系統(tǒng)的傳統(tǒng)構(gòu)造方法。過(guò)去獨(dú)立分散、互不相干的許多傳統(tǒng)儀器，在虛擬儀器系統(tǒng)的概念之下，正在逐漸靠攏、相互影響，并形成新的技術(shù)方法和技術(shù)規(guī)范。虛擬儀器系統(tǒng)的概念是測(cè)控系統(tǒng)的抽象。不管是傳統(tǒng)的還是虛擬的儀器，它們的功能都是相同的：采集數(shù)據(jù)，對(duì)采集來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，然后顯示處理的結(jié)果。它們之間的不同主要體現(xiàn)在靈活性方面。虛擬

2、儀器由用戶自己定義，這意味著用戶可以自由地組合計(jì)算機(jī)平臺(tái)、硬件、軟件以及各種完成應(yīng)用系統(tǒng)所需要的附件。而這種靈活性在由制造商定義、功能固定、獨(dú)立的傳統(tǒng)儀器上是達(dá)不到的。常用的數(shù)字萬(wàn)用表、示波器、信號(hào)發(fā)生器、數(shù)據(jù)記錄儀以及溫度和壓力監(jiān)控器就是傳統(tǒng)儀器的代表?；谟?jì)算機(jī)的虛擬儀器得益于PC技術(shù)的發(fā)展。由于直接將儀器模塊插入到計(jì)算機(jī)中，我們就可以直接享用到臺(tái)式或便攜式計(jì)算機(jī)上出眾的處理能力、顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及連接性能等方面的優(yōu)勢(shì)，使測(cè)量以最有效的方式從使用傳統(tǒng)的儀器過(guò)渡到使用通用計(jì)算機(jī)。基于計(jì)算機(jī)的儀器不僅繼承了傳統(tǒng)儀器的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量能力，更增加了擴(kuò)展儀器概念的靈活性，使我們能夠更加直接、更加有效地面對(duì)

3、當(dāng)今測(cè)量應(yīng)用的挑戰(zhàn)。更有意義的是，利用諸如LabVIEW、LabWindows/CVI等應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境，可以方便地使多臺(tái)儀器的測(cè)量能力結(jié)合并同步工作，以建立功能強(qiáng)大的儀器系統(tǒng)。更進(jìn)一步，我們也可以開(kāi)發(fā)自己的分析程序，實(shí)現(xiàn)那些有別于其它儀器或系統(tǒng)的功能。虛擬儀器系統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，核心是軟件技術(shù)。因此，美國(guó)國(guó)家儀器公司（NI）提出其著名的口號(hào)：The Software is the Instrument。為了使“軟件就是儀器”這句口號(hào)成為現(xiàn)實(shí)，NI公司在軟件體系結(jié)構(gòu)的各個(gè)層次上，形成了完整的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)、實(shí)用支持軟件、應(yīng)用軟件包相互支撐的格局，使虛擬儀器系統(tǒng)的概念不再“虛擬”

4、。其中，LabVIEW就是美國(guó)NI公司推出的一套著名的虛擬儀器開(kāi)發(fā)軟件平臺(tái)。1LabVIEW與虛擬儀器（VI）程序LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境）是一個(gè)高效的圖形化程序設(shè)計(jì)環(huán)境，也是一個(gè)功能強(qiáng)大的儀器和分析軟件應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具。它結(jié)合了簡(jiǎn)單易用的圖形式開(kāi)發(fā)環(huán)境與靈活強(qiáng)大的G語(yǔ)言，提供了一個(gè)直覺(jué)式的環(huán)境，與測(cè)量緊密結(jié)合，能迅速開(kāi)發(fā)出有關(guān)數(shù)據(jù)采集、測(cè)量控制、數(shù)據(jù)分析、存儲(chǔ)及顯示的解決方案。像C一樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個(gè)龐大的函數(shù)庫(kù)，包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分

5、析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫(huà)方式顯示數(shù)據(jù)及其通過(guò)程序（子VI）的結(jié)果、單步執(zhí)行等，便于程序的調(diào)試。0 / 9使用LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)編制的程序稱(chēng)為虛擬儀器程序，簡(jiǎn)稱(chēng)為VI。VI包括三個(gè)部分：程序前面板、框圖程序和圖標(biāo)/連接器。如圖1-1和圖1-2所示。 圖1-1 LabVIEW程序前面板 圖1-2 與前面板對(duì)應(yīng)的框圖程序圖1-3 工具模板程序前面板用于設(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，其大小、外觀、功能布局均可以由用戶根據(jù)自己的需要進(jìn)行定制。在程序前面板上，輸入量被稱(chēng)為控制（Controls），輸出量被稱(chēng)為顯示（Indi

6、cators）。控制和顯示是以各種圖標(biāo)形式出現(xiàn)在前面板上，如旋鈕、開(kāi)關(guān)、按鈕、圖表等，這使得前面板直觀易懂。2LabVIEW的操作模板圖1-4 控制模板LabVIEW具有多個(gè)圖形化的操作模板，用于創(chuàng)建和運(yùn)行程序。該模板可以隨意在屏幕上移動(dòng)，并可以放置在屏幕的任意位置。操縱模板有三類(lèi)：工具（Tools）模板、控制（Controls）模板和功能（Functions）模板。1）工具模板（Tools Palette）工具模板提供了用于創(chuàng)建、修改和調(diào)試VI程序的工具。如果該模板沒(méi)有出現(xiàn)，則可在Windows菜單下選擇Show Tools Palette命令以顯示。操作工具：使用該工具來(lái)操作前面板的控制和

7、顯示。選擇工具：用于選擇、移動(dòng)或改變對(duì)象的大小。標(biāo)簽工具：用于輸入標(biāo)簽文本或創(chuàng)建自由標(biāo)簽。創(chuàng)建自由標(biāo)簽時(shí)它會(huì)變成相應(yīng)形狀。連線工具：用于在框圖程序上連接對(duì)象。圖1-5 功能模板對(duì)象彈出菜單工具：用左鼠標(biāo)鍵可以彈出對(duì)象的彈出式菜單。漫游工具：可以不需要使用滾動(dòng)條而在窗口中漫游。斷點(diǎn)工具：使用該工具在VI的框圖對(duì)象上設(shè)置斷點(diǎn)。探針工具：在框圖程序內(nèi)的數(shù)據(jù)流線上設(shè)置探針，來(lái)觀察該線上的數(shù)據(jù)變化狀況。顏色提取工具：用來(lái)提取顏色用于編輯其他的對(duì)象。顏色工具：用來(lái)給對(duì)象定義顏色。顯示前景色和背景色。2）控制模板(Controls Palette)用控制模板可以給前面板添加輸入控制和輸出顯示。每個(gè)圖標(biāo)代表一

8、個(gè)子模板。如果控制模板不顯示，可以用Windows菜單的Show Controls Palette功能打開(kāi)它，也可以在前面板的空白處，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，以彈出控制模板，如圖1-4所示。注：只有當(dāng)打開(kāi)前面板窗口時(shí)才能調(diào)用控制模板。3）函數(shù)模板（Functions Palette，又稱(chēng)功能模板）功能模板是創(chuàng)建框圖程序的工具，其每一個(gè)頂層圖標(biāo)都表示一個(gè)子模板。若功能模板不出現(xiàn)，則可用Show Functions Palette打開(kāi)。如圖1-5所示。注：只有激活了框圖程序窗口，才能出現(xiàn)功能模板。3虛擬儀器程序的創(chuàng)建VI程序具有三個(gè)要素：前面板、框圖程序和圖標(biāo)/連接器。1）前面板使用輸入控制和輸出顯示來(lái)構(gòu)建

9、前面板?？刂剖怯脩糨斎霐?shù)據(jù)到程序的接口，顯示是輸出程序產(chǎn)生的數(shù)據(jù)接口。兩種最常用的前面板對(duì)象是數(shù)字控制和數(shù)字顯示。若想在數(shù)字控制中輸入或修改數(shù)值，可使用操作工具點(diǎn)擊控制部件和增減按鈕，或用操作工具或標(biāo)簽工具雙擊數(shù)值欄進(jìn)行數(shù)值修改。2）框圖程序框圖程序是由節(jié)點(diǎn)、端點(diǎn)、圖框和連線四種元素構(gòu)成的。節(jié)點(diǎn)類(lèi)似于文本語(yǔ)言的語(yǔ)句、函數(shù)或子程序。LabVIEW有兩種節(jié)點(diǎn)：函數(shù)和子VI節(jié)點(diǎn)。區(qū)別：函數(shù)節(jié)點(diǎn)是LabVIEW以編譯好的機(jī)器代碼供用戶使用的，而子VI節(jié)點(diǎn)是以圖形語(yǔ)言形式提供給用戶的。用戶可訪問(wèn)和修改任一子VI節(jié)點(diǎn)的代碼，但無(wú)法對(duì)函數(shù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行修改。端點(diǎn)是只有一路輸入/輸出，且方向固定的節(jié)點(diǎn)。LabVIE

10、W有三類(lèi)端點(diǎn)：前面板對(duì)象端點(diǎn)、全局與局部變量端點(diǎn)和常量端點(diǎn)。對(duì)象端點(diǎn)是數(shù)據(jù)在框圖程序部分和前面板之間傳輸?shù)慕涌?。一般?lái)說(shuō)，一個(gè)VI前面板上的對(duì)象都在框圖中有一個(gè)對(duì)象端點(diǎn)與之一一對(duì)應(yīng)?？刂茖?duì)象對(duì)應(yīng)的端點(diǎn)在框圖中是用粗框框住的，如圖1-6中的A和B端點(diǎn)，它們只能作為數(shù)據(jù)流源點(diǎn)。顯示對(duì)象對(duì)應(yīng)的端點(diǎn)是用細(xì)框框住的。如A+B和A-B端點(diǎn)。它們只能作為數(shù)據(jù)流終點(diǎn)。常量端點(diǎn)永遠(yuǎn)只能作為數(shù)據(jù)流源點(diǎn)。圖框是LabVIEW實(shí)現(xiàn)程序結(jié)構(gòu)控制命令的圖形表示。如循環(huán)控制、條件分支控制和順序控制等，編程人員可以使用它們控制VI程序的執(zhí)行方式。代碼接口節(jié)點(diǎn)（CIN）是框圖程序與用戶提供的C語(yǔ)言文本程序的接口。圖1-6 簡(jiǎn)單

11、的程序框圖和前面板連線是端口間的數(shù)據(jù)通道。類(lèi)似于普通程序中的變量。數(shù)據(jù)是單向流動(dòng)的，從源端口向一個(gè)或多個(gè)目的端口流動(dòng)。不同的線型代表不同的數(shù)據(jù)類(lèi)型，并以不同的顏色予以強(qiáng)調(diào)。整 型 藍(lán)色浮點(diǎn)數(shù) 橙色邏輯量 綠色字符串 粉色文件路徑 青色當(dāng)需要連接兩個(gè)端點(diǎn)時(shí)，在第一個(gè)端點(diǎn)上點(diǎn)擊連線工具，再點(diǎn)擊第二個(gè)端點(diǎn)。當(dāng)把連線工具放在端點(diǎn)上時(shí)，該端點(diǎn)將會(huì)閃爍，表示連線將會(huì)接通。當(dāng)連線工具從一個(gè)端口接到另一個(gè)端口時(shí)，不需要按鼠標(biāo)鍵。當(dāng)連線轉(zhuǎn)彎時(shí)，按空格鍵可以改變轉(zhuǎn)角的方向。3）從框圖程序窗口創(chuàng)建前面板對(duì)象用選擇和連線工具，可以用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊任一節(jié)點(diǎn)和端點(diǎn)，然后從彈出菜單中選擇“創(chuàng)建常數(shù)”，“創(chuàng)建控制”，或“創(chuàng)建顯

12、示”等命令。4）數(shù)據(jù)流編程控制VI程序的運(yùn)行方式叫做“數(shù)據(jù)流”。對(duì)一個(gè)節(jié)點(diǎn)而言，只有當(dāng)它的所有輸入端口上的數(shù)據(jù)都成為有效數(shù)據(jù)時(shí)，它才能被執(zhí)行。當(dāng)節(jié)點(diǎn)程序運(yùn)行完畢后，它把結(jié)果數(shù)據(jù)送給所有的輸出端口，使之成為有效數(shù)據(jù)。并且數(shù)據(jù)很快從源送到目的端口。如圖1-7所示，這個(gè)VI程序把兩個(gè)輸入相乘，再減去50.0。這個(gè)程序中，框圖程序從左往右執(zhí)行，這個(gè)執(zhí)行次序不是由于對(duì)象的擺放位置，而是由于相減運(yùn)算函數(shù)的一個(gè)輸入量是相乘函數(shù)的運(yùn)算結(jié)果，它只有當(dāng)相乘運(yùn)算完成并把結(jié)果送到減運(yùn)算的輸入口后才能繼續(xù)下去。 圖1-7 數(shù)據(jù)流舉例 圖1-8數(shù)據(jù)流舉例如圖1-8所示，你認(rèn)為哪一個(gè)節(jié)點(diǎn)函數(shù)將先執(zhí)行？是乘法還是除法？在這個(gè)

13、例子中，我們無(wú)法知道哪一個(gè)節(jié)點(diǎn)函數(shù)首先執(zhí)行，因?yàn)樗休斎肓繋缀跬瑫r(shí)到達(dá)。4程序調(diào)試技術(shù)程序調(diào)試是進(jìn)行任何程序設(shè)計(jì)過(guò)程中所必須的過(guò)程。在程序設(shè)計(jì)中不可避免地會(huì)有各種邏輯上和語(yǔ)法上的錯(cuò)誤，這些都需要通過(guò)程序調(diào)試找出來(lái)加以改正。1）找出語(yǔ)法錯(cuò)誤如果一個(gè)VI程序存在語(yǔ)法錯(cuò)誤，則運(yùn)行按鈕將會(huì)變成一個(gè)折斷的箭頭，表示程序不能被執(zhí)行。這個(gè)按鈕被稱(chēng)作錯(cuò)誤列表。點(diǎn)擊，則LabVIEW彈出錯(cuò)誤清單窗口，點(diǎn)擊其中任何一個(gè)所列出的錯(cuò)誤，選用Find功能，則出錯(cuò)的對(duì)象或端口就會(huì)變成高亮。2）設(shè)置執(zhí)行程序高亮點(diǎn)擊“高亮執(zhí)行”按鈕使其變成高亮形式，再點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，VI程序就以較慢的速度運(yùn)行，沒(méi)有被執(zhí)行的代碼灰色顯示，執(zhí)行后

14、的代碼高亮顯示，并顯示數(shù)據(jù)流線上的數(shù)據(jù)值。這樣，我們就可以在根據(jù)數(shù)據(jù)的流動(dòng)狀態(tài)跟蹤程序的執(zhí)行。3）斷點(diǎn)與單步執(zhí)行使用斷點(diǎn)工具可以在程序的某一地點(diǎn)中止執(zhí)行，用探針或者單步方式查看數(shù)據(jù)。使用斷點(diǎn)工具時(shí)，點(diǎn)擊設(shè)置或者清除斷點(diǎn)的地方。斷點(diǎn)的顯示對(duì)于節(jié)點(diǎn)或者圖框表示為紅框，對(duì)于連線表示為紅點(diǎn)。當(dāng)VI程序運(yùn)行到斷點(diǎn)被設(shè)置處，程序被暫停在將要執(zhí)行的節(jié)點(diǎn)，以閃爍表示。按下單步執(zhí)行按鈕，閃爍的節(jié)點(diǎn)被執(zhí)行，下一個(gè)將要執(zhí)行的節(jié)點(diǎn)變?yōu)殚W爍，指示它將被執(zhí)行。4）探針可以用探針工具來(lái)查看當(dāng)框圖程序流經(jīng)某一根連接線時(shí)的數(shù)據(jù)值。探針顯示窗口總是被顯示在前面板窗口或框圖窗口的上面。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1創(chuàng)建自己的第一個(gè)VI。編寫(xiě)程序，

15、實(shí)現(xiàn)將一華氏溫度(F)轉(zhuǎn)換成攝氏溫度(C)的功能。已知攝氏溫度與華氏溫度的關(guān)系C5(F32)/9。（1）前面板設(shè)計(jì)如圖1-9，華氏溫度為數(shù)值輸入控件，攝氏溫度作為顯示控件，按要求設(shè)置標(biāo)簽和顯示范圍，同時(shí)配數(shù)字顯示。 圖1-9 Temp前面板 圖1-10 Temp程序框圖（2）程序框圖如圖1-10所示設(shè)計(jì)程序框圖，建議數(shù)值常數(shù)使用在連接端子處點(diǎn)擊右鍵創(chuàng)建（Create）常量（Constant）的方法更好些。（3）把該VI命名為T(mén)emp.vi，保存為 D:Yourname的文件夾中。2自己創(chuàng)建一個(gè)VI，完成以下功能：將兩個(gè)輸入的數(shù)字相加并顯示結(jié)果；將同樣兩個(gè)輸入數(shù)字相乘并顯示結(jié)果；比較兩個(gè)輸入數(shù)字

16、，如果數(shù)字相等，則LED指示燈亮。最后，保存為Simple Math.vi文件。如圖1-11：A和B為數(shù)字控件輸入，兩個(gè)數(shù)字指示器分別顯示輸出結(jié)果A+B和A×B，當(dāng)輸入數(shù)字A和B相同時(shí)，將點(diǎn)亮LED。 圖1-11 實(shí)驗(yàn)2的前面板3設(shè)計(jì)一個(gè)VI程序，計(jì)算一元二次方程的兩根。 四、思考題1. 寫(xiě)一個(gè)VI比較兩個(gè)數(shù)的大小，如圖所示：當(dāng)A>B時(shí)，指示燈亮。2. 寫(xiě)一個(gè)溫度監(jiān)測(cè)器，如圖所示，當(dāng)溫度超過(guò)報(bào)警上限，而且開(kāi)啟報(bào)警時(shí)，報(bào)警燈點(diǎn)亮。溫度值可以由隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生。3. 新建一個(gè)VI，進(jìn)行如下練習(xí)：任意放置幾個(gè)控件在前面板，改變它們的位置、名稱(chēng)、大小、顏色等等；在VI前面板和后面板之間進(jìn)行切換；并排排列前面板和后面板窗口4. 編寫(xiě)一個(gè)VI求三個(gè)數(shù)的平均值，如下圖所示。要求對(duì)三個(gè)輸入控件等間隔并右對(duì)齊，對(duì)應(yīng)的程序框圖控件對(duì)象也要求如此