labview的介紹

1、labview的介紹虛擬儀器系統(tǒng)及其開發(fā)程序LabVIEW介紹引言虛擬儀器是將儀器裝入計算機，通過計算機的開發(fā)軟件來實現(xiàn)儀器的功能的一種儀器測試測量系統(tǒng)。目前開發(fā)虛擬儀器的軟件程序為LabVIEW，用戶只需通過軟件技術和相應數(shù)值算法，就能實時、直接地對測試數(shù)據(jù)進行各種分析與處理，透明地操作儀器硬件，方便地構建出模塊化儀器。從目前虛擬儀器的發(fā)展方向和廣泛應用來看，不久的將來，虛擬儀器將廣泛應用在氣象觀測和氣象科普中，因此有必要對該系統(tǒng)作一番介紹。一、電子測量儀器的發(fā)展電子測量儀器發(fā)展至今，大體可分為四代：模擬儀器、數(shù)字化儀器、智能儀器和虛擬儀器。第一代模擬儀器，如指針式萬用表、晶體管電壓表等。第

2、二代數(shù)字化儀器，這類儀器目前相當普及，如數(shù)字電壓表、數(shù)字頻率計等。這類儀器將模擬信號的測量轉化為數(shù)字信號測量，并以數(shù)字方式輸出最終結果，適用于快速響應和較高準確度的測量。第三代智能儀器，這類儀器內(nèi)置微處理器，既能進行自動測試又具有一定的數(shù)據(jù)處理能力，可取代部分腦力勞動，習慣上稱為智能儀器。它的功能塊全部都是以硬件（或固化的軟件）的形式存在，相對虛擬儀器而言，無論是開發(fā)還是應用，都缺乏靈活性。第四代虛擬儀器，它是現(xiàn)代計算機技術、通信技術和測量技術相結合的產(chǎn)物，是傳統(tǒng)儀器觀念的一次巨大變革，是將來儀器產(chǎn)業(yè)發(fā)展一個重要方向。二、虛擬儀器概述及其特點虛擬儀器(virtual instrumention

3、)是基于計算機的儀器，是美國國家儀器公司（National Instruments Corp. 簡稱NI）于1986年提出的。計算機和儀器的密切結合是目前儀器發(fā)展的一個重要方向。粗略地說這種結合有兩種方式，一種是將計算機裝入儀 器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計算機功能的日益強大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計算機。以通用的計算機硬件及操作系統(tǒng)為依托，實現(xiàn)各種儀器功能。虛擬儀器主要是指這種方式，它是由計算機硬件資源、模塊化儀器硬件和用于數(shù)據(jù)分析、過程通訊及圖形用戶界面的軟件組成的測控系統(tǒng)。虛擬儀器技術的出現(xiàn)徹底打

4、破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義，用戶無法改變的模式，給用戶一個充分發(fā)揮自己才能、想象力的空間。用戶可以根據(jù)自己的要求，設計自己的儀器系統(tǒng)，滿足多樣的應用需求。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器有以下優(yōu)點：（1）突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、存儲等方面的限制，大大增強了傳統(tǒng)儀器的功能。高性能處理器高分辨率顯示器、大容量硬盤等已成為虛擬儀器的 標準配置。（2）利用了計算機豐富的軟件資源，實現(xiàn)了部分儀器硬件的軟件化，節(jié)省了物質(zhì)資源，增加了系統(tǒng)靈活性；通過軟件技術和相應數(shù)值算法，實時、直接地對測試數(shù)據(jù)進行各種分析與處理：通過圖形用戶界面（GUI）技術，真正做到界面友好、人機交互。（3）基于計算機總線和模塊化儀器總線，

5、儀器硬件實現(xiàn)了模塊化、系列化，大大縮小系統(tǒng)尺寸，可方便地構建模塊化儀器（1nstrument on a Card）。（4）基于計算機網(wǎng)絡技術和接口技術，VI系統(tǒng)具有方便、靈活的互聯(lián)（connectivity），廣泛支持如FieldBus等各種工業(yè)總線標準。因此，利用VI技術可方便地構建自動測試系統(tǒng)(ATS，Automatic Test System)，實現(xiàn)測量、控制過程的網(wǎng)絡化。（5）基于計算機的開放式標準體系結構。虛擬儀器的硬、軟件都具有開放性模塊化、可重復使用及互換性等特點。因此，用戶可根據(jù)自己的需要，選用不同廠家的產(chǎn)品，使儀器系統(tǒng)的開發(fā)更為靈活、效率更高，縮短了系統(tǒng)組建時間。 三、虛擬儀

6、器的硬件系統(tǒng)虛擬儀器的硬件系統(tǒng)一般分為計算機硬件平臺和測控功能硬件。按照測控功能硬件的不同，VI可分為GPIB、VXI、PX工和DAQ四種標準體系結構：（1）GPIB（General Purpose Interface Bus）通用接口總線，是計算機和儀器間的標準通訊協(xié)議。GPIB的硬件規(guī)格和軟件協(xié)議已納入國際工業(yè)標準棗工EEE 和工。它是最早的儀器總線。典型的GPIB測試系統(tǒng)包括一臺計算機、一塊GPIB接口卡和若干臺GPIB儀器。（2）VXI(VMEbus extension for Instrumentation)即VME總線在儀器領域的擴展，是1987年山主要儀器制造商共同制訂的開放性儀

7、器總線標準。VXI體系結構綜合了GPIB和VEM總線的優(yōu)點，它集成的系統(tǒng)硬件集成度高、數(shù)據(jù)傳輸率快、便攜性好，是當今倍受業(yè)界關注的體系結構。（3）PXI(PCI extension for Instrumentation)PCI在儀器領域的擴展，是NI公司于1997年發(fā)布的一種新的開放性、模塊化儀器總線規(guī)范。其核心是Compact PCI 結構Microsoft Windows軟件。PXI 是在PCI內(nèi)核技術上增加了成熟的技術規(guī)范和要求形成的。由于其總線吞吐率高、硬件的價格較低被業(yè)內(nèi)人士認為是符合國情的一種體系結構。（4）DAQ（Dara AcQuisition）數(shù)據(jù)采集，指的是基于計算機標準

8、總線（如ISA、PCI、PC/104等）的內(nèi)置功能插卡。它更加充分地利用計算機的資源，大大增加了測試系統(tǒng)的靈活性和擴展性。利用DAQ可方便快速地組建基于計算機的儀器（Computer-BasedInstruments），實現(xiàn)“一機多型”和“一機多用”。在PC計算機上掛接若干DAQ功能模塊，配合相應的軟件，就可以構成一臺具有若干功能的PC儀器。虛擬儀器中各種標準儀器的互連及與計算機的連接目前多使用IEEE 488或GPIB協(xié)議。未來的儀器也應當是網(wǎng)絡化的。四、虛擬儀器的軟件系統(tǒng)虛擬儀器技術最核心的思想，就是利用計算機的硬、軟件資源，使本來需要硬件實現(xiàn)的技術軟件化(虛擬化)?；谲浖赩I系統(tǒng)中的

9、重要作用，NI提出了“軟件就是儀器（The software iS the inStrument）”的口號。虛擬儀器的軟件框架從低層到頂層，包括三部分：VISA庫、儀器驅動程序、應用軟件。VISA(Virtual 1nstrumentation software Architecture)虛擬儀器軟件體系結構，實質(zhì)就是標準的I/O函數(shù)庫及其相關規(guī)范的總稱。一般稱這個I/0函數(shù)庫為VISA庫。它駐留于計算機系統(tǒng)之中執(zhí)行儀器總線的特殊功能，是計算機與儀器之間的軟件層連接，以實現(xiàn)對儀器的程控。它對于儀器驅動程序開發(fā)者來說是一個個可調(diào)用的操作函數(shù)集。儀器驅動程序是完成對某一特定儀器控制與通信的軟件程序

10、集。它是應用程序實現(xiàn)儀器控制的橋梁。每個儀器模塊都有自己的儀器驅動程序，儀器廠商以源碼的形式提供給用戶。應用軟件建立在儀器驅動程序之上，直接面對操作用戶，通過提供直觀友好的測控操作界面、豐富的數(shù)據(jù)分析與處理功能，來完成自動測試任務。虛擬儀器應用軟件的編寫，大致可分為兩種方式：用通用編程軟件進行編寫。主要有Microsoft公司的Visual Basic與VisualC+、Borland公司的Delphi、Sybase公司的PowerBuilder。用專業(yè)圖形化編程軟件進行開發(fā)。如HP公司的VEE、 NI公司的LabVIEW和Lab windows/CVI等。圖形化軟件開發(fā)系統(tǒng)是用工程人員所熟悉

11、的術語和圖形化符號代替常規(guī)的文本語言編程，界面友好，操作簡便，可大大縮短系統(tǒng)開發(fā)周期，深受專業(yè)人員的青睞。應用軟件還包括通用數(shù)字處理軟件。通用數(shù)字處理軟件包括用于數(shù)字信號處理的各種功能函數(shù)，如頻域分析的功率譜估計、FFT、逆FFT等：時域分析的相關分析、卷積運算、反卷運算、均方根估計、差分積分運算和排序等。以及數(shù)字濾波等等。這些功能函數(shù)為用戶進一步擴展虛擬儀器的功能提供了基礎。五、LabVIEW的簡介LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering）是一種圖形化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學術界和研究實驗室所接受，視為一個標準的數(shù)據(jù)采集和儀器

12、控制軟件。LabVIEW集成了與滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應用TCPIP、Acvex等軟件標準的庫函數(shù)。這是一個功能強大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動有趣。圖形化的程序語言，又稱為“G”語言。使用這種語言編程時，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或流程圖。它盡可能利用了技術人員、科學家、工程師所熟悉的術語、圖標和概念，因此，LabVIEW是一個面向最終用戶的工具。利用LabVIEW，可產(chǎn)生獨立運行的可執(zhí)行文件，它是一個真正的3 2位編譯器。像許多重要的軟件一樣

13、，LabVIEW 提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh 的多種版本。與其他常見的編程語言相比，它最大的特點就在于它是一種圖形化編程語言（G語言）。也就是說，我們在用LabVIEW編程時，面對的不是高度抽象的文本語言，而是圖形化的方式。而文本語言和圖形化語言也就相當于DOS系統(tǒng)和Windows系統(tǒng)。六、LabVIEW的特點 （l）直觀、易學易用與VisualC、VisualBasic等計算機編程語言相比，圖形化編程工具LABVIEW有一個重要的不同點：不采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼行，而使用圖形化編程語言G編寫程序；產(chǎn)生的程序是框圖的形式，用框圖代替了傳統(tǒng)的程序代碼。（2

14、）通用編程系統(tǒng)LABVIEW的功能并沒有因圖形化編程而受到限制，依然具有通用編程系統(tǒng)的特點。LABVIEW有一個可完成任何編程任務的龐大的函數(shù)庫。該函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲等。LABVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設置斷點、以動畫方式顯示數(shù)據(jù)及其通過程序的結果、單步執(zhí)行等，便于程序的調(diào)試。LABVIEW的動態(tài)連續(xù)跟蹤方式，可以連續(xù)、動態(tài)地觀察程序中的數(shù)據(jù)及其變化情況，比其他語言的開發(fā)環(huán)境更方便、更有效。（3）模塊化LABVIEW中使用的基本節(jié)點和函數(shù)等就是一個個小的模塊，可以直接使用；另外，由LABVIEW編寫的程序即虛擬儀器模塊（Virtrual

15、INSTRUMENT，VI），除了作為獨立程序運行外，還可作為另一個虛擬儀器模塊的子模塊（即子VI）供其他模塊程序使用。七、LabVIEW的應用領域測試測量：LABVIEW最初就是為測試測量而設計的，至今大多數(shù)主流的測試儀器、數(shù)據(jù)采集設備都擁有專門的LabVIEW驅動程序，使用LabVIEW可以十分方便地找到各種適用于測試測量領域的LabVIEW工具包。有時甚至于只需簡單地調(diào)用幾個工具包中的函數(shù)，就可以組成一個完整的測試測量應用程序?？刂疲篖abVIEW擁有專門用于控制領域的模塊LabVIEWDSC。除此之外，工業(yè)控制領域常用的設備、數(shù)據(jù)線等通常也有相應的LabVIEW驅動程序。使用LabVI

16、EW可以非常方便地編調(diào)各種控制程序。仿真：LabVIEW包含了多種多樣的數(shù)學運算函數(shù)，特別適合進行模擬、仿真、原型設計等工作?？焖匍_發(fā)：完成一個功能類似的大型應用軟件，熟練的LabVIEW程序員所需的開發(fā)時間，大概只是熟練的C程序員所需時間的1/5左右。所以，如果項目開發(fā)時間緊張，應該優(yōu)先考慮使用LabVIEW，以縮短開發(fā)時間?？缙脚_：LABVEWI具有良好的平臺一致性。LabVIEW的代碼不需任何修改就可以運行在常見的三大臺式機操作系統(tǒng)上：Windows、MacOS及Linux。除此之外，LabVIEW還支持各種實時操作系統(tǒng)和嵌入式設備，比如常見的PDA、FPGA以及運行VxWorks和Ph

17、arLap系統(tǒng)的RT設備。八、LABVIEW編程環(huán)境所有的LabVIEW應用程序，即虛擬儀器（VI），它包括前面板（frontpanel）、流程圖（blockdiagram）以及圖標/連結器(icon/connector)三部分。典型的LabVIEW程序結構如圖1所示，與大多數(shù)界面設計軟件一樣，要構建一個LabVIEW程序首先需根據(jù)用戶需求制定合適的界面，這個界面主要是在前面板中設計，包括放置各種輸入輸出控件、說明文字和圖片等，然后就是在程序框圖中進行編程以實現(xiàn)具體的功能。在實際的設計中，通常是以上兩步驟的交叉執(zhí)行。1、啟動界面以Lab 中文版為例，啟動LabVIEW，首先顯示出來的是LabV

18、IEW的啟動界面，如圖2所示。在這個界面中可創(chuàng)建新VI、選擇最近打開的LabVIEW文件、查找范例以及打開LabVIEW幫助。同時還可查看各種信息和資源，如用戶手冊、幫助主題以及National Instruments網(wǎng)站上的各種資源等。圖2 LabVIEW的啟動界面2、前面板前面板是VI的人機界面。創(chuàng)建VI時，通常應先設計前面板，然后設計程序框圖執(zhí)行在前面板上創(chuàng)建的輸入輸出任務。新建或打開一個原有VI，便出現(xiàn)如圖3所示前面板界面圖3 VI前面板界面菜單：菜單用于操作和修改前面板和程序框圖上的對象。VI窗口頂部的菜單為通用菜單，同樣適用于其它程序，如打開、保存、復制和粘貼，以及其它LabVIE

19、W的特殊操作。工具欄：工具欄按鈕用于運行、中斷、終止、調(diào)試VI、修改字體、對齊、組合、分布對象。即時幫助窗口：選擇“幫助顯示即時幫助”顯示即時幫助窗口。將光標移至一個對象上，即時幫助窗口將顯示該LabVIEW對象的基本信息。VI、函數(shù)、常數(shù)、結構、選板、屬性、方式、事件、對話框和項目瀏覽器中的項均有即時幫助信息。即時幫助窗口還可幫助確定VI或函數(shù)的連線位置。圖標：圖標是VI的圖形化表示，可包含文字、圖形或圖文組合。如將VI當作子VI調(diào)用，程序框圖上將顯示該子VI的圖標?？丶x板：控件選板提供了創(chuàng)建虛似儀器等程序面板所需的輸入控件和顯示控件，僅能在前面板窗口中打開。工具選板：在前面板和程序框圖中

20、都可看到工具選板。工具選板上的每一個工具都對應于鼠標的一個操作模式。光標對應于選板上所選擇的工具圖標?？蛇x擇合適的工具對前面板和程序框圖上的對象進行操作和修改。3、程序框圖創(chuàng)建前面板后，可通過圖形化的函數(shù)添加源代碼，從而對前面板對象進行控制。程序框圖中包括前面板上的控件的連線端子，還有一些編程必須的東西，例如函數(shù)、結構和連線等。圖4 VI程序框圖界面函數(shù)選板：函數(shù)選板僅位于程序框圖。函數(shù)選板中包含創(chuàng)建程序框圖所需的VI和函數(shù)，既包含了大量專用的信號處理、信號運算等VI圖標，也包含了各種數(shù)值運算、邏輯運算的基本VI圖標。按照VI和函數(shù)的類型，將VI和函數(shù)歸入不同子選板中。程序框圖對象包括接線端和節(jié)點。將各個對象用連線連接便創(chuàng)建了程序框圖。（1）接線端：前面板對象在程序框圖中顯示為接線端。它是前面板和程序框圖之間交換信息的輸入輸出端口。輸入到前面板輸入控件的數(shù)據(jù)