虛擬儀器軟件開發(fā)平臺

第4節(jié)虛擬儀器軟件開發(fā)平臺4.1概述4.1.1平臺介紹軟件可完成數(shù)據(jù)分析與處理、結果表達與輸出。同一硬件平臺，軟件不同，則功能不同。虛擬儀器軟件應完成以下功能：

1、儀器面板的軟件設計。

2、儀器測試功能的軟件設計。

3、I/O接口的儀器驅動程序設計。虛擬儀器的軟件開發(fā)工具

：（1）文本式編程語言有C、VisualC++、VisualBasic和Labwindows/CVI等。

（2）圖形化編程語言有NI公司的LabVIEW和Agilent公司的AgilentVEE等。4.1.2LabVIEW特點：（1）圖形化的儀器編程環(huán)境提供顯示和控制對象，如表頭、旋鈕、圖表等。（2）內置高效的程序編譯器編譯方式運行32位應用程序，內置代碼評估器。（3）靈活的程序調試手段可設斷點，探針，高亮，單步。（4）支持各種數(shù)據(jù)采集與儀器通信應用支持ISA、EISA、PCI、PCMCIA和MacintoshNuBus等各種總線。（5）功能強大的數(shù)據(jù)處理和分析函數(shù)庫包括數(shù)值函數(shù)、字符串處理函數(shù)、數(shù)據(jù)運算函數(shù)和文件I/O函數(shù)，還包括概率與統(tǒng)計、回歸分析、線性代數(shù)、信號處理、數(shù)字濾波器、窗函數(shù)、三維圖形處理等高級分析函數(shù)。（6）支持多種系統(tǒng)平臺可在LabVIEW平臺上調用其他軟件平臺編譯的模塊。（7）開放式的開發(fā)平臺（8）網(wǎng)絡功能4.1.3LabWindows/CVI特點：（1）采用事件驅動與回調函數(shù)編程（2）集成化開發(fā)平臺（3）支持多種總線（4）支持數(shù)據(jù)處理和分析功能，提供格式化I/O庫、Analysis庫、AdvanccdAnalysis庫、ANSIC庫等（5）提供圖形化用戶界面編輯，UserInterface庫（6）支持網(wǎng)絡和進程間通信功能（7）支持多種操作系統(tǒng)4.1.4AgilentVEE特點：（1）圖形化的編程提供顯示和控制模塊，如按鈕、圖表、溫度指示器等。（2）內置的程序編譯器交互式編譯器技術（3）豐富的儀器驅動程序（4）強大的數(shù)據(jù)分析與處理數(shù)理統(tǒng)計、類型比較、矩陣運算、微積分、信號分析與處理、數(shù)字濾波器等。（5）靈活的程序調試手段可設斷點，單步，分步。（6）支持多種系統(tǒng)平臺（7）網(wǎng)絡功能4.2LabVIEW編程初步4.2.1LabVIEW的基本VI介紹LabVIEW中開發(fā)的應用程序稱為虛擬儀器（Virtualinstruments）程序，簡稱VI。一個基本的VI包括：前面板（frontpanel）框圖程序（blockdiagram）圖標/連結端口(icon/connector)前面板框圖程序例如：求兩個數(shù)的和與差控制型控件指示型控件前面板：包括兩類控件：控制型控件（control），指示型控件（indicator）?？驁D程序：由節(jié)點（node）、端口（terminal）和數(shù)據(jù)連線（wire）組成。節(jié)點端口1．節(jié)點節(jié)點是程序的執(zhí)行元素，LabVIEW有4種節(jié)點類型：函數(shù)（functions）：執(zhí)行各種數(shù)學運算、文件輸入/輸出等基本操作。節(jié)點代碼不能修改。結構控制（structures）：實現(xiàn)結構化程序控制。代碼端口（CIN、DLL）：是與C語言程序或動態(tài)連接庫的接口。子VI：節(jié)點代碼可以修改。2.端口3．數(shù)據(jù)連線定義了框圖程序中的數(shù)據(jù)流動方向。4.2.2LabVIEW的基本開發(fā)環(huán)境1．啟動界面LabVIEW7Express的啟動界面單擊，會生成一個新VI，新VI包括前面板窗口、框圖程序窗口新的VI界面前面板窗口框圖程序窗口4.窗口主菜單包括文件(File)、編輯(Edit)、操作(Operate)、工具(Tools)、瀏覽(Browse)、窗口(Windows)、幫助(Help)。3．窗口工具欄前面板窗口工具欄如下圖。主菜單框圖程序窗口的工具欄與前面板類似，只增加了4個調試按鈕。窗口主菜單與前面板相同。高亮、單步步入、單步步過、單步步出點擊該高亮執(zhí)行按鈕可使VI程序的運行以一種緩慢的節(jié)奏一步一步地執(zhí)行程序，所執(zhí)行到的節(jié)點都以高亮方式顯示，并可觀察到數(shù)據(jù)的流動，這樣用戶可以清楚地了解到程序的運行過程，也可以很方便地查找錯誤。窗口工具欄功能圖標

名稱

功能說明

運行按鈕單擊此按鈕運行VI。當執(zhí)行按鈕變?yōu)樾螤顣r，表明VI有錯誤，不能運行。單擊該按鈕，可彈出ErrorList對話框，提示VI中的錯誤。

連續(xù)運行按鈕

單擊此按鈕可使VI程序連續(xù)地重復執(zhí)行。

停止運行按鈕

單擊此按鈕可停止運行VI。暫停按鈕單擊此按鈕可暫停VI執(zhí)行，再次單擊此按鈕，VI又繼續(xù)執(zhí)行。

高亮顯示執(zhí)行按鈕單擊此按鈕，可動態(tài)顯示VI執(zhí)行時數(shù)據(jù)的流動。

單步步入按鈕單擊此按鈕，按節(jié)點順序單步執(zhí)行程序，每單擊一次，程序執(zhí)行一步。如果節(jié)點為一個子程序或結構，則進入子程序或結構內部執(zhí)行單步運行方式。單步步過按鈕

單擊此按鈕，按節(jié)點順序單步執(zhí)行程序（不進入循環(huán)，SunVI內部）。

單步步出按鈕

單擊此按鈕，退出單步執(zhí)行，進入暫停狀態(tài)。

文本字體設置按鈕點擊右邊的小按鈕將彈出一個下拉式的列表，該列表可以設置字體的格式。

對齊列表框首先選定需要對齊的對象，然后單擊此按鈕，可設置對象之間的對齊方式。分布列表框單擊此按鈕，可選擇圖標的分布方式，如對象之間的間距等。

層疊列表框

為選定對象重新設定在窗口中的前后疊放順序。4.2.3LabVIEW的模板程序的創(chuàng)建主要依靠三個模板：工具（Tools）模板控件（Controls）模板函數(shù)（Functions）模板1.工具模板選擇Windows菜單下的ShowToolsPalette選項可顯示出工具模板。使用工具模板中的工具可創(chuàng)建、修改和調試VI。當從工具模板中選擇了某種工具后，鼠標光標就變?yōu)樵摴ぞ叩男螤?，表示可以進行某類操作。

工具模板中的各工具功能圖標名稱功能1操作工具

用于操作前面板控件數(shù)值和字符的工具。將其移動到文本、字符串或數(shù)字控件，光標形狀變成，點擊一下即可輸入字符或數(shù)字。

2定位/調整大小/選擇工具用于選擇、移動或改變對象的大小。當它位于前面板控件的邊角時，形狀變?yōu)?，可以改變前面板控件的大小?文本編輯工具

用于輸入標簽文本或者創(chuàng)建自由標簽。當創(chuàng)建自由標簽時它會變成相應形狀。

4連線工具

用于在框圖程序上連接對象。

5快捷菜單工具用鼠標左鍵可以彈出對象的彈出式菜單。6窗口平移工具

使用該工具就可以不需要使用滾動條而在窗口中平移。

7設置／清除斷點工具

使用該工具在VI的框圖程序中設置斷點。若使用該工具在已設置斷點處點擊，則可以清除斷點。

8數(shù)據(jù)探針可在框圖程序上的數(shù)據(jù)流線上設置探針。通過探針窗口來觀察該數(shù)據(jù)流線上的數(shù)據(jù)變化狀況。

9顏色提取使用該工具來獲取已染色對象的顏色，用于編輯其他的對象。

10顏色設置用來給窗口中的對象定義顏色。

4.控件模板選擇前面板窗口的Windows菜單下的ShowControlsPalette選項可顯示出控制模板。控制模板只用于前面板，用來創(chuàng)建控制器和指示器。模板中顯示的是一些子模板的圖標，點擊圖標即可彈出該圖標下的子模板?？丶０逯械淖幽０骞δ軋D標子模板名稱功能1數(shù)字子模板提供各種數(shù)值控制和指示控件，如滑動桿、滾動條、旋鈕、轉盤和數(shù)值顯示框等。

2布爾量

提供各種布爾型的控制和指示控件。包含各種開關、按鈕以及指示燈等。

3字符串和路徑

用于創(chuàng)建文本輸入框和標簽、輸入和返回文件或目錄的地址。

4數(shù)組和簇數(shù)組和簇的控制和顯示控件。

5列表和表格

表格形式數(shù)據(jù)的控制和顯示控件。6圖形顯示

顯示數(shù)據(jù)結果的趨勢圖和曲線圖控件。

7環(huán)與枚舉

環(huán)與枚舉的控制和顯示控件。

8容器

分頁控件、子面板控件、ActiveX控件。

9輸入/輸出

與VISA、IVI、DAQ有關的數(shù)據(jù)源及通道名稱。

10對話框控件這組控件和其它子模板的控件類似，只是外形有些差別。11經(jīng)典控件

經(jīng)典控件，指以前版本軟件的控件圖標。

12參考號LabVIEW對文件、目錄、設備等操作都需要一個參考號標示，這個子模板包括各類參考號。

13裝飾件用于對前面板進行裝飾的各種圖形對象。14從文件系統(tǒng)選擇控件調用存儲在文件中的控件。

15用戶控制

把控件放在\NationalInstruments\LabVIEW7.0\user目錄中時，將出現(xiàn)在這個子模板中。

其中最常用的控件是：數(shù)值型、布爾型①數(shù)值型Numeric主要完成參數(shù)設置和結果顯示。這些控件相對于高級文本中的變量。控制型控件有：數(shù)字式、滑動式、進度條式、旋紐式、桶式指示型控件有：數(shù)字式、表盤式、溫度計式、色彩數(shù)值型控件的屬性設置前面板窗口中放置一個數(shù)值型控件Knob，鼠標右擊控件會彈出一個快捷菜單。快捷菜單中有一些共同的選項，如：①Visibleltems：顯示、隱藏控件的一些屬性。②FindTerminal：高亮顯示和該控件相對應的數(shù)據(jù)端口。③ChangetoControl／Indicator：控制和指示屬性的轉換。④DescriptionandTip…：打開控件對象的描述／提示對話框。⑤Create：創(chuàng)建局部變量(LocalVariable)、屬性節(jié)點(PropertyNode)、控件參考(Reference)以及調用節(jié)點(1nvokeNode)。⑥Replace：用其它控件對象來代替當前對象。⑦DataOperations：對數(shù)據(jù)的操作：ReinitializetoDefaultValue：恢復初始值。MakeCurrentValueDefault：設初始（默認）值。DataSocketConnection：啟動DataSocket連接。Cut／Copy／PasteData：剪切／復制／粘貼。⑧Advanced：對前面板對象的高級操作：KeyNavigation：快捷鍵的設置SynchronousDisplay：同步顯示Customize：用戶自行定制控件。HideControl／Indicator：在前面板隱藏控制。EnabledState：確定對象是否有效。在數(shù)值型控件Knob快捷菜單中還有:Representation(數(shù)據(jù)類型設置)DataRange（數(shù)值范圍設置）

FormatandPrecision（數(shù)據(jù)表示格式和精度設置）AddNeedle（添加指示針）Scale（刻度）TextLabels（文本刻度模式）

Properties（屬性設置）在控件快捷菜單中選擇Properties，將打開控件的屬性對話窗口。在Knob數(shù)值型控件的屬性窗口中包括以下設置：Appearance：外觀設置?？稍O控件的標簽(Label)、標題(Caption)，可用性設置EnabledState，可設該旋鈕控件指針（Needle）顏色。DataRange:數(shù)據(jù)范圍設置?？稍O置控件的缺省值DefaultValue,數(shù)據(jù)的表示法Representation，設置控件的最小值、最大值以及數(shù)值變化步長。Scale:刻度設置?？稍O置刻度線的顏色、刻度標識文字顏色、刻度反向、對數(shù)分布、顯示顏色梯度圖。還設置最小刻線值、最大刻線值。FormatandPrecision數(shù)據(jù)表示格式和精度設置。可選擇設置數(shù)據(jù)表示為浮點、科學記數(shù)法、十六進制、二進制等以及數(shù)據(jù)的小數(shù)點后保留的位數(shù)。單擊屬性對話窗口右上角的移動按鈕，還會出現(xiàn)TextLabels和Documentaion的設置。將該控件設置為文本刻度模式，控件的文本刻度分別設置為sine、Square和Triangle，控件在前面板的外觀如右圖。②布爾型包含控制器和指示器：按鈕、開關、指示燈按鍵等?？丶闹抵荒苁荰ure和False。在前面板窗口中放置一個布爾型控件Boolean，然后用鼠標右鍵單擊該控件，會彈出一個快捷菜單。Boolean控件的特有選項在快捷菜單中選擇“Properties”，會彈出該控件的屬性窗口。動作方式文字說明圖解m表示鼠標的操作動作，下降沿表示鼠標左鍵按下的時刻，上升沿表示鼠標按鍵釋放的時刻。V表示開關的值，0或1。RD表示程序讀取控件的時間點。在SwitchWhenPressed、SwitchWhenReleased、SwitchUntilReleased三種動作方式中，開關的狀態(tài)變化與VI程序是否讀取開關值無關。在LatchWhenPressed、LatchWhenReleased、LatchUntilReleased三種動作方式中，開關的狀態(tài)變化與VI程序讀取有關。選擇LatchWhenPressed動作方式，表明當開關按下鼠標時，開關的值立刻改變，并保持該值，直到VI程序讀取該值后，其值又恢復為初始值（與按下鼠標后是否釋放無關）。該開關動作常用于終止While循環(huán)。3．函數(shù)模板(FunctionsPalette)

用于創(chuàng)建流程圖程序。函數(shù)模板中子模板功能圖標子模板名稱功能Structure（結構）包括程序控制結構命令，以及全局、局部變量。Numeric（數(shù)值運算）包括各種常用的數(shù)值運算。Boolean（布爾運算）包括各種邏輯運算符以及布爾常數(shù)。String（字符串運算）

包含各種字符串操作函數(shù)、數(shù)值與字符串之間的轉換函數(shù)。

函數(shù)模板中子模板功能圖標子模板名稱功能Array（數(shù)組）包括數(shù)組運算函數(shù)、數(shù)組轉換函數(shù)，以及常數(shù)數(shù)組。Cluster（簇）包括簇的處理函數(shù)，以及群常數(shù)等。Comparison（比較）包括各種比較運算函數(shù)。Waveform（波形）各種波形處理工具。函數(shù)模板中子模板功能圖標子模板名稱功能Analyze（信號分析）信號發(fā)生、時域及頻域分析功能模塊。Communication（通訊）包括TCP、DDE、ActiveX和OLE等功能的處理模塊。SelectaVI（選擇子VI）用來調用儲存在文件系統(tǒng)中的子VI。Decorations(修飾)用線條、標簽等對框圖程序進行裝飾的對象。數(shù)據(jù)運算子模板和布爾運算子模板4.2.4創(chuàng)建VI程序VI程序的創(chuàng)建：創(chuàng)建前面板設計框圖程序調試程序1．前面板的設計應根據(jù)實際中的儀器面板以及該虛擬儀器所要實現(xiàn)的功能來設計前面板。多數(shù)控件本質的區(qū)別在于其代表的數(shù)據(jù)類型不同?？蓪丶ο筮M行編輯，包括：改變對象的大小，設置對象的顏色，設置對象標簽、標題的字體，排列、組合、鎖定對象。4.框圖程序的設計框圖程序相當于源代碼。用函數(shù)模板中VI的相關函數(shù)和程序結構，去處理數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)端口之間的關系。函數(shù)和程序結構即是節(jié)點，節(jié)點即是程序的一條語句，它包括函數(shù)、VI子程序、結構和代碼接口。數(shù)據(jù)端口則可理解為程序的變量。3．程序的調試如果VI程序有錯誤，不能運行，工具欄的Run按鈕將會顯示成一個折斷的箭頭。點擊該按鈕可打開一個顯示錯誤清單的窗口，選擇一個列出的錯誤項，然后再點擊Find按鈕，則框圖程序中出錯的對象就會被呈高亮狀態(tài)顯示。VI程序常見的錯誤：（1）連接的端口之間數(shù)據(jù)類型不匹配。（2）必須連接的函數(shù)數(shù)據(jù)端口未連線。程序的調試方法主要有：（1）高亮顯示執(zhí)行方式：正在執(zhí)行的節(jié)點會以高亮形式顯示。常結合單步模式，跟蹤框圖中的數(shù)據(jù)流傳輸情況。（2）單步執(zhí)行：一個節(jié)點一個節(jié)點地執(zhí)行。（3）探針：查看運行過程中數(shù)據(jù)流在該連線上的數(shù)據(jù)。（4）斷點：程序運行到該處時會暫停執(zhí)行，再單擊暫停按鈕程序會繼續(xù)運行到下一個斷點處或直到VI運行結束。程序需實現(xiàn)功能：每隔一定時間測量一次溫度，顯示當前的測量溫度值和已運行時間，同時顯示實時溫度測量曲線。第1步：設計前面板（1）在前面板放置一個Knob控件，此圓形旋鈕用于選擇測量時間間隔。（2）在前面板放置一個布爾型控件開關，此開關用于控制測量的啟停。溫度顯示實例（3）在前面板放置一個數(shù)值型的指示控件，用于顯示程序運行時間。（4）在前面板放置一個圖形顯示控件，用于顯示溫度實時測量曲線。在控件的快捷菜單中選擇VisibleItems→DigitalDisplay，顯示出該控件附帶的一個數(shù)字指示，并用文本標簽工具添加文本“溫度”完成以上步驟后創(chuàng)建出如圖所示的前面板。第2步：設計框圖程序（1）切換到框圖程序窗口，調整數(shù)據(jù)端口圖標的位置，WaveformChart控件，它在框圖程序中出現(xiàn)的初始端口圖標是，在該圖標上右擊彈出的快捷菜單中選擇ViewAsIcon項，端口圖標就變?yōu)?。?）選擇WhileLoop，While循環(huán)中的端口輸出While循環(huán)次數(shù)。（3）放置隨機函數(shù)發(fā)生器。該函數(shù)產(chǎn)生（0，1）之間的一個隨機數(shù)，產(chǎn)生的隨機數(shù)經(jīng)運算處理后模擬溫度采集值。（4）放置2個乘法函數(shù)。（5）放置3個數(shù)值常量端口。分別輸入框圖程序中所需的常數(shù)。（6）放置延時函數(shù)，該函數(shù)控制每次While循環(huán)的時間間隔，函數(shù)的左邊端口連接一個數(shù)值指定延時的時間，單位為ms。（7）選用用連線工具根據(jù)程序設計原理連接各個節(jié)點，得到框圖程序如下。4.2.5VI子程序創(chuàng)建VI子程序類似于傳統(tǒng)程序設計語言中的函數(shù)或子程序。VI包括前面板、框圖程序以及圖標/連結端口(icon/connector)3部分。圖標是VI子程序，在調用它的框圖程序中所顯示的外觀。連結端口的是該VI與調用它的VI交換數(shù)據(jù)的端口。1．創(chuàng)建子VI子VI的創(chuàng)建包括圖標編輯和連接端口的定義兩部分。（1）圖標編輯右擊窗口右上角圖標,彈出菜單,選擇EditIcon選項即可激活IconEditor（圖標編輯器）窗口，如下圖：圖標編輯工具圖標編輯工具：畫線、畫矩形工具、選擇工具、文本工具、調色板工具等單色（2）連接端口的創(chuàng)建連接端口是VI程序的數(shù)據(jù)的輸入輸出接口。應根據(jù)VI程序所需要的輸入輸出參數(shù)的個數(shù)，來確定連接端口的端口數(shù)，并確定前面板控制器和指示器與這些端口的對應關系。例：將攝氏溫度轉換為華氏溫度第1步：在前面板上放置一個數(shù)字控制器和一個數(shù)字指示器。將標簽分別改為：攝氏溫度值和華氏溫度值。第2步：在框圖程序中放置一個加法器和一個乘法器，以及兩個數(shù)字常量。然后連線。第3步：圖標編輯為。第4步：右擊，選擇ShowConnector選項來定義連接端口，這時圖標變成連接端口顯示模式，呈現(xiàn)出2個端口，對應前面板上的2個控件。連線工具單擊圖標左邊的端口，然后再單擊前面板上的“攝氏溫度值”控件，這時端口變?yōu)?，表明已?jīng)定義了第一個數(shù)據(jù)端口。同樣，定義華氏溫度值的輸出數(shù)據(jù)端口。右擊圖標選擇DisconnectTermina