LabVIEW基礎(chǔ)課程訓(xùn)練

LabVIEW2011

Lab基礎(chǔ)課程訓(xùn)練Chapter1

虛擬儀器（VI）的介紹LabVIEW

(LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench)是採(cǎi)用圖形(Graphics)物件與方式來(lái)進(jìn)行程式邏輯的規(guī)劃與建立程式執(zhí)行的環(huán)境，所以也可稱為”G程式語(yǔ)言”。使用LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)編制的程式稱為虛擬儀表程式，簡(jiǎn)稱為虛擬儀表VI

(VirtualInstrument)。VI包括三個(gè)部分：人機(jī)介面(FrontPanel)、程式方塊圖(BlockDiagram)和圖示/連接器。程式前面板用於設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量，用於模擬真實(shí)儀錶的前面板。在程式前面板上，輸入量被稱為控制（Controls），輸出量被稱為顯示（Indicators）。控制和顯示是以各種圖示形式出現(xiàn)在前面板上，如旋鈕、開(kāi)關(guān)、按鈕、圖表、圖形等，這使這得前面板直觀易懂。每一個(gè)程式前面板都對(duì)應(yīng)著一段框圖程式?？驁D程式用LabVIEW圖形編程語(yǔ)言編寫(xiě)，可以把它理解成傳統(tǒng)程式的原始碼?？驁D程式由埠、節(jié)點(diǎn)、圖框和連線構(gòu)成。其中埠被用來(lái)與程式前面板的控制和顯示傳遞資料，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)化程式控制命令，而連線代表程式執(zhí)行過(guò)程中的資料流程，定義了框圖內(nèi)的資料流程動(dòng)方向。1.1程式方塊圖(BlockDiagram)與人機(jī)介面(FrontPanel)1.2主要的選單、面板、與工具列LabVIEW具有多個(gè)圖形化的操作面板，用於創(chuàng)建和運(yùn)行程式。這些操作範(fàn)本可以隨意在螢?zāi)簧弦苿?dòng)，並可以放置在螢?zāi)坏娜我馕恢?。操作面板共有三類，為工具（Tools）面板、控制（Controls）面板和函數(shù)（Functions）面板。工具面板（Tools

Palette）：提供了各種用於建造、修改和調(diào)試VI程式的工具。控制面板（ControlsPalette）：可以在人機(jī)介面開(kāi)啟輸入控制和輸出顯示，僅顯示於人機(jī)介面。函數(shù)面板（FunctionsPalette）：用來(lái)創(chuàng)建程式方塊圖的工具，僅顯示於程式方塊圖。VI視窗頂端有一排選項(xiàng)為主要選單，如下圖所示：在主要選單下方為工具列(ToolBar)，用來(lái)控制VI的執(zhí)行與除錯(cuò)。如下圖所示：執(zhí)行控制除錯(cuò)工具字型選項(xiàng)排列表單(a)ControlPalette(b)FunctionPalette(c)ToolPalette1.3範(fàn)例搜尋器1.4

輔助視窗OnlineHelpChapter2LabVIEW程式撰寫(xiě)這個(gè)章節(jié)將介紹LabVIEW環(huán)境的基本知識(shí)與簡(jiǎn)易的操作，包括如何載入與儲(chǔ)存VI、特別的函式庫(kù)、ExpressVIs的使用、除錯(cuò)功能、子VI的基本知識(shí)與特性、以及文件檔案的製作流程。2.1控制元與顯示元的概敘LabVIEW控制面板中的子面板所包含的內(nèi)容分為四類簡(jiǎn)單的控制元與顯示元：數(shù)值(Numeric)、布林(Boolean)、字串(String)及較少用的路徑(Path)與裝置元件(Decorations)。簡(jiǎn)單的總結(jié)為：數(shù)值(Numeric)：包含標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值。布林(Boolean)：可以有兩個(gè)狀態(tài)中之一種，開(kāi)(on)或關(guān)(off)、1或0。字串(String)：包含文字資料，雖然可以包含數(shù)值字元，但是對(duì)字串資料做任何數(shù)學(xué)運(yùn)算之前，必須將其轉(zhuǎn)換成數(shù)值資料。路徑(Path)：提供一個(gè)與平臺(tái)無(wú)關(guān)的資料型態(tài)，特別對(duì)檔案路徑更是如此。裝置元件(Decorations)：協(xié)助進(jìn)行人機(jī)介面的美化。2.2接線與斷線接線：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（從工具面板中選取），然後移動(dòng)到另一個(gè)端點(diǎn)，再點(diǎn)擊第二個(gè)端點(diǎn)。端點(diǎn)的先後次序並不會(huì)影響資料流程動(dòng)的方向。斷線：連線錯(cuò)誤時(shí)，不會(huì)有正常顏色與型態(tài)的線，而是出現(xiàn)中間有個(gè)叉的斷線，黑色虛線?？梢越逵蛇x取或刪除的方式來(lái)移除斷線(Ctrl-B)。如下所示常見(jiàn)的接線錯(cuò)誤(需多加注意)：接線型態(tài)、維度、單位或是元素衝突，接線有多個(gè)來(lái)源，沒(méi)有來(lái)源的接線或接線循環(huán)等都是發(fā)生錯(cuò)誤的原因。連線是埠間的資料通道，類似於普通程式中的變數(shù)。資料是單向流動(dòng)的，從來(lái)源埠向一個(gè)或多個(gè)目的埠流動(dòng)。不同的線型代表不同的資料類型。另外每種資料類型以不同的顏色予以分辨強(qiáng)調(diào)。

標(biāo)量一維數(shù)二維數(shù)

2.3程式撰寫(xiě)小訣竅較熟練LabVIEW程式之後，接下來(lái)將介紹一些技巧能夠更快並且順利地處理VI的撰寫(xiě)過(guò)程。也可以省下不少時(shí)間。介紹幾個(gè)較常用也能有效提升效率的小技巧：鍵盤(pán)捷徑、範(fàn)例搜尋等。鍵盤(pán)捷徑Ctrl-B：將程式方塊圖中所有斷線移除。Ctrl-E：在人機(jī)介面與城市方塊圖間切換。Ctrl-F：尋找一個(gè)LabVIEW的物件或文字。Ctrl-G：尋找下一個(gè)LabVIEW的物件或文字。Ctrl-H：顯示/隱藏輔助視窗。Ctrl-N：建立一個(gè)新的VI。Ctrl-Q：放棄目前使用中的LabVIEW程式。Ctrl-R：執(zhí)行目前的VI。Ctrl-W：關(guān)閉目前的VI。Ctrl-.：停止目前的VI。Ctrl-T：將人機(jī)介面與程式方塊圖並列左右。範(fàn)例搜尋2.4載入與儲(chǔ)存VI載入VI，從主選單中的File開(kāi)啟Open功能，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框，顯示載入過(guò)程和狀態(tài)視窗說(shuō)明目前載入狀況。儲(chǔ)存VI，從主選單中的File開(kāi)啟Save功能，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框來(lái)選擇VI儲(chǔ)存的路徑。File選單中有兩種主要儲(chǔ)存方式可以選擇：

a)選擇Save功能，可以指定名稱與路徑來(lái)儲(chǔ)存一個(gè)新的VI，或更新修改後的檔案。

b)選擇SaveAs…功能，會(huì)出現(xiàn)一對(duì)話框，選擇該如何另外儲(chǔ)存現(xiàn)有的VI。如下圖所示：2.5

ExpressVIs

的使用ExpressVIs是LabVIEW7.X版之後才有的新功能，目的在於更簡(jiǎn)化圖形化語(yǔ)言規(guī)劃的流程。協(xié)助LabVIEW程式開(kāi)發(fā)過(guò)程中，大量的降低程式語(yǔ)法所面臨的障礙，同時(shí)縮短開(kāi)發(fā)到實(shí)現(xiàn)的時(shí)間。目前提供的ExpressVIs依據(jù)人機(jī)介面和程式方塊圖區(qū)分為以下二類。ControlPaletteExpressFunctionPaletteExpress以下介紹FunctionExpress面板中七個(gè)子面板之各功能：Input子面板：針對(duì)外部硬體(DAQ)輸入、模擬訊號(hào)輸入、檔案輸入、訊號(hào)輸入以及NI公司專屬的NI-DMM與NI-SCOPE等。SignalAnalysis子面板：量測(cè)專屬、曲線擬合、濾波器、統(tǒng)計(jì)、捲積與相關(guān)性分析、模擬訊號(hào)、Mask&LimitTest、以及直方圖等相關(guān)的功能。Output子面板：外部硬體(DAQ)輸出、檔案輸出、報(bào)表輸出、字串處理以及使用者訊息輸出等。ExecutionControl子面板：程式執(zhí)行架構(gòu)會(huì)使用到的功能，有WhileLoop、FlatSequence、CaseStructure、TimeDelay、ElapsedTime等。Arithmetic&Comparison子面板：主要為四則運(yùn)算、邏輯處理等相關(guān)之功能。

SignalManipulation子面板：訊號(hào)操作等相關(guān)功能，是最常會(huì)使用到的Express面板2.6除錯(cuò)技術(shù)撰寫(xiě)程式的過(guò)程中，除錯(cuò)是十分重要的一環(huán)。這個(gè)章節(jié)將介紹如何判斷問(wèn)題的來(lái)源，並針對(duì)不同型態(tài)的錯(cuò)誤可以採(cǎi)取的對(duì)策。判斷錯(cuò)誤最直觀的方式就是當(dāng)執(zhí)行鍵變成一個(gè)中斷的箭頭時(shí)，表示這個(gè)VI無(wú)法編譯或執(zhí)行。按一下中斷的執(zhí)行鍵，或是由選單選擇ShowErrorList，可以看到列出所有錯(cuò)誤的訊息對(duì)話框，在錯(cuò)誤列表中選擇錯(cuò)誤事項(xiàng)快點(diǎn)兩下可找出發(fā)生錯(cuò)誤之位置，由此對(duì)找出錯(cuò)誤並除錯(cuò)有相當(dāng)大的幫助。常見(jiàn)的錯(cuò)誤有些常見(jiàn)的錯(cuò)誤在編譯程式中較常發(fā)生，以下列出常見(jiàn)錯(cuò)誤與原因，可以提早避免發(fā)生類似錯(cuò)誤。需要輸入的函數(shù)圖示沒(méi)有接線，必須在執(zhí)行程式前接線。程式方塊圖中包含斷線，檢查資料格式是否不符，或無(wú)主端點(diǎn)。斷線可能藏在物件後，利用之前斷線技巧去除斷線。子VI發(fā)生錯(cuò)誤或被修改過(guò)，而使輸出入之接點(diǎn)變不同?？梢允褂脧棾鍪竭x單使用Replace或RelinktoSubVI的功能處理。將兩個(gè)控制元連接在一起，或?qū)蓚€(gè)控制元連接到同一個(gè)顯示元。這種情況在錯(cuò)誤列表中會(huì)顯示”Signal:

hasmultiplesources.”或”YouhaveconnectedaControltoaControl.Changeonetoanindicator.

”可以嘗試將某些控制元變更為顯示元，只留一個(gè)控制元，便可解決錯(cuò)誤。資料流向顯示與探針使用資料流向顯示：能夠清楚觀察資料目前的執(zhí)行狀況，對(duì)除錯(cuò)相當(dāng)有幫助。在工具列選單中的資料流向顯示鍵，就可以看見(jiàn)VI方塊圖中的執(zhí)行狀況。是以一個(gè)小圓點(diǎn)在接線上流動(dòng)，來(lái)模擬資料在節(jié)點(diǎn)傳遞的狀況。使用探針：利用工具列的探針工具，來(lái)確認(rèn)執(zhí)行中產(chǎn)生的數(shù)值與狀態(tài)是否有問(wèn)題，或發(fā)生未預(yù)期的結(jié)果。為了檢測(cè)這些結(jié)果，可以產(chǎn)生一個(gè)顯示元來(lái)即時(shí)顯示接線上的結(jié)果。除了以上兩種方式，還可以搭配單步執(zhí)行、設(shè)定暫停點(diǎn)和暫停執(zhí)行等功能來(lái)協(xié)助提升除錯(cuò)效率。Chapter3程式執(zhí)行架構(gòu)程式架構(gòu)是一種重要的節(jié)點(diǎn)型態(tài)，與標(biāo)準(zhǔn)程式語(yǔ)言中的控制架構(gòu)類似，負(fù)責(zé)VI程式流程的管理。這個(gè)章節(jié)將介紹LabVIEW環(huán)境中主要的程式架構(gòu)：While迴圈、For迴圈、條件程式架構(gòu)與循序程式架構(gòu)。並介紹圖控程式中移位暫存器的重要。3.1迴圈LabVIEW

中有兩種架構(gòu)可以用來(lái)控制重複執(zhí)行一個(gè)子程式方塊圖：While迴圈、For迴圈。For迴圈：執(zhí)行設(shè)定的次數(shù)。While迴圈：條件皆點(diǎn)為T(mén)rue時(shí)，會(huì)一直執(zhí)行迴圈。特別注意：無(wú)論是While迴圈或For迴圈的第一次遞迴，次數(shù)接點(diǎn)的值是0。For迴圈計(jì)次接點(diǎn)(CountTerminal)

該接點(diǎn)之?dāng)?shù)值為迴圈執(zhí)行次數(shù)。接點(diǎn)為0時(shí)，迴圈不執(zhí)行。LoopIteration端點(diǎn)傳出目前執(zhí)行完畢之迴圈次數(shù)；迴圈執(zhí)行第一次為0，第二次為1，直到N-1，N為欲執(zhí)行迴圈之次數(shù)。While迴圈LoopIteration端點(diǎn)傳出目前執(zhí)行完畢之迴圈次數(shù)；迴圈執(zhí)行第一次為0。Loop

Condition端點(diǎn)

連接之布林值為T(mén)URE時(shí)會(huì)執(zhí)行下一迴圈，反之FALSE時(shí)，則停止迴圈內(nèi)所有程式動(dòng)作，離開(kāi)迴圈。若再狀態(tài)接點(diǎn)之預(yù)設(shè)值為FALSE，則While迴圈方塊內(nèi)子程式方塊圖只會(huì)執(zhí)行一次。3.2移位暫存器(ShiftRegister)移位暫存器使用於For迴圈與While迴圈，是一種特殊形態(tài)的變數(shù)，可在迴圈的前次或後次遞迴間進(jìn)行數(shù)值轉(zhuǎn)移。在迴圈的左右框界上選取彈出式選單AddShiftRegister。移位暫存器包含迴圈左右兩個(gè)框界上的一對(duì)接點(diǎn)

。當(dāng)一次遞迴即將完成時(shí)，右邊的接點(diǎn)會(huì)將資料儲(chǔ)存下來(lái)。資料在遞迴結(jié)束時(shí)會(huì)移位，並在下次遞迴開(kāi)始前出現(xiàn)在右側(cè)接點(diǎn)?！付鄠€(gè)變數(shù)儲(chǔ)存在多個(gè)移位暫存器」和「單一移位暫存器儲(chǔ)存之前多次遞迴的單一變數(shù)」兩者的十分不同，有清楚了解之間的差異。3.3

條件架構(gòu)(CaseStructure)條件架構(gòu)是一種可依條件文字來(lái)執(zhí)行的方法，類似C語(yǔ)言中的Switch語(yǔ)法，但在搭配不同的使用條件時(shí)，也能達(dá)到if…、else…的效果。特別注意：在輸出的部份必須為每種CASE都設(shè)定一個(gè)輸出值，或是在節(jié)點(diǎn)上右鍵選單中選擇(UseDefaultUnwired)，一般為0或者False。條件架構(gòu)3.4循序架構(gòu)(SequenceStructures)循序架構(gòu)能夠強(qiáng)制規(guī)定程式執(zhí)行的順序，因?yàn)長(zhǎng)abVIEW本身是使用接線來(lái)串聯(lián)各個(gè)ICON函數(shù)執(zhí)行的程式，因此在大多數(shù)狀況下，都可以藉由接線的連結(jié)規(guī)劃來(lái)達(dá)到控制流程的目的，而且這樣能夠避免過(guò)多的結(jié)構(gòu)影響版面，並減少浪費(fèi)系統(tǒng)資源。計(jì)時(shí)：有時(shí)候監(jiān)控VI的執(zhí)行時(shí)間是必要的，F(xiàn)unctions面板→Programming→Timing下等函數(shù)可以執(zhí)行。Wait(ms)函數(shù)：令VI等待特定秒數(shù)後繼續(xù)執(zhí)行。WaitUntilNextmsMultiple函數(shù)：等待輸入時(shí)間之整數(shù)倍才繼續(xù)執(zhí)行。TickCount(ms)：用來(lái)計(jì)算執(zhí)行時(shí)間，傳回作業(yè)系統(tǒng)內(nèi)部之時(shí)間，毫秒為單位。計(jì)時(shí)Timing3.5公式節(jié)點(diǎn)(FormulaNode)需要複雜的算式函數(shù)時(shí)，可以利用公式節(jié)點(diǎn)來(lái)取代程式方塊圖架構(gòu)的算式函數(shù)，直接在視窗內(nèi)輸入公式即可。每個(gè)公式的敘述結(jié)尾處都要有一個(gè)分號(hào)(；)。MATLABScriptNode與公式節(jié)點(diǎn)大致相同，差異處為支援的語(yǔ)法為MATLAB。Chapter4複合資料型態(tài)：陣列與資料叢集這個(gè)章節(jié)將介紹陣列與資料叢集兩種複合資料型態(tài)，在儲(chǔ)存與處理資料時(shí)能較有彈性，使用上也更加方便。並學(xué)習(xí)如何使用LabVIEW的內(nèi)建函數(shù)來(lái)處理。陣列與相關(guān)的函數(shù)可以說(shuō)是LabVIEW最常使用的部份，不論在數(shù)字或者字串幾乎都會(huì)使用到，所以在這個(gè)章節(jié)也會(huì)多加強(qiáng)調(diào)。在必要的時(shí)候?qū)㈥嚵懈臑閰布騾布臑殛嚵卸紩?huì)方便程式的進(jìn)行，ClustertoArray函數(shù)和ArraytoCluster函數(shù)可以達(dá)到這樣的需求。4.1陣列LabVIEW陣列所指的是一群全部具有相同資料型態(tài)之資料元素(elements)的集合；這與傳統(tǒng)的程式語(yǔ)言相同。一個(gè)陣列可以有一個(gè)或多個(gè)維度(dimension)。一個(gè)陣列資料元素，可以是任何型態(tài)，如數(shù)值、布林、字串等，但不能是圖表、圖形或是另一個(gè)陣列。組成元素顯示視窗引數(shù)顯示視窗陣列函數(shù)4.2複合算術(shù)函數(shù)(CompoundArithmeticFunction)複合算術(shù)函數(shù)(CompoundArithmeticFunction)可以同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)以上數(shù)值的運(yùn)算，這是一個(gè)非常實(shí)用的算術(shù)函數(shù)，在資料的整理與運(yùn)算上會(huì)方便許多。即使有需要同時(shí)以Add、Multiply、AND及OR等函數(shù)來(lái)進(jìn)行多個(gè)數(shù)值運(yùn)算，也可以減少方塊圖上端點(diǎn)的個(gè)數(shù)。4.3布林函數(shù)運(yùn)算布林函數(shù)在LabVIEW中十分常用也非常有用，若是大家對(duì)這部分都有一定的認(rèn)識(shí)就可以跳過(guò)，或是想更深入了解可以找一些邏輯設(shè)計(jì)或數(shù)位設(shè)計(jì)的書(shū)來(lái)參考。LabVIEW的布林函數(shù)包括And、Or、Not、ExclusiveOr、NotExclusiveOr、NotAnd及NotOR等。FALSEAndFALSE=

FALSE；FALSEOr

FALSE=FALSETrueAndFALSE=FALSE

；TrueOr

FALSE=TrueFALSEAndTrue=FALSE

；

FALSE

Or

True=TrueTrueAndTrue=True；TrueOr

True=True4.4

資料叢集資料叢集和陣列相同，都是一種將資料集合起來(lái)的資料結(jié)構(gòu)。但資料叢集與陣列還有一些差異：資料叢集可以包含不同型態(tài)的資料(如數(shù)值資料，布林資料等)；類似於程式語(yǔ)言Pascal的紀(jì)錄(record)或

C語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)(struct)。陣列可以動(dòng)態(tài)的改變大小，而叢集大小則是固定的。叢集的建立還有一些需要注意的地方：唯有當(dāng)資料型態(tài)完全相同時(shí)，才能將叢集的接點(diǎn)連接起來(lái)；也就是說(shuō)兩個(gè)欲連接的叢集必須有相同數(shù)目的元素。叢集中的物件必須全部同為顯示元或控制元。第一次放入?yún)布奈锛銜?huì)決定該叢集是屬於顯示元或控制元。Chapter5資料顯示功能：

圖形與圖表的應(yīng)用LabVIEW的圖表與圖形功能，可以以圖形型態(tài)的方式來(lái)繪製資料點(diǎn)。只要新的資料來(lái)源無(wú)誤，圖表可以隨時(shí)與舊的資料結(jié)合，以互動(dòng)的方式來(lái)繪製資料，讓我們可以明顯的觀察出新舊資料的關(guān)聯(lián)性。圖形則以傳統(tǒng)的方法繪製預(yù)先建立的陣列資料，而且無(wú)法保留過(guò)去的資料。這個(gè)章節(jié)中將介紹圖表與圖形的功能、資料型態(tài)、使用方法及其特別的性質(zhì)。圖表與圖形的比較：圖表：將新的資料增補(bǔ)於舊的資料之後，以互動(dòng)方式一次繪製一個(gè)點(diǎn)。讓我們可以經(jīng)由此顯示功能來(lái)觀察新舊資之間的關(guān)係。圖形：將以建立的資料一起繪製於圖上，無(wú)法看到不同時(shí)段所產(chǎn)之資料間的相互關(guān)係。5.1波形圖表(WaveformChart)波形圖表為二維圖表，Y軸的數(shù)值對(duì)X軸以圖形顯示，通常Y軸代表繪製的資料數(shù)值，X軸表示時(shí)間或次序。波形圖表有三種更新模式：長(zhǎng)條模式、整面更新模式與流動(dòng)模式。5.2圖形(Graph)LabVIEW提供三種波形圖形的顯示選項(xiàng)：波形圖形、XY圖形與強(qiáng)度圖形。波形圖形(WaveformGraph)：主要繪製單值函數(shù)，而且資料點(diǎn)必須均勻的分佈在X軸上，也就是說(shuō)波形圖形是依據(jù)一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)來(lái)繪製Y軸的數(shù)值。X

Y圖形(XYGraph)：用途較為廣泛，以直角座標(biāo)為基準(zhǔn)可以繪製多值函數(shù)之圖形。強(qiáng)度圖形(IntensityGraph)：對(duì)模式資料而言，是很好的顯