NO7電子測(cè)量與儀器應(yīng)用

電子測(cè)量與

儀器應(yīng)用模塊七虛擬儀器與LabVIEW程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)單元一虛擬儀器與LabVIEW開發(fā)入門學(xué)習(xí)單元二LabVIEW編程技術(shù)學(xué)習(xí)單元三數(shù)據(jù)對(duì)象類型與操作目錄學(xué)習(xí)單元四數(shù)組與簇學(xué)習(xí)單元五結(jié)構(gòu)控制學(xué)習(xí)單元一虛擬儀器與LabVIEW開發(fā)入門虛擬儀器是現(xiàn)代化儀器開展的新方向，LabVIEW有別于其他的高級(jí)匯編語言，它采用的是一種形象化的數(shù)據(jù)流編程方式，為工程技術(shù)人員帶來了極大的方便。引言虛擬儀器的概述和特點(diǎn)一、學(xué)習(xí)單元一虛擬儀器與LabVIEW開發(fā)入門虛擬儀器（virtualinstruments,VI）是不斷革新的計(jì)算機(jī)技術(shù)與儀器技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。虛擬儀器的主要特點(diǎn)有如下幾點(diǎn)。（1）盡可能采用通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。（2）可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器。（3）用戶可以根據(jù)自己的需要來定義和制造各種儀器。學(xué)習(xí)單元一虛擬儀器與LabVIEW開發(fā)入門二、LabVIEW概述LabVIEW的發(fā)展歷史如下。1986年，LabVIEW1.0運(yùn)行在蘋果公司的Macintosh平臺(tái)上。1988年，LabVIEW2.0運(yùn)行在蘋果公司的Macintosh平臺(tái)上。1990年，虛擬儀器面板和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)流獲兩項(xiàng)美國專利。1994年，LabVIEW3.0帶有附加工具包。1996年，LabVIEW4.0增加自定義界面和ApplicationBuilder。1998年，LabVIEW5.0支持多線程。2000年，LabVIEW6i集成因特網(wǎng)功能。2001年，LabVIEW6i實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，增加事件結(jié)構(gòu)等重要功能。2003年，LabVIEW7Express增加了ExpressVI。2004年，LabVIEW7.1Express增加了許多全新的功能。學(xué)習(xí)單元一虛擬儀器與LabVIEW開發(fā)入門2005年，LabVIEW8.0增加了許多全新的功能。2006年8月，LabVIEW8.2有了第一個(gè)中文版的開發(fā)環(huán)境。2007年8月，LabVIEW8.5。2008年8月，LabVIEW8.6。2009年2月，LabVIEW8.6.1。2010年8月，LabVIEW2010。2011年8月，LabVIEW2011。2012年8月，LabVIEW2012。二、LabVIEW概述學(xué)習(xí)單元一虛擬儀器與LabVIEW開發(fā)入門三、LabVIEW概述LabVIEW啟動(dòng)界面

啟動(dòng)界面有如下選項(xiàng)，如圖7－1所示。

（1）新建。用于創(chuàng)建新的程序，單擊“新建VI”進(jìn)入程序設(shè)計(jì)。

（2）打開。用于打開自編好的程序、LabVIEW的例程，供學(xué)習(xí)和參考。

（3）幫助。用于幫助用戶解決、了解相關(guān)知識(shí)。學(xué)習(xí)單元一虛擬儀器與LabVIEW開發(fā)入門前面板窗口和程序框圖窗口1）虛擬儀器程序的前面板前面板窗口如圖7－2所示。三、LabVIEW概述學(xué)習(xí)單元一虛擬儀器與LabVIEW開發(fā)入門2）虛擬儀器程序的程序框圖程序框圖窗口如圖7－3所示。三、LabVIEW概述前面板窗口和程序框圖窗口學(xué)習(xí)單元一虛擬儀器與LabVIEW開發(fā)入門LabVIEW的三個(gè)模板1）工具模板（toolspalette）工具模板如圖7－4所示。三、LabVIEW概述學(xué)習(xí)單元一虛擬儀器與LabVIEW開發(fā)入門三、LabVIEW概述LabVIEW的三個(gè)模板學(xué)習(xí)單元一虛擬儀器與LabVIEW開發(fā)入門2）控件模板（controlpalette）控件模板用來給前面板設(shè)置各種所需的輸出顯示對(duì)象和輸入控制對(duì)象?？丶０迦鐖D7－5所示。三、LabVIEW概述LabVIEW的三個(gè)模板學(xué)習(xí)單元一虛擬儀器與LabVIEW開發(fā)入門3）函數(shù)模板（functionspalette)函數(shù)模板如圖7－6所示。三、LabVIEW概述LabVIEW的三個(gè)模板學(xué)習(xí)單元一虛擬儀器與LabVIEW開發(fā)入門LabVIEW菜單系統(tǒng)如圖7－7所示，每個(gè)程序的前面板窗口與程序框圖窗口都有以下八個(gè)下拉菜單。三、LabVIEW概述學(xué)習(xí)單元一虛擬儀器與LabVIEW開發(fā)入門前面板窗口和程序框圖窗口的工具1)前面板工具欄前面板工具欄如圖7－8所示。2）程序框圖工具欄程序框圖工具欄與前面板的工具欄大同小異，只是增加了程序調(diào)試的幾個(gè)按鈕。程序框圖工具欄的特殊按鈕如圖7－9所示。三、LabVIEW概述創(chuàng)立一個(gè)虛擬儀器程序〔VI〕的前提是要了解LabVIEW編程的根本概念及程序設(shè)計(jì)中的一些根本知識(shí)，包括VI編輯技術(shù)、調(diào)試技術(shù)和VI編程與步驟等。本單元將分別講述這幾個(gè)方面。學(xué)習(xí)單元二LabVIEW編程技術(shù)引言學(xué)習(xí)單元二LabVIEW編程技術(shù)一、LabVIEW編程的根本概念創(chuàng)立控制和指示兩種方法。（1）創(chuàng)建控制和指示兩種方法。①在前面板控件模板中單擊對(duì)象，拖放在前面板的適當(dāng)位置。②在框圖程序中直接創(chuàng)建，右擊程序框圖中函數(shù)的輸入輸出端口，在彈出的菜單中選擇“創(chuàng)建（creat）”，然后選擇“控制”、“指示”、“常量（constant）”。（2）控制與指示對(duì)象在程序框圖中數(shù)據(jù)終端差異。學(xué)習(xí)單元二LabVIEW編程技術(shù)程序框圖中的元素一、LabVIEW編程的根本概念（1）數(shù)據(jù)終端（2）節(jié)點(diǎn)（3）連線（4）結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)單元二LabVIEW編程技術(shù)程序框圖中的元素一、LabVIEW編程的根本概念數(shù)據(jù)終端如圖7－10所示。學(xué)習(xí)單元二LabVIEW編程技術(shù)圖標(biāo)及連接器（1)圖標(biāo)。每個(gè)VI的圖標(biāo)都在其前面板和程序框圖窗口的右上角，如圖7－11（a）所示。（2)連接器。一個(gè)VI想成為一個(gè)子VI，還必須為其生成一個(gè)連接器，如圖7－11（b）所示。一、LabVIEW編程的根本概念學(xué)習(xí)單元二LabVIEW編程技術(shù)二、LabVIEW編輯技術(shù)前面板對(duì)象的編輯技術(shù)1）選擇、移動(dòng)、復(fù)制、粘貼、刪除（1）選擇。單擊工具模板中的選擇工具，在要選擇的對(duì)象上單擊，出現(xiàn)滾動(dòng)邊框，該對(duì)象即可選中。（2）移動(dòng)。選中對(duì)象后，拖至想要的位置。（3）復(fù)制和粘貼。選擇要復(fù)制和粘貼的對(duì)象，然后通過以下幾種方法來完成。（4）刪除。選擇要?jiǎng)h除的對(duì)象，然后通過以下幾種方法來刪除。2）創(chuàng)建和編輯標(biāo)簽創(chuàng)建前面板時(shí)，LabVIEW會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)標(biāo)簽，稱為固有標(biāo)簽。學(xué)習(xí)單元二LabVIEW編程技術(shù)程序框圖中的編輯技術(shù)1）創(chuàng)建對(duì)象之間的連線二、LabVIEW編輯技術(shù)學(xué)習(xí)單元二LabVIEW編程技術(shù)三、VI調(diào)試技術(shù)錯(cuò)誤列表第一欄（VIlist)列出錯(cuò)誤的程序名稱。第二欄（errorandwarnings）列出程序中錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)名稱及錯(cuò)誤原因。第三欄（details）顯示錯(cuò)誤詳細(xì)原因及改正方法。雙擊每條錯(cuò)誤會(huì)在框圖程序中以高亮形式顯示錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)和連線。學(xué)習(xí)單元二LabVIEW編程技術(shù)高亮方式運(yùn)行程序此時(shí)數(shù)據(jù)以高亮方式在連線和節(jié)點(diǎn)中流動(dòng)，設(shè)計(jì)者可以清晰地觀察到數(shù)據(jù)流的產(chǎn)生和走向是否存在錯(cuò)誤。選擇高亮執(zhí)行會(huì)使程序運(yùn)行速度變慢。三、VI調(diào)試技術(shù)學(xué)習(xí)單元二LabVIEW編程技術(shù)四、VI編程步驟創(chuàng)立前面板在前面板中右擊打開控制模板，選擇所需的控制圖標(biāo)、顯示圖標(biāo)，拖動(dòng)至前面板的相應(yīng)位置，松開鼠標(biāo)圖標(biāo)放置完畢。注意：前面板中的圖形顯示應(yīng)當(dāng)確定合適的坐標(biāo)范圍（在前面板的顯示圖標(biāo)上右擊選擇“屬性”，然后在“標(biāo)尺”中定義），以確保圖形的正確顯示。學(xué)習(xí)單元二LabVIEW編程技術(shù)創(chuàng)立程序框圖在程序框圖中右擊打開函數(shù)模板，選擇所需的圖標(biāo)，拖動(dòng)到程序框圖的相應(yīng)位置，松開鼠標(biāo)圖標(biāo)放置完畢，利用連線工具將程序框圖中的圖標(biāo)連接構(gòu)成完整程序。注意：程序在編制的過程出現(xiàn)連線錯(cuò)誤的提示，應(yīng)更換正確的圖標(biāo)；程序中需要的指示量、控制量應(yīng)當(dāng)符合要求。四、VI編程步驟學(xué)習(xí)單元二LabVIEW編程技術(shù)程序運(yùn)行與調(diào)試程序編制完后，在前面板單擊工具欄的運(yùn)行程序按鈕，運(yùn)行程序。注意：運(yùn)行程序中出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，可根據(jù)錯(cuò)誤的提示欄，雙擊錯(cuò)誤欄，找出錯(cuò)誤的地方，對(duì)程序進(jìn)行修改。四、VI編程步驟學(xué)習(xí)單元二LabVIEW編程技術(shù)保存程序程序運(yùn)行正常，將程序命名（程序名后綴必須為.VI）并保存。四、VI編程步驟學(xué)習(xí)單元三數(shù)據(jù)對(duì)象類型與操作程序的核心任務(wù)是處理數(shù)據(jù)。LabVIEW支持所有的常見數(shù)據(jù)類型，如數(shù)值型、布爾型、字符串、波形、數(shù)組、簇、輸入/輸出、路徑、時(shí)間、枚舉型、圖片等。本單元介紹數(shù)值型〔numeric〕、布爾型〔boolean〕和字符串〔string〕這三種根本的數(shù)據(jù)類型。引言學(xué)習(xí)單元三數(shù)據(jù)對(duì)象類型與操作一、數(shù)值型對(duì)象數(shù)值型對(duì)象分類數(shù)值型對(duì)象包括各種精度的浮點(diǎn)數(shù)或整數(shù)。學(xué)習(xí)單元三數(shù)據(jù)對(duì)象類型與操作前面板數(shù)值型對(duì)象數(shù)據(jù)類型隱含在前面板的控制或指示中。在數(shù)值型對(duì)象圖標(biāo)上使用右擊快捷菜單選項(xiàng)可以改變控制和指示的默認(rèn)值。比如在子菜單“數(shù)據(jù)操作（dataoperations）”下可以設(shè)置初始值。在子菜單“表示法（representation）”下有15種不同精度的控制和指示類型可供挑選。一、數(shù)值型對(duì)象學(xué)習(xí)單元三數(shù)據(jù)對(duì)象類型與操作數(shù)值型常量數(shù)據(jù)可分為變量和常量。常量只能從框圖窗口中創(chuàng)建，不會(huì)出現(xiàn)在前面板窗口中。創(chuàng)建數(shù)值型常量的方法有兩種。（1）從函數(shù)模板的“數(shù)值”子模板中找到，即為數(shù)值常量（numericconstant）。（2）在需要連接數(shù)值型常量的函數(shù)的端子上右擊連線工具，選擇創(chuàng)建常量（createconstant)。一、數(shù)值型對(duì)象

學(xué)習(xí)單元三數(shù)據(jù)對(duì)象類型與操作數(shù)字型對(duì)象操作數(shù)字型對(duì)象操作包括加、減、類型轉(zhuǎn)換、三角函數(shù)等。一、數(shù)值型對(duì)象學(xué)習(xí)單元三數(shù)據(jù)對(duì)象類型與操作二、布爾型對(duì)象創(chuàng)立布爾型對(duì)象布爾型控制與指示，在程序中可仿真按鈕、開關(guān)、燈等。創(chuàng)建布爾型對(duì)象方法：在控件模板中的“按鈕與開關(guān)”（buttons&switches）子模板中，選中對(duì)象拖入前面板。學(xué)習(xí)單元三數(shù)據(jù)對(duì)象類型與操作布爾型對(duì)象的操作LabVIEW操作中常用的邏輯運(yùn)算符包括與、或、非等。這些邏輯運(yùn)算符是以圖標(biāo)的形式出現(xiàn)的，并且這些圖標(biāo)上的標(biāo)志與常用的邏輯符號(hào)一致。二、布爾型對(duì)象學(xué)習(xí)單元三數(shù)據(jù)對(duì)象類型與操作三、字符串對(duì)象創(chuàng)立字符串對(duì)象常用字符串控制在控件模板中的“文本輸入控件（textcontrols）”子模板下找到“字符串輸入控件（stringctrl）”拖至前面板即可。常用字符串指示在“文本顯示控件（textindicators）”子模板下找到“字符串顯示控件（stringindicators）”拖至前面板即可。在字符串顯示區(qū)中可輸入和修改字符串中的文字，在字符串控件外任何位置單擊結(jié)束字符串輸入。學(xué)習(xí)單元三數(shù)據(jù)對(duì)象類型與操作字符串對(duì)象的屬性設(shè)置三、字符串對(duì)象在字符串對(duì)象上右擊屬性可進(jìn)行設(shè)置，屬性窗口適用于多字符串屬性集中設(shè)置。右擊菜單適用于程序修改，單獨(dú)設(shè)置。學(xué)習(xí)單元三數(shù)據(jù)對(duì)象類型與操作四、局部變量與全局變量局部變量的創(chuàng)立LabVIEW使用程序框圖中的數(shù)據(jù)終端來讀寫前面板的數(shù)據(jù)。由于一個(gè)前面板對(duì)象只有一個(gè)數(shù)據(jù)終端，而在程序中卻要在不同的位置對(duì)該數(shù)據(jù)終端進(jìn)行訪問。局部變量（localvariables）與全局變量（grobalvariables）可以在程序的不同位置之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞而且不必連線。局部變量適用于在一個(gè)VI中實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)終端在不同位置的訪問；全局變量則適用于在幾個(gè)VI之間傳輸數(shù)據(jù)。前面板已經(jīng)存在對(duì)象，右擊該對(duì)象在程序框圖的數(shù)據(jù)終端，選擇“創(chuàng)建”，然后選中“局部變量”即可。學(xué)習(xí)單元三數(shù)據(jù)對(duì)象類型與操作全局變量的創(chuàng)立四、局部變量與全局變量在函數(shù)模板的“結(jié)構(gòu)（struture）”子模板中，選擇“全局變量”，即可出現(xiàn)圖標(biāo)。雙擊該圖標(biāo)，即可打開全局VI的前面板，放置控制和指示。學(xué)習(xí)單元四數(shù)組與簇前面介紹的數(shù)值型、布爾型及字符串型數(shù)據(jù)，屬于單一數(shù)據(jù)類型，也可稱為單元素標(biāo)量型數(shù)據(jù)。在LabVIEW中，還有數(shù)組〔array〕和簇〔cluster〕這樣的多元素結(jié)構(gòu)類型的數(shù)據(jù)。數(shù)組和簇的作用是把相關(guān)數(shù)據(jù)有效地組織在一起。引言學(xué)習(xí)單元四數(shù)組與簇一、數(shù)組數(shù)組的創(chuàng)立1）數(shù)組創(chuàng)建步驟（1）在控件模板中數(shù)組子模板（如圖7－18所示）下找到“數(shù)組”選中拖至前面板位置，創(chuàng)建一個(gè)數(shù)組外框，如圖7－19（a）所示。學(xué)習(xí)單元四數(shù)組與簇（2）把一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象，如數(shù)值型、布爾型、字符串的控制和指示，拖入數(shù)組外框中，松開鼠標(biāo)完成數(shù)組創(chuàng)建，本例創(chuàng)建了一個(gè)數(shù)值型數(shù)組，數(shù)組外框會(huì)根據(jù)對(duì)象的大小自動(dòng)調(diào)整為相應(yīng)的尺寸，如圖7－19（b）所示。數(shù)組在程序框圖中的圖標(biāo)如圖7－19（c）所示。一、數(shù)組數(shù)組的創(chuàng)立學(xué)習(xí)單元四數(shù)組與簇2）二維數(shù)組的創(chuàng)建（1）右擊數(shù)組索引顯示部分，選擇添加維度（adddimension）。（2）拖拽需要的數(shù)據(jù)對(duì)象。（3）用鼠標(biāo)可以拖拽出一個(gè)多行多列的數(shù)組，如圖7－20（b）所示。一、數(shù)組數(shù)組的創(chuàng)立學(xué)習(xí)單元四數(shù)組與簇3）數(shù)組常量的創(chuàng)建圖7－21數(shù)組常量從函數(shù)模板的“數(shù)組”子模板中選擇“數(shù)組常量（arrayconstant）”拖拽至框圖中創(chuàng)建一個(gè)空的黑色數(shù)組外框，如圖7－21（a）所示。然后拖拽需要的數(shù)據(jù)常量進(jìn)入數(shù)組外框。該數(shù)組外框的大小和顏色會(huì)隨著對(duì)象的類型自動(dòng)變化。圖7－21（b）中的數(shù)據(jù)類型為數(shù)值型。一、數(shù)組數(shù)組的創(chuàng)立學(xué)習(xí)單元四數(shù)組與簇?cái)?shù)組的操作數(shù)組的操作函數(shù)可以從函數(shù)模板中的“數(shù)組”子模板中直接調(diào)用。數(shù)組函數(shù)子模板如圖7－22所示。一、數(shù)組學(xué)習(xí)單元四數(shù)組與簇二、簇簇的創(chuàng)立1〕簇的創(chuàng)立步驟〔1)在控件模板的“數(shù)組與簇”〔array&cluster〕子模板中找到“簇”〔cluster〕，拖至前面板放置，創(chuàng)立外框，如圖7－25〔a〕所示。〔2)將控件面板的控制或指示拖入外框中，創(chuàng)立一個(gè)簇，如圖7－25〔b〕所示。這個(gè)簇由一個(gè)數(shù)值型控制、一個(gè)布爾型控制和一個(gè)字符串控制組成，其框圖對(duì)應(yīng)的圖標(biāo)如圖7－25〔c〕所示。學(xué)習(xí)單元四數(shù)組與簇2）簇常量的創(chuàng)建從函數(shù)模板的“簇”子模板中選擇“簇常量（clusterconstant）”拖拽至框圖中，然后在空的簇常量外框中放入需要的數(shù)據(jù)即可。二、簇簇的創(chuàng)立學(xué)習(xí)單元四數(shù)組與簇簇的操作把相關(guān)的元素組合成一個(gè)簇的操作為打包，可用“簇”子模板中的“捆綁（bundle）”函數(shù)實(shí)現(xiàn)；從一個(gè)簇中提取出需要的元素的操作為解包，可用“簇”子模板中的“解除捆綁（unbundle）”函數(shù)實(shí)現(xiàn)。簇的操作函數(shù)子模板如圖7－26所示。二、簇學(xué)習(xí)單元四數(shù)組與簇簇與數(shù)組都是元素的集合，但兩者有比較大的區(qū)別，見表7－2。二、簇簇的操作學(xué)習(xí)單元五結(jié)構(gòu)控制LabVIEW是基于數(shù)據(jù)流的編程方式，結(jié)構(gòu)〔structure〕是程序中數(shù)據(jù)流向的控制節(jié)點(diǎn)。LabVIEW的結(jié)構(gòu)把基于文本的編程語言中循環(huán)和選擇等程序結(jié)構(gòu)用圖形化的方式表現(xiàn)出來。引言學(xué)習(xí)單元五結(jié)構(gòu)控制一、循環(huán)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)和其他節(jié)點(diǎn)一樣，各種結(jié)構(gòu)都有數(shù)據(jù)終端可以和程序框圖中的其他節(jié)點(diǎn)相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。當(dāng)結(jié)構(gòu)應(yīng)有的輸入數(shù)據(jù)都有效時(shí)，其內(nèi)部的子框圖就會(huì)自動(dòng)執(zhí)行，執(zhí)行完成后把結(jié)果送到輸入端。LabVIEW中所有的結(jié)構(gòu)都包含在結(jié)構(gòu)子模板中，如圖7－29所示。學(xué)習(xí)單元五結(jié)構(gòu)控制For循環(huán)組成For循環(huán)是用來控制固定次數(shù)的結(jié)構(gòu)。從結(jié)構(gòu)模板中創(chuàng)建一個(gè)For循環(huán)，根據(jù)需要調(diào)整其邊框大小。For循環(huán)由計(jì)數(shù)端子、重復(fù)端子、移位寄存器、數(shù)據(jù)通道、循環(huán)體組成。利用For循環(huán)計(jì)算0～50這51個(gè)數(shù)相加求和的程序如圖7－30所示。一、循環(huán)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)單元五結(jié)構(gòu)控制While循環(huán)的組成While循環(huán)是一種條件循環(huán)，循環(huán)會(huì)不斷地執(zhí)行，直到某個(gè)條件成立為止。其循環(huán)的組成如圖7－31所示。一、循環(huán)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)單元五結(jié)構(gòu)控制循環(huán)中數(shù)據(jù)通道的自動(dòng)索引右擊循環(huán)邊界上的數(shù)據(jù)通道，選擇開啟自動(dòng)索引（enableindexing），此時(shí)數(shù)據(jù)通道的外觀呈現(xiàn)為空心方框內(nèi)一個(gè)空的矩陣符號(hào)［］，循環(huán)框外數(shù)組元素就會(huì)按順序依次被導(dǎo)入循環(huán)或?qū)С鲅h(huán)；選擇關(guān)閉自動(dòng)索引（disableindexing），此時(shí)數(shù)據(jù)通道的外觀呈現(xiàn)為一個(gè)實(shí)心的方框，會(huì)把數(shù)組的全部數(shù)據(jù)一次性送入循環(huán)或在循環(huán)結(jié)束后，把循環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)組一次性送出循環(huán)。While循環(huán)不適合創(chuàng)建二維數(shù)組。一、循環(huán)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)單元五結(jié)構(gòu)控制移位存放器與反響節(jié)點(diǎn)1）移位寄存器（1）移位寄存器創(chuàng)建。在循環(huán)邊框上右擊“添加移位寄存器（addr