LabVIEW虛擬儀器入門與測(cè)控應(yīng)用100例 課件 第2章 LabVIEW程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

虛擬儀器技術(shù)及應(yīng)用LabVIEW程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2.1LabVIEW特點(diǎn)及應(yīng)用LabVIEW是一種包括控制與仿真、高級(jí)數(shù)字信號(hào)處理、統(tǒng)計(jì)過程控制、模糊控制和PID控制等眾多附加軟件包，運(yùn)行于WindowsNT/XP、Linux、Macintosh等多種平臺(tái)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)軟件開發(fā)環(huán)境。2.1.2LabVIEW應(yīng)用LabVIEW在包括航空、航天、通信、汽車、半導(dǎo)體和生物醫(yī)學(xué)等世界范圍的眾多領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，從簡(jiǎn)單的儀器控制、數(shù)據(jù)采集到尖端的測(cè)試和工業(yè)自動(dòng)化，從大學(xué)實(shí)驗(yàn)室到工廠，從探索研究到技術(shù)集成，都有LabVIEW應(yīng)用的成果。1.應(yīng)用于測(cè)量與試驗(yàn)

LabVIEW已成為測(cè)試與測(cè)量領(lǐng)域的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通過GPIB、VXI、串行設(shè)備和插卡式數(shù)據(jù)采集板可以構(gòu)成實(shí)際的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。提供工業(yè)界最大的儀器驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)以及眾多的開發(fā)工具，簡(jiǎn)化測(cè)量與試驗(yàn)任務(wù)。2.應(yīng)用于過程控制與工業(yè)自動(dòng)化

LabVIEW強(qiáng)大的硬件驅(qū)動(dòng)、圖形顯示能力和便捷的快速程序設(shè)計(jì)為過程控制和工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用提供了優(yōu)秀的解決方案。3.應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室研究與計(jì)算分析

LabVIEW提供了功能強(qiáng)大的高級(jí)數(shù)學(xué)分析庫(kù)，包括統(tǒng)計(jì)、估計(jì)、回歸分析、線性代數(shù)、信號(hào)生成算法、時(shí)域和頻域算法等眾多計(jì)算方法，可滿足各種計(jì)算和分析需要。2.2LabVIEW編程環(huán)境啟動(dòng)窗口：?jiǎn)?dòng)LabVIEW時(shí)將出現(xiàn)啟動(dòng)窗口。在這個(gè)窗口中可單擊選擇創(chuàng)建項(xiàng)目、打開現(xiàn)有文件、查找驅(qū)動(dòng)程序和附加文件、社區(qū)和支持，同時(shí)還可查看LabVIEW新聞、搜索功能信息等。圖2-1LabVIEW2015的啟動(dòng)窗口安裝LabVIEW2015后，會(huì)自動(dòng)生成啟動(dòng)LabVIEW2015的快捷方式。單擊該快捷方式啟動(dòng)后的窗口如圖2-1所示。圖2-2“創(chuàng)建項(xiàng)目”對(duì)話框在啟動(dòng)窗口單擊“創(chuàng)建項(xiàng)目”按鈕，彈出“創(chuàng)建項(xiàng)目”對(duì)話框，如圖2-2所示?！皠?chuàng)建項(xiàng)目”對(duì)話框主要分為文件和資源左右兩部分。在這里用戶可以選擇新建空白VI、新建空的項(xiàng)目、簡(jiǎn)單狀態(tài)機(jī)等，并且可以打開已有的程序。同時(shí)用戶可以從這個(gè)界面獲得幫助支持。圖2-3“新建”對(duì)話框單擊啟動(dòng)窗口中“文件”菜單下的“新建...”命令，將打開如圖2-3所示的“新建”對(duì)話框，在這里，可以選擇多種方式來建立文件。利用“新建”對(duì)話框，可以創(chuàng)建三種類型的文件，分別是VI、項(xiàng)目和其他文件。其中，新建VI包括新建空白VI、創(chuàng)建多態(tài)VI以及基于模板創(chuàng)建VI。新建項(xiàng)目包括空白項(xiàng)目文件和基于向?qū)У捻?xiàng)目。其他文件則包括庫(kù)、類、全局變量、運(yùn)行時(shí)菜單以及自定義控件等。2.2.2菜單欄當(dāng)用戶新建一個(gè)空白VI后就進(jìn)入LabVIEW的編程環(huán)境，這時(shí)將出現(xiàn)兩個(gè)無標(biāo)題窗口。一個(gè)是前面板窗口，用于編輯和顯示前面板對(duì)象，如圖2-4所示。圖2-4LabVIEW的前面板窗口另一個(gè)是程序框圖窗口，用于編輯和顯示流程圖（程序代碼），如圖2-5所示。兩個(gè)窗口擁有基本相同的菜單：包括文件、編輯、查看、項(xiàng)目、操作、工具、窗口、幫助8大項(xiàng)。圖2-5LabVIEW的程序框圖窗口2.2.3工具欄工具欄按鈕用于運(yùn)行、中斷、終止、調(diào)試VI、修改字體、對(duì)齊、組合、分布對(duì)象等。前面板工具欄：前面板窗口和程序框圖窗口都有各自的工具欄，工具欄包括用于控制VI的命令按鈕和狀態(tài)指示器。圖2-6所示是前面板窗口的工具欄。表2-1為工具欄中各按鈕的作用。圖2-6前面板工具欄表2-1前面板窗口的工具欄各按鈕功能簡(jiǎn)介圖標(biāo)名稱功能運(yùn)行按鈕單次運(yùn)行程序。連續(xù)運(yùn)行按鈕連續(xù)重復(fù)執(zhí)行程序/停止程序連續(xù)運(yùn)行終止執(zhí)行按鈕立即停止程序的運(yùn)行暫停/繼續(xù)按鈕暫停執(zhí)行VI程序/繼續(xù)執(zhí)行VI程序文本設(shè)置按鈕設(shè)置字體格式，如字體類型、大小、形狀和顏色等對(duì)齊對(duì)象按鈕設(shè)置選定對(duì)象的對(duì)齊方式，如豎直對(duì)齊、上邊對(duì)齊、左邊對(duì)齊等分布對(duì)象按鈕設(shè)置選定對(duì)象的排列方式，如間距、緊縮等調(diào)整對(duì)象大小按鈕設(shè)置對(duì)象的最大、最小寬度、高度等重新排序按鈕當(dāng)幾個(gè)對(duì)象重疊時(shí)，可以重新排列每個(gè)對(duì)象的疊放次序，如前移、后移等程序框圖工具欄：程序框圖窗口的工具欄按鈕與前面板工具欄大致相同，額外增加了4個(gè)調(diào)試按鈕，圖2-7所示為程序框圖工具欄。表2-2為新增調(diào)試按鈕的作用。圖2-7程序框圖工具欄圖標(biāo)名稱功能高亮顯示執(zhí)行過程按鈕以一種緩慢的節(jié)奏一步一步地執(zhí)行，所執(zhí)行到的節(jié)點(diǎn)都以高亮方式顯示，并顯示VI運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)流動(dòng)。開始單步（入）執(zhí)行按鈕以單步方式運(yùn)行，如果節(jié)點(diǎn)為一個(gè)子程序或結(jié)構(gòu)，則進(jìn)入子程序或結(jié)構(gòu)內(nèi)部執(zhí)行單步運(yùn)行方式開始單步（跳）執(zhí)行按鈕以節(jié)點(diǎn)為單位，單步運(yùn)行。如果節(jié)點(diǎn)為一個(gè)子程序或結(jié)構(gòu)，一次執(zhí)行完，不會(huì)進(jìn)入節(jié)點(diǎn)內(nèi)部執(zhí)行單步步出按鈕當(dāng)在一個(gè)節(jié)點(diǎn)（如子程序或結(jié)構(gòu)）內(nèi)部執(zhí)行單步運(yùn)行方式時(shí)，可一次執(zhí)行完該節(jié)點(diǎn)，并直接跳出該節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)表2-2程序框圖窗口的工具欄各調(diào)試按鈕功能簡(jiǎn)介2.2.4操作選板操作選板分為工具選板、控件選板和函數(shù)選板。工具選板提供用于創(chuàng)建、修改和調(diào)試程序的基本工具；控件選板涵蓋各種輸入控件和顯示控件；函數(shù)選板提供編寫程序的過程中用到的函數(shù)和VI程序。在前面板和程序框圖中都有工具選板，LabVIEW的工具選板如圖2-8所示。利用工具選板可以創(chuàng)建、修改LabVIEW中的對(duì)象，并對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試。1.工具選板圖2-8工具選板控件選板位于前面板，包括用于創(chuàng)建前面板對(duì)象所需的輸入控件和顯示控件。輸入控件是指按鈕、旋鈕、轉(zhuǎn)盤等輸入裝置，用來模擬儀器的輸入，為VI的程序框圖提供數(shù)據(jù)；顯示控件是指圖表、指示燈等顯示裝置，用來模擬儀器的輸出，顯示程序框圖獲取或生成的數(shù)據(jù)。2.控件選板在控件選板中，按照所屬類別，各種輸入控件和顯示控件被分門別類地安排在不同的子選板中。LabVIEW2015中的控件選板如圖2-9所示。圖2-9控件選板函數(shù)選板位于程序框圖，包含了編寫程序過程中用到的函數(shù)和VI程序，主要用于構(gòu)建程序框圖中的節(jié)點(diǎn)，對(duì)VI程序框圖進(jìn)行設(shè)計(jì)。3.函數(shù)選板LabVIEW2015的函數(shù)選板如圖2-10所示。按照功能類型將各種函數(shù)、VIs和ExpressVIs放入不同的子選板中。圖2-10函數(shù)選板2.3LabVIEW編程基本概念LabVIEW是一個(gè)功能完整的程序設(shè)計(jì)語言，具有區(qū)別于其他程序設(shè)計(jì)語言的一些獨(dú)特結(jié)構(gòu)和語法規(guī)則。LabVIEW編程的關(guān)鍵是掌握LabVIEW的基本概念和圖形化編程的基本思想。2.3.1VI與子VI用LabVIEW開發(fā)的應(yīng)用程序稱為VI。一個(gè)最基本的VI是由節(jié)點(diǎn)、端口以及連線組成的應(yīng)用程序。VI運(yùn)行采用數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)，具有順序、循環(huán)、條件等多種程序結(jié)構(gòu)控制。在LabVIEW中的子程序被稱為子VI（SubVI）。子VI由3部分組成，除前面板對(duì)象、程序框圖外，還有圖標(biāo)的連接端口。連接端口的功能是與調(diào)用它的V1交換數(shù)據(jù)。在使用子VI時(shí)，需要定義其數(shù)據(jù)輸入和輸出的端口，然后就可以將其當(dāng)作一個(gè)普通的VI來使用。2.3.2前面板前面板：圖形化用戶界面，用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量，是人機(jī)交互的窗口。前面板對(duì)象：按照功能可以分為控制、指示和修飾三種?？刂剖怯脩粼O(shè)置和修改VI程序中輸入量的接口，如旋鈕；指示則用于顯示VI程序產(chǎn)生或輸出的數(shù)據(jù)，如儀表。如果將一個(gè)VI程序比作一臺(tái)儀器的話，那么控制就是儀器的數(shù)據(jù)輸入端口和控制開關(guān)，而指示則是儀器的顯示窗口，用于顯示測(cè)量結(jié)果。圖2-11所示是一個(gè)調(diào)壓器程序的前面板。圖2-11調(diào)壓器程序的前面板2.3.3程序框圖程序框圖用圖形化編程語言編寫，由節(jié)點(diǎn)、端口和連線組成。節(jié)點(diǎn)：VI程序中的執(zhí)行元素，LabVIEW共有4種類型的節(jié)點(diǎn)，具體見表2-3。節(jié)點(diǎn)類型節(jié)點(diǎn)功能功能函數(shù)內(nèi)置節(jié)點(diǎn)，提供基本的數(shù)據(jù)與對(duì)象操作，例如，數(shù)值計(jì)算、文件I/O操作、字符串運(yùn)算、布爾運(yùn)算、比較運(yùn)算等結(jié)構(gòu)用于控制程序執(zhí)行方式的節(jié)點(diǎn)，包括順序結(jié)構(gòu)、條件結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)及公式節(jié)點(diǎn)等代碼接口節(jié)點(diǎn)LabVIEW與C語言文本程序的接口。通過代碼接口節(jié)點(diǎn)，用戶可以直接調(diào)用C語言編寫的源程序子VI將創(chuàng)建的VI以SubVI的形式調(diào)用。通過功能選板中的SelectVI子選板可以添加一個(gè)SubVI節(jié)點(diǎn)表2-3程序框圖窗口的工具欄各調(diào)試按鈕功能簡(jiǎn)介端口：數(shù)據(jù)在程序框圖部分和前面板對(duì)象之間傳輸?shù)耐ǖ澜涌谝约皵?shù)據(jù)在程序框圖的節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)慕涌?。端口有輸?輸出端口和節(jié)點(diǎn)端口兩種類型。一般情況下，LabVIEW中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)至少有一個(gè)端口，用于向其他圖標(biāo)傳遞數(shù)據(jù)。連線：端口間的數(shù)據(jù)通道，節(jié)點(diǎn)之間由數(shù)據(jù)連線按照一定的邏輯關(guān)系相互連接，以定義程序框圖內(nèi)的數(shù)據(jù)流動(dòng)方向。調(diào)壓器的程序框圖如圖2-12所示。程序的功能是通過調(diào)壓旋鈕產(chǎn)生數(shù)值，送到電壓表顯示，當(dāng)數(shù)值大于等于8時(shí)，上限燈改變顏色。圖2-12調(diào)壓器的程序框圖2.3.4數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)由于程序框圖中的數(shù)據(jù)是沿?cái)?shù)據(jù)連線按照程序中的邏輯關(guān)系流動(dòng)的，因此，LabVIEW編程又稱之為“數(shù)據(jù)流”編程?！皵?shù)據(jù)流”控制LabVIEW程序的運(yùn)行方式。2.4VI前面板設(shè)計(jì)前面板是LabVIEW的重要組成部分，是用LabVIEW編寫的應(yīng)用程序的界面。LabVIEW提供非常豐富的界面控件對(duì)象，可以方便地設(shè)計(jì)出生動(dòng)、直觀、操作方便的用戶界面。2.4.1前面板對(duì)象創(chuàng)建設(shè)計(jì)應(yīng)用程序界面所用到的前面板對(duì)象全部包含在控件選板中。放置在前面板上的每一個(gè)控件都具有很多屬性，其中多數(shù)與顯示特征有關(guān)，在編程時(shí)就可以通過在控件上右擊（即右鍵單擊，以下同）更改其屬性值。2.4.2前面板對(duì)象屬性配置前面板對(duì)象的配置方法適用于輸入控件和顯示控件。右擊前面板對(duì)象如滑動(dòng)桿控件，彈出快捷菜單，如圖2-13所示。圖2-13改變控件的屬性顯示項(xiàng)：顯示一個(gè)對(duì)象可以顯示/隱藏的部分，如標(biāo)簽、標(biāo)題等。查找接線端：在代碼窗口中高亮顯示前面板對(duì)象。轉(zhuǎn)換為顯示控件/轉(zhuǎn)換為輸入控件：將指定的對(duì)象改變?yōu)轱@示控件或輸入控件。4.創(chuàng)建：針對(duì)選擇的對(duì)象創(chuàng)建局部變量、引用和屬性節(jié)點(diǎn)等。5.替換：選擇其他的控件來代替當(dāng)前的控件。6.高級(jí)：包含控件高級(jí)編輯選項(xiàng)的子菜單。主要包括：快捷鍵、同步顯示、自定義和隱藏輸入控件/隱藏顯示控件選項(xiàng)7.數(shù)據(jù)操作：包含一個(gè)編輯數(shù)據(jù)選項(xiàng)的子菜單。主要包括以下選項(xiàng)：重新初始化默認(rèn)值和當(dāng)前值設(shè)置為默認(rèn)值。設(shè)置控件默認(rèn)值如圖2-14所示。圖2-14設(shè)置控件的默認(rèn)值2.4.3前面板對(duì)象裝飾設(shè)置前面板對(duì)象的顏色：對(duì)于前面板對(duì)象的顏色的編輯需要用到工具選板里的取色工具和顏色設(shè)置工具，如圖2-15所示。圖2-15設(shè)置控件顏色設(shè)置前面板對(duì)象的文字風(fēng)格：用戶可設(shè)置文字的字體、顏色、大小和風(fēng)格。也可以設(shè)置字體的常用屬性。字體設(shè)置對(duì)話框如圖

2-16所示。圖2-16字體設(shè)置對(duì)話框前面板對(duì)象的位置與排列：修改多個(gè)對(duì)象位置關(guān)系，可調(diào)整多個(gè)對(duì)象的對(duì)齊關(guān)系以及調(diào)整對(duì)象之間的距離，如圖2-17所示。圖2-17字體設(shè)置對(duì)話框調(diào)整前面板對(duì)象的大?。喊凑找欢ǖ囊?guī)則調(diào)整對(duì)象的尺寸，也可以用按鈕來指定控件的高度和寬度，進(jìn)而設(shè)置對(duì)象的大小。設(shè)置對(duì)象大小的工具如圖2-18所示。圖2-18調(diào)整對(duì)象大小的工具用修飾控件裝飾前面板：修飾控件中的界面元素對(duì)程序不產(chǎn)生任何影響，僅僅是為了增強(qiáng)界面的可視化效果。修飾控件如圖2-19所示。圖2-19修飾控件前面板對(duì)象的顯示和隱藏：控件具有是否可見的屬性，可在程序開發(fā)時(shí)設(shè)定，也可以在程序運(yùn)行時(shí)通過代碼來控制。設(shè)計(jì)時(shí)隱藏控件方法如圖2-20所示，使隱藏控件方法可見如圖2-21所示。圖2-20設(shè)計(jì)時(shí)隱藏控件圖2-21使隱藏的控件可見2.6VI調(diào)試方法在編寫LabVIEW程序代碼后，需要對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試。保證程序沒有語法錯(cuò)誤，并且能夠按照用戶的目的正確運(yùn)行，得到正確的結(jié)果。本節(jié)將主要介紹LabVIEW提供的用于調(diào)試程序的手段以及調(diào)試技巧。2.6.1找出語法錯(cuò)誤LabVIEW能夠自動(dòng)識(shí)別程序中存在的基本語法錯(cuò)誤。如果一個(gè)VI程序存在語法錯(cuò)誤，可通過錯(cuò)誤列表進(jìn)行查看，如圖2-22所示。圖2-22錯(cuò)誤列表方法：?jiǎn)螕翦e(cuò)誤列表中的某一錯(cuò)誤，列表中的“詳細(xì)信息”欄中會(huì)顯示有關(guān)此錯(cuò)誤的詳細(xì)說明，以幫助用戶更改錯(cuò)誤。單擊“顯示警告”復(fù)選框，可以顯示程序中的所有警告。技巧：使用錯(cuò)誤列表功能時(shí)，雙擊錯(cuò)誤列表中的某一錯(cuò)誤時(shí)，LabVIEW會(huì)自動(dòng)定位到發(fā)生該錯(cuò)誤的對(duì)象上，并高亮顯示該對(duì)象，如圖

2-23所示，可以便于用戶查找錯(cuò)誤，并更正錯(cuò)誤。圖2-23高亮顯示程序中的錯(cuò)誤2.6.2設(shè)置斷點(diǎn)調(diào)試查找程序中的邏輯錯(cuò)誤，使用斷點(diǎn)工具可以在程序的某一地點(diǎn)暫時(shí)中止程序執(zhí)行，用單步方式查看數(shù)據(jù)。設(shè)置斷點(diǎn)后，程序每當(dāng)運(yùn)行到斷點(diǎn)位置時(shí)會(huì)停下來，并高亮顯示數(shù)據(jù)流到達(dá)的位置，用戶可以在這個(gè)時(shí)候查看程序的運(yùn)算是否正常，數(shù)據(jù)顯示是否正確。設(shè)置斷點(diǎn)：通過工具選板選取斷點(diǎn)工具，如圖2-24所示。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)。設(shè)置斷點(diǎn)后的程序框圖如圖2-25所示。圖2-24設(shè)置斷點(diǎn)圖2-25設(shè)置斷點(diǎn)后的程序框圖程序停止在斷點(diǎn)位置時(shí)的程序框圖如圖2-26所示。從圖中可以看出，程序停止在斷點(diǎn)位置，并高亮顯示數(shù)據(jù)流到達(dá)的對(duì)象。圖2-26運(yùn)行帶有斷點(diǎn)的程序2.6.3設(shè)置探針