LabVIEW虚拟仪器程序设计及应用.doc

LabVIEW虚拟仪器程序设计及应用learning with labview 8.5 吴成东 人民邮电 16k第1章 LabVIEW概述1.1 LabVIEW的起源与发展 LabVIEW的全称为Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench（实验室虚拟仪器集成环境），是由美国国家仪器公司（National Instruments，NI）创立的一种功能强大而又灵活的仪器和分析软件应用开发工具。它是一种基于图形化的、用图标来代替文本行创建应用程序的计算机编程语言。在以PC为基础的测量和工控软件中，LabVIEW的市场普及率仅次于C+/C语言。LabVIEW已经广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，被公认为是标准的数据采集和仪器控制软件。 LabVIEW使用的编程语言通常称为G语言。G语言与传统文本编程语言的主要区别在于：传统文本编程语言是根据语句和指令的先后顺序执行，而LabVIEW则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序。G语言用图标表示函数，用连线表示数据流向。1.2.1 LabVIEW的优势 选择LabVIEW进行开发测试和测量应用程序的一个决定性因素是它的开发速度。 LabVIEW的优势主要体现在以下几个方面：（1）提供了丰富的图形控件，采用了图形化的编程方法，把工程师从复杂枯涩的文件编程工作中解放出来；（2）采用数据流模型，实现了自动的多线程，从而能充分利用处理器（尤其是多处理器）的处理能力；（3）内建有编译器，能在用户编写程序的同时自动完成编译，因此如果用户在编写程序的过程中有语法错误，就能立即在显示器上显示出来；（4）通过DLL、CIN节点、ActiveX、.NET或MATLAB脚本节点等技术，能够轻松实现LabVIEW与其他编程语言的混合编程；（5）内建了600多个分析函数用于数据分析和信号处理；（6）通过应用程序生成器可以轻松地发布可执行程序、动态链接库或安装包；（7）提供了大量的驱动和专用工具，几乎能够与任何接口的硬件轻松连接；（8）NI同时提供了丰富的附加模块，用于扩展LabVIEW在不同领域的应用，如实时模块、PDA模块、数据记录与监控（DSC）模块、机器视觉模块与触摸屏模块。第2章 LabVIEW程序对象的基本操作第3章 LabVIEW的数据类型 LabVIEW作为一种通用的编程语言，与其他文本编程语言一样，它的数据操作是最基本的操作。LabVIEW是用“数据流”的运行方式来控制VI程序。数据流是LabVIEW的生命，运行程序就是将所有输入端口上的数据通过一系列节点送到目的端口。LabVIEW主要的数据类型包括标量类型（单元素），如数值型、字符型和布尔型；还包括了结构类型（包括一个以上的元素），如数组和群集。LabVIEW数据控件模板将各种类似的数据类型集中在一个子模板上以便于使用。数据类型主要有数值量、逻辑量、字符串、文件路径等几类。相同的数据类型可能有不同的表现形式，所以一个数据类型子模板有相当多的项目，如一个数值类型可以显示为一个简单的数字、一个条图、一个滑块、一个模拟计量器或者显示在一个图表中。LabVIEW作为一个完整的编程语言，基本可以支持所有的数据类型。还拥有特殊的一些数据类型。数值型 数值型是LabVIEW的一种基本的数据类型，可以分为浮点型、整型数和复数型3种基本形式布尔型的值为1或者0，即真（True）或者假（False），通常情况下布尔型即为逻辑型。 LabVIEW提供了功能丰富的数组函数供用户在编程时调用。LabVIEW中的数组是数值型、布尔型、字符串型等多种数据类型中的同类数据集合。3.3 数组型数据 LabVIEW提供了功能丰富的数组函数供用户在编程时调用。LabVIEW中的数组是数值型、布尔型、字符串型等多种数据类型中的同类数据集合。数组由元素和维度组成。 数组中的每一个元素都有其唯一的索引数值，对每个数组成员的访问都是通过索引数值来进行的。索引值从0开始，一直到n1。n是数组成员的个数。3.4 簇 型 数 据与数组类似，簇也是LabVIEW中一种集合型的数据结构，它对应于C语言等文本编程语言中的结构体变量。 3.5 字符串型数据 字符串与路径 字符串是LabVIEW中一种基本的数据类型。 路径也是一种特殊的字符串，专门用于对文件路径的处理。 字符串型与路径子选板中共有三种对象供用户选择：字符串输入/显示、组合框和文件路径输入/显示。第4章 LabVIEW的循环与结构本章主要介绍了LabVIEW的2循环（For循环、While循环）和3结构（条件结构、顺序结构、事件结构）。For循环和While循环主要用于重复执行位于循环内部的程序。条件结构和顺序结构主要用于控件数据流。事件结构主要用于对来自于用户界面、外部I/O或其他方式事件的异步通知。本章还介绍了在程序框图中如何设置局部变量和全局变量、属性节点，如何直接使用公式节点、MathScript节点、MATLAB节点。通过这些循环与结构、节点的使用，在很多情况下可以大大简化程序框图。第5章 创建子VILabVIEW中的子VI（SubVI）类似于文本编程语言中的函数。一般来说，如果在LabVIEW中不使用子VI如同在编程语言中不使用函数一样，是不可能构建大的程序的。通过构建和使用子VI能方便的实现LabVIEW 的层次化和模块化编程，把复杂的编程问题划分为多个简单的任务，使程序结构变得更加清晰、层次更加分明、程序更加易读、调试更加方便。用户将常用的功能模块创建成子VI，不仅有效提高代码的使用效率，避免进行频繁的重复操作，也大大节省了编程时间。需要说明的是，一个子VI相当于一个子程序，子VI节点相当于子程序的调用语句，而不是子VI本身。子VI的控件和函数从调用该VI的程序框图中接收数据，并将数据返回至该程序框图。用户将常用的功能模块创建成子VI，不仅有效提高代码的使用效率，避免进行频繁的重复操作，也大大节省了编程时间。需要说明的是，一个子VI相当于一个子程序，子VI节点相当于子程序的调用语句，而不是子VI本身。子VI的控件和函数从调用该VI的程序框图中接收数据，并将数据返回至该程序框图。第6章 操作界面的设计 第7章 图形与图表第8章 文件I/O1文本文件2电子表格文件3二进制文件4波形文件5数据记录文件6配置文件7XML文件8数据存储文件和TDMS文件文件的I/O操作用于在磁盘中保存数据或读取数据。本章主要介绍了文本文件、电子表格文件、二进制文件等LabVIEW中常用的文件I/O类型第9章 数据采集 第10章 数字信号处理第11章 仪器控制与网络 通信使用LabVIEW实现网络通信有4种方法： （1）无需具体协议的远程桌面连接；（2）使用DataSocket技术进行网络通信；（3）实时发布测控程序的网页，异地使用浏览器（如Internet Explorer，Netscape Communicator等）进行监控；（4）使用TCP、UDP等传输控制协议编程进行网络通信。11.1.1 GPIBGPIB（General Purpose Interface Bus，通用接口总线）是仪器与各种控制器（最常见的是计算机）之间的一种标准接口，许多仪器都带有此接口。 1GPIB总线虚拟仪器的硬件描述GPIB使用8位并行、字节串行、异步通信方式，所有字节通过总线顺序传送，数据传输速率最高可达到8M/s。GPIB接口是一种8位数字并行通讯接口，其数据传输速度为1Mbyte/s。GPIB的基地址共有31个。1VXI技术的发展 VXI总线规范是一个开放的体系结构标准，其主要目标是：使VXI总线器件之间、VXI总线器件与其他标准的器件（计算机）之间能够以明确的方式开放地通信；使系统体积更小；通过使用高带宽的吞吐量，为开发者提供高性能的测试设备；采用通用的接口来实现相似的仪器功能，使系统集成软件成本进一步降低。PXI （PCI eXtensions for Instrumentation，面向仪器系统的PCI扩展）是一种坚固的基于PC的测量和自动化平台。 简单来说，PXI是以PCI（Peripheral Component Interconnect）及Compact PCI为基础再加上一些PXI特有信号组合而成的一个架构。一个PXI系统由几项组件所组成，包含了一个机箱、一个PXI背板（backplane）、系统控制器（System controller module）以及数个外设模块（Peripheral modules）。11.1.4 PCI技术PCI有32位和64位两种，32位PCI有124引脚，64位有188引脚，目前常用的是32位PCI。32位PCI的数据传输率为133MB/s，大大高于ISA。1基本概念 不同于ISA总线，PCI总线的地址总线与数据总线是分时复用的。 2即插即用的实现 所谓即插即用，是指当板卡插入系统时，系统会自动对板卡所需资源进行分配，如基地址、中断号等，并自动寻找相应的驱动程序。3中断共享的实现PCI总线的中断共享由硬件与软件