虚拟仪器实验指导书2015

1、 虚虚拟拟仪仪器器 实实验验指指导导书书 中南大学信息科学与工程学院中南大学信息科学与工程学院2015 年年 3 月月目目 录录实验一 创建和编辑 VI 程序1实验二 变量、数组与簇 2实验三 结构与属性控制 4实验四 波形显示 5实验五 字符串与文件 I/O6实验六 数学分析与信号处理 7实验七 数据采集卡配置及应用 8实验八 应变测试 12附录 LABVIEW 软件安装15前前 言言虚拟仪器实验分为软件实验部分和硬件实验部分：实验一至实验六为软件实验部分，主要学习图形化编程软件 LabVIEW 的原理及编程方法，按照实验内容和要求进行操作，循序渐进地掌握 VI 程序及子程序的创建和调用，编

2、辑和调试，各种结构、图表、图形和数组的使用，以及字符串和文件 I/O 的操作，熟悉 LabVIEW 的各种函数以及菜单，选项的作用和功能。实验七至实验八为硬件实验部分，主要了解 PCI-6024E 多功能数据采集卡的使用方法和采集通道设置，并创建 VI 程序控制数据采集卡的 I/O 操作，利用信号发生器产生信号，实时检测，显示测量数据及波形，并写出实验报告。在教学上，让学生学会使用 LabVIEW 系统的在线帮助，以获得更快更详细的帮助信息，帮助理解和掌握所学的内容。实验注意事项：请同学们在 F 盘根目录下建立一个自己的文件夹，把课堂练习的文件存在该文件夹中。同学们在使用 LabVIEW 系统

3、自带的示例程序后，关闭时不可保存，以免改动原文件，但可以用另存的方式保存在其它文件夹中（如同学自己的文夹） 。在硬件实验中，信号发生器的输出幅度不要超过10V，千万注意连接板的各导线之间不要短路，以免发生故障。1实验一实验一 创建和编辑创建和编辑 VIVI 程序程序1 1实验目的实验目的熟悉 LabVIEW 的运行环境（前面板窗口、框图窗口、模板、菜单和命令） ；学会创建 VI 及子 VI 程序；掌握编辑 VI 程序的方法及子 VI 的调用方法。2 2实验原理实验原理（1）VI（虚拟仪器）有三个主要部分：前面板、程序框图和图标/连接口。前面板指定 VI 的输入量和显示 VI 的输出量。控制器指

4、定输入量，指示器显示输出量，VI 的控制器和指示器放置在前面板窗口。程序框图是由节点，端口和连线组成的可执行代码，在程序框图中，控制器端口的边框比指示器端口的要粗一些。要使控制器改为指示器（或指示器改为控制器），在程序框图端口和面板对象上弹出菜单选择 Change to Indicator（或 Change to Control） 。图标/连接口是调用子程序和数据传输的端口。（2）模板可方便快捷地提供各种常用的工具和函数，模板分为工具模板，控制模板，功能模板。使用工具模板访问操作工具，编辑工具和调试工具来操作 VI。使用控制模板在面板窗口中放置控制器和指示器，在面板窗口的空白处点右键可弹出控制

5、模板。使用功能模板在框图窗口中放置节点（函数和 VI 子程序） 。在窗口内放置对象时可在框图窗口内点右键弹出功能模板。（3）在独立组件上点右键可以访问其弹出菜单，在对象的各个部分均可采用点右键的方式来访问各自的弹出菜单，方便快捷地进行选项设置。3 3实验内容实验内容（1）熟悉 LabVIEW 的运行环境，包括：前面板窗口、框图窗口、模板、菜单和命令。可以通过使用各种 LabVIEW Online Help Windows 选项和 Help Window 选项来了解前面板和程序框图对象及其特征。2（2）创建一个 VI。发生一个值为 0.01.0 的随机数 a，放大 10 倍后与某一常数 b 比较

6、，若 ab，则指示灯亮。要求： 编程实现； 单步调试程序； 应用探针观察各数据流。（3）创建和调用子 VI。创建一个子 VI，子 VI 功能：输入 3 个参数后，求其和，再开方。编一个 VI 调用上述子 VI。实验二实验二 变量、数组与簇变量、数组与簇1 1实验目的实验目的 学会本地变量、全局变量的编程与使用方法； 了解 LabVIEW 中数组的组成，学会数组的创建及编程与使用； 了解 LabVIEW 中簇的组成，学会簇的创建及编程与使用。2 2实验原理实验原理（1）本地变量、全局变量的创建 本地变量的创建有两种方式： 在 FunctionStructureLocal VariableSele

7、ct Item 选定前面板对象按右键CreatLocal Variable 全局变量用于不同 VI 间传递数据。全局变量的创建步骤： 选中 FunctionStructureGlobal Variable，将图标放入程序框图中。 双击全局变量图标，打开其前面板。在控制模板中选择需要的前面板对象，放入全局变量的前面板中。 保存这个全局变量，文件名后缀.gbl。关闭全局变量前面板窗口。完成全局变量创建。 将鼠标切换至操作工具状态，选中全局变量图标，按右键选择 Select Item，菜单列出全局变量所包含的所有对象，根据需进行选择。（2）数组的创建与使用 数组是 LabVIEW 常用的数据类型之一

8、。数组的由索引、数据和数据类型构成。一个数组可以是一维或者多维，通过数组索可以引访问其中的每个元素。索引的3范围从 0 到 n-1。数组的元素可以是数据、字符串等，但所有元素的数据类型必须一致。 数组的创建步骤： 从 ControlsArray&Cluster 中选择数组框架，放入程序框图中； 选择相应的数据类型放入数组框架中； 数组创建之初都是一维的，如要二维以上的数组，用鼠标在数组索引左下角向下拖动，或在数组的右键弹出菜单中用 Add Dimension 添加维数。 数组的使用：对一个数组进行操作，无非是求数组的长度、取出数组中的元素、替换数组中的元素或初始化数组等各种运算。可通过

9、 FunctionsArray 子模板中各节点完成。（3）簇的创建与使用 簇是 LabVIEW 中一个比较特别的数据类型，它可以将几种不同的数据类型集中到一个单元中形成一个整体。类似 C 语言结构 簇的创建步骤： 从 ControlsArray&Cluster 中选择 Cluter 框架，放入程序框图中。 选择相应的数据类型放入数组框架中。 簇中只能包含控制和指示中的一种，不能既包含控制又包含指示，在一个高度交互面板中，不能把一个簇既作为输入元素又作为输出元素。 簇的使用：簇的使用，主要是访问簇中的各个元素，或由不同类型但相互关联的数据组成簇。通过 FunctionsCluster 子

10、模板中各节点完成。3 3实验内容实验内容（1）在程序的前面板上创建一个数值型控件，为它输入一个数值；把这个数值乘以一个比例系数，再由该控件显示出来。（2）生产一个正弦波，并显示在 Chart 波形控件上，由另外一个程序把该波形显示出来。调节两个程序运行的速度，观察对比两个波形的差异。（3）创建一个 3 行 4 列的数组： 求数组的最大与最小值； 求出创建数组的大小； 将该数组转置； 将该二维数组改为一个一维数组。4（4）创建一个簇控件，成员维字符型姓名，数值型学号，布尔型注册。从该控件中提取簇成员注册，并显示在前面板上。实验三实验三 结构与属性控制结构与属性控制1 1实验目的实验目的学会 La

11、bVIEW 中 For 循环、While 循环及 Case 结构等的编程与使用；学会 LabVIEW 中属性节点的编程与使用。2 2实验原理实验原理（1 1）LabVIEWLabVIEW 中中 ForFor 循环、循环、WhileWhile 循环及循环及 CaseCase 结构结构For 循环是 LabVIEW 最基本的结构之一，它执行指定次数的循环。相当于 C 语言的 For 循环。 LabVIEW 中 For 循环可从框图功能模板 Function Structure 子模板中创建。当循环次数不能预先确定时，就需要用到 While 循环。它也是 LabVIEW 最基本的结构之一。相当于 C

12、 语言的 While 循环和 do 循环。LabVIEW 中 While 循环可从框图功能模板 Function Structure 子模板中创建。Case 结构也是 LabVIEW 最基本的结构之一。相当于 C 语言的 switch 语句。LabVIEW 中 Case 循环可从框图功能模板 Function Structure 子模板中创建。（2 2）属性节点的创建与使用）属性节点的创建与使用前面板对象属性是指前面板上控件的外观和功能特征，如显示的颜色、可见性、闪烁、位置、比例等。 。 属性节点的创建方法是在前面板对象或其端口的右键弹出菜单中选择CreatProperty Node。 属性类

13、型的选择，单击属性节点，在弹出菜单中的 Property 下，列出了对象的所有属性。增加多种属性可采用拖动方法或 Add Element 的方法。3 3实验内容实验内容（1） 产生 100 个 0.0100.0 的随机数，求其最小值、最大值、平均值，并将数据在Graph 中显示。5（2） 产生 0.0100.0 的随机数序列，求其最小值、最大值、平均值。并将随机数序列和平均值序列显示在 Chart 波形图中，直到人为停止。提示：个数据的平均值。是前nAAAnAAnnnnn)(111（3） 编写一个程序测试自己在前面板输入一下字符串所用的时间：A virtual instrument is a

14、program in the graphical programming language.（4） 编写一个程序，实现是否可视、可用、焦点状态、闪烁、位置及对象尺寸等属性。实验四实验四 波形显示波形显示1 1实验目的实验目的学会 LabVIEW 中事后记录波形、实时趋势波形及 XY 记录波形等的编程与使用方法；学会波形显示控件的外观设置方法。2 2实验原理实验原理（1）事后记录波形控件事后记录图，以数组为基本数据结构，构成数组的全部测量数据一次显示完成。事后记录波形控件的主要构成元素有：X,Y 轴、图形显示区、波形设置、 控制模板、控制模板。改变波形属性有三种方法：选择弹出菜单中的命令来实现；

15、应用控件自带控制模板实现；在程序中设置属性节点值的方法实现。（2）实时趋势图控件对实时趋势图，基本数据结构是数据标量或数组。新接收的数据接在原有波形后面连续显示，该控件最适合于实时测量中的参数监控。实时趋势图的构成及波形属性改变方法与事后记录波形控件类似。（3）XY 波形记录控件事后记录波形控件适合描述等间隔数据序列。对一类 Y 值随 X 变化的曲线，事后6记录波形不适合。为此，LabVIEW 设计了 XY Graph 控件。事后记录波形控件的构成及波形属性改变方法与事后记录波形控件类似。（4）密度图显示控件密度图显示控件用于显示三维数据，如平面上各点温度值的发布，人口密度等。密度图显示控件的

16、构成及波形属性改变方法与事后记录波形控件类似。3 3实验内容实验内容（1） 在一个 Graph 中用 2 种不同的线宽显示一条正弦曲线和一条余弦曲线。每条曲线长 128 点。正弦曲线 x0=0, x=1,余弦曲线 x0=2, x=10。 （2） 在一个 Chart 图中显示 3 条曲线，分别用红、绿、蓝 3 种颜色范围 01、05和 010 的 3 个随机数。（3） 用 XY Graph 显示一个半径为 10 的园。（4）产生一个 10 行 10 列的二维数组，数组成员为 0100 之间的任意整型数，用密度图显示出来。（5） 尝试使用 Picture.ctl 控件画图和显示图形。实验五实验五

17、字符串与文件字符串与文件 I/OI/O1 1实验目的实验目的学会 LabVIEW 中字符串节点的创建、编程与使用；了解 LabVIEW 中不同格式的文件类型，及工作文件节点的编程与使用。2 2实验原理实验原理（1 1）字符串控件）字符串控件字符串是 ASCII 字符的集合。如同其他语言一样，LabVIEW 也提供了各种处理字符串的功能。可以在 ControlsString & Path 中创建如下字符串控制对象和显示对象。通过在框图中设置节点的属性，可以改变字符串控件的显示外观，这样可在程序中动态调整字符串控件的属性。对字符串的操作无非是求字符串长度、字符串合并、字符串的查找与替换等7

18、（2 2）文件）文件 I/OI/OLabVIEW 支持 4 种格式的文件:文本文件、二进制文件、块记录文件、波形数据文件。LabVIEW 提供了一组文件 I/O 操作节点集，用于文件的创立、读、写，删除、移动及文件拷贝，查看文件及目录列表等。文件操作主要包含 3 个步骤： 创建新文件或打开一个旧文件； 对文件进行读写操作； 关闭文件。3 3实验内容实验内容（1）创建一个字符串显示件，程序运行后显示当前系统日期、时间和自己的班级、姓名。（2） 将范围 010 的 5 个随机数转换为一个字符串显示在前面板上。要求保留 2 位小数，每个数之间用逗号分隔。（3） 产生若干周期的正弦波数据，以当前系统日

19、期和自己姓名为文件名，分别存储为文本文件、二进制文件和电子表文件。然后将存储的数据文件读出来并显示在前面板上。（4） 将一组随机信号数据加上时间标记存储为数据记录文件，然后将存储的数据读出并显示在前面板上。实验六实验六 数学分析与信号处理数学分析与信号处理1 1实验目的实验目的学会 LabVIEW 中各种数学分析节点编程与使用；学会 LabVIEW 中典型数字信号处理节点如信号发生、谱分析节点等的编程与使用。2 2实验原理实验原理（1 1）数学分析节点）数学分析节点LabVIEW 提供了一些数学运算节点，包括：公式节点、估计、微积分运算、线性8代数、曲线拟合、数理统计、最优化方法、寻根和数值节

20、点等。这些节点位于功能模板 FunctionsMathematics 子模板内。（2 2）信号处理节点）信号处理节点LabVIEW 提供了一些信号处理节点，包括：信号产生、时域处理、频域处理、信号测量、数字滤波和窗函数等节点。这些节点位于功能模板 FunctionsAnalyze 子模板内。3 3实验内容实验内容（1）已知，0 . 20 . 11 . 01411222A10810b求： A 的逆矩阵； Ab ； 解方程 Ax=b。（2）对某压力传感器进行标定，得如下检定数据：序号xy102.810020.19.755030.216.692540.323.597550.430.532560.53

21、7.430070.644.327580.751.217590.858.1000100.964.9550111.071.7400对该数据进行线性拟合。（3）用集成信号发生节点分别产生正弦波、余弦波、三角波、方波、锯齿波、上升斜波和下降斜波。要求： 用显示采样点； 设信号频率为 60，采样频率为1000，若采样点数为 50， 150，250 时观察出现了几个周期； 采样点数保持 100，信号频率分别为 10，20，40 时出现了几个周期； 信号频率为 20，采样点数保持100，采样率分别变为 500，1000，2000，理解其结果。（4）对上题信号进行 FFT 谱分析，观察不同情况下频谱结果。9实

22、验七实验七 数据采集卡配置及应用数据采集卡配置及应用1 1实验目的实验目的了解 PCI-6024E 数据采集卡的功能；掌握如何设置 DAQ 通道；学习使用 VI 程序控制 PCI-6024E 卡进行数据采集。2 2实验环境实验环境软件：中文 Windows XP，LabVIEW8.5。硬件：微型计算机，数据采集卡 PCI-6024E，信号发生器。3 3实验原理实验原理（1 1）PCI-6024EPCI-6024E 卡及安装卡及安装PCI-6024E 卡将作为本次实验的数据采集卡，VI 程序通过它来实现虚拟仪器的输入输出功能。PCI-6024E 卡是基于 32 位 PCI 总线的高性能、多功能的

23、数据采集卡。它有 16 个单端输入或 8 个差分模拟输入，2 路独立的 DA 输出通道，24 条与 TTL 兼容的数字 I/O，3 个用于 I/O 定时的 16 位计数/定时器。将 PCI6024E 数据采集卡插到计算机主板上的一个空闲 PCI 插槽中，接好各种附件，包括一条 50 芯的数据线和一个转接板。（2 2）PCIPCI6024E6024E 卡卡 I/OI/O 配置配置PCI6024E 卡同 NI 公司的绝大部分数据采集卡一样是即插即用型的设备，硬件正确安装后，如果机器安装了 LabVIEW 和 NIDAQ，就会出现在 Measurement & Automation Expl

24、orer 的 ConfigurationMysystemDevices and InterfacesTraditional NI-DAQ（Legacy）Devices 列表中。在设备名 PCI-6024E 上单击右键，选择 Properties，就会出现采集卡的配置对话框配置包括 System,AI,AO,Accessory,OPC 和 Remote Access 五个部分的设置。（3 3）PCIPCI6024E6024E 卡数据采集及通道配置卡数据采集及通道配置 数据采集函数块 DAQ Assistant在 LabView 中有现成的数据采集模块。打开 LabView 在后面板中单击鼠标右键

25、，弹出功能函数列表，在函数列表中找出“DAQ Assistant”函数模块，其查找路径为10“测量 I/ODAQmx data acquisitionDAQ Assistant” 。此函数块可作为数据输入函数也可作为数据输出函数，其输入/输出功能在配置时设定。 通道配置把“DAQ Assistant”函数模块拖放到后面板中，它就会自动进行初始化然后会弹出一个“Create New.”对话框如图 7.1 所示。其中 Acquire Signals 为输入信号，Generate Signals 为输出信号，如果选择 Acquire Signals 下拉菜单下的“Analog Input”则配置的“

26、DAQ Assistant”为数据输入模块，即对外部信号进行采样。如果选择 Generate Signals 菜单下的“Analog Onput” 则配置的“DAQ Assistant”为数据输出模块，即对外部设备输出模拟信号。a、选择“Analog Input”在下拉列表中选择 Voltage 进行电压配置，然后选择要用到的通道，如(0 通道)，点击“Finish” 。就出现通道参数配置界面，如图 7.2 所示。设置完毕后点击“OK”按钮。在此界面中可以设置输入信号变化范围及采样模式等。配置完毕后此函数模块即为信号采集模块。图 7.1 通道配置对话框11图 7.2 输入通道参数配置界面b、再

27、拖出一个“DAQ Assistant”在探出的“Create New”对话框中选择“Analog Onput”在下拉列表中选择 Voltage 进行电压配置，然后选择要用到的通道，如(0 通道)，点击“Finish” 。就出现通道参数配置界面，如图 7.3 所示。在此界面中可以设置输出信号变化范围及采样模式等。配置完毕后此函数模块即为信号输出模块，信号最终输出到 DAQ 卡的输出通道。12图 7.3 输出通道参数配置界面（4 4）数据采集操作）数据采集操作LabVIEW 涉及到的操作类型有模拟输入，模拟输出，计数操作和数字 I/O 等，相应的操作函数在功能模板中的 Data Acquisiti

28、on 子模板。本次实验中，我们应用了以下几种函数对 PCI-6024E 卡进行操作。对单通道模拟输入的操作：AI Sample Channel 函数对指定通道的信号进行测量，每次只采集一个点并返回测量的电压。AI Acquire Waveform 函数对指定通道的信号以规定的采样速度，采样点数目进行采样，输出参数是以伏为单位的模拟输入信号的一维数组。对多通道模拟输入的操作：AI Acquire Waveforms 函数是以规定的扫描速率对多路通道进行采样，并返回采样到的数据。输出参数是以伏特为单位的模拟输入数据的二维数组。第一通道的数据存放于 0 列，第二通道的存放于 1 列，依此类推。对模拟

29、输出的操作：AO Update Channel 函数给模拟输出通道写入一个规定的电压值。AO Generate Waveform 函数以指定的更新速度在模拟输出通道产生一个电压波形。输出参数是一维数组，它包括将写入模拟输出通道的以伏特为单位的数据。4 4实验内容实验内容（1）利用 DAQ CHANNEL WIZARD 配置 PCI-6024E 卡。（2）利用信号发生器产生信号，用 PCI-6024E 卡完成信号采集，并显示采集的模拟波形。（3）利用信号发生器产生信号，从 PCI-6024E 卡通道 1 到通道 2 采集数据，以10Khz 的采样频率从每个通道采集 500 个点，并在同一个波形

30、Graph 中绘制出两个波形。VI 把扫描到的数据写入到电子数据表文件中，每列显示一个通道。（4）用 PCI-6024E 卡的 D/A 输出一个范围为 0-9.5v，步长为 0.5v 的电压，并用PCI-6024E 卡的 A/D 采集显示 D/A 输出。实验八实验八 应变测试应变测试1 1实验目的实验目的13掌握基于虚拟仪器技术的应变测试方法；学习应变片实用；了解全桥和半桥测量电路电压输出的特点。2 2实验环境实验环境软件：中文 Windows XP，LabVIEW7.0。硬件：微型计算机，数据采集卡 PCI-6024E，CSY 传感器实验仪。3 3实验原理实验原理（1 1）应变测试原理及测量

31、接线）应变测试原理及测量接线参考传感器技术实验指导书。（2 2）PCI-6024EPCI-6024E 卡的设备与接口设置（卡的设备与接口设置（DevicesDevices andand InterfacesInterfaces）在 PCI-6024E 选项上弹出菜单，选择 Properties，就会出现采集卡的配置对话框配置包括 System,AI,AO,Accessory,OPC 和 Remote Access。System: Device=1AI: VoltagePolarity: -10V-10VMode: Nonreferenced Single Ended（3 3）PCIPCI6024E6024E 卡卡 I/OI/O 配置（配置（DataNeighborhoodDataNeighborhood）信道名 Name: Stra输入单位 Unit: V输入范围 Range: -0.050.05传感器 Sensor: Voltag