LabVIEW简介-虚拟仪器的概念ppt课件

1、Labview简介一 虚拟仪器的概念虚拟仪器Virtual Instrument，缩写为VI是基于计算机的仪器，是将仪器装入计算机，以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器和传统仪器的根本构造的比较：.传统仪器虚拟仪器关键是硬件关键是软件开发与维护的费用高开发与维护的费用低技术更新周期长技术更新周期短价格高价格低，并且可重复性与可配置性强生产商定义仪器功能用户定义仪器功能系统封闭、固定系统开放、灵活、与计算机的进步同步不易与其他设备连接极易与其他设备连接 . 与传统仪器相比，虚拟仪器在智能化程序、处置才干、性能价钱比、可操作性等方面都具有明显的技术优势，详细表现为：智能化

2、程度高，处置才干强。虚拟仪器的处置才干和智能化程度主要取决于仪器软件程度。用户完全可以根据实践运用需求，将先进的信号处置算法、人工智能技术和专家系统运用于仪器设计与集成，从而将智能仪器程度提高到一个新的层次。.可操作性强。虚拟仪器面板可由用户定义，针对不同运用可以设计不同的操作显示界面。运用计算机的多媒体处置才干可以使仪器操作变得更加直观、简便、易于了解，丈量结果可以直接进入数据库系统或经过网络发送。丈量完后还可打印，显示所需的报表或曲线，这些都使得仪器的可操作性大大提高。复用性强，系统费用低。运用虚拟仪器思想，用一样的根本硬件可构造多种不同功能的测试分析仪器，好像一个高速数字采样器，可设计出

3、数字示波器、逻辑分析仪、计数器等多种仪器。这样构成的测试仪器系统功能更灵敏、系统费用更低。经过与计算机网络衔接，还可实现虚拟仪器的分布式共享，更好地发扬仪器的运用价值。.传统仪器虚拟仪器待测模拟信号信号处置前置预处置数据显示信号输入硬件电子系统A/D转换数字信号处置数据显示信号产生信号输出手动/模拟信号控制待测模拟信号输出模拟信号D/A转换计算机数字信号控制数字信号产生输出模拟信号Classical InstrumentVirtual Instrument(VI)计算机DAQ卡利用计算机强大、高效的数字信号处置和控制才干，配合高速高精度A/D、D/A转换卡，实现与传统公用仪器一样乃至更强的功能

4、，组成虚拟仪器前置预处置对比.运用举例一、工业测控二、时序分析三、系统仿真四、远程丈量.化工消费流量测控 .滤波器频响分析.汽车引擎震动分析.马路路灯照度模拟.虚拟仪器的主要特点有：尽能够采用了通用的硬件，各种仪器的差别主要是软件；可充分发扬计算机的才干，有强大的数据处置功能，可以发明出功能更强的仪器；用户可以根据本人的需求定义和制造各种仪器。 虚拟仪器实践上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器的研讨中涉及的根底实际主要有计算机数据采集和数字信号处置。目前在这一领域内，运用较为广泛的计算机言语是美国NI公司的LabVIEW。.二 LabVIEW简单引见LabVIEWLaborator

5、y Virtual instrument Engineering是美国国家仪器公司National Instruments，NI开发的一种图形化的编程言语。图形化的程序文语，又称为“言语。运用这种言语编程时，根本上不写程序代码，取而代之的是流程图。它尽能够利用了技术人员、科学家、工程师所熟习的术语、图标和概念，使编程简单直观。.用LabVIEW做的示波器，与真实的示波器有着一样的功能 .LabVIEW和虚拟仪器在物理实验中的运用对学生进展LabVIEW和虚拟仪器的根本知识和技术的训练，有助于他们在未来的任务中掌握运用。将部分实验的传统丈量方法改良为计算机自动化丈量分析，使实验的效率大大提高，物

6、理内容更加突出。经过适当配置接口，可以充分综合利用实验室现有的各种数字仪器仪表，以及用C+等系统开发的计算机数据测控系统。.三，根底知识学习LabVIEW程序构成控制选项板功能引见 函数选项板功能引见 工具选项板功能引见 数据线、数据流和数据类型控制量与显示量.1.LabVIEW程序构成：前面板窗口双击LabVIEW快捷图标，出现启动画面，单击其中的New VI，翻开一个新的LabVIEW程序，可以看到它由前面板panel和流程图diagram组成。前面板窗口是图形用户界面，也就是VI的虚拟仪器面板，相当于实践仪器的控制面板，它将用户和程序联络起来，是程序运转时显示和输入的交互窗口。如下图的示

7、波器的前面板，上有用户输入和显示输出两类对象，详细表现有开关、旋钮、图形以及其他控制control和显示对象indicator。 .流程图窗口流程图窗口提供VI的图形化源程序，相当于实践仪器箱内的东西，在流程图中程序员用图形言语编写LabVIEW程序源代码，以控制和支配定义在前面板上的输入和输出功能。如图所示的示波器流程图，上面包括前面板上的控件的连线端子，还有一些前面板上没有，但编程必需有的东西，例如函数、构造和连线等。 .图：示波器流程图图：示波器流程图.下面引见工具条上常用按钮的功能其他按钮功能见附录 ：运转Run，假设VI有编译错误，此按钮将变成 。 ：延续运转Run Continuo

8、usly。 ：异常中止执行Abort Execution。:加亮执行Hightlight Execution，只有流程图中有。进入加亮执行时，变成此时，流程图中的数据变亮，同时显示VI执行中的一些中间数据。提示：运用了 会使LEBVIEW占用大量CPU，。.使计算机其他操作变慢。建议普通不要运用 。2.控制选项板功能引见： 只能在前面板窗口中运用，经过前面板窗口WindowsShow Controls Palette翻开，也可以在前面板窗口中空白处单击右键翻开。该选项板用来给前面板设置各种所需的输出显示对象和输入控制对象。模块图标右上角有的表示有子选项板，单击模块图标可以访问子选项板。 . ：

9、数值量Numeric，数值的控制和显示。包含数字式、指针式显示表盘及各种输入框。详细 ：布尔量Boolean，逻辑数值的控制和显示。包含各种布尔开关、按钮以及指示灯等。详细 ：数组和簇Array & Cluster，数组和簇的控制和显示。 ：图形Graph，显示数据结果的趋势图和曲线图。 .3.函数选项板功能引见： 只能在流程图窗口中运用，经过流程图窗口WindowShow Functions Palette翻开，也可以在路程图面板中空白处单击右键翻开。函数选项板提供创建流程图的工具。其与控制选项板根本一样，模块图标右上角有的表示有子选项板，单击模块图标可以访问子选项板。. ：构造Struct

10、ure，包括程序控制构造命令，例如循环控制等，以及全局变量和部分变量 ：数组Array，包括数组运算函数、数组转换函数，以及常数数组等。 ：比较Comperation，包括各种比较运算函数，如大于、小于、等于。 ：数据采集Data Acquisition，包括数据采集硬件的驱动，以及信号调理所需的各种功能模块。 ：信号分析Analysis，信号发生、时域及频域分析功能模块及数学工具。 .提示：LabVIEW中，他可以随时获得协助。用HelpShow Context Help翻开协助窗口Context Help快捷键为CtrlH，当把鼠标放到任何感兴趣的模块对象上时，就会在协助窗口中显示相应的协

11、助信息。提示：在任何一个控制或是函数模块上单击右键，都会出现弹出菜单，经过弹出菜单可以方便地对模块进展编辑。 4.工具选项板功能引见： 经过WindowsShow Tools Palette翻开和封锁。它提供了各种用于创建、修正和调试VI程序的工具。当从选项板内选择了任一种工具后，鼠标箭头就会变成该工具相应的外形。 .下面引见常用工具按钮的功能其它按钮功能见附录： ：操作Operate Value，用于操作前面板的控制和显示。运用它向数字或字符串控制中键入值时，工具会变成标签工具。 ：选择Position/Size/Select，用于选择、挪动或改动对象的大小。当它用于改动对象的连框大小时，会

12、变成相应外形。 ：标签Edit Text，用于输入标签文本或者创建自在标签。当创建自在标签时它会变成相应外形。 ：连线Connect Wire，用于在流程图程序上衔接对象。假设联机协助的窗口被翻开时，把该工具放在任一条连线上，就会显示相应的数据类型。 .5.数据线、数据流和数据类型数据流任务方式： 在流程图上，模块接口之间的连线就是数据线。数据经过数据线在模块之间传送。LabVIEW不像普通言语按照语句的顺序一行一行的执行，它是依托在数据线上传送的数据来控制程序的，只需当模块要求的输入数据完全到达这个模块时才干执行，然后向其一切的输出端口输出数据，这些数据再沿数据线流向其它模块。这就是LabV

13、IEW的数据流任务方式。前面引见过，可以经过加亮执行 察看它的数据流是如何任务的。 .当他连线时，LabVIEW会提示该接口的称号，只能在同一数据类型的端口之间连线，不同类型的数据连线的颜色和外形也不同。错误的连线会表示成黑色虚线，这时他应将连线工具挪动到它上面，LabVIEW会给出两端的数据类型信息，他可以检查并矫正。添加新的模块和连线能够会对已设置好的部分有影响，而且原来的错误连线也能够对新添加的连线有影响。数据线：.数据类型：LabVIEW的根本数据类型有五种：Numeric数值，Boolean逻辑，String字符串、Enum枚举。还有一种叫Ring环型枚举，和Enum很类似，可以循环

14、枚举。Numeric类型的数据按精度有分假设干种类型，与规范C+的数据类型根本是一致的。其代表符号直观的表现其类型如表所示。可以在数值对象上点右键，经过弹出菜单中Representation修正。.提示：在流程图上，他会看到不同颜色的模块，不同颜色代表不同的数据类型，其定义与连线一致。.6.控制量与显示量在LabVIEW中，一个数字量numeric、布尔量boolean、字符量string等都有控制量control和显示量indicator的区别。控制量：用于控制程序，它相当于仪器上的控制按钮，如开关、旋钮等。显示量：用于显示程序运转的结果，它相当于仪器上的显示部件，如显示屏、指示灯等。在流程

15、图窗口中，我们可以看到控制部件的外框比较粗，显示部件的外框比较细，要实现控制量与显示量之间的转换，只需在流程图上的模块上点击右键，选择change to indicator或者change to control就可以了。.四 几个要用到的模板.组和簇Array & Cluster组：同类型元素的集合。一个组可以是一维或者多维，每维最多可有231个元素。可以经过组索引访问其中的每个元素。和C言语一样，索引的范围是0到n-1，组中元素的个数为n，第一个元素的索引号为0，第二个是1，依此类推。组的元素可以是数据、字符串等，但一切元素的数据类型必需一致。组的建立：创建一个组有两件事要做：建一个组的“壳

16、shell，将ControlsArray&ClusterArray模块放在前面板中如图所示；在这个壳中置入组元素数、字符串开关等。如我们放入数，将ConrolsNumericDigital Control模块放在组框中.这样一个数组就建成了，其它类型的组的建立类似，只需在步骤2中组框中放入他想要建的组的元素就可以了。要改动组显示元素的多少，把鼠标换成选择方式，移到组框的角上，鼠标将变成 这时，他可以恣意拖动改动组。要改动组的维数，和改动数组显示元素多少的方法一样，在鼠标选择方式下移到组索引框的角上，鼠标将变成 拖动改动组的维数；也可以在组索引框上点右键，选择Add Dimension。. 簇：

17、另一种数据类型，它的元素可以是不同类型的数据。它类似于C言语中的Stuct。运用簇构造可以把分布在流程图中各个位置的数据元素组合起来，这样可以减少连线的拥堵程度，用于错误处置。 簇的建立；与组的建立一样，同样是先建立簇的“壳ControlsArray&ClusterCluster，然后在壳中放元素，可以放不同类型的数据。需求留意的是：向簇中放置对象时，必需都是控制对象或都是显示对象，不能混在一同；簇中的数据和其放置顺序有关而和其放置的位置无关。第一个放进去的对象就是元素0，依此类推。删除其中的一个后其顺序将自动调整。 .图表和图形：将数据以图形方式显示出来 图表：通常Y轴为数据值，X轴为表示时

18、间的值或数据点序号。下面我们来看一个随机数例子： .每循环一次，随机数模块产生一个数，图表会对这些数自动编号，在图形框中显示出来，y表示数值，x表示数的序号。它坚持以前的数据，并追加新的数据，使图表坚持更新。可以在图形框上点右键改动图表的性质，如在AdvanceUpdate Mode中改动图表的更新方式；在Visible Items中选择显示标签、图例、图形模板等。同窗可以本人试试其功能。图形：与图表类似，它们的不同是：图形不能显示新追加的数据而图形可以。我们来看一个正弦余弦波例子：.经过例子我们可以看出，图形显示的是将要显示的数据构成数组，然后一次显示出来。不能像图表那样用追加新的数据的方法

19、来显示数据。 .构造(structure)1. 循环构造LabVIEW给大家提供了两种循环构造： 一个是For循环，另一个是While循环。 两个循环与大部分计算机言语中的循 环构造非常类似。二者都在Functions Structures下。For循环构造如右图：N是指循环次数，i指的是循环计数，i从0执行到N1。可以从Functions-Structures中选中For构造对象，在流程图面板上迁延就可以将要进展循环的对象包含进去。当然也可以直接对要或不要进展循环的对象进展迁延使其进入或分开循环构造。假设要删除循环构造直接选中按delete键即可。.While循环构造如右图：其中右边的带箭头

20、的小 图标是用来接循环条件的，当调 节为“真时，开场继续执行下一 次循环，为“假时停顿执行循环 条件。这里循环条件的检验是在循环体执行完时，因此循环至少执行一次。i的作用也是指示循环次数。循环构造的数据传送假设需求有数据在循环构造的内外传输，可以在循环体内的端子与循环体外的端子连线，这时循环体边框上出现小的黑方块有些书上称为隧道。在循环执行期间隧道不能进展数据传输，只能在循环终了时将最后一次循环的结果输出。所以要对每一次循环的结果进展察看我们就应该将显示端子放在循环体内部。.2. Case构造与普通机器言语中的条件语句非常类似，LabVIEW提供了Case构造。如图一左边带有问号的小方框是用来

21、衔接case构造选择端的值的，如图二图三，假设衔接的是代数值那么上边框之中显示的是数字，假设是逻辑型，那么显示的是true or false两种条件。Case构造每次只能显示一个子图，单击上面中间的箭头显示条或点击箭头可以选择不同的子图。对于数值型构造只需在边框上点击右键，经过Add case就可以添加条件子图。输入输出与循环构造一样，不同的是需求在输入数值的同时输入判别条件。 .例：求平方根：3. 顺序构造顺序构培育是按照顺序依次执行 的构造。如右图1： 可以经过Add Frame After、Add Frame Before项生成新的标号 对应新的一个子图图右边的图形所示。不同的子图可以按

22、一定顺序执行，也是每次只能显示一个子图，可以经过上边框或箭头来选择。输入输出也是用的隧道。但是隧道每次只能处置输入或输出一个数据源，假设顺序构造每次执行每个子图时都要向隧道输出输入数据，那么就必需是多源的数据构造。因此顺序构造的数据只需在整个构造全部执行完了以后才干输出。 .4. 公式节点公式节点是一种可以直接 在流程图中输入数学公式 并进展计算的构造，如右 图它是一个大小可变的方 框。在运用公式节点时要经过它的边框的输出输入节点传送数据，在边框上点击右键就会有Add Input 和Add Output，分别选择即可显示节点，在输入输出节点上输入变量名留意要与公式内运用的变量一致。公式节点所用

23、的操作符和功能在公式节点的协助窗口中可以查询。 .例：求平方根：【留意】：语句后面要加“；号，而且还要留意同一变量的大小写。 波形输入输出 ： LabViIEW配上NI公司的DAQ卡以及DAQ卡的驱动程序，可以完成数据的采集和输出等多种功能。LabVIEW的DAQ程序包括模拟输入、模拟输出、计数器操作、数字输入、数字输出等，我们可以在Functions面板下的Data Aquisiton中看到。在图中的6个模块下，每个模块的字模块又分成三种，顶层的是Easy VIs，中间的是Intermediate VIs，下面的是Advanced VIs。.NI公司DAQ卡提供3个输出和16个输入，丈量电压

24、-1010V。模拟波形输入： 简单的波形输入的模块有：单通道波形输入和多通道波形输入。它们都在FunctionsData AquisitonAnalog Input下。 单通道波形输入 ： 我们刚开场看到的示波器的例子就用到了这个模块，采集外部信号的流程图如图10所示： 图 10 ：示波器流程图部分.设备号Device：在NI DAQ设置工具中设定。该参数通知LabVIEW他运用什么卡，它可以使DAQ VI本身独立于卡的类型，也就是说，假设他稍后运用了另一种卡，并且赋予它同样的设备号，他的VI程序可正常任务而无须修正。 通道号Channel：指定数据样本的物理源。例如，一个卡有个模拟输入通道，

25、他就可以同时采集组数据点。 采集点数Number Of Samples：采集数据的总的总数，对于模拟型号，在采集时转换成数字信号。采集频率Sample Rate：每秒采集数据的点数。.通道通道串通道11通道0到50;5通道1，8，以及10到131,8,10:13表 4 ：通道及其对应的字符串多通道波形输入： 可以同时进展多个通道的输入，端口设置和单通道波形类似，只是通道控制字符串不同： .图 11 ：信号发生器流程图部分模拟波形输出：和模拟波形输入一样，简单的波形输出模块有：单通道波形输出和多通道波形输出。它们都在FunctionsData AquisitonAnalog Output下。我们

26、经过信号发生器的例子来了解这个模块；其流程图如图12所示：其各个端口的意义与模拟波形输入类似，详细同窗们可以看LabVIEW的协助。 .简单VI的建立 下面我们经过做两个简单的VI来使我们对刚刚所学的知识作一个简单的运用。 伏安法测电阻图 12 ：伏安法测电阻电路图.首先引见一下实验的思绪：电路图12下页所示：我们经过LabVIEW的输出给整个电路供电，用LabVIEW的两个输入分别丈量待测电阻上的电压和规范电阻上的电压，用规范电阻上的电阻除以电阻得到电路中的电流。电压由0V开场逐渐添加5V，电压每改动一次测一组电压电流值，最后得到一个数组，线性拟合后可以得到电阻值。前面版：完成的前面板如图1

27、3所示图 13 ：伏安法测电阻前面板图 .放上一个XY GraphControlsGraphXY Graph，用于显示电压电流图。将名字改成“电阻的伏安曲线图，并将纵坐标和横坐标分别改成“电压V和“电流A。放入三个控制字符串ControlsString & PathString Control，将名字分别改成“供电电压通道、“丈量电压通道、“丈量电流通道。分别用于设置输出输入的通道。.放入一个用于设置设备号的控制数、一个设定规范电阻值的控制数、一个用于设定丈量间隔的控制数和一个显示丈量电阻值的显示数。并分别将名字改成“设备号“、“规范电阻、“时间间隔和“待测电阻值。时间间隔是用来设置改动电压和

28、丈量数据之间的时间间隔的，让电路到达平衡再测，在“时间间隔上点右键，选择Visible ItemUnit Label,在Unit Label 上输入“s，这样时间间隔成为一个有单位为s的量。.参与一个二维数组，把名字改成“数据，用于显示丈量的电压和电流。流程图：完成的流程图如图14所示： .根据实验思绪，先输出一个电压，等到稳定后丈量，在流程图中放入一个顺序构造FunctionsStructures，经过右键的Add Frame使顺序构造有四帧。 在第0帧中放入一个AO Update Channel，用于输入电压，将其Device和“设备号相连，Channel和“供电电压通道号相连，Value值我们以后再设置。在第1帧中放入一个Wait，用于等待电阻上的电流到达稳定；再放入一个Covert Unit在NumericConversion下，在模块中键入“ms，用于将s转换成ms，将Covert Unit的左边和“时间间隔相连，右端和Wait的Milliseconds to wait相联。.在第2帧中放入两个AI Acquire Waveform在FunctionsData AquisitonAnalog Input下，分别用来丈量规范电阻和待测电阻两端的电压，将Device和“设备号相连，Chanal分贝和“丈量电压通道和“丈量电流通道相连，用AI Acquire Wavefo