LabVIEW基础课程训练

LabVIEW2011

Lab基礎課程訓練Chapter1

虛擬儀器（VI）的介紹LabVIEW

(LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench)是採用圖形(Graphics)物件與方式來進行程式邏輯的規劃與建立程式執行的環境，所以也可稱為”G程式語言”。使用LabVIEW開發平臺編制的程式稱為虛擬儀表程式，簡稱為虛擬儀表VI

(VirtualInstrument)。VI包括三個部分：人機介面(FrontPanel)、程式方塊圖(BlockDiagram)和圖示/連接器。程式前面板用於設置輸入數值和觀察輸出量，用於模擬真實儀錶的前面板。在程式前面板上，輸入量被稱為控制（Controls），輸出量被稱為顯示（Indicators）。控制和顯示是以各種圖示形式出現在前面板上，如旋鈕、開關、按鈕、圖表、圖形等，這使這得前面板直觀易懂。每一個程式前面板都對應著一段框圖程式。框圖程式用LabVIEW圖形編程語言編寫，可以把它理解成傳統程式的原始碼。框圖程式由埠、節點、圖框和連線構成。其中埠被用來與程式前面板的控制和顯示傳遞資料，節點被用來實現函數和功能調用，圖框被用來實現結構化程式控制命令，而連線代表程式執行過程中的資料流程，定義了框圖內的資料流程動方向。1.1程式方塊圖(BlockDiagram)與人機介面(FrontPanel)1.2主要的選單、面板、與工具列LabVIEW具有多個圖形化的操作面板，用於創建和運行程式。這些操作範本可以隨意在螢幕上移動，並可以放置在螢幕的任意位置。操作面板共有三類，為工具（Tools）面板、控制（Controls）面板和函數（Functions）面板。工具面板（Tools

Palette）：提供了各種用於建造、修改和調試VI程式的工具。控制面板（ControlsPalette）：可以在人機介面開啟輸入控制和輸出顯示，僅顯示於人機介面。函數面板（FunctionsPalette）：用來創建程式方塊圖的工具，僅顯示於程式方塊圖。VI視窗頂端有一排選項為主要選單，如下圖所示：在主要選單下方為工具列(ToolBar)，用來控制VI的執行與除錯。如下圖所示：執行控制除錯工具字型選項排列表單(a)ControlPalette(b)FunctionPalette(c)ToolPalette1.3範例搜尋器1.4

輔助視窗OnlineHelpChapter2LabVIEW程式撰寫這個章節將介紹LabVIEW環境的基本知識與簡易的操作，包括如何載入與儲存VI、特別的函式庫、ExpressVIs的使用、除錯功能、子VI的基本知識與特性、以及文件檔案的製作流程。2.1控制元與顯示元的概敘LabVIEW控制面板中的子面板所包含的內容分為四類簡單的控制元與顯示元：數值(Numeric)、布林(Boolean)、字串(String)及較少用的路徑(Path)與裝置元件(Decorations)。簡單的總結為：數值(Numeric)：包含標準的數值。布林(Boolean)：可以有兩個狀態中之一種，開(on)或關(off)、1或0。字串(String)：包含文字資料，雖然可以包含數值字元，但是對字串資料做任何數學運算之前，必須將其轉換成數值資料。路徑(Path)：提供一個與平台無關的資料型態，特別對檔案路徑更是如此。裝置元件(Decorations)：協助進行人機介面的美化。2.2接線與斷線接線：當需要連接兩個端點時，在第一個端點上點擊連線工具（從工具面板中選取），然後移動到另一個端點，再點擊第二個端點。端點的先後次序並不會影響資料流程動的方向。斷線：連線錯誤時，不會有正常顏色與型態的線，而是出現中間有個叉的斷線，黑色虛線。可以藉由選取或刪除的方式來移除斷線(Ctrl-B)。如下所示常見的接線錯誤(需多加注意)：接線型態、維度、單位或是元素衝突，接線有多個來源，沒有來源的接線或接線循環等都是發生錯誤的原因。連線是埠間的資料通道，類似於普通程式中的變數。資料是單向流動的，從來源埠向一個或多個目的埠流動。不同的線型代表不同的資料類型。另外每種資料類型以不同的顏色予以分辨強調。

標量一維數二維數

2.3程式撰寫小訣竅較熟練LabVIEW程式之後，接下來將介紹一些技巧能夠更快並且順利地處理VI的撰寫過程。也可以省下不少時間。介紹幾個較常用也能有效提升效率的小技巧：鍵盤捷徑、範例搜尋等。鍵盤捷徑Ctrl-B：將程式方塊圖中所有斷線移除。Ctrl-E：在人機介面與城市方塊圖間切換。Ctrl-F：尋找一個LabVIEW的物件或文字。Ctrl-G：尋找下一個LabVIEW的物件或文字。Ctrl-H：顯示/隱藏輔助視窗。Ctrl-N：建立一個新的VI。Ctrl-Q：放棄目前使用中的LabVIEW程式。Ctrl-R：執行目前的VI。Ctrl-W：關閉目前的VI。Ctrl-.：停止目前的VI。Ctrl-T：將人機介面與程式方塊圖並列左右。範例搜尋2.4載入與儲存VI載入VI，從主選單中的File開啟Open功能，會出現一個對話框，顯示載入過程和狀態視窗說明目前載入狀況。儲存VI，從主選單中的File開啟Save功能，會出現一個對話框來選擇VI儲存的路徑。File選單中有兩種主要儲存方式可以選擇：

a)選擇Save功能，可以指定名稱與路徑來儲存一個新的VI，或更新修改後的檔案。

b)選擇SaveAs…功能，會出現一對話框，選擇該如何另外儲存現有的VI。如下圖所示：2.5

ExpressVIs

的使用ExpressVIs是LabVIEW7.X版之後才有的新功能，目的在於更簡化圖形化語言規劃的流程。協助LabVIEW程式開發過程中，大量的降低程式語法所面臨的障礙，同時縮短開發到實現的時間。目前提供的ExpressVIs依據人機介面和程式方塊圖區分為以下二類。ControlPaletteExpressFunctionPaletteExpress以下介紹FunctionExpress面板中七個子面板之各功能：Input子面板：針對外部硬體(DAQ)輸入、模擬訊號輸入、檔案輸入、訊號輸入以及NI公司專屬的NI-DMM與NI-SCOPE等。SignalAnalysis子面板：量測專屬、曲線擬合、濾波器、統計、捲積與相關性分析、模擬訊號、Mask&LimitTest、以及直方圖等相關的功能。Output子面板：外部硬體(DAQ)輸出、檔案輸出、報表輸出、字串處理以及使用者訊息輸出等。ExecutionControl子面板：程式執行架構會使用到的功能，有WhileLoop、FlatSequence、CaseStructure、TimeDelay、ElapsedTime等。Arithmetic&Comparison子面板：主要為四則運算、邏輯處理等相關之功能。

SignalManipulation子面板：訊號操作等相關功能，是最常會使用到的Express面板2.6除錯技術撰寫程式的過程中，除錯是十分重要的一環。這個章節將介紹如何判斷問題的來源，並針對不同型態的錯誤可以採取的對策。判斷錯誤最直觀的方式就是當執行鍵變成一個中斷的箭頭時，表示這個VI無法編譯或執行。按一下中斷的執行鍵，或是由選單選擇ShowErrorList，可以看到列出所有錯誤的訊息對話框，在錯誤列表中選擇錯誤事項快點兩下可找出發生錯誤之位置，由此對找出錯誤並除錯有相當大的幫助。常見的錯誤有些常見的錯誤在編譯程式中較常發生，以下列出常見錯誤與原因，可以提早避免發生類似錯誤。需要輸入的函數圖示沒有接線，必須在執行程式前接線。程式方塊圖中包含斷線，檢查資料格式是否不符，或無主端點。斷線可能藏在物件後，利用之前斷線技巧去除斷線。子VI發生錯誤或被修改過，而使輸出入之接點變不同。可以使用彈出式選單使用Replace或RelinktoSubVI的功能處理。將兩個控制元連接在一起，或將兩個控制元連接到同一個顯示元。這種情況在錯誤列表中會顯示”Signal:

hasmultiplesources.”或”YouhaveconnectedaControltoaControl.Changeonetoanindicator.

”可以嘗試將某些控制元變更為顯示元，只留一個控制元，便可解決錯誤。資料流向顯示與探針使用資料流向顯示：能夠清楚觀察資料目前的執行狀況，對除錯相當有幫助。在工具列選單中的資料流向顯示鍵，就可以看見VI方塊圖中的執行狀況。是以一個小圓點在接線上流動，來模擬資料在節點傳遞的狀況。使用探針：利用工具列的探針工具，來確認執行中產生的數值與狀態是否有問題，或發生未預期的結果。為了檢測這些結果，可以產生一個顯示元來即時顯示接線上的結果。除了以上兩種方式，還可以搭配單步執行、設定暫停點和暫停執行等功能來協助提升除錯效率。Chapter3程式執行架構程式架構是一種重要的節點型態，與標準程式語言中的控制架構類似，負責VI程式流程的管理。這個章節將介紹LabVIEW環境中主要的程式架構：While迴圈、For迴圈、條件程式架構與循序程式架構。並介紹圖控程式中移位暫存器的重要。3.1迴圈LabVIEW

中有兩種架構可以用來控制重複執行一個子程式方塊圖：While迴圈、For迴圈。For迴圈：執行設定的次數。While迴圈：條件皆點為True時，會一直執行迴圈。特別注意：無論是While迴圈或For迴圈的第一次遞迴，次數接點的值是0。For迴圈計次接點(CountTerminal)

該接點之數值為迴圈執行次數。接點為0時，迴圈不執行。LoopIteration端點傳出目前執行完畢之迴圈次數；迴圈執行第一次為0，第二次為1，直到N-1，N為欲執行迴圈之次數。While迴圈LoopIteration端點傳出目前執行完畢之迴圈次數；迴圈執行第一次為0。Loop

Condition端點

連接之布林值為TURE時會執行下一迴圈，反之FALSE時，則停止迴圈內所有程式動作，離開迴圈。若再狀態接點之預設值為FALSE，則While迴圈方塊內子程式方塊圖只會執行一次。3.2移位暫存器(ShiftRegister)移位暫存器使用於For迴圈與While迴圈，是一種特殊形態的變數，可在迴圈的前次或後次遞迴間進行數值轉移。在迴圈的左右框界上選取彈出式選單AddShiftRegister。移位暫存器包含迴圈左右兩個框界上的一對接點

。當一次遞迴即將完成時，右邊的接點會將資料儲存下來。資料在遞迴結束時會移位，並在下次遞迴開始前出現在右側接點。「多個變數儲存在多個移位暫存器」和「單一移位暫存器儲存之前多次遞迴的單一變數」兩者的十分不同，有清楚了解之間的差異。3.3

條件架構(CaseStructure)條件架構是一種可依條件文字來執行的方法，類似C語言中的Switch語法，但在搭配不同的使用條件時，也能達到if…、else…的效果。特別注意：在輸出的部份必須為每種CASE都設定一個輸出值，或是在節點上右鍵選單中選擇(UseDefaultUnwired)，一般為0或者False。條件架構3.4循序架構(SequenceStructures)循序架構能夠強制規定程式執行的順序，因為LabVIEW本身是使用接線來串聯各個ICON函數執行的程式，因此在大多數狀況下，都可以藉由接線的連結規劃來達到控制流程的目的，而且這樣能夠避免過多的結構影響版面，並減少浪費系統資源。計時：有時候監控VI的執行時間是必要的，Functions面板→Programming→Timing下等函數可以執行。Wait(ms)函數：令VI等待特定秒數後繼續執行。WaitUntilNextmsMultiple函數：等待輸入時間之整數倍才繼續執行。TickCount(ms)：用來計算執行時間，傳回作業系統內部之時間，毫秒為單位。計時Timing3.5公式節點(FormulaNode)需要複雜的算式函數時，可以利用公式節點來取代程式方塊圖架構的算式函數，直接在視窗內輸入公式即可。每個公式的敘述結尾處都要有一個分號(；)。MATLABScriptNode與公式節點大致相同，差異處為支援的語法為MATLAB。Chapter4複合資料型態：陣列與資料叢集這個章節將介紹陣列與資料叢集兩種複合資料型態，在儲存與處理資料時能較有彈性，使用上也更加方便。並學習如何使用LabVIEW的內建函數來處理。陣列與相關的函數可以說是LabVIEW最常使用的部份，不論在數字或者字串幾乎都會使用到，所以在這個章節也會多加強調。在必要的時候將陣列改為叢集或叢集改為陣列都會方便程式的進行，ClustertoArray函數和ArraytoCluster函數可以達到這樣的需求。4.1陣列LabVIEW陣列所指的是一群全部具有相同資料型態之資料元素(elements)的集合；這與傳統的程式語言相同。一個陣列可以有一個或多個維度(dimension)。一個陣列資料元素，可以是任何型態，如數值、布林、字串等，但不能是圖表、圖形或是另一個陣列。組成元素顯示視窗引數顯示視窗陣列函數4.2複合算術函數(CompoundArithmeticFunction)複合算術函數(CompoundArithmeticFunction)可以同時進行兩個以上數值的運算，這是一個非常實用的算術函數，在資料的整理與運算上會方便許多。即使有需要同時以Add、Multiply、AND及OR等函數來進行多個數值運算，也可以減少方塊圖上端點的個數。4.3布林函數運算布林函數在LabVIEW中十分常用也非常有用，若是大家對這部分都有一定的認識就可以跳過，或是想更深入了解可以找一些邏輯設計或數位設計的書來參考。LabVIEW的布林函數包括And、Or、Not、ExclusiveOr、NotExclusiveOr、NotAnd及NotOR等。FALSEAndFALSE=

FALSE；FALSEOr

FALSE=FALSETrueAndFALSE=FALSE

；TrueOr

FALSE=TrueFALSEAndTrue=FALSE

；

FALSE

Or

True=TrueTrueAndTrue=True；TrueOr

True=True4.4

資料叢集資料叢集和陣列相同，都是一種將資料集合起來的資料結構。但資料叢集與陣列還有一些差異：資料叢集可以包含不同型態的資料(如數值資料，布林資料等)；類似於程式語言Pascal的紀錄(record)或

C語言的結構(struct)。陣列可以動態的改變大小，而叢集大小則是固定的。叢集的建立還有一些需要注意的地方：唯有當資料型態完全相同時，才能將叢集的接點連接起來；也就是說兩個欲連接的叢集必須有相同數目的元素。叢集中的物件必須全部同為顯示元或控制元。第一次放入叢集的物件便會決定該叢集是屬於顯示元或控制元。Chapter5資料顯示功能：

圖形與圖表的應用LabVIEW的圖表與圖形功能，可以以圖形型態的方式來繪製資料點。只要新的資料來源無誤，圖表可以隨時與舊的資料結合，以互動的方式來繪製資料，讓我們可以明顯的觀察出新舊資料的關聯性。圖形則以傳統的方法繪製預先建立的陣列資料，而且無法保留過去的資料。這個章節中將介紹圖表與圖形的功能、資料型態、使用方法及其特別的性質。圖表與圖形的比較：圖表：將新的資料增補於舊的資料之後，以互動方式一次繪製一個點。讓我們可以經由此顯示功能來觀察新舊資之間的關係。圖形：將以建立的資料一起繪製於圖上，無法看到不同時段所產之資料間的相互關係。5.1波形圖表(WaveformChart)波形圖表為二維圖表，Y軸的數值對X軸以圖形顯示，通常Y軸代表繪製的資料數值，X軸表示時間或次序。波形圖表有三種更新模式：長條模式、整面更新模式與流動模式。5.2圖形(Graph)LabVIEW提供三種波形圖形的顯示選項：波形圖形、XY圖形與強度圖形。波形圖形(WaveformGraph)：主要繪製單值函數，而且資料點必須均勻的分佈在X軸上，也就是說波形圖形是依據一個時間基準來繪製Y軸的數值。X

Y圖形(XYGraph)：用途較為廣泛，以直角座標為基準可以繪製多值函數之圖形。強度圖形(IntensityGraph)：對模式資料而言，是很好的顯