第6章 虚拟仪器系统及设计

第6章虚拟仪器系统及设计6.1虚拟仪器的发展状况6.2虚拟仪器技术简介6.3虚拟仪器的开发环境介绍6.4虚拟仪器的综合应用举例本章要点虚拟仪器的发展现状虚拟仪器的概念、系统组成

LabVIEW的特点及创建虚拟仪器过程基于LabVIEW的虚拟仪器的应用设计举例6.1虚拟仪器的发展状况6.1.1虚拟仪器在国外的发展状况6.1.2虚拟仪器在国内的发展状况6.2虚拟仪器技术简介6.2.1虚拟仪器概念6.2.2虚拟仪器系统组成6.2.3虚拟仪器与传统仪器的比较6.2.1虚拟仪器概念主要特点有：（1）用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。虚拟仪器通过提供给用户组建自己仪器的可重用源代码库，可以修改仪器功能和面板，设计仪器功能，实现与外设、网络及其他连接。（2）虚拟仪器尽可能采用通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件，突出了“软件就是仪器”的新概念。（3）虚拟仪器充分利用了计算机强大的数据处理、传输和发布功能，可以创造出功能性很强的仪器，使得组建系统变得更加灵活、简单，从而便于构成复杂的测试系统。（4）虚拟仪器硬件和软件都制定了开放的工业标准，用户可以将仪器的设计、使用和管理统一到虚拟仪器标准，使得功能更易于扩展，且生产、维护和开发费用降低。6.2.2虚拟仪器系统组成1．虚拟仪器的硬件平台图6-1虚拟仪器构成方式图（1）文本式编程语言（2）图形化编程语言2．虚拟仪器的软件6.2.3虚拟仪器与传统仪器的比较（1）智能化程度高，处理能力强。（2）复用性强，系统费用低。（3）可操作性强。表6-1 虚拟仪器与传统仪器比较表6.3虚拟仪器的开发环境介绍6.3.1LabVIEW简介6.3.2LabVIEW创建VI的基本过程6.3.3利用LabVIEW创建VI的示例6.3.4利用LabVIEW创建VI的总结6.3.1LabVIEW简介

LabVIEW的基本特点有：（1）具有良好的用户接口。（2）编程方式简单、直观，采用图形语言（G语言）、图标和联机代替文本形式编写程序，是对具体编程问题的图形化解决方案。（3）具有层次结构和模块化的特点，每一个VI可以作为顶层程序，也可以作为其他程序的子程序。（4）提供具有程序调试功能的程序调试工具，包括在源代码中可以设置断点，可以单步执行，也可以启动。6.3.2LabVIEW创建VI的基本过程（1）创建前面板。（2）创建框图程序。（3）创建图标。（4）调试和运行程序。6.3.3利用LabVIEW创建VI的示例图6-2前面板图6-3启动窗口1．启动LabVIEW（1）启动LabVIEW。（2）在启动窗口中单击新建或基于模板的VI链接，可显示新建对话框。（3）在新建列表中选择“VI/基于模板/使用指南（入门）/生成和显示”。2．打开基于模板的新VI图6-4新建对话框和该VI模板的预览（4）单击“确定”按钮即可创建基于该模板的VI。（5）查看前面板窗口。（6）选择“窗口/显示程序框图”，检查VI的程序框图。（7）单击前面板工具栏上的运行按钮，如图6-5所示。（8）如需停止VI，可单击前面板上的停止按钮，如图6-6所示。图6-5运行按钮图6-6停止按钮（1）前面板上未显示控件选板时，可选择“查看/控件选板”。如图6-7所（3）在Express选板图标上移动光标，定位在数值输入控件选板。（4）单击数值输入控件，可显示数值输入控件选板。（5）单击数值输入控件选板上的旋钮输入控件，旋钮控件附着在光标上时，添加旋钮至前面板上波形图的左侧。（6）选择“文件/另存为”，将VI命名为AcquiringaSignal.vi，保存在易于访问的位置。3．为前面板添加输入控件图6-7控件选板（1）按<Ctrl+E>键或单击程序框图，可显示程序框图。4．改变信号的类型图6-8仿真信号ExpressVI图6-9配置仿真信号对话框（2）右键单击“仿真信号”ExpressVI，在快捷菜单中选择属性，显示配置仿真信号对话框。（3）在信号类型下拉菜单中选择锯齿波。图6-10输入端设置（4）单击确定按钮，保存当前配置并关闭配置仿真信号对话框。（5）移动光标至“仿真信号”ExpressVI下方的下拉箭头。（6）显示双箭头时，单击双箭头并将ExpressVI的边框向下拖拽两行，如图6-10所示。（1）在程序框图上，移动光标至旋钮的接线端上方，如图6-11所示。（2）通过定位工具选定旋钮接线端，置于“仿真信号”ExpressVI的左侧且位于灰色循环结构的内部，如图6-13所示。5．连线程序框图上的对象图6-11旋钮图6-12箭头图6-13灰色循环结构图6-14旋钮接线端图6-15线圈（连线工具）图6-16连线两个对象（3）单击程序框图中的空白，可取消选定旋钮接线端。（4）移动光标至旋钮接线端的箭头上方，如图6-14所示。（5）显示连线工具时，单击旋钮接线端的箭头，再单击“仿真信号”ExpressVI幅值输入端的箭头，可连线两个对象，如图6-16所示。（6）选择文件/保存，保存VI。（1）按<Ctrl+E>键或单击前面板可显示前面板。（2）单击运行按钮或按<Ctrl+R>键可运行VI。（3）移动光标至旋钮控件上方，光标显示为手形（操作工具），如图6-17所示。（4）通过操作工具转动旋钮可调节锯齿波的幅值。6．运行VI图6-17手形图6-18黑色箭头

图6-19停止按钮图6-20中止执行按钮（5）单击停止按钮可停止VI运行，如图6-19所示。图6-21ExpressVI和波形图接线端连线图（1）在程序框图上，通过定位工具双击连接“仿真信号”ExpressVI和波形图接线端的连线，如图6-21所示。7．修改信号图6-22函数选板（2）按<Delete>键可删除该连线。（3）如未显示如图6-21所示的ExpressVI和波形图接线端连线图和图6-22所示的函数选板，通过选择“查看/函数选板”打开函数选板，默认显示Express选板。如已选择其他选板，在函数选板上单击“Express”按钮，即可返回Express选板。（4）在算术与比较选板上选择“公式”ExpressVI，如图6-23所示。（5）单击配置公式对话框右下角的帮助按钮，显示LabVIEW帮助中该ExpressVI的帮助主题，如图6-24所示。（6）通过公式的帮助主题中对话框选项的说明，应为公式输入变量。图6-23公式ExpressV图6-24帮助主题图6-25输入的标签（7）最小化LabVIEW

帮助窗口，返回配置公式对话框。（8）依据帮助主题中对话框选项的说明，更改标签列中的X1为锯齿波，可指定公式ExpressVI的输入值，如图6-25所示。（9）在公式文本框的锯齿波后输入*10，指定缩放因子的值。图6-26配置公式对话框（10）单击“确定”按钮，保存当前配置并关闭配置公式对话框。（11）移动光标移至“仿真信号”ExpressVI的锯齿波输出端的箭头上方。（12）显示连线工具时，单击锯齿波输出端的箭头，再单击“公式”ExpressVI的锯齿波输入端的箭头，连线两个对象，如图6-27所示。图6-27连接两个对象（13）通过连线工具连接“公式”ExpressVI的结果输出端和波形图接线端。（14）按<Ctrl+S>键或选择“文件/保存”，可保存VI。图6-28采集信号VI的程序框图（1）在程序框图上，移动光标至“仿真信号”ExpressVI的锯齿波输出端的箭头上方。（2）通过连线工具连线锯齿波输出端和波形图接线端。8．在图形上显示两个信号图6-29显示“合并信号”函数的程序框图（3）按<Ctrl+S>键或选择“文件/保存”，可保存VI。（4）返回至前面板，运行VI，转动旋钮控件。（5）单击“停止”按钮，中止VI运行。（1）在前面板上，右键单击旋钮，在快捷菜单中选择属性，显示旋钮属性对话框，如图6-30为旋钮属性对话框。9．自定义旋钮输入控件图6-30旋钮属性对话框（2）在外观选项卡上的标签区域，删除旋钮标签，输入幅值。（3）单击标尺选项卡，勾选标尺样式区域的显示颜色梯度控件复选框。（4）单击“确定”按钮，保存当前配置并关闭旋钮属性对话框。（5）保存VI。（6）重新打开旋钮属性对话框，尝试旋钮的其他属性。（7）单击“取消”按钮，可避免应用所做的改动。（1）在前面板上，移动光标移至波形图图例的顶端。（2）显示双箭头时，单击并拖动图例边框，使图例显示第二条曲线，如图6-31所示。10．自定义波形图图6-31展开图例（3）右键单击波形图，在快捷菜单中选择“属性”，显示图形属性对话框。（4）在曲线选项卡上，在下拉菜单中选择锯齿波。（5）在下拉菜单中选择锯齿波（公式结果）。（6）在名称文本框中，删除当前标签，更改曲线名称为缩放后的锯齿波。（7）单击“确定”按钮，保存当前配置并关闭图形属性对话框。（8）重新打开图形属性对话框，尝试图形的其他属性。（9）单击“取消”按钮，可避免应用所做的改动。（10）保存并关闭VI。6.3.4利用LabVIEW创建VI的总结1．新建对话框和VI模板（1）运行LabVIEW后，在启动窗口中单击“新建”、“基于模板的VI…”或“更多…”链接。（2）在启动窗口、前面板或程序框图的菜单栏中选择“文件/新建”。2．前面板3．程序框图4．前面板和程序框图工具5．运行和停止VI6．ExpressVI7．LabVIEW

文档资源8．属性对话框9．快捷键6.4虚拟仪器的综合应用举例6.4.1智能心音检测仪6.4.2基于LabVIEW的二阶系统虚拟实验平台6.4.1智能心音检测仪1．开发目的和意义2．虚拟心音信号采集和分析系统的总体设计图6-32系统结构①性能良好的普通个人台式机或笔记本电脑，要求带有能正常工作的声卡。②心音传感器。（1）系统的硬件构成。①LabVIEW8.6程序开发软件。②Matlab7.0语言编译平台。（2）系统开发软件平台。（3）LabVIEW与Matlab程序接口。（4）子VI节点的建立及调用。图6-33“脚本节点”选板对象图6-34MATLAB脚本节点与脚本节点快捷菜单图6-35不同采样频率采样结果对比图3．心音信号采集子系统的开发与设计（1）数据采集及显示部分。图6-35不同采样频率采样结果对比图（续）图6-36用户选择采集频率界面图6-37波形显示程序①声音格式参数配置部分②心音采集波形显示器部分③控制部分（2）系统前面板。图6-38心音信号采集子系统前面板（3）LabVIEW程序部分。图6-39图程序流程图图6-40声音格式（SoundFormat）参数设置簇图6-45声音输入清零（SoundInputClear）函数图6-44停止声音输入采集（SoundInputStop）函数图6-41配置声音输入（SoundInputConfigure）函数图6-46心音小波去噪子系统前面板4．心音小波去噪子系统的开发与设计（1）心音小波去噪子系统前面板。（2）程序流程图。图6-47心音小波去噪子系统程序流程图①3个事件结构中最主要的事件是执行小波去噪事件，它包括了打开和读取文件的系统VI，设置小波参数的条件结构（图6-48）以及结合MATLABscript节点的小波去噪子VI。②小波去噪子VI如图6-48、图6-49所示，主要负责心音小波去噪，首先接受从调用它的主程序传来的小波参数，然后传给MATLABScript节点，由MATLAB负责小波分析部分，最后再把分析后的值传至LabVIEW做进一步的处理。图6-4