第一讲 虚拟仪器概述与LABVIEW初步

虚拟仪器技术8次课单人单机授课与练习在同一次课有条件的同学在自己的笔记本上安装相关软件第一讲虚拟仪器概述与LABVIEW使用初步1.1虚拟仪器的概念1.2什么是LabVIEW?1.3LabVIEW可以做什么?1.4如何学好LabVIEW1.5LabVIEW编程环境1.6前面板的创建1.7程序框图的创建1.8运行与调试主要内容

随着技术的发展，仪器也由传统的模拟仪器向智能仪器和虚拟仪器方向发展。习惯把具有自动化、智能化、可编程化等功能的测试系统称为现代测试系统。第一讲虚拟仪器概述与LABVIEW使用初步1）智能仪器例如：实验室中的数字存储示波器所谓智能仪器是用以形容新的一代测量仪器．这类仪器仪表中含有微处理器、单片计算机或体积很小的微型机，有时亦称为内含微处理器的仪器或基于微型机的仪器。这类仪器，因为功能丰富又很灵巧，国外书刊中常简称为智能仪器。

2）

虚拟仪器

虚拟仪器是在计算机上显示传统仪器面板，它将硬件电路完成的信号调理和处理功能由计算机程序完成，这种硬件功能软件化是虚拟仪器的一大特征。智能仪器和虚拟仪器区别所用的微机是否与仪器测量部分融合在一起采用专门设计的微处理器、存储器、接口芯片组成的系统，。用现成的PC机配以一定的硬件及仪器测量部分组合而成的系统。厂商定义功能用户定义功能智能仪器虚拟仪器仪器定义和功能的转变用户定义虚拟仪器的优点：费用性能用户定义低费用灵活可再用性可重新配置虚拟仪器的组成PXIVXIGPIBDAQIMAQMotion硬件板卡软件程序解决方案软件驱动模块虚拟仪器系统是由计算机、应用软件和仪器硬件三大要素构成的。计算机与仪器硬件又称为VI的通用仪器硬件平台。即安装有应用软件的计算机，硬件板卡，传感器三部分组成。常用虚拟仪器板卡DAQCardIMAQCardFieldPointMotionControlCard虚拟仪器软件驱动模块

为简化硬件板卡编程和控制，NI和Agilent标准化了数百种常用仪器、板卡的驱动，它们已成为虚拟仪器开发平台的一部分，开发时可直接复用这些硬件驱动代码。用户界面软件驱动IVI结构：IVIClassDriverIVIInstrumentSpecificDriverApplicationsProgramVISA(VirtualInstrumentSystemArchitecture)PCPluginGPIBPXIVXIPlug&Play

常见的虚拟仪器软件平台LabViewAgilentVEEDASYLabDirectViewProcessControlLabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言G语言。传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，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。它用图标表示函数，用连线表示数据流向LabView1.2什么是LabVIEW?LabVIEW程序又称虚拟仪器，即VI（VirtualInstrument），其外观和操作均模仿现实仪器，如示波器和万用表。每个VI都使用函数从用户界面或其它渠道获取信息输入，然后将信息显示或传输至其它文件或计算机LabVIEW还包含了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示与存储等。1.3LabVIEW可以做什么?LabVIEW在测试、测量和自动化等领域具有最大的优势，因为LabVIEW提供了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示和存储。用户可以在数分钟内完成一套完整的从仪器连接、数据采集到分析、显示和存储的自动化测试测量系统。它被广泛地应用于汽车、通信、航空、半导体、电子设计生产、过程控制和生物医学等各个领域。1.3LabVIEW可以做什么?LabVIEW开发环境可以运行在Windows,Mac,Linux系统的计算机上；LabVIEW开发的应用程序可以运行在PocketPc,WinCE嵌入式系统,FPGA,DSP,ARM等处理器上。LabVIEW拥有庞大的函数和子程序库，同时包含特定的应用程序库代码，如数据采集（DAQ）通用功能接口总线（GPID）等等，实现各种控制、测量系统的构建。1.3LabVIEW可以做什么?LabVIEW不仅可以用来快速搭建小型自动化测试测量系统，还可以被用来开发大型的分布式数据采集与控制系统。在美国LawrenceLivermore国家实验室，一个花费2000万美金的极为复杂的飞秒激光切割系统就是基于LabVIEW开发的。在北京正负电子对撞机二期工程北京谱仪慢控制系统中，大约有30种物理量共7000多点的现场数据点需要实时采集控制和分析记录等。自动化软件PLC串行口数据采集过程现场总线个人计算机或工作站图象公司IntranetorInternet分布式I/O动作基于虚拟仪器的新型工业测控系统架构虚拟仪器技术的优点VI传统仪器软件使得开发与维护费用降至最低开发与维护开销高技术更新周期短(1～2年)技术更新周期长(5～10年)关键是软件关键是硬件价格低、可复用与可重配置性强价格昂贵用户定义仪器功能厂商定义仪器功能开放、灵活，计算机技术同步发展封闭、固定与网络及其它周边设备互联功能单一的独立设备虚拟仪器技术的主要应用领域通讯AT&T,Alcatel,Ericsson计算机IBM,Apple,Dell半导体Motorola,TI,Thomson-CSF汽车Ford,Chrysler,Nissan,Toyota电子Sony,Siemens石油化工Shell,MobilResearch纺织Instron,Dupont,EliLilly,AlbanyInternational制造Ericcson,Duracell食品加工SaraLee,Ben&Jerry抯,Shiner医药Johnson&Johnson,

Proctor&Gamble测试和测量工业自动化1.4如何学好LabVIEW1、多学习实例，参考书、网络论坛以及LabVIEW都提供了大量的实例和视频。2、大胆尝试，尝试编写自己的程序。“Ihear…Iforget.Isee…Iremember.Ido…Iunderstand.”1.5LabVIEW编程环境1)启动窗口2)LabVIEW选板

控件选板

函数选板工具选板3)即时帮助窗口1.5.1LabVIEW2014启动界面在这个窗口中可创建新VI、选择最近打开的LabVIEW文件、查找范例以及打开LabVIEW帮助。同时还可查看各种信息和资源，如用户手册、帮助主题以及NationalInstruments网站

上的各种资源等。新建VI

LabVIEW程序被称为VI，扩展名默认为.vi1.5.2LabVIEW选板1)控件选板仅位于前面板。控件选板包括创建前面板所需的输入控件和显示控件。根据不同输入控件和显示控件的类型，将控件归入不同的子选板中。显示控件选板的两种方法：选择查看»控件选板在前面板活动窗口单击右键。基本常用控件可以以银色、经典和系统三种风格显示。2）

函数选板1.5.2LabVIEW选板函数选板仅位于程序框图。函数选板中包含创建程序框图所需的VI和函数。按照VI和函数的类型，将VI和函数归入不同子选板中。显示函数选板的两种方法：在程序框图活动窗口选择查看»函数选板在程序框图活动窗口单击右键。3）工具选板1.5.2LabVIEW选板在前面板和程序框图中都可看到工具选板。工具选板上的每一个工具都对应于鼠标的一个操作模式。光标对应于选板上所选择的工具图标。可选择合适的工具对前面板和程序框图上的对象进行操作和修改。选择查看»工具选板打开工具选板。按<Shift>键并单击右键，光标处将显示工具选板。图标工具名称功能操作值用于为前面板各种输入控件和显示控件赋值。当它指向一个数字或字符控件时，光标形状就变为一个文本操作符。定位/调整大小/选择用于选中、移动对象或改变对象大小。编辑文本用于输入各种控件所需要的数字或字符值；也用于创建独立于其它控件的浮动标签。进行连线使用该工具，通过连线建立程序框图中各个对象之间的数据传递关系。对象快捷菜单该工具置于某一对象上时，单击鼠标左键即可弹出对象的快捷菜单（使用其它工具时，要用鼠标右键才可以弹出对象的快捷菜单）。滚动窗口用于滚动整个窗口内的图形，而无须使用滚动条。设置/清除断点用于在程序中为某个对象设置断点，使程序运行到这里暂停。探针数据用于在程序框图中设置探针，以观察程序运行的中间结果。获取颜色用于从窗口中提取颜色设置为当前色。设置颜色用来为控件、前面板、程序框图设置颜色。下一块调色板用于设置当前背景色，上一块调色板用于设置当前前景色。3）工具选板1.5.2LabVIEW选板1.5.3LabVIEW联机帮助LabVIEW为用户提供了非常全面的帮助信息，有效地利用帮助信息是快速掌握LabVIEW的一条捷径。实时上下文帮助（ShowContextHelp）联机帮助LabVIEW范例查找器（FindExamples）网络资源（WebResources）等。1)实时上下文帮助窗口单击此处访问更详细的联机帮助更多帮助信息锁定上下文相关帮助显示VI路径当鼠标移到某个对象或函数上时，上下文帮助窗口就会显示相应的帮助信息。2)联机帮助文档3)范例查找器LabVIEW提供了大量的范例，这些范例几乎包含了LabVIEW所有功能的应用实例，并提供了大量的综合应用实例。LABVIEW程序组成LabVIEW程序又称虚拟仪器，即VI，VI由以下三部分构成：•前面板：

即用户界面。•程序框图：包含用于定义VI功能的图形化源代码。•图标和连线板：用以识别VI的接口，以便在创建VI时调用另一个VI。当一个VI应用在其它VI中，则称为子VI。子VI相当于文本编程语言中的子程序。1.6前面板的创建前面板由输入控件和显示控件组成。这些控件是VI的输入输出端口。LabVIEW中的前面板是图形化的人机界面，利用控件选项板提供的各种控件可以所见即所得地编辑丰富多彩的人机界面。显示控件：是指图表、指示灯等显示装置。显示控件模拟仪器的输出装置，用以显示程序框图获取或生成的数据。输入控件：是指旋钮、按钮、转盘等输入装置。输入控件模拟仪器的输入装置，为VI的程序框图提供数据。输入控件显示控件前面板创建练习：1.6前面板的创建数值显示框、滑动杆、滚动条、旋钮、转盘和时间标识图形和图表按钮、开关和指示灯字符串控件组合框控件路径控件列表框、树形控件和表格数组、矩阵及簇控件下拉列表和枚举控件容器控件I/O名称控件请尽可能多的将上述控件放置在前面板上。要求能修改大小、位置、颜色、内容、量程等。

具体控件含义见教材4-1~4-8红色控件要求熟练掌握，首先练习配置前面板对象配置控件在前面板上的外观和动作显示和隐藏可选部件输入控件和显示控件的相互转换替换前面板对象调出属性对话框或快捷菜单的方法：

光标放在控件上，点击鼠标右键配置前面板对象不同前面板对象的属性对话框和快捷菜单选项会有所不同属性对话框中包含大多数可通过快捷菜单设置的选项，快捷菜单也包括大多数可用属性对话框设置的选项。练习：显示和隐藏可选部件，如标签、标题和数字显示框输入控件和显示控件的相互转换问题：请观察异同前面板上有的控件，在程序框图中一定有。可通过双击观察其对应关系替换前面板对象将一个前面板对象替换为其它输入控件或显示控件。右键单击对象并从快捷菜单中选择替换，会出现一个临时控件选板。从该临时控件选板中选择一个控件，替换前面板上的当前对象。优点：无需进行先删除，再建立和重新连线的操作配置前面板更改前面板对象的颜色注：不能改变系统控件的颜色对齐和分布前面板对象网格对齐方法程序框图窗口有类似方法组合和锁定对象详见教材4-10调整对象大小在不改变窗口大小的情况下增加前面板空间添加标签文本特性以上自行学习并练习界面设计优化修饰选板对话框设计（详见教材4-12）1.7程序框图创建

程序框图是程序的源代码，我们可以把它想象为传统仪器机箱里用来实现仪器功能的零部件

VI的组成前面板中所有的控件在程序框图窗口都有对应显示程序框图窗口点击右键出现函数选项板丰富的资源，尤其拥有强大的数据分析与处理能力1.7程序框图创建程序框图对象：包括接线端和节点。将各个对象用连线连接便创建了程序框图。接线端：接线端用以表示输入控件或显示控件的数据类型。接线端底部DBL代表的是双精度浮点数数据类型另一种显示方式，请比较优缺点1.7程序框图创建节点相当于文本编程语言中的语句、运算符、函数和子程序。上图中的加、减函数即是节点。节点：是程序框图上的对象，具有输入输出端，在VI运行时进行运算。连线：程序框图中对象的数据传输通过连线实现。每根连线都只有一个数据源，但可以与多个读取该数据的VI和函数连接。对象连线

练习：在程序框图中练习连线1.7程序框图创建使用程序框图中的结构可对代码块进行重复操作，有条件执行或按特定顺序执行代码。结构：是文本编程语言中的循环和条件语句的图形化表示。1.7程序框图创建接线端的颜色和符号表明了相应输入控件或显示控件的数据类型。常量是程序框图上向程序框图提供固定数据值的接线端数据类型：LabVIEW的基本数据类型有五种：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，可以循环枚举。Numeric类型的数据按精度有分若干种类型，与标准C++的数据类型基本是一致的。其代表符号直观的表现其类型。1.7程序框图创建Numeric类型的数据按精度有分若干种类型，与标准C++的数据类型基本是一致的。其代表符号直观的表现其类型。图标和连线板观察两个窗口的右上角是VI的图形化表示，可包含文字、图形或图文组合。图标用于显示VI中所有输入控件和显示控件接线端，类似于文本编程语言中调用函数时使用的参数列表。连线板具体的编辑方法在子VI设计时介绍1.8运行与调试

：运行如果VI有编译错误，此按钮将变成连续运行

异常中止执行1.8.1运行提示：此种运行方式会占用大量