虚拟仪器软件开发平台

虚拟仪器软件开发平台2.虚拟仪器软件开发平台2.1虚拟仪器软件开发平台介绍2.1.1概述软件可完成数据分析与处理、结果表达与输出。同一硬件平台，软件不同，则功能不同。虚拟仪器软件应完成以下功能：

1、仪器面板的软件设计。

2、仪器测试功能的软件设计。

3、I/O接口的仪器驱动程序设计。第2页,共67页，2024年2月25日，星期天虚拟仪器的软件开发工具

：（1）文本式编程语言有C、VisualC++、VisualBasic和Labwindows/CVI等。

（2）图形化编程语言有NI公司的LabVIEW和Agilent公司的AgilentVEE等。第3页,共67页，2024年2月25日，星期天2.1.2LabVIEW特点：（1）图形化的仪器编程环境提供显示和控制对象，如表头、旋钮、图表等。（2）内置高效的程序编译器编译方式运行32位应用程序，内置代码评估器。（3）灵活的程序调试手段可设断点，探针，高亮，单步。（4）支持各种数据采集与仪器通信应用支持ISA、EISA、PCI、PCMCIA和MacintoshNuBus等各种总线。第4页,共67页，2024年2月25日，星期天（5）功能强大的数据处理和分析函数库包括数值函数、字符串处理函数、数据运算函数和文件I/O函数，还包括概率与统计、回归分析、线性代数、信号处理、数字滤波器、窗函数、三维图形处理等高级分析函数。（6）支持多种系统平台可在LabVIEW平台上调用其他软件平台编译的模块。（7）开放式的开发平台（8）网络功能第5页,共67页，2024年2月25日，星期天2.1.3LabWindows/CVI特点：（1）采用事件驱动与回调函数编程（2）集成化开发平台（3）支持多种总线（4）支持数据处理和分析功能，提供格式化I/O库、Analysis库、AdvanccdAnalysis库、ANSIC库等（5）提供图形化用户界面编辑，UserInterface库（6）支持网络和进程间通信功能（7）支持多种操作系统第6页,共67页，2024年2月25日，星期天2.1.4AgilentVEE特点：（1）图形化的编程提供显示和控制模块，如按钮、图表、温度指示器等。（2）内置的程序编译器交互式编译器技术（3）丰富的仪器驱动程序第7页,共67页，2024年2月25日，星期天（4）强大的数据分析与处理数理统计、类型比较、矩阵运算、微积分、信号分析与处理、数字滤波器等。（5）灵活的程序调试手段可设断点，单步，分步。（6）支持多种系统平台（7）网络功能第8页,共67页，2024年2月25日，星期天2.2LabVIEW编程初步2.2.1LabVIEW的基本VI介绍LabVIEW中开发的应用程序称为虚拟仪器（Virtualinstruments）程序，简称VI。

一个基本的VI包括：前面板（frontpanel）框图程序（blockdiagram）图标/连结端口(icon/connector)第9页,共67页，2024年2月25日，星期天前面板框图程序例如：求两个数的和与差控制型控件指示型控件前面板：包括两类控件：控制型控件（control），指示型控件（indicator）。框图程序：由节点（node）、端口（terminal）和数据连线（wire）组成。节点端口第10页,共67页，2024年2月25日，星期天1．节点节点是程序的执行元素，

LabVIEW有4种节点类型：函数（functions）：执行各种数学运算、文件输入/输出等基本操作。节点代码不能修改。结构控制（structures）：实现结构化程序控制。代码端口（CIN、DLL）：是与C语言程序或动态连接库的接口。子VI：节点代码可以修改。2．端口3．数据连线定义了框图程序中的数据流动方向。第11页,共67页，2024年2月25日，星期天2.2.2LabVIEW的基本开发环境1．启动界面LabVIEW7Express的启动界面单击，会生成一个新VI，新VI包括前面板窗口、框图程序窗口第12页,共67页，2024年2月25日，星期天

新的VI界面前面板窗口框图程序窗口第13页,共67页，2024年2月25日，星期天2．窗口主菜单包括文件(File)、编辑(Edit)、操作(Operate)、工具(Tools)、浏览(Browse)、窗口(Windows)、帮助(Help)。

3．窗口工具栏前面板窗口工具栏如下图。主菜单第14页,共67页，2024年2月25日，星期天框图程序窗口的工具栏与前面板类似，只增加了4个调试按钮。窗口主菜单与前面板相同。高亮、单步步入、单步步过、单步步出点击该高亮执行按钮可使VI程序的运行以一种缓慢的节奏一步一步地执行程序，所执行到的节点都以高亮方式显示，并可观察到数据的流动，这样用户可以清楚地了解到程序的运行过程，也可以很方便地查找错误。第15页,共67页，2024年2月25日，星期天窗口工具栏功能图标

名称

功能说明

运行按钮单击此按钮运行VI。当执行按钮变为形状时，表明VI有错误，不能运行。单击该按钮，可弹出ErrorList对话框，提示VI中的错误。

连续运行按钮

单击此按钮可使VI程序连续地重复执行。

停止运行按钮

单击此按钮可停止运行VI。暂停按钮单击此按钮可暂停VI执行，再次单击此按钮，VI又继续执行。

高亮显示执行按钮单击此按钮，可动态显示VI执行时数据的流动。

第16页,共67页，2024年2月25日，星期天单步步入按钮单击此按钮，按节点顺序单步执行程序，每单击一次，程序执行一步。如果节点为一个子程序或结构，则进入子程序或结构内部执行单步运行方式。单步步过按钮

单击此按钮，按节点顺序单步执行程序（不进入循环，SunVI内部）。

单步步出按钮

单击此按钮，退出单步执行，进入暂停状态。

文本字体设置按钮点击右边的小按钮将弹出一个下拉式的列表，该列表可以设置字体的格式。

对齐列表框首先选定需要对齐的对象，然后单击此按钮，可设置对象之间的对齐方式。分布列表框单击此按钮，可选择图标的分布方式，如对象之间的间距等。

层叠列表框

为选定对象重新设定在窗口中的前后叠放顺序。第17页,共67页，2024年2月25日，星期天2.2.3LabVIEW的模板程序的创建主要依靠三个模板：工具（Tools）模板控件（Controls）模板函数（Functions）模板1.工具模板选择Windows菜单下的ShowToolsPalette选项可显示出工具模板。使用工具模板中的工具可创建、修改和调试VI。当从工具模板中选择了某种工具后，鼠标光标就变为该工具的形状，表示可以进行某类操作。第18页,共67页，2024年2月25日，星期天

工具模板中的各工具功能图标名称功能1操作工具

用于操作前面板控件数值和字符的工具。将其移动到文本、字符串或数字控件，光标形状变成，点击一下即可输入字符或数字。

2定位/调整大小/选择工具用于选择、移动或改变对象的大小。当它位于前面板控件的边角时，形状变为，可以改变前面板控件的大小。3文本编辑工具

用于输入标签文本或者创建自由标签。当创建自由标签时它会变成相应形状。

4连线工具

用于在框图程序上连接对象。

第19页,共67页，2024年2月25日，星期天5快捷菜单工具用鼠标左键可以弹出对象的弹出式菜单。6窗口平移工具

使用该工具就可以不需要使用滚动条而在窗口中平移。

7设置／清除断点工具

使用该工具在VI的框图程序中设置断点。若使用该工具在已设置断点处点击，则可以清除断点。

8数据探针可在框图程序上的数据流线上设置探针。通过探针窗口来观察该数据流线上的数据变化状况。

9颜色提取使用该工具来获取已染色对象的颜色，用于编辑其他的对象。

10颜色设置用来给窗口中的对象定义颜色。

第20页,共67页，2024年2月25日，星期天2.控件模板选择前面板窗口的Windows菜单下的ShowControlsPalette选项可显示出控制模板。控制模板只用于前面板，用来创建控制器和指示器。模板中显示的是一些子模板的图标，点击图标即可弹出该图标下的子模板。第21页,共67页，2024年2月25日，星期天控件模板中的子模板功能图标子模板名称功能1数字子模板提供各种数值控制和指示控件，如滑动杆、滚动条、旋钮、转盘和数值显示框等。

2布尔量

提供各种布尔型的控制和指示控件。包含各种开关、按钮以及指示灯等。

3字符串和路径

用于创建文本输入框和标签、输入和返回文件或目录的地址。

4数组和簇数组和簇的控制和显示控件。

第22页,共67页，2024年2月25日，星期天5列表和表格

表格形式数据的控制和显示控件。6图形显示

显示数据结果的趋势图和曲线图控件。

7环与枚举

环与枚举的控制和显示控件。

8容器

分页控件、子面板控件、ActiveX控件。

9输入/输出

与VISA、IVI、DAQ有关的数据源及通道名称。

10对话框控件这组控件和其它子模板的控件类似，只是外形有些差别。第23页,共67页，2024年2月25日，星期天11经典控件

经典控件，指以前版本软件的控件图标。

12参考号LabVIEW对文件、目录、设备等操作都需要一个参考号标示，这个子模板包括各类参考号。

13装饰件用于对前面板进行装饰的各种图形对象。14从文件系统选择控件调用存储在文件中的控件。

15用户控制

把控件放在\NationalInstruments\LabVIEW7.0\user目录中时，将出现在这个子模板中。

第24页,共67页，2024年2月25日，星期天其中最常用的控件是：数值型、布尔型①数值型Numeric主要完成参数设置和结果显示。这些控件相对于高级文本中的变量。控制型控件有：数字式、滑动式、进度条式、旋纽式、桶式指示型控件有：数字式、表盘式、温度计式、色彩第25页,共67页，2024年2月25日，星期天数值型控件的属性设置前面板窗口中放置一个数值型控件Knob，鼠标右击控件会弹出一个快捷菜单。第26页,共67页，2024年2月25日，星期天快捷菜单中有一些共同的选项，如：①Visibleltems：显示、隐藏控件的一些属性。②FindTerminal：高亮显示和该控件相对应的数据端口。③ChangetoControl／Indicator：控制和指示属性的转换。④DescriptionandTip…：打开控件对象的描述／提示对话框。⑤Create：创建局部变量(LocalVariable)、属性节点(PropertyNode)、控件参考(Reference)以及调用节点(1nvokeNode)。第27页,共67页，2024年2月25日，星期天⑥Replace：用其它控件对象来代替当前对象。⑦DataOperations：对数据的操作：ReinitializetoDefaultValue：恢复初始值。MakeCurrentValueDefault：设初始（默认）值。DataSocketConnection：启动DataSocket连接。Cut／Copy／PasteData：剪切／复制／粘贴。⑧Advanced：对前面板对象的高级操作：KeyNavigation：快捷键的设置SynchronousDisplay：同步显示Customize：用户自行定制控件。HideControl／Indicator：在前面板隐藏控制。EnabledState：确定对象是否有效。第28页,共67页，2024年2月25日，星期天在数值型控件Knob快捷菜单中还有:Representation(数据类型设置)DataRange（数值范围设置）

FormatandPrecision（数据表示格式和精度设置）AddNeedle（添加指示针）Scale（刻度）TextLabels（文本刻度模式）

Properties（属性设置）第29页,共67页，2024年2月25日，星期天在控件快捷菜单中选择Properties，将打开控件的属性对话窗口。第30页,共67页，2024年2月25日，星期天在Knob数值型控件的属性窗口中包括以下设置：Appearance：外观设置。可设控件的标签(Label)、标题(Caption)，可用性设置EnabledState，可设该旋钮控件指针（Needle）颜色。DataRange:数据范围设置。可设置控件的缺省值DefaultValue,数据的表示法Representation，设置控件的最小值、最大值以及数值变化步长。第31页,共67页，2024年2月25日，星期天Scale:刻度设置。可设置刻度线的颜色、刻度标识文字颜色、刻度反向、对数分布、显示颜色梯度图。还设置最小刻线值、最大刻线值。FormatandPrecision数据表示格式和精度设置。可选择设置数据表示为浮点、科学记数法、十六进制、二进制等以及数据的小数点后保留的位数。第32页,共67页，2024年2月25日，星期天单击属性对话窗口右上角的移动按钮，还会出现TextLabels和Documentaion的设置。将该控件设置为文本刻度模式，控件的文本刻度分别设置为sine、Square和Triangle，控件在前面板的外观如右图。第33页,共67页，2024年2月25日，星期天②布尔型包含控制器和指示器：按钮、开关、指示灯按键等。控件的值只能是Ture和False。第34页,共67页，2024年2月25日，星期天在前面板窗口中放置一个布尔型控件Boolean，然后用鼠标右键单击该控件，会弹出一个快捷菜单。Boolean控件的特有选项第35页,共67页，2024年2月25日，星期天在快捷菜单中选择“Properties”，会弹出该控件的属性窗口。动作方式文字说明图解m表示鼠标的操作动作，下降沿表示鼠标左键按下的时刻，上升沿表示鼠标按键释放的时刻。V表示开关的值，0或1。RD表示程序读取控件的时间点。第36页,共67页，2024年2月25日，星期天在SwitchWhenPressed、SwitchWhenReleased、SwitchUntilReleased三种动作方式中，开关的状态变化与VI程序是否读取开关值无关。在LatchWhenPressed、LatchWhenReleased、LatchUntilReleased三种动作方式中，开关的状态变化与VI程序读取有关。选择LatchWhenPressed动作方式，表明当开关按下鼠标时，开关的值立刻改变，并保持该值，直到VI程序读取该值后，其值又恢复为初始值（与按下鼠标后是否释放无关）。该开关动作常用于终止While循环。第37页,共67页，2024年2月25日，星期天3．函数模板(FunctionsPalette)

用于创建流程图程序。第38页,共67页，2024年2月25日，星期天函数模板中子模板功能图标子模板名称功能Structure（结构）包括程序控制结构命令，以及全局、局部变量。Numeric（数值运算）包括各种常用的数值运算。Boolean（布尔运算）包括各种逻辑运算符以及布尔常数。String（字符串运算）

包含各种字符串操作函数、数值与字符串之间的转换函数。

第39页,共67页，2024年2月25日，星期天函数模板中子模板功能图标子模板名称功能Array（数组）包括数组运算函数、数组转换函数，以及常数数组。Cluster（簇）包括簇的处理函数，以及群常数等。Comparison（比较）包括各种比较运算函数。Waveform（波形）各种波形处理工具。第40页,共67页，2024年2月25日，星期天函数模板中子模板功能图标子模板名称功能Analyze（信号分析）信号发生、时域及频域分析功能模块。Communication（通讯）包括TCP、DDE、ActiveX和OLE等功能的处理模块。SelectaVI（选择子VI）用来调用储存在文件系统中的子VI。Decorations(修饰)用线条、标签等对框图程序进行装饰的对象。第41页,共67页，2024年2月25日，星期天数据运算子模板和布尔运算子模板第42页,共67页，2024年2月25日，星期天2.2.4创建VI程序VI程序的创建：创建前面板设计框图程序调试程序1．前面板的设计应根据实际中的仪器面板以及该虚拟仪器所要实现的功能来设计前面板。

多数控件本质的区别在于其代表的数据类型不同。可对控件对象进行编辑，包括：改变对象的大小，设置对象的颜色，设置对象标签、标题的字体，排列、组合、锁定对象。

第43页,共67页，2024年2月25日，星期天2．框图程序的设计框图程序相当于源代码。用函数模板中VI的相关函数和程序结构，去处理数据以及数据端口之间的关系。函数和程序结构即是节点，节点即是程序的一条语句

，它包括函数、VI子程序、结构和代码接口。数据端口则可理解为程序的变量。

第44页,共67页，2024年2月25日，星期天3．程序的调试如果VI程序有错误，不能运行，工具栏的Run按钮将会显示成一个折断的箭头。点击该按钮可打开一个显示错误清单的窗口，选择一个列出的错误项，然后再点击Find按钮，则框图程序中出错的对象就会被呈高亮状态显示。VI程序常见的错误：（1）连接的端口之间数据类型不匹配。（2）必须连接的函数数据端口未连线。第45页,共67页，2024年2月25日，星期天程序的调试方法主要有：（1）高亮显示执行方式：正在执行的节点会以高亮形式显示。常结合单步模式，跟踪框图中的数据流传输情况。（2）单步执行：一个节点一个节点地执行。（3）探针：查看运行过程中数据流在该连线上的数据。（4）断点：程序运行到该处时会暂停执行，再单击暂停按钮程序会继续运行到下一个断点处或直到VI运行结束。第46页,共67页，2024年2月25日，星期天程序需实现功能：每隔一定时间测量一次温度，显示当前的测量温度值和已运行时间，同时显示实时温度测量曲线。第1步：设计前面板（1）在前面板放置一个Knob控件，此圆形旋钮用于选择测量时间间隔。（2）在前面板放置一个布尔型控件开关，此开关用于控制测量的启停。温度显示实例第47页,共67页，2024年2月25日，星期天（3）在前面板放置一个数值型的指示控件，用于显示程序运行时间。（4）在前面板放置一个图形显示控件，用于显示温度实时测量曲线。在控件的快捷菜单中选择VisibleItems→DigitalDisplay，显示出该控件附带的一个数字指示，并用文本标签工具添加文本“温度”第48页,共67页，2024年2月25日，星期天完成以上步骤后创建出如图所示的前面板。第49页,共67页，2024年2月25日，星期天第2步：设计框图程序（1）切换到框图程序窗口，调整数据端口图标的位置，WaveformChart控件，它在框图程序中出现的初始端口图标是，在该图标上右击弹出的快捷菜单中选择ViewAsIcon项，端口图标就变为。（2）选择WhileLoop，While循环中的端口输出While循环次数。第50页,共67页，2024年2月25日，星期天（3）放置随机函数发生器。该函数产生（0，1）之间的一个随机数，产生的随机数经运算处理后模拟温度采集值。（4）放置2个乘法函数。（5）放置3个数值常量端口。分别输入框图程序中所需的常数。（6）放置延时函数，该函数控制每次While循环的时间间隔，函数的左边端口连接一个数值指定延时的时间，单位为ms。第51页,共67页，2024年2月25日，星期天（7）选用用连线工具根据程序设计原理连接各个节点，得到框图程序如下。第52页,共67页，2024年2月25日，星期天2.2.5VI子程序创建VI子程序类似于传统程序设计语言中的函数或子程序。VI包括前面板、框图程序以及图标/连结端口(icon/connector)3部分。图标是VI子程序，在调用它的框图程序中所显示的外观。连结端口的是该VI与调用它的VI交换数据的端口。1．创建子VI子VI的创建包括图标编辑和连接端口的定义两部分。第53页,共67页，2024年2月25日，星期天（1）图标编辑右击窗口右上角图标,弹出菜单,选择EditIcon选项即可激活IconEditor（图标编辑器）窗口，如下图：图标编辑工具图标编辑工具：画线、画矩形工具、选择工具、文本工具、调色板工具等单色第54页,共67页，2024年2月25日，星期天（2）连接端口的创建连接端口是VI程序的数据的输入输出接口。应根据VI程序所需要的输入输出参数的个数，来确定连接端口的端口数，并确定前面板控制器和指示器与这些端口的对应关系。第55页,共67页，2024年2月25日，星期天例：将摄氏温度转换为华氏温度第1步：在前面板上放置一个数字控制器和一个数字指示器。将标签分别改为：摄氏温度值和华氏温度值。第2步：在框图程序中放置一个加法器和一个乘法器，以及两个数字常量。然后连线。第3步：图标编辑为。第56页,共67页，2024年2月25日，星期天第4步：右击，选择ShowConnector选项来定义连接端口，这时图标变成连接端口显示模式，呈现出2个端口，对应前面板上的2个控件。连线工具单击图标左边的端口，然后再单击前面板上的“摄氏温度值”控件，这时端口变为，表明已经定义了第一个数据端口。同样，定义华氏温度值的输出数据端口。第57页,共67页，2024年2月25日，星期天右击图标选择DisconnectTerminals，可重新分配数据端口。这样就完成了VI子程序的创建。第58页,共67页，2024年2月25日，星期天2．VI子程序的调用调用方法是：在函数模板中选择Selec