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1、计算机仿真和可视化设计,基于LabVIEW的工程软件应用,蔡建安 陈洁华 张文艺,目录,1LABVIEW概述 2LABVIEW模板简介 3创建VI程序 4LABVIEW结构 5LABVIEW 数据类型 6图表及图形 7字符串和文件I/O 8数据采集 9工程仿真和设计常用编程技法 10虚拟设备实例水环境工程仿真软件 11附录,LABVIEW结构,4.1While Loop循环 4.2For Loop 循环 4.3移位寄存器 4.4Case结构 4.5顺序结构 4.6结构连线中的常见问题 4.7公式节点 4.8局部变量和全局变量,学习指导,LabVIEW 有四种结构控制程序流程：While Loo

2、p循环，For Loop循环，Case结构和Sequence结构。公式节点、局部和全局变量等特殊结构对简化程序和传递数据有重要意义。,学习要点,While循环的执行是根据条件端子上输入的布尔值是 TRUE或 FALSE确定的，用布尔开关人工控制时需了解对应的机械操作模式；For循环将子框图执行N次，N为计数端的输入值； 在For 或 While Loop循环中，应掌握移位寄存器的用法； Case结构是执行条件语句的一种方法，能代替常规语言的 IFThenElse和多项选择语句，需要关注Case下多选子框图标识符的用法； 顺序结构为控制节点按顺序执行的方法。该结构只有数据相关性不足以控制数据流，

3、而又必需强调执行顺序时才使用；,学习要点,解决结构连线问题往往是结构编程的关键，特别要掌握结构下数据隧道的正确使用； 公式节点是种允许用文本语言编写一个或多个代数公式的结构。在公式节点上建立输入和输出端子后，用公式节点支持的运算符和函数写出以分号结尾的语句； 局部变量用于程序中控制初始化、协调控制功能、临时保存数据和传递数据。全局变量可在不同VI之间交换数据。,4.1While Loop循环,While循环有两个端子：条件端子(输入端子)和重复端子(输出端子)。重复端子的作用是输出循环已执行次数的数字。条件端子输入的是布尔值 TRUE 或 FALSE。在每一次重复执行后， 检查条件端子，如果条

4、件端子值为 TRUE 那么执行下一个重复，直到条件端子变成 FALSE。条件端子的默认值是 FALSE。由于检查条件端子输入值是循环结束后，因此While循环至少也要执行次。,布尔开关机械操作模式,六种模式 Switch When Pressed(按下时启动） Switch When Released(松开时启动) Switch Until Released(按下启动直到松开) Latch When Pressed(按下时锁定) Latch When Released(松开时锁定) Latch Until Released(直到松开时才锁定),4.2For Loop 循环,在指定次数的重复操作

5、完成之前，For循环控制VI执行重复操作。 For循环和While 循环之间的差别是：For循环的次数是预先指定的； While 循环则一直执行，直到输入条件变为False为止。For循环与While 循环都可以在Function菜单的Structures选项板中可找到,4.3移位寄存器,移位寄存器(Shifiregister)用于 For循环或 While循环中从一个迭代传输数据到下一个迭代，它由循环垂直边框上一对方向相反的端子组成，通过从左或右循环边框上弹出快捷菜单并选择Add Shift Register，可以创建移位寄存器。右端子(带向上箭头的矩形)在每完成一次迭代后存储数据，移位寄存

6、器将上次迭代的存储数据在下一次迭代开始时移动到左端子(具有向下箭头的矩形)上，同一个寄存器端子上数据类型的数据必须是同一类型。,建立循环结构演示,建立循环结构和移位寄存器演示,4.4Case结构,Case结构是执行条件语句的一种方法。这类似于常规的文本编程语言中常见的 IFThenElse语句。从Functions选项板的Structures子选项板中选择Case结构并将其放置在框图上。,4.5顺序结构,顺序结构用于顺序地执行子框图。这些子框图看起来像一帧电影胶片，因此称为帧(frame)。 将最先要执行的代码放置在顺序结构帧0(0.x)边框内，然后依次将执行代码放在帧1、帧2 框内。只有当最

7、后一帧完成后，数据才离开结构,4.6结构连线中的常见问题,1、给顺序结构局部变量多次赋值 2、对顺序结构中的多个帧进行连线 3、未在Case结构的所有分支中连接隧道 4、隧道重叠 5、连线从结构下面通过而不是从结构上穿过,例4-5 Case结构演示,1、设当水中溶解氧浓度超过2mg/L时，反应速度为K0，否则降低为0.1K0。 2、添加分支，设当水中溶解氧浓度超过4mg/L时，反应速度为K0；超过2mg/L时，反应速度为0.5K0，否则降低为0.1K0。,例4-5 Case结构演示,4.7公式节点,公式节点(Formula Node)是种结构，允许用户使用类似于多数文本编程语言的句法，编写一个

8、或多个代数公式。 这对于实现有多个变量的公式来说很有用。否则需要使用复杂的框图模型。 通过在框中直接键人公式代码来代替创建框图部分。,公式节点的输入、输出变量,从公式节点边框上弹出快捷菜单，从中选择Add Input 或 Add Output。 Change to Output可将输入改变为输出，Change to Input可将输出改变为输入。 在公式节点上有了I/O端子，使用Labeling 工具键入I/O变量的名字。 节点中每一个变量不能具有相同的名字。用于内部计算的中间变量必须声明为输出，但不一定要连接到外部节点。,LabVIEW 7.1 一级反应VI,公式语句,公式语句使用的算术表达

9、式，句法类似于多数文本编程语言。可给语句添加注释，注释用一对 “*” 封闭起来(/*注释*/ )。 使用Labeling工具在公式节点内输入公式，每个公式一定要用分号结束，并且变量的名字是大小写敏感的。,公式节点的运算符,例 4.9均布载荷简支梁受力和变形,局部变量的创建和使用方法,局部变量的创建既可以通过图示右键弹出菜单获得，也可以在功能模板上选择Function/Structures/Local Variable将其拖到框图上，得到一个代“？”的图标，再将其与框图中已有的变量建立关联。,4.8局部变量和全局变量,局部变量用于程序中控制初始化、协调控制功能、临时保存数据和传递数据。 全局变量

10、可在不同VI之间交换数据。,局部变量和公式节点,例4.7 LabVIEW 7.1,全局变量,全局变量与VI地位等同，以独立文件的形式保存在磁盘中。 全局变量只有面板没有框图。通过全局变量不同VI之间交换数据。 全局变量的创建步骤： 在Function Structures下选择Global Variable，将其图标拖到框图中。 双击Global Variable图标，得到其前面板 在其前面板上放上所需要的变量，例如数组、布尔量、字符串变量。 命名和保存这个变量。,LABVIEW 数据类型,5.1LabVIEW的数据类型 5.2数值类型 5.3LabVIEW的数组 5.3.1创建控制器数组和指

11、示器数组 5.3.2用循环创建数组 5.3.3数组功能,LABVIEW 数据类型,5.4函数的多态性操作 5.5簇 5.5.1创建簇控件和指示器 5.5.2簇顺序 5.5.3簇函数 5.5.4数组和簇的互换,学习指导,LabVIEW的数据按类型有数值量、逻辑量、字符串、文件路径等几类，在结构上有标量、一维、多维和簇，编程需要使数据连线匹配。,学习要点,认识数据类型的概念，编程时需要明确函数和子VI每一个数据结点的数据匹配； 数组是同类数据元素的集合，簇是混合元素的集合。熟悉数组的建立和使用过程，掌握数据类型及其结构在使用时的转换方法； 掌握循环结构的自动索引功能和函数的多态性操作方法。,5.1

12、LabVIEW的数据类型,5.2数值类型,最基本的数据类型是数值类型，这是一种标量值，通常包括一个整型值或实型数值(浮点)。 LabVIEW可以处理当前32位处理器提供的可能整型和实型的表示法。 选择合适数值表示法的关键是要求的范围和精度。数据类型占用的字节越多，取值的可能范围越大。 浮点类型和单精度类型可以处理的最大值为1038，一个无符号整型数的上限为2 N-1，其中N是位的数值。,5.3LabVIEW的数组,5.3.1创建控制器数组和指示器数组 从控制模板中的Array & Cluster子模板中选择一个空的数组壳； 将有效数据对象(诸如数字、布尔型或字符串)拖进数组壳或者从数组壳的弹出

13、菜单中选一个控制对象或指示器直接放入数组壳中。 5.3.2用循环创建数组 For循环和 While循环可以在其边界处自动地检索和累积数组元素，这种能力称为自动索引。 每循环一次就建立一个数组元素，在循环结束后，把数组送到一个数组指示器。,5.3.3数组功能,Array Size 指的是输入数组的元素数，N维数组的输出则是N个元素的数组。 Initialize Array 创建个包含初始值的数组。初始值由Element给出。 Build Array构组数组， 用于合并多个数组或给数组添加元素。,5.3.3数组功能,Array Subset数组子集 从输入数组中，输出个数组子集，以index指定开

14、始的元素，以length指定元素个数。 Index Array索引数组 index指定索引号，指定元素，第一个元素的索引号是0。,5.4函数的多态性操作,多态性（Polymorphism）是LabVIEW的函数接受不同维数数组和类型输入的能力。拥有这种能力的算术是多态函数。,5.4多态函数的运算规则,标量与标量相加输出结果是一个标量。 标量与数组相加结果每个元素被加上这个标量。 数组与数组相加结果是每个元素被加到另一个数组。 标量与数组相乘结果是每个元素被乘上这个标量。 标量与数组相除结果是每个元素被除以这个标量。 数组与数组相乘结果是一个数组，但由于一个数组的尺寸比另一个小，故得到的输出与输

15、入数组中较小的一个一样大小，乘运算作用于两个输入数组中的相应元素。,5.5簇,簇（cluster）是一种类似数组一样的数据结构，用于分组数据。 簇具有固定的大小。可以包含不同的数据类型。 簇由控件或指示器组成。 簇通常用于将出现在框图上的有关数据元素分组管理。因为簇在框图中仅用惟一的连线， 在框图上，只有当簇具有相同类型、相同元素数量和相同元素顺序时，才可以将簇的端子连接。 多态性应用于簇时，需要簇具有相同元素数量和相同元素顺序。,创建簇控件和指示器,在前面板上放置簇框架(cluster shell)创建簇控件和指示器。 将数字、布尔型、字符串、图表、图形、数组等任意组合放进来创建。 簇可以包含控件或指示器，但两者不能同时存在。一个簇成为控件簇或指示器簇取决于放进簇中的第一个元素。如果放进簇框架中的第一个元素是控件，后来给簇添加的任何对象都将变成控件对象。,创建数组指示器,创建簇控件和指示器,5.5.2簇顺序,簇元素按照它们放人簇中的先后顺序排序，而不是按照簇框架内的物理位置排序。簇框架中的第个对象标记为元素0，插入的第二个对象是元素1等等。 如果要访问簇中单个元素，必须记住簇顺序，因为簇中的单个元素是按顺序而不是按名字访问的。,5.5.3簇函数,1、捆绑（B