计算机仿真和可视化设计
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❖ 布尔逻辑子模板：包括各种逻辑运算 符以及布尔常数。
❖ 字符串运算子模板：包含各种字符串 操作函数、数值与字符串之间的转换函 数，以及字符(串)常数等。
❖ 数组子模板：包括数组运算函数、数 组转换函数，以及常数数组等。
功能模板(FunctionsPalette)
❖ 簇子模板。包括簇的处理函数， 以及簇常数等。
1 LABVIEW概述
❖ 1.1 由虚拟万能 材料试验机认 识虚拟设备
❖ 1.2 虚拟设备 （VI）的构造 平台
LabVIEW概述
❖ 本章介绍了图形编程语言LabVIEW和虚拟仪器（设 备）的概念，学习要点为：
❖ 虚拟仪器（设备）的概念、应用，和仿真实验与可 视化设计；
❖ LabVIEW系统使用的执行文件和目录； ❖ VI的三个部分：程序前面板、框图程序和图标/连接
计算机仿真和可视化设计
——基于LabVIEW的工程软件应用
目录
❖ 1 LABVIEW概述 ❖ 2 LABVIEW模板简介 ❖ 3 创建VI程序 ❖ 4 LABVIEW结构 ❖ 5 LABVIEW 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
窗口
LabVIEW基本演示
LabVIEW 7.1
❖ LabVIEW 有不同的版 本，目前已推出了
LabVIEW 8，但现主
要在用的是LabVIEW
7.1，7.0 和 6i。
LabVIEW具有向下兼 容性，高版本可以读 取版本低的文件。本 书VI主要用 6i 编写， 以保证上述版本均能 打开。
2 LABVIEW模板简介
工具模板(ToolsPalette)
❖ 操作工具 ❖ 选择（位置）工具 ❖ 标签工具 ❖ 连线工具 ❖ 对象弹出菜单工具 ❖ 平移工具 ❖ 断点工具 ❖ 探针工具 ❖ 颜色提取工具 ❖ 颜色工具
控制模板(ControlsPalette)
❖ 数值子模板：包含数值的控 制和显示。
❖ 布尔值子模块：逻辑数值的 控制和显示。
▶
访问Internet工具包
Web Publishing Tool…
访问Web发布工具VI
Advanced
▶
访问批量编译、VI矩阵及其它特性
Options…
定制LabVIEW应用的外观和特性
Browse浏览菜单
Show VI Hierarchy
This VI’s Callers ▶
This VI’s SubVIs ▶
创建新的VI 打开对话框选择要创建的文件类型 打开现有的VI 关闭启动的窗口 关闭所有窗口 保存当前 VI 将当前 VI另存为新名字 将VI的备份另存为新名字 定制保存 恢复VI到上次保存的版本 编辑打印机设置 打印Ⅵ组件的选项 打印窗口板 访问Ⅵ属性对话框 快速打开最近访问过的档 退出
Edit编辑菜单
❖ 字符串子模板：ASCII码字符 串和路径的控制和显示。
❖ 数组和群子模板：复合型数 据类型的控制和显示。
❖ 列表子模板：各类列表的控 制和显示。
❖ 图形子模板：显示数据结果 的趋势图和曲线图。
❖ 图文环（Ring）：控制和显 示菜单环和文字列表栏、图 像列表栏的选型。
控制模板(ControlsPalette)
接口。 ❖ 用户自定义的控制和显示。
功能模板(FunctionsPalette)
❖ 结构子模板：包括程控结构命令，例如 循环控制等，以及全局变量和局部变量。
❖ 数值运算子模板：包括各种常用的数 值运算符，如“＋－×÷”以及各种常见 的数值表达式，如+1运算；还包括数制 转换、三角函数、对数、复数等运算， 以及各种数值常数。
❖ 信号的输入输出子模板。 ❖ 路径和参考名(Refnum)子模板：
文件路径和各种标识的控制和显示。 ❖ 老版本子模板，列举老版本中的显
示控制件。 ❖ 对话框子模板：用于输入对话框的
显示控制。 ❖ 修饰子模板：用于给前面板进行装
饰的各种图形对象。 ❖ 控件容器库子模板：用于操作OLE、
ActiveX等功能。 ❖ 调用存储在文件中的控制和显示的
访问仪器驱动程序网
Instrumentation
▶ 访问DAQ通道浏览器和DAQ方案
Data Acquisition ▶
向导
VI Revision History
编制当前VI的修订记录
User Name…
设置和改变LabVIEW用户名
Edit库的内容或创建新VI
Internet Toolkit
执行VI 停止执行VI 调用VI时，暂停执行 打印VI前面板 将前面板数据记录写入文件 显示数据记录选项 设置当前值作为控件和指示器的默认值 将所有的控件和指示器设置为默认值
在运行与编辑模式之间切换
Tools工具菜单
Measurement & Automation 配置仪器和数据采集硬件
Explore…
LabVIEW 7.1计算空塔流速VI构建
虚拟仪器的编辑
❖ 选择对象。把 Positioning tool（位置工具)放在准备选
择的对象上，按住鼠标左键，该对象的轮廓边上出现流动 的虚线，表示对象被选中。如果要选择一个以上的对象， 按住Shift键不放，然后用鼠标单击每一个想要选择的对象。 也可以用位置工具，在窗口空白处按住鼠标左键拖出一个 虚线的矩形框，把想要选择的对象都包含在其中，这些对 象即被选中。
Unopened SubVIs
▶
Unopened Type Defs ▶
Breakpoints
访问VI层次窗口 访问所有调用当前SubVI的VI列表 访问当前VI的所有SubVI列表 访问当前中所有未打开SubVI列表 访问当前VI中所有未打开类型定义的列表 搜索并显示当前VI断点
Windows窗口菜单
❖ 单步进入节点按钮，再次单击此按钮，程序单步进入循环、 子VI等节点。通过单步进入节点，可以单步执行节点内的程 序。
❖ 单步退出节点按钮，再次单击此按钮，程序单步退出循环、 子Ⅵ等节点。通过单步退出节点，可完成单步通过节点功能， 并进到下一节点。
❖ 警告指示器，当Ⅵ程序存在潜在问题时，就会出现这个警告 指示，但这并不因此而引起Ⅵ不能执行。
窗口顶部工具栏
❖ 包括： ❖ 运行按钮、连续执行按钮、停止按钮、暂停
／继续按钮，字体环。 ❖ 排列调整环，间隙描述环，位置次序调整环。
框图程序窗口工具栏
❖ 高亮度执行按钮，在是否选择高亮度模式间切换，执行程序 时可以在框图程序中观察到数据流动。
❖ 单步通过按钮，进入单步模式时，程序单步通过一个节点并 停在下一节点上，同时它不停地闪烁，表示当前节点准备执 行。
❖ 学习子VI的建立和调用，这在建立一个高质量的VI 时十分必要。
[例] 3.1 计算空塔流速
首先启动LabVIEW系统程序，选择 New VI，屏幕出现一个无标题的VI前面板窗 口。本例中，我们有两个可控制量（自 变量）水量控制和滤塔直径；并有两个 显示量（因变量）滤塔面积和流速。
[例] 3.1 计算空塔流速VI构建
❖ 建立虚拟仪器就是根据功能目标创建对应的仪器面 板和框图程序，需要了解控制、功能模板上不同图 标的用途；
❖ 仪器面板设计重在控制和对话，框图程序重在实现 正确的相互关系；
❖ 掌握虚拟仪器编辑技术，熟练使用工具模板的各种 工具，是编程和调试VI的关键；
❖ 框图程序由节点、端点、图框和连线四种元素构成， 组合出相互的逻辑关系；
❖ 2.1概述 ❖ 2.2工具模板(ToolsPalette) ❖ 2.3控制模板(ControlsPalette) ❖ 2.4功能模板(FunctionsPalette)
LabVIEW模板学习要点
❖ 窗口顶部工具栏包括：运行、字体选择、排列调整和叠放次 序等操作按钮；
❖ 工具模板提供了编程使用的创建、修改和调试VI工具，在构 建和编辑VI时应首先确定选择了正确的工具；
器； ❖ LabVIEW的下拉和弹出菜单的概念、功能和使用。
演示虚拟材料试验机及其实验
启动虚拟实验
LabVIEW环境
❖ LabVIEW.exe执行程序，用于启动LabVIEW。 ❖ vi．1ib目录：该目录包含Ⅵ库，如数据采集、仪器控制和
分析Ⅵ。它必须与LabVIEW可执行程序在同一目录下。不 要改变vi．1ib目录的名称，因为LabVIEW启动时要查找该 目录。如果改变此名称，就不能使用众多的控件和库函数。 ❖ example目录：该目录包含许多Ⅵ示例，这些例子示范 LabVIEW的功能。 ❖ user.1ib目录：用户创建的Ⅵ保存于该目录并将出现在 LabVIEW的FunctionsPalette(函数选项板)上。 ❖ instx.1ib目录：如果希望用户仪器驱动程序库出现在 LabVIEW的函数选项板上，应将其放置在该目录下。
❖ 控制模板服务于前面板，用于添加输入控制和输出显示。每 个图标代表一个子模板。常用的有：数值、布尔值、字符串、 数组和群、列表、图文环、图形信号、输入输出和修饰等子 模板；
❖ 功能模板服务于框图程序，每个图标代表一个子模板。常用 的有：结构、数值运算、布尔逻辑、比较运算、字符串运算、 数组和群、时间、文件、输入/输出等子模板。
撤销刚刚完成的操作 恢复被撤销的操作
消除选中的对象并将其放置在剪贴板 上
复制选中的对象并将其放置在剪贴板 上
将剪贴板备份内容置入启动窗口中 删除选中的对象 查找VI、其它对象和文本 显示查找结果并访问列表中的每—项 修改当前选择的前面板控件对象 选中的前面板对象与窗口同比例缩放 设置前面板对象顺序 将图形文件导入LabVIEW剪贴板 删除所有错误连线 将选中的框图对象转换为SubVI 为当前VI创建用户运行时菜单
Undo Redo Cut Cope Paste Clear Find… Show Search Results Customize Control Scale Object With Panel Set Tabbing Order Import Picture from File… Remove Broken Wires Create SubVI Run-Time Menu…
Show Diagram Show Controls Palette Show Tools Palette Show Clipboard Show Error List Tile Left and Right Tile Up and Down Full Size … …
在面板和框图窗口间切换 显示控件选项板 显示工具选项板 显示剪贴板的内容 显示错误对话框 并排显示前面板和框图 上下显示前面板和框图 最大化活动窗口 …表示列出所有打开的前面板和框图
VI的构成
❖ VI包括三个部分：
程序前面板 框图程序 图标/连接器
File文档菜单
New VI New… Open… Close Close All Save Save As… Save All Save with Options Revert… Page Setup Print Print Window… VI Properties Recently Opened Files ▶ Exit
Operate操作菜单
Run
Stop
Suspend when Called
Print at Completion
Log at Completion
Data Logging
▶
Make Current Values Default
Reinitialize All To Default
Change to Run Mode
❖ 比较子模板：包括各种比较运算函 数，如大于、小于、等于。
❖ 时间和对话框子模板：包括对话 框窗口、时间和出错处理函数等。
❖ 文件输入/输出子模板：包括处 理文件 I/O的程序和函数。
❖ “选择…VI子程序”子模板： 可以选择一个VI程序作为子程序 （SubVI）插入当前程序中。
虚拟万能材料试验机组装
虚拟万能材料试验机组装
3 创建VI程序
3.1 实例体验虚拟仪器的建立过程 3.2 虚拟仪器的编辑 3.3 框图程序的构成元素 3.4 子VI的建立和使用
3 学习指导
尽早投入编程实践对学习LabVIEW至关 重要，在跟随本章进行编程实践时体 会VI的创建、了解VI的组成，掌握编 辑修改方法。
学习要点
❖ 字符串运算子模板：包含各种字符串 操作函数、数值与字符串之间的转换函 数，以及字符(串)常数等。
❖ 数组子模板：包括数组运算函数、数 组转换函数，以及常数数组等。
功能模板(FunctionsPalette)
❖ 簇子模板。包括簇的处理函数， 以及簇常数等。
1 LABVIEW概述
❖ 1.1 由虚拟万能 材料试验机认 识虚拟设备
❖ 1.2 虚拟设备 （VI）的构造 平台
LabVIEW概述
❖ 本章介绍了图形编程语言LabVIEW和虚拟仪器（设 备）的概念，学习要点为：
❖ 虚拟仪器（设备）的概念、应用，和仿真实验与可 视化设计；
❖ LabVIEW系统使用的执行文件和目录； ❖ VI的三个部分：程序前面板、框图程序和图标/连接
计算机仿真和可视化设计
——基于LabVIEW的工程软件应用
目录
❖ 1 LABVIEW概述 ❖ 2 LABVIEW模板简介 ❖ 3 创建VI程序 ❖ 4 LABVIEW结构 ❖ 5 LABVIEW 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
窗口
LabVIEW基本演示
LabVIEW 7.1
❖ LabVIEW 有不同的版 本，目前已推出了
LabVIEW 8，但现主
要在用的是LabVIEW
7.1，7.0 和 6i。
LabVIEW具有向下兼 容性，高版本可以读 取版本低的文件。本 书VI主要用 6i 编写， 以保证上述版本均能 打开。
2 LABVIEW模板简介
工具模板(ToolsPalette)
❖ 操作工具 ❖ 选择（位置）工具 ❖ 标签工具 ❖ 连线工具 ❖ 对象弹出菜单工具 ❖ 平移工具 ❖ 断点工具 ❖ 探针工具 ❖ 颜色提取工具 ❖ 颜色工具
控制模板(ControlsPalette)
❖ 数值子模板：包含数值的控 制和显示。
❖ 布尔值子模块：逻辑数值的 控制和显示。
▶
访问Internet工具包
Web Publishing Tool…
访问Web发布工具VI
Advanced
▶
访问批量编译、VI矩阵及其它特性
Options…
定制LabVIEW应用的外观和特性
Browse浏览菜单
Show VI Hierarchy
This VI’s Callers ▶
This VI’s SubVIs ▶
创建新的VI 打开对话框选择要创建的文件类型 打开现有的VI 关闭启动的窗口 关闭所有窗口 保存当前 VI 将当前 VI另存为新名字 将VI的备份另存为新名字 定制保存 恢复VI到上次保存的版本 编辑打印机设置 打印Ⅵ组件的选项 打印窗口板 访问Ⅵ属性对话框 快速打开最近访问过的档 退出
Edit编辑菜单
❖ 字符串子模板：ASCII码字符 串和路径的控制和显示。
❖ 数组和群子模板：复合型数 据类型的控制和显示。
❖ 列表子模板：各类列表的控 制和显示。
❖ 图形子模板：显示数据结果 的趋势图和曲线图。
❖ 图文环（Ring）：控制和显 示菜单环和文字列表栏、图 像列表栏的选型。
控制模板(ControlsPalette)
接口。 ❖ 用户自定义的控制和显示。
功能模板(FunctionsPalette)
❖ 结构子模板：包括程控结构命令，例如 循环控制等，以及全局变量和局部变量。
❖ 数值运算子模板：包括各种常用的数 值运算符，如“＋－×÷”以及各种常见 的数值表达式，如+1运算；还包括数制 转换、三角函数、对数、复数等运算， 以及各种数值常数。
❖ 信号的输入输出子模板。 ❖ 路径和参考名(Refnum)子模板：
文件路径和各种标识的控制和显示。 ❖ 老版本子模板，列举老版本中的显
示控制件。 ❖ 对话框子模板：用于输入对话框的
显示控制。 ❖ 修饰子模板：用于给前面板进行装
饰的各种图形对象。 ❖ 控件容器库子模板：用于操作OLE、
ActiveX等功能。 ❖ 调用存储在文件中的控制和显示的
访问仪器驱动程序网
Instrumentation
▶ 访问DAQ通道浏览器和DAQ方案
Data Acquisition ▶
向导
VI Revision History
编制当前VI的修订记录
User Name…
设置和改变LabVIEW用户名
Edit库的内容或创建新VI
Internet Toolkit
执行VI 停止执行VI 调用VI时，暂停执行 打印VI前面板 将前面板数据记录写入文件 显示数据记录选项 设置当前值作为控件和指示器的默认值 将所有的控件和指示器设置为默认值
在运行与编辑模式之间切换
Tools工具菜单
Measurement & Automation 配置仪器和数据采集硬件
Explore…
LabVIEW 7.1计算空塔流速VI构建
虚拟仪器的编辑
❖ 选择对象。把 Positioning tool（位置工具)放在准备选
择的对象上，按住鼠标左键，该对象的轮廓边上出现流动 的虚线，表示对象被选中。如果要选择一个以上的对象， 按住Shift键不放，然后用鼠标单击每一个想要选择的对象。 也可以用位置工具，在窗口空白处按住鼠标左键拖出一个 虚线的矩形框，把想要选择的对象都包含在其中，这些对 象即被选中。
Unopened SubVIs
▶
Unopened Type Defs ▶
Breakpoints
访问VI层次窗口 访问所有调用当前SubVI的VI列表 访问当前VI的所有SubVI列表 访问当前中所有未打开SubVI列表 访问当前VI中所有未打开类型定义的列表 搜索并显示当前VI断点
Windows窗口菜单
❖ 单步进入节点按钮，再次单击此按钮，程序单步进入循环、 子VI等节点。通过单步进入节点，可以单步执行节点内的程 序。
❖ 单步退出节点按钮，再次单击此按钮，程序单步退出循环、 子Ⅵ等节点。通过单步退出节点，可完成单步通过节点功能， 并进到下一节点。
❖ 警告指示器，当Ⅵ程序存在潜在问题时，就会出现这个警告 指示，但这并不因此而引起Ⅵ不能执行。
窗口顶部工具栏
❖ 包括： ❖ 运行按钮、连续执行按钮、停止按钮、暂停
／继续按钮，字体环。 ❖ 排列调整环，间隙描述环，位置次序调整环。
框图程序窗口工具栏
❖ 高亮度执行按钮，在是否选择高亮度模式间切换，执行程序 时可以在框图程序中观察到数据流动。
❖ 单步通过按钮，进入单步模式时，程序单步通过一个节点并 停在下一节点上，同时它不停地闪烁，表示当前节点准备执 行。
❖ 学习子VI的建立和调用，这在建立一个高质量的VI 时十分必要。
[例] 3.1 计算空塔流速
首先启动LabVIEW系统程序，选择 New VI，屏幕出现一个无标题的VI前面板窗 口。本例中，我们有两个可控制量（自 变量）水量控制和滤塔直径；并有两个 显示量（因变量）滤塔面积和流速。
[例] 3.1 计算空塔流速VI构建
❖ 建立虚拟仪器就是根据功能目标创建对应的仪器面 板和框图程序，需要了解控制、功能模板上不同图 标的用途；
❖ 仪器面板设计重在控制和对话，框图程序重在实现 正确的相互关系；
❖ 掌握虚拟仪器编辑技术，熟练使用工具模板的各种 工具，是编程和调试VI的关键；
❖ 框图程序由节点、端点、图框和连线四种元素构成， 组合出相互的逻辑关系；
❖ 2.1概述 ❖ 2.2工具模板(ToolsPalette) ❖ 2.3控制模板(ControlsPalette) ❖ 2.4功能模板(FunctionsPalette)
LabVIEW模板学习要点
❖ 窗口顶部工具栏包括：运行、字体选择、排列调整和叠放次 序等操作按钮；
❖ 工具模板提供了编程使用的创建、修改和调试VI工具，在构 建和编辑VI时应首先确定选择了正确的工具；
器； ❖ LabVIEW的下拉和弹出菜单的概念、功能和使用。
演示虚拟材料试验机及其实验
启动虚拟实验
LabVIEW环境
❖ LabVIEW.exe执行程序，用于启动LabVIEW。 ❖ vi．1ib目录：该目录包含Ⅵ库，如数据采集、仪器控制和
分析Ⅵ。它必须与LabVIEW可执行程序在同一目录下。不 要改变vi．1ib目录的名称，因为LabVIEW启动时要查找该 目录。如果改变此名称，就不能使用众多的控件和库函数。 ❖ example目录：该目录包含许多Ⅵ示例，这些例子示范 LabVIEW的功能。 ❖ user.1ib目录：用户创建的Ⅵ保存于该目录并将出现在 LabVIEW的FunctionsPalette(函数选项板)上。 ❖ instx.1ib目录：如果希望用户仪器驱动程序库出现在 LabVIEW的函数选项板上，应将其放置在该目录下。
❖ 控制模板服务于前面板，用于添加输入控制和输出显示。每 个图标代表一个子模板。常用的有：数值、布尔值、字符串、 数组和群、列表、图文环、图形信号、输入输出和修饰等子 模板；
❖ 功能模板服务于框图程序，每个图标代表一个子模板。常用 的有：结构、数值运算、布尔逻辑、比较运算、字符串运算、 数组和群、时间、文件、输入/输出等子模板。
撤销刚刚完成的操作 恢复被撤销的操作
消除选中的对象并将其放置在剪贴板 上
复制选中的对象并将其放置在剪贴板 上
将剪贴板备份内容置入启动窗口中 删除选中的对象 查找VI、其它对象和文本 显示查找结果并访问列表中的每—项 修改当前选择的前面板控件对象 选中的前面板对象与窗口同比例缩放 设置前面板对象顺序 将图形文件导入LabVIEW剪贴板 删除所有错误连线 将选中的框图对象转换为SubVI 为当前VI创建用户运行时菜单
Undo Redo Cut Cope Paste Clear Find… Show Search Results Customize Control Scale Object With Panel Set Tabbing Order Import Picture from File… Remove Broken Wires Create SubVI Run-Time Menu…
Show Diagram Show Controls Palette Show Tools Palette Show Clipboard Show Error List Tile Left and Right Tile Up and Down Full Size … …
在面板和框图窗口间切换 显示控件选项板 显示工具选项板 显示剪贴板的内容 显示错误对话框 并排显示前面板和框图 上下显示前面板和框图 最大化活动窗口 …表示列出所有打开的前面板和框图
VI的构成
❖ VI包括三个部分：
程序前面板 框图程序 图标/连接器
File文档菜单
New VI New… Open… Close Close All Save Save As… Save All Save with Options Revert… Page Setup Print Print Window… VI Properties Recently Opened Files ▶ Exit
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Run
Stop
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Print at Completion
Log at Completion
Data Logging
▶
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❖ 比较子模板：包括各种比较运算函 数，如大于、小于、等于。
❖ 时间和对话框子模板：包括对话 框窗口、时间和出错处理函数等。
❖ 文件输入/输出子模板：包括处 理文件 I/O的程序和函数。
❖ “选择…VI子程序”子模板： 可以选择一个VI程序作为子程序 （SubVI）插入当前程序中。
虚拟万能材料试验机组装
虚拟万能材料试验机组装
3 创建VI程序
3.1 实例体验虚拟仪器的建立过程 3.2 虚拟仪器的编辑 3.3 框图程序的构成元素 3.4 子VI的建立和使用
3 学习指导
尽早投入编程实践对学习LabVIEW至关 重要，在跟随本章进行编程实践时体 会VI的创建、了解VI的组成，掌握编 辑修改方法。
学习要点