第1章虚拟仪器技术及LabVIEW入门

摄氏温度转换华氏温度的数学关系为
F C 1.8 32
(1-1)
华氏温度转换摄氏温度的数学关系为
C (F 32) 5
9
(1-2)
温度转换对应关系
℃
℉
0℃ →
32 ℉
100 ℃ →
212 ℉
每一份 ℃= （212-32）/100 ℉=（180）/100 ℉=9/5 ℉
结论： 1℃=9/5 ℉
下拉列表 环和枚举的控制和 环和枚举 显示
控制模板功能说明
容器
I/O 对话框控 制 经典控件
分页控制、子面 板控制、ActiveX 控件容器
提供与输入、输 出有关的硬件接 口
对话框控制和显 示
提供早期的面板 控件
控制模板功能说明
用于文件、目录、设 引用句柄 备和网络连接的参考
数
装饰修饰 用于前面板装饰
主菜单包含有：File（文件）、Edit（编 辑）、Operation（操作）、Tools（工 具）、Browse（浏览）、Window（窗 口）、Help（帮助）
如果要查看某个功能函数或者 VI 的输入输 出，需要从Help菜单中选择Show Help， 再把光标置于这个功能函数或者 VI上。
2.显示对象（Indicator）、控制对象 （Control）和数值常数对象
可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理 功能，可以创造出功能更强的仪器。
用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。 虚拟仪器实际上：
是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。
二、LabVIEW （Laboratory Virtual instrument Engineering）
LabVIEW是一种图形化的编程语言 其他编程语言：文本式编程语言
结构
程序的结构控制
数值运算 数值运算符号
布尔运算 布尔运算符号
字符串函 字符串操作函数
数
节点
数组
数组运算与数组 转换函数
函数模板功能说明
簇
簇处理和簇常数
比较运 数字量、布尔量、
算
字符串比较运算
时间与 时间函数、对话框 对话框 窗口及错误端口
文件I/O
文件输入/输出管理 及文件路径常数
波形
波形测量工具和数 学分析
函数模板功能说明
应用控制
文件I/O 图形与声 音
外部程序或VI调 用、打印菜单， 帮助管理
仪器接口的驱动 程序
3D图形、绘图及 声音处理
报表生成
报表的创建、存 储、打印设置
同步
同步功能
随机数产生
前面板设计窗口
随机数产生
流程图编辑窗口
随机数产生
流程图编辑窗口
随机数产生：
产生0-1之间的双精度浮点数。产生的数字 大于等于0，小于1，呈均匀分布。
第1章 虚拟仪器技术及 LabVIEW入门
天津电子信息职业技术学院 周冀馨
一、虚拟仪器概念
虚拟仪器（virtual instrumention）是基于 计算机的仪器。
计算机和仪器结合方式：
典型的PC —DAQ/PCI虚拟仪器方案
介绍典型的PC-DAQ/PCI虚拟仪器方案
被
信
数
数
测
号
据
据
对
调
采
处
LabVIEW的程序设计实质上就是设计一个个的“虚拟 仪器” （Virtual Instrument ），即“VI”。在 计算机显示屏幕上产生一个前面板(front panel)， 前面板具有与传统仪器类似的界面，可接受用户的 鼠标指令；在后台流程图面板则利用图形化编程语 言编制用于控制前面板的程序。
工具模板
提供了各种用于创建、修改和调试 VI程序的工具。 工具模板在两个工作窗口中都存在。
工具模板功能
自动功能选择: 绿色指示灯点亮为自动状态。 当鼠标在前面板或流程图对象上移动时，
系统自动选择相应工具
操作工 用于前面板操 具作
连线工 用于流程图上 具 的连线
工具模板功能
定位选择
用于选择、移动、改 变对象大小
控件选择
调用存储在文件中的 控制和显示接口
用户控制
用户自定义的控制和 显示
函数模板功能说明
函数选板 只有在打开了流程 图程序窗口，才能出现函数 选板。
函数选板是创建流程图程序 的工具。
该选板上的每一个顶层图标 都表示一个子选板。
这个选板是多层的，其中每 一个子选板下还包括多个对 象。
函数模板功能说明
带停止按钮的While循环
重复执行内部的子程序框图，直至条件接线 端（输入端）接收到特定的布尔值。如在程 序框图上放置该While循环，循环的条件接线 端旁可显示停止按钮并自动连线。
等待下一个整数倍毫秒 (函数) 等待直至毫秒计时器的值为毫秒倍数中指定值的整数倍。
该函数用于同步各操作。可在循环中调用该函数，控制 循环执行的速率。但是，第一个循环周期可能很短。连 线0至毫秒倍数输入，可迫使当前线程放弃对CPU的控制。 该函数进行异步系统调用，但函数节点却是同步操作的。 所以，直至指定时间结束，函数才停止执行。 添加至程序框图 在选板中定位 毫秒倍数输入端用于指定VI运行的时间间隔，以毫秒为 单位。连线0至该参数可强制当前线程放弃CPU。 毫秒 计时值返回毫秒计时器等待时间。
三、虚拟仪器与传统仪器的比较
虚拟仪器具有传统独立仪器无法比拟的优 势，它们相互交叉又相互补充，相得益彰。 独立仪器：使用在高速度、高带宽和专业测 试领域 虚拟仪器：使用在中低档测试领域，复杂环 境下的自动化测试
虚拟仪器的整体构成
虚拟仪器
通用仪器硬件平台
计算机 I/O接口设备
应用软件
应用程序 I/O接口设备驱动程序
三、虚拟仪器与传统仪器的比较
功能 仪器功能 关键 系统升级 价格 使用 开发维护 技术革新周到期
虚拟仪器 仪器功能由用户自己定义
传统仪器 仪器功能只有厂家能定义
关键是软件
关键是硬件
系统升级方便，通过网络下载升 级程序
价格低廉，仪器间资源可重复利 用率高
开放灵活，可与计算机技术同步 发展
升级成本较高，升级必须厂家上门 服务 价格昂贵，仪器间一般无法相互利 用
a.基于文本式编程语言：如C, Visual C++, Visual Basic等。
b.基于图形化编程语言：如LabVIEW。
第2节 LabVIEW运行环境
LabVIEW （ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工程平台） 是美国NI公司（National Instrument Company）推 出的一种基于G语言（Graphics Language，图形化 编程语言）的虚拟仪器软件开发工具。
例如：DBL 符号表示对象数据类型是双精度数； TF 符号表示布尔数； I16 符号表示16位整型数；
ABC符号表示对象数据类型是字符串。
不同的线型代表不同的数据类型。下面是一 些常用数据类型所对应的线型和颜色：
前面板
前面板是用户接触的图形界面，即虚拟仪器操作面板。具体表现为开关、旋钮、图 形、图表以及其他控制（control）和显示对象（indicator），这使得用户界面 更加直观易懂。
显示图表
控制旋钮
随机信号发生器的前面板
控制开关
流程图面板 流程图提供VI的图形化源程序。在流程图中对VI编程，以控制和 操纵定义在前面板上的输入和输出功能。
流程图由端口、节点、图框和连线构成。
与前面板控件对 应的对象端口
常ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ端口
功能函数节点：随机数发生器
与前面板显示 对应的对象端 口
图框：循环控 制
图框：用来实现结构化控制命令。 连线：用于代表程序执行过程中的数据流，数
据是单向流动的。是程序框图中各个对象之间传 递数据的通道。
LabVIEW的操作模板
在LabVIEW的用户界面上，提供的操作 模板， 包括： 1）工具选板 （Tools） 2）控件选板 （Controls） 3）函数选板 （Functions） 这些选板集中反映了该软件的功能与特征。
虚拟仪器软件由两大部分构成，即应用程序和I/O 接口仪器驱动程序。
1、应用程序（它包含两个方面的程序）： a、实现虚拟面板功能的前面板软件程序； b、定义仪器测试功能的流程图软件程序。
2、I/O接口仪器驱动程序：这类程序用来完成特定 外部硬件设备的扩展、驱动与通信。
目前己经有多种虚拟仪器的软件开发平台，大体 可分为两类：
固定的，仪器间相互配合较差
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（0.5—1年）
技术更新周期长（5—10年）
编程软件 显示选项 时间记录 自动化
自己编程硬件，二次开发强 无限显示选项 完整的时间记录和测试说明 自动化的测试过程
无法自己编程硬件，二次开发弱 有限显示选项 部分的时间记录和测试说明 测试过程部分自动化
文本编辑 创建文本
用于弹出对象的属性 对象菜单 菜单，作用与鼠标右
键一样
滚动工具 实现窗口漫游功能
工具模板功能
断点工具
在调试程序时，为程 序设置断点
在数据线或节点上设 探针工具 置探针来观察数据变
化
取色工具 提取对象当前颜色
着色工具 用于给对象定义颜色
控制模板功能说明
在进行前面板设计时， 使用控制模板。
连线
随机信号发生器的流程图
LabVIEW的程序设计： LabVIEW有3类端口：
1）前面板对象端口 2）全局变量与局部变量端口 3）常量端口。 对象端口被用来与程序前面板上的控制件 或显示件传递数据。
LabVIEW的程序设计：
节点：类似于文本语言的函数或子程序，实现 程序功能的基本单元。 LabVIEW有2类节点： 1）功能函数节点 2）子VI节点。
这个选板是多层的，其中每一
个子选板下还包括多个对象。
控制模板功能说明
图钉
数值 量
控制模板固定在窗口 中
包含数值的控制和显 示
布尔 量
逻辑值的控制和显示
字符 串与 路径
字符串和路径的控制 和显示
控制模板功能说明
数组和簇 数字和簇的控制和 （矩阵） 显示
列表和表 列表和表格的控制
格
和显示
图形显示 显示数据结果
抽象、简短的语言表达丰富的含义 花费大量时间精力精通编程语言 LabVIEW编程：图形化的编程环境 更多精力放到实现功能上 程序界面的图形化 程序代码的编写和功能实现的图像化
LabVIEW
LabVIEW适用于：测量行业、仿真、教育、 快速开发 多硬件平台的整合使用。
图形化的程序语言，编程时，基本上不写程序 代码，取而代之的是流程图。它尽可能利用了技 术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和 概念。LabVIEW是一个面向最终用户的工具。它 可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力， 提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。 使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系 统时，可以大大提高工作效率。
象
理
集
理
卡
PC-DAQ/PCI插片式虚拟仪器系统
以数据采集卡、信号调理电路和计算机 为仪器硬件平台组成的插卡式虚拟仪器 系统。 采用计算机本身的总线PCI或ISA，将 数据采集卡插入计算机空槽中即可。
PC-DAQ/PCI插卡式虚拟仪器在五 种虚拟仪器系统中，是虚拟仪器最基本 最廉价的构成形式。
虚拟仪器 面板
五种虚拟仪器系统的构成方式
插片式虚拟仪器系统
PC－DAQ GPIB仪器
IEEE488通用接口总线 （台式仪器接口总线）
由一台PC一块GPIB接口板卡若干 GPIB仪器通过GPIB标准总线连接
被测信号
串口仪器
计算机
VXI模块
高速数据采集模块
PXI模块
高速数据采集模块
虚拟仪器的主要特点有：
尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主 要是软件。
虚拟仪器设计项目
一个最基本的虚拟仪器程序由3部分组成： 一个人机对话的前面板， 一个作为源代码的数据流程图 图标/连接端口,(在程序流程图中调用图标)
本节通过设计一个简单的温度转换器项 目来说明虚拟仪器的设计方法。
一、项目要求
创建一个把数字式摄氏温度转换为数字式华氏温度 的VI，要求前面板通过转换开关实现当输入摄氏温 度能够显示对应的华氏温度，而输入华氏温度时显 示摄氏温度。
在前面板任意空白处单 击鼠标右键将弹出控制 模板，控制模板上每个 图标的功能
控制选板只有打开前面板窗口 时才存在，用来给前面板设置 各种所需的输出显示对象和输 入控制对象。每个图标代表一 类子选板。如果控制选板不显 示，可以点击查看菜单下的控 制选板调出它，也可以在前面 板的空白处，点击鼠标右键， 以弹出控制选板。
显示对象和控制对象都是前面板上的控件，前者有 输入端子而无输出端子，后者正好相反，它们分别 相当于普通编程语言中的输出参数和输入参数。数 值常数对象可以看成是控制对象的一个特例。
在前面板中创建新的控制对象或显示对象时， LabVIEW 都会在流程图中创建对应的端子。端子 的符号反映该对象的数据类型。