计算机仿真和可视化设计

简支梁的剪力、弯矩和桡度图叠加法
编程要点：
剪力、弯矩和桡度图选择x-y 函数图。 使用步长“L/200”逐点描绘剪力、弯矩和桡度。 必须注意 For Loop循环的自动索引功能，捆绑形成与
x-y 函数图属性统一的簇。 快捷菜单定制图形。 Visible Items\X Scale 是一个交替选项，使用后将剪
数字量位数、输入范围、分辩率、增 益、采样频率的基本概念和相互关系；
将数据采集（DAQ）卡插入计算机， 与外部产生模拟信号的传感器连接， 应用LabVIEW构建VI，获得数据。
8 数据采集
8.1概述 8.2数据采集系统的构成
8.3 模入信号
8.3.1 信号类型
8.3.1.1
8.3.2 模拟输入
输入范围是指A/D能够量化处理的最大、最 小输入电压值。
分辨率是模/数转换所使用的数字位数。 增益表示输入信号被处理前放大或缩小的倍
数。 输入范围、分辩率以及增益决定了输入信号
可识别的最小模拟变化量。 算式为：输入范围/（增益*2分辩率）。
可识别最小模拟变化量 例
二进制字节流
文件的格式最紧凑、最快速地存储文件的格式。是 存储于用户计算机内数据的位图像。
7.3.2 文件I/O功能函数
最便于使用的5个简单File I/O功能函数 Write To Spreadsheet File 节点的连线依次是： Format：指定创建字符串格式，默认形式是 %.3f. 格式字符串规定与
最便于W用个使7r于新.用i3tW用 二 写R用个换e将建.的er于 维 入2于数成iCtae5将 数 一一文d文 的 二个hT由 组 个oFRV置a个件件 行 维简文rR用取S单转新Iero—开ape的 或 、a单m于指字或精换建ra件dce用始d特 者 单从定F度成文atSC符者eLd于i读Ip某个定 列 精l数文件ihs/ernrhOas从串已取e个数e值本或位 内 度eIrsa/eaOT文的功某指组字者d写有置 容 数Ftco功srF件行t成符已个定oeh开 ， 组i能入文lmF的内能ere的串有文个s始再。eiVF特 容l一 ， 文函一函件Fte件数Ii读将l定 。Fre维 再 件数o的。的i数V取数l位m或 将 。eI特字置指据者 它 通VF定I符i开定转le始位。读 常用一维或二维数组的形式来收集数 据，将其转换为带分隔符文本。
图形式的定制。
7 字符串和文件I/O
7.1 字符串 7.2 字符串的功能函数 7.3 文件的输入/输出
7.3.1 文件格式 7.3.2 文件I/O功能函数
7.4 波形数据的文件I/O
学习指导
字符串是ASCII字符的集合， LabVIEW常通过字符串传递数字数 据，许多信息则使用文件输入和输 出到磁盘文件进行存储和再利用。
字符串例7.1 LabVIEW 7.1
文件的输入/输出
数据三种文件格式
ASCII字节流
文本文件在是可读的，该文件类型是最易于进行整 体互换。
数据记录文件
LabVIEW数据流格式文件，这种文件形式是一种 特殊的二进制形式，只有G语言可以访问。自由读 取数据流文件，并且每一个记录都包含时间标记。
8.4.1 数据采集卡的功能
典型的功能有模拟输入、模拟输出、数字I/O、计数器/计 时器等
8.4.2 数据采集卡的软件配置 8.4.3 即插即用的USB连接测量和控制技术
8.4.4 多通道采样方式 多数通用采集卡有多个模入通道，共用一套A/D,通过多路
开关扫描切换实现多通道的采样。一次扫描（scan）， 对所有用到的通道进行一次采样，扫描速率（scan rate） 是每秒扫描次数。
File用于波形数据在文件中的写入和读出数据。 Export Waveforms To Spreadsheet File与Write To Spreadsheet File的操作类似.
8 数据采集
8.1概述 8.2数据采集系统的构成 8.3模入信号
8.3.1 信号类型 8.3.2 模拟输入 8.3.3 采样频率和样本数 8.3.4 模入信号的连接方式 8.3.5 信号调理
驱动
8.6.3 数据采集VI程序的调用方法
学习指导
数据采集（Data Acquisition）的完成需要 数据采集（DAQ）卡（硬件）和程序（软 件）的支持，在当今工程领域具有广泛的 应用和重要价值。
学习要点
模拟或数字信号的基本概念，模/数转换， 数/模转换，数字量I/O，计数器/定时 器操作；
值是1000。 high limit——被测信号的最高电平，其缺省值是10。设为
6.3
波 形 图
波 形 图 演 示
波 形 图 演 示
6.4 定制图表及图形
图表及图形都具有个性化设计的编辑特点。 Autoscaling 自动调整坐标刻度区间 Legend (图注); Plot(曲线); Palette(选项板) ; Scope Chart (示波器图表) 。 Waveform Chart(波形图表) 。 Waveform Graph(波形图) 。
8.3.5 信号调理
1. 放大
微弱信号都要进行放大以提高分辨率和降低噪声
2. 隔离
隔离是指使用变压器、光或电容耦合等方法在被测系统 和测试系统之间传递信号，避免直接的电连接。
3. 滤波
从所测量的信号中除去不需要的成分。大多用来滤除噪 声。
4. 激励 5. 线性化
8.4 数据采集(DAQ)卡
8.5 数据采集VI程序的调用方法
device——设备号。赋予采集卡的设备号 channels——指定数据样本的物理源。在LabVIEW VI中，
一个通道或一组通道都用一个字符串来指定。 scan rate(1000 scans/sec)——是在多通道采样时，分配
给一个通道得到的样本速率，缺省值是1000/秒。 number of samples/ch——每通道要采集的样本数，缺省
7.4 波形数据的文件I/O
波形数据的文件I/O位于功能模板的Waveform子模 板下，具有Write Waveforms to File 、Read Waveform from File、Export Waveforms To Spreadsheet File三个子VI操作。
Write、Read Waveform和导出表单文件节点的连线。 Write Waveforms to File和Read Waveform from
6 图表及图形
6.1 概述 6.2 波形图表（Chart） 6.3 波形图和坐标图（Graph） 6.4 定制图表及图形
学习指导
图表和图形使数据可视化，表达了大量 的信息，在 LabVIEW程序中十分重要。 LabVIEW使用了图表（Chart）和图形 （Graph）两个不同的概念。Chart显示 一个实时变化的波形或曲线，Graph 是 采集数据入数组进行的事后处理。
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
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
8 数据采集
8.4 数据采集(DAQ)卡
8.4.1 数据采集卡的功能 8.4.2 数据采集卡的软件配置 8.4.3 即插即用的USB连接测量和控制技术 8.4.4 多通道采样方式
8.5 数据采集VI程序的调用方法 8.6 数据采集操作实例——I/O接口设备PCI-
6024E
8.6.1 PCI-6024E数据采集卡的连接 8.6.2 I/O接口设备PCI-6024E数据采集卡的软件
学习要点
三种图表（Chart）形式是条形图表、示波器以 及扫描图表。两种图形（Graph）指波形图及 坐标图；
图表及图形具有多态性，Chart是标量、波形图 是数组，它们在以多元形式显示时须组合成簇， 坐标图是XY函数的簇。编程需要使数据连线匹 配；
循环结构经常与图表和图形配合使用，设置循 环控件要特别注意掌握自动索引功能的应用；
力和弯矩图的x坐标隐去； X Scale\AutoScale X和Y Scale\AutoScale Y实现x-y
坐标的自动定界。 Visible Items\Plot Legend\Common Plot设置曲线的
属性，如桡度图； Visible Items\Plot Legend\Bar Plots 完成剪力和弯矩
学习要点
由于字符串在传递数字数据的作用，须认识字符串 和数字数据类型的差别，熟悉相互间转换；
使用处理字符串的功能，进行字符串编辑操作，认 识字符串和路径数据类型的差别，熟悉相互间转换；
LabVIEW处理文件I/O的文件格式有三种，掌握文 件I/O功能函数和VI，能够灵活处置数据，对工程 应用十分必要；
数字信号
一、开-关信号。 TTL信号：逻辑低电平，0到0.8V， 逻辑高电平2.0到5.0V
二、脉冲信号。
ຫໍສະໝຸດ Baidu8.3.1.2
模拟直流信号
静止的或变化非常缓慢的模拟信号。直流信号信息是 它在给定区间内运载的信息的幅度。常见的直流信号 有温度、流速、压力、应变等。
8.3.2 模拟输入
测量模拟信号时，必须考虑下列因素： 输入模式（单端输入或者差分输入） 分辨率 输入范围 采样速率 精度和噪声
一个12位的DAQ卡，输入范围为0到10伏，
增益为1，则可检测到2.4mV的电压变化。而
当输入范围为-10到10伏（20伏），可检测的
电压变化量则为4.8mV。式中Vu 、Vd模拟变
化量测量上下限，G为增益，n 是分辨率数字
位数。
e
vu vd G2n

10 1
0 212
2.4 103
8.3.3 采样频率和样本数
对一个模拟信号x(t) 每隔Δt时间采样一次。 时间间隔Δt被称为采样间隔或者采样周期。 它的倒数1/Δt 被称为采样频率，单位是采 样数/每秒。
8.3.4 模入信号的连接方式
一个电压信号可以分为接地和浮动两种类 型。测量系统可以分为
差分（Differential）、 参考地单端（RSE）、 无参考地单端（NRSE）。
通过设置弹出菜单显示子模板，可以修改定制 图表及图形，需要正确理解和认识相关术语。
6波形图表（Chart）
6.3 波形图和坐标图（Graph）
虽然波形图与坐标图功能不同，但是 在前面板上看起来非常相似。波形图 和坐标图都能一次绘出已生成的一串 数据。与它们不同，波形图表可以绘 制新获得的数据。
LabVIEW提供了波形数据直接进行文件I/O的方法， 掌握波形数据构造及多态性操作，文件写入和读出 的文件格式是其中关键。
7.1 字符串
创建字符串控件和指示器。 打开一个前面板，在Controls模块
String & Table的子模块中，选择字符 串控件和指示器放置在面板的适当部位。 使用操作工具或者标签工具向其中添加 对象，输入或者改变字不符同串的对D象is中pla的y选文择 本。
前述相同。 file path：文件名和路径，缺省时出现对话框。 2D data：1D data为空时写入文件的2D 单精度数据。 1D data：该VI接受一维数组，在这种情况下它将数据数值单列一行，
以便与标签分开，并对最后一行数据进行标记。2D与1Ddata不能同 时工作。 append to file：一个布尔选项，用于确定是对一个已有文件进行追 加纪录还是进行更新。缺省值FALSE。 transpose：一个布尔选项，用于进行转置操作，交换行与列。缺省 值执行FALSE。 delimiter：在文件中加入特定的字符串，如Tab, 逗号（comma）等 分界符。 new file path：新路径和文件名。