《虚拟仪器系统》PPT课件.ppt

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1、第七章虚拟仪器系统7.1 返回总目录返回总目录返回总目录返回总目录 第7章虚拟仪器系统第七章虚拟仪器系统7.2概 述一.虚拟仪器的概念第一代仪器是模拟式仪器仪表。它们的主要结构是基于电磁机械式机构，其测量结果是依靠指针显示，也称为模拟指针仪表，如模拟万用表、模拟函数发生器、指针式电压表等。第二代是数字化仪器。它们将模拟信号转化为数字信号，以数字形式输出与显示出结果。如数字万用表、数字存储示波器、数字电压表等。第三代是智能仪器。这种仪器内部有微处理器，可以进行自动检测，可以代替人脑具有一定的数据处理能力，故称“智能”仪器，其主要功能模块是硬件与固化的软件，对开发和应用仍不灵活。第七章虚拟仪器系统

2、7.3概 述随着计算机硬件技术、软件技术、总线技术的高速发展，出现了全新概念的第四代仪器虚拟仪器(Virtual Instruments，简称VI)。1986年美国的国家仪器公司(National Instruments Corporation，简称NI)首先提出了虚拟仪器的概念。虚拟仪器完全采用新的检测理念、新的仪器结构、新的检测方法和新的开发手段，使科学仪器的功能和作用也发生了质的变化。虚拟仪器是电子测量技术与仪器领域中的一次技术飞跃。虚拟仪器是当今计算机辅助测试(CAT)领域研究和应用的热点，它为工程师和科学家提高生产率、测量精度及系统性能做出了很大的贡献。第七章虚拟仪器系统7.4概 述

3、通常意义上说，虚拟仪器就是利用I/O接口设备完成信号的采集、测量与调理，利用计算机软件来实现信号数据的运算、分析和处理，利用计算机显示器来模拟传统仪器控制面板来输出检测结果，从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。一套虚拟仪器系统就是一台工业标准计算机或工作站配上功能强大的应用软件、低成本的硬件(例如插入式板卡)及驱动软件，它们在一起共同完成传统仪器的功能。计算机在虚拟仪器中处于核心地位，而完成仪器的各种功能和面板控件均由计算机软件完成，任何一个用户均可以在现有硬件的条件下通过修改软件来改变仪器的功能，因此软件是虚拟仪器的关键，国际上也有“软件即仪器”(The Software is the

4、 Instrument)之说。第七章虚拟仪器系统7.51.能自由定义，仪器开放灵活如前所述，传统仪器的功能是由厂方定义的，对用户来说是封闭的、固定的，不方便进行扩展；而虚拟仪器的功能不是事先由厂家决定，而是由用户根据自己的检测需要用软件来定义的，从而使得整个仪器的功能以及操作面板就更具个性化；另外，虚拟仪器基于计算机网络技术和接口技术，比传统仪器更方便与其他仪器设备、网络等连接，易于构成自动检测系统，易于实现测量、控制过程的智能化、网络化，从而使检测系统更开放、更灵活。二.虚拟仪器的特点概 述第七章虚拟仪器系统7.6概 述2.检测效果更好，精度更高利用传统仪器进行检测任务时，人工干预较多，检测

5、的速度、精度、稳定性、可靠性等要求往往难以保证，而虚拟仪器基于计算机总线和模块化仪器总线技术，硬件实现了模块化、系列化，同时利用计算机及软件将多种检测功能集成于一体的方法不仅缩短了检测时间，而且也提高了检测的精度。嵌入式数据处理器建立的一些功能性数学模型，使测试数据不会随时间发生变化，这样就保证了检测结果的稳定性和可重复性。第七章虚拟仪器系统7.7概 述3.数据表达更方便传统仪器大多需要人工进行记录数据，而虚拟仪器则利用计算机的显示、存储、打印、网络传输等功能，可以方便地把检测结果实时地保存记录下来，更可以直接进行数据分析、处理。4.开发费用更低，技术更新更快传统仪器硬件是关键部分，开发维护费

6、用很高，技术更新周期长；而虚拟仪器的关键部分是软件，减少了大量仪器硬件的制作，就使得虚拟仪器的研制周期比传统仪器大为缩短，即开发费用更低，技术更新更快。第七章虚拟仪器系统7.8概 述5.更经济实惠首先，虚拟仪器的前面板上的控件都是与实物相像“图标”，而不是传统仪器上的“实物”，并且每个图标都对应着相应的软件程序，用户可用计算机的鼠标“点击”来对其进行操作；另一方面，虚拟仪器的检测功能是在PC计算机为核心组成的硬件平台上，通过软件编程设计来实现仪器的检测功能，而且用户可以根据自己的测试需要，通过软件模块的组合来实现各种不同的检测功能，从而大大缩小了仪器硬件的成本。以前，我国主要依靠进口的如数字示

7、波器，频谱分析仪，逻辑分析仪等高档仪器价格非常昂贵，而现在就可以只采购必要的通用仪器硬件，采用虚拟仪器技术很经济地构建这些高档仪器系统。第七章虚拟仪器系统7.9概 述三.虚拟仪器的发展前景第一阶段称为初级虚拟仪器。它是利用计算机来增强传统仪器的功能。随着GPIB总线标准的确立，人们把传统仪器通过GPIB和RS-232C同计算机连接，从而可以用计算机来控制仪器。随着计算机的普及，传统仪器的功能通过这种方式得以较大扩展。第二阶段称为开放式虚拟仪器。随着插入式数据处理卡的出现，如基于台式计算机PCI总线的数据采集卡(DAQ)、基于笔记本计算机PCMCIA总线的数据采集卡，特别是VXI及PXI总线的确

8、立，使得虚拟仪器进入了开放式时代。目前比较流行的开放式虚拟仪器的开发系统是NI公司的LabVIEW图形编程系统。第七章虚拟仪器系统7.10概 述第三阶段称为虚拟仪器框架。由我国自主提出的“框架协议”开发系统，利用面向对象技术封装出虚拟仪器的功能库、控件库、开发系统、帮助模块、成品模块等，用户利用这一系统几乎可以“零编程”地开发出虚拟仪器。第四阶段称为网络化虚拟仪器。随着远程(异地)、复杂、大范围的测控任务的需求越来越大，网络化虚拟仪器就应运而生了，所谓“仪器流技术”。以PC机和工作站为基础，通过Internet网进行远程测控，不仅可以充分利用仪器资源、降低检测成本，也可以提高测控系统的功能，拓

9、展其应用的范围。第七章虚拟仪器系统7.11虚拟仪器的结构 一.虚拟仪器的结构虚拟仪器除了测控对象、信号调理器外，其内部主要由三大功能模块构成：信号的采集与控制、信号分析与处理、结果的表达与输出。虚拟仪器的结构图如图7.1所示。图7.1 虚拟仪器结构图第七章虚拟仪器系统7.12虚拟仪器的结构二.虚拟仪器的硬件结构虚拟仪器由硬件平台和应用软件两大部分构成。虚拟仪器的硬件系统一般分为计算机硬件平台和测控功能硬件两部分。计算机硬件平台可以是各种类型的计算机，如台式计算机、便携式计算机、工作站、嵌入式计算机、工控机等。计算机用于管理虚拟仪器的硬件、软件资源，是虚拟仪器的硬件支撑。测控功能硬件主要完成被测

10、信号的放大、A/D转换和采集。具体测量仪器硬件模块是指各种传感器、信号调理器、A/D转换器(ADC)、D/A转换器(DAC)、数据采集器(Data AcQuisition，简称DAQ)，同时包括外置测试设备。第七章虚拟仪器系统7.13虚拟仪器的结构 目前虚拟仪器的构成方式主要有基于PC-DAQ的虚拟仪器系统，基于通用总线GPIB接口的虚拟仪器系统，基于VXI总线仪器实现虚拟仪器系统，基于PXI总线仪器实现虚拟仪器四种标准体系结构。几种不同体系结构虚拟仪器系统性能见表7-1。表7-1 几种不同体系结构虚拟仪器系统性能对比体系结构特性GPIBPC-DAQVXIPXI传输宽度8位8，16，32，64

11、位8，16，32，64位8，16，32，64位吞吐率1Mb/s(3线)8Mb/s(HS488)(l2)Mb/s(ISA)132Mb/s(PCI)40Mb/s 80Mb/s(VME64)(132264)MB/s定时与控制能力无无8TTL触发线 2ECL触发线扩展能力多接口卡由系统或扩展机箱可用插槽决定使用M接口使用MXI接口结构规模大小中中第七章虚拟仪器系统7.14虚拟仪器的结构 三.虚拟仪器的软件结构根据VPP系统规范的定义，虚拟仪器系统的软件结构包括仪器I/O接口软件、仪器驱动程序和应用软件三部分。1.I/O接口软件I/O接口软件存在于仪器(即I/O接口设备)与仪器驱动程序之间，是一个完成对

12、仪器寄存器进行直接存取数据操作，并为仪器与仪器驱动程序提供信息传递的底层软件，是实现开放的、统一的虚拟仪器系统的基础与核心。在VPP系统规范中，详细规定了虚拟仪器的I/O接口软件的特点、组成、内部结构与实现规范，并将符合VPP规范的虚拟仪器I/O接口软件定义为虚拟仪器软件结构(VISA)软件。第七章虚拟仪器系统7.15虚拟仪器的结构 2.仪器驱动程序每个仪器模块均有自己的仪器驱动程序。仪器驱动程序的实质是为用户提供用于仪器操作的较抽象的操作函数集。对于应用程序来说，它对仪器的操作是通过仪器驱动程序来实现的；仪器驱动程序对于仪器的操作与管理，又是通过I/O软件所提供的统一基础与格式的函数库(VI

13、SA)的调用来实现的。对于应用程序设计人员来说，一旦有了仪器驱动程序，即便不了解仪器内部操作过程，也可进行虚拟仪器系统的设计工作。虚拟仪器驱动程序是连接上层应用程序与底层I/O接口软件的纽带和桥梁。第七章虚拟仪器系统7.16虚拟仪器的结构 3.应用软件应用软件建立在仪器驱动程序之上，直接面对操作用户，提供给用户一个界面友好、满足用户功能要求的应用程序。应用软件开发环境目前有多种选择，具体的选择因人而异，一般取决于开发人员的喜好，目前，可供开发人员选择的虚拟仪器系统应用软件开发环境主要包括两种：(1)基于传统的文本语言式的平台。主要有NI公司的LabWindows/CVI，Microsoft公司

14、的Visual C+、Visual Basic，Borland公司的Delphi等。(2)基于图形化编程环境的平台。如NI公司的LabVIEW和HP公司的HPVEE等。图形化软件开发平台的提出使编程人员不再需要文本方式编程，因而可以减轻系统开发人员的工作量，使其可将主要精力集中投入到系统设计中，而不再是具体软件细节的推敲上。第七章虚拟仪器系统7.17虚拟仪器软件开发平台LabVIEW简介 一.LabVIEWLabVIEWLabVIEWLabVIEW的特点与功能的特点与功能的特点与功能的特点与功能 1.LabVIEW的特点LabVIEW是英文Laboratory Virtual Instrume

15、nt Engineering Workbench(实验室虚拟仪器工程平台)的首字母缩写，它是美国国家仪器公司(National Instruments Corporation)推出的一个图形化的软件开发环境。由于虚拟仪器的延伸和发展，使得LabVIEW的应用变得越来越广泛；反过来，也是因为LabVIEW的成功，才使得虚拟仪器的概念在学术界和工程界被广泛接受。LabVIEW作为一种软件工具语言，具有以下特点：第七章虚拟仪器系统7.18虚拟仪器软件开发平台LabVIEW简介(1)图形化编程环境。LabVIEW采用专为工程师和科学家而设计的直观的图形化编程语言(Graphics Language)。

16、它尽可能利用了技术人员所熟悉的术语、图标和概念。在测试系统的开发过程中设计人员基本上不写程序代码，取而代之的是图形化符号。因此可以方便迅速地建立自己的虚拟仪器系统。(2)功能强大的函数库。LabVIEW提供了用于输入/输出、控制、分析和数据显示的数百个内置函数。这些函数可由用户直接调用，从而大大提高了工作效率。(3)内置32位程序编译器。保证用户数据采集及测试方案能高效执行。同时，利用LabVIEW可产生独立运行的可执行文件。第七章虚拟仪器系统7.19虚拟仪器软件开发平台LabVIEW简介(4)灵活的程序调试手段。可通过设置断点、单步运行、高亮执行及设置探针等程序调试手段来检查程序设计中的错误

17、。(5)开放式的开发平台，LabVIEW可通过ActiveX技术应用、动态数据交换、调用库函数、代码接口节点等实现与其他应用程序的链接，使用户在LabVIEW中能方便地使用其他软件开发编译的模块。(6)支持多种操作系统。LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh等多种版本。并且在不同平台上开发的应用程序可直接进行移植。(7)强大的Internet功能，支持常用网络协议，易于构建基于计算机网络的测试系统。(8)集成了满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通信的全部功能。第七章虚拟仪器系统7.20虚拟仪器软件开发平台LabVIEW简

18、介2.LabVIEW的功能LabVIEW的基本程序单位是一个虚拟仪器程序，简称为VI(Virtual Instrument)。LabVIEW通过图形编程的方法，建立一系列的VI来完成用户指定的测试任务。简单的测试任务可由一个VI完成；而复杂的测试任务，则可按照模块化的设计思想，把一项复杂的测试任务分解成一系列的子任务，首先建立子任务的VI。然后把这些VI组合起来建成顶层的虚拟仪器，该顶层VI就成为一个包括众多功能的子虚拟仪器的集合。利用LabVIEW可以完成以下功能：第七章虚拟仪器系统7.21虚拟仪器软件开发平台LabVIEW简介 (1)(1)从数据采集设备中采集数据；从数据采集设备中采集数据

19、；从数据采集设备中采集数据；从数据采集设备中采集数据；(2)(2)仪器通信和控制；仪器通信和控制；仪器通信和控制；仪器通信和控制；(3)(3)从传感器中采集数据；从传感器中采集数据；从传感器中采集数据；从传感器中采集数据；(4)(4)处理和分析测量数据；处理和分析测量数据；处理和分析测量数据；处理和分析测量数据；(5)(5)设计图形化用户界面；设计图形化用户界面；设计图形化用户界面；设计图形化用户界面；(6)(6)将测量数据保存在文件中；将测量数据保存在文件中；将测量数据保存在文件中；将测量数据保存在文件中；(7)(7)将将将将LabVIEWLabVIEW与其他软件程序结合使用与其他软件程序结

20、合使用与其他软件程序结合使用与其他软件程序结合使用 第七章虚拟仪器系统7.22虚拟仪器软件开发平台LabVIEW简介二.LabVIEW应用程序的构成 1.前面板(Front Panel)前面板是程序与用户交流的窗口，用于设置各种输入控制参数和观察输出量。前面板的作用相当于传统仪器的面板，在它上面有用户输入和显示输出两类对象，具体表现为开关、旋钮、拨盘等用户输入的控制(Control)对象和图形、图表等显示(Indicator)对象。如图7.2所示的是一个正弦函数产生和显示VI的前面板，上面有一个显示对象，图形显示控件(Waveform Graph)，它以曲线的方式显示了一个正弦波。有两个控制对

21、象，旋钮(Knob)和停止键(Stop)，旋钮用于调节产生的正弦波的幅值，停止键用于启动和停止程序的运行。第七章虚拟仪器系统7.23虚拟仪器软件开发平台LabVIEW简介 图7.2 正弦函数产生和显示VI的前面板第七章虚拟仪器系统7.24虚拟仪器软件开发平台LabVIEW简介 2.程序框图(Block Diagram)每个前面板都有相应的程序框图与之对应。程序框图是VI的图形化源代码，是实现程序的核心，可以把它想象为传统仪器机箱中用来实现功能的零部件，它控制和操纵定义在前面板上的输入和输出功能。程序框图由节点、端口和连线等要素组成。图7.3是与图7.2对应的程序框图，在该图中可以看到程序框图中

22、的各组成要素。第七章虚拟仪器系统7.25虚拟仪器软件开发平台LabVIEW简介 图7.3 正弦函数产生和显示VI的程序框图第七章虚拟仪器系统7.26虚拟仪器软件开发台LabVIEW简介 1)节点节点是实现程序功能的基本单元，它类似于文本语言的语句、函数或子程序。常见的节点类型有函数、结构和属性节点等。函数节点用于进行一些基本操作，如数值加减、逻辑运算、文件输入、输出等，如图7.3所示的为一个信号发生函数节点，它用于产生一个正弦信号。结构节点包括For循环、While循环、顺序结构等，如图7.3所示的为While循环结构，该循环结构反复执行包含在循环圈(即)内的程序，直至达到某个边界条件。第七章

23、虚拟仪器系统7.27虚拟仪器软件开发台LabVIEW简介 2)端口端口是程序框图中数据传递的起点和终点，类似于参数和常数。包括控件端口、节点端口、结构端口和常数几类。控件端口即前面板上的各对象的连线端子，如图7.3中所示的、分别为前面板上旋钮、图形显示控件和停止键的接线端口。当程序运行时，从前面板控件输入的数据就从这些端口传送到程序框图，而当程序运行结束后，输出数据就从这些端口输送到前面板的指示器。控件端口在前面板上创建(和删除)对象时自动生成(和删除)。节点端口是节点上数据传递的端点，如图7.3上信号发生函数的端口Sine，它用于输出信号发生函数产生的正弦信号。结构端口是结构上数据输入、输出

24、的端点，如图7.3所示的为While循环结构的端口，该端口用于设置循环执行的条件。第七章虚拟仪器系统7.28虚拟仪器软件开发台LabVIEW简介 3)连线连线是程序框图中各个对象之间数据传递的通道，类似于普通程序中的变量。在连线中，数据是单方向流动的，从一个源端口流向一个或多个目的端口，正是这种单向的数据流向控制图形语言执行的顺序。不同的线形和颜色代表了不同的数据类型，如绿色代表布尔量，细线代表单个数据。表7-2列出了一些常用数据类型所对应的线型和颜色。类 型颜 色标量一维数组二维数组整形数蓝色浮点数橙色布尔量绿色字符串粉红文件路径青色数组随成员变化第七章虚拟仪器系统7.29虚拟仪器软件开发台

25、LabVIEW简介 在图7.3所示的程序框图中，由信号发生函数产生的正弦信号通过连线传到显示端口，再由显示端口传入显示控件显示，并由旋钮调节正弦信号的幅值。为了使正弦信号持续显示，设置了一个While Loop循环，由停止键输入的布尔量控制这一循环的结束。第七章虚拟仪器系统7.30虚拟仪器软件开发台LabVIEW简介 3.图标/连接器(Icon/Connector)VI具有层次化和结构化的特征。一个VI可以作为子程序，这里称为子VI(sub-VI)，被其他VI调用。图标/连接器可以让用户把VI程序变成一个VI对象(子程序)，然后在其他程序中调用。图标表示在其他程序中被调用的子程序。而接线端口表

26、示图标的输入/输出口，类似于子程序的参数端口。第七章虚拟仪器系统7.31虚拟仪器软件开发台LabVIEW简介 三.LabVIEW的模板简介的模板简介在LabVIEW的用户界面上包括工具模板(Tools Palette)、控件)模板(Controls Palette)和函数模板(Functions Palette)。通过它们即可实现程序开发，现分别介绍如下。1.工具模板(Tools Palette)工具模板提供了创建、修改和调试LabVIEW程序所需要的各种工具。按住Shift键在程序框图的空白处单击鼠标右键即可显示如图7.4所示的工具模板。也可以通过在Windows菜单下单击Show Tool

27、s Palette命令来显示该模板。模板上方具有绿色指示灯的图标表示自动选择工具，当选中该按钮后，指示灯亮，LabVIEW根据光标指示的对象与其他对象的关系自动为用户选择工具。在工具模板的图标上单击鼠标左键即选择了该工具，当选中任意一种工具后，鼠标箭头就会变成该工具相应的形状。表7-3列出了各工具的名称和功能。第七章虚拟仪器系统7.32虚拟仪器软件开发台LabVIEW简介 用于选中、移动或改变对象的大小。当它用于改变对象的大小时，会变成相应形状Position/Size/Select定位与选择工具用于操作前面板的控制和显示对象。当它指向数字或字符串控制时，变成文本操作工具Operate Val

28、ue操作工具功 能名 称图 标选择此工具后，用鼠标左键可以弹出对象的弹出式菜单Object Shortcut Menu对象弹出菜单工具通过连线工具建立程序框图中各对象间的数据传递关系Connect Wire连线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Edit Text编辑文本工具表7-3 各工具的名称和功能第七章虚拟仪器系统7.33虚拟仪器软件开发台LabVIEW简介 用来给对象设置颜色。可对对象的前景色和背景色进行设置Set Color着色工具从窗口中提取颜色用于编辑其他的对象Get Color取色工具在程序框图内的数据流线上设置探针。通过探针窗口来观察程序运行

29、的中间结果Probe Data探针工具使用该工具在VI的程序框图的对象上设置断点Set/ClearBreakpoint断点工具使用该工具就可以不需要使用滚动条而在窗口中漫游Scroll Windows窗口漫游工具第七章虚拟仪器系统7.34虚拟仪器软件开发台LabVIEW简介 2.控件模板(Control Palette)在前面板的空白处单击右键或单击Windows菜单的Show Controls Palette命令就可以打开控件模板。控件模板用于设置前面板的各种输出显示对象和输入控制对象。控件模板如图7.5所示，每个图标代表一类子模板。各子模板的功能见表7-4。表7-4 控件子模板的名称和功能

30、字符串的控制和显示、路径的控制和显示、联合框String&Path字符串和路径逻辑数值的控制和显示。如各种布尔开关、按钮以及指示灯等Boolean布尔量包含数值的控制和显示。如数字式、指针式显示、表盘及各种输入输出框Numeric数值量功 能子模板名称图 标第七章虚拟仪器系统7.35虚拟仪器软件开发台LabVIEW简介 列表框、多列列表框、树形列表框、表格和快速表的控制和显示List&Table列表和表格数组壳、簇壳、错误信息控制件和显示件Array&Cluster数组和簇波形、数字表、通道名、VISA资源名等各种与硬件相关的控件I/O输入/输出功能分页控件、子模板控件、ActiveX控件Co

31、ntainers容器环与枚举的控制和显示Ring&Enum环与枚举数据结果的图形显示Graph图形显示第七章虚拟仪器系统7.36虚拟仪器软件开发台LabVIEW简介 将控件存放在National InstrumentsLabVIEW7.0user.Lib目录中时，将出现在该子模板中User Controls用户控件调用存储在文件中的控制和显示的接口Select a Controls从文件系统中选择控件用于给前面板进行装饰的各种图形对象Decorations装饰LabVIEW对很多对象的操作都需要一个参考标识，该子模板包括各类参考号Refnum参考号指以前版本软件的前面板图标Classic Co

32、ntrols经典控制对话框设计Dialog Controls对话框控件第七章虚拟仪器系统7.37虚拟仪器软件开发台LabVIEW简介 用控件模板设计前面板：前面板中的所有对象均是从控件模板中调用的，现以图7.2所示的VI为例简单说明前面板的设计方法。图7.2 正弦函数产生和显示VI的前面板第七章虚拟仪器系统7.38虚拟仪器软件开发台LabVIEW简介 1)控件的调用方法为调用图形显示控件(Waveform Graph)，将光标移动到控件模板的Graph(图形显示)上，单击该图标进入子模板，在该子模板中单击Waveform Graph图标，这个图形显示控件就“粘”在光标上了，将光标移动到前面板的

33、目的地后再单击一下，即将该控件安放在前面板上。以同样的方法在控件模板的Numeric子模板中调用Knob控件，在Boolean子模板中调用Stop Button。这样前面板上的三个对象均调用完毕。2)控件的布置将控件放入前面板后，应该让控件在前面板上合理分布，这样才利于用户操作和使用。控件的大小和位置可以用定位与选择工具进行设置。控件在前面板的排列也可以采用工具条上的对齐工具，该工具条包括顶端对齐、水平中心对齐、底端对齐和左端对齐、垂直中心对齐和右端对齐六个工具。选中若干对象以后，从中选择相应的工具，即可将它们按要求对齐。第七章虚拟仪器系统7.39虚拟仪器软件开发台LabVIEW简介 图7.4

34、 工具模板 图7.5 控件模板第七章虚拟仪器系统7.40虚拟仪器软件开发台LabVIEW简介 3)控件的设置直接从控制面板中取出来的控件往往不能满足用户的要求，因此要对控件的属性重新设置。在控件上单击鼠标右键可以弹出快捷菜单，在快捷菜单上可以对控件的外观、类型和功能进行设置和修改。属性对话框实现对象特有参数的基本设置，在快捷菜单上单击Properties可以弹出属性对话框，在该对话框中可进行各项属性设置，使其满足设计要求。3.函数模板(Functions Palette)在程序框图的空白处单击右键或单击Windows菜单的Show Functions Palette命令就可以打开函数模板。函数

35、模板用于创建程序框图。函数模板上的每一个顶层图标都表示一个子模板。函数模板如图7.6所示，其子模板的名称及功能见表7-5。图7.6 函数模板第七章虚拟仪器系统7.41虚拟仪器软件开发台LabVIEW简介 包括簇的处理函数，以及群常数等。这里的群相当于C语言中的结构Cluster簇包括数组运算函数、数组转换函数，以及常数数组等Array数组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String字符串运算包括各种逻辑运算符以及布尔常数以及布尔量与数值的转换函数Boolean布尔运算包括各种常用的算术运算符，类型转换函数，三角函数、对数、复数函数以及各种数值常数等Num

36、eric数值运算包括各种程序控制结构命令，例如while循环、for循环、全局变量、局部变量、公式节点等Structure结构功 能子模板名称图 标第七章虚拟仪器系统7.42虚拟仪器软件开发台LabVIEW简介 包括GPIB、串行、VXI仪器控制的程序和函数，以及VISA的操作功能函数Instrument I/O仪器输入/输出波形测量的子模板，信号处理子模板，数学模板等Analyze分析各种波形处理工具和快速VIWaveform波形Date Acquisition函数子模板，ADQmx-Date Acquisition函数子模板等NI Measurements测量各种格式文件输入/输出程序和函

37、数File I/O文件输入/输出包括时间控制、对话框函数和出错处理函数等Time&Dialog时间和对话框各种比较运算函数，选择函数，极值函数等Comparison比较第七章虚拟仪器系统7.43虚拟仪器软件开发台LabVIEW简介 该模板显示存放在National InstrumentsLabVIEW7.0user.Lib目录中的用户VIUser Library用户子VI库用于给程序框图进行装饰的各种图形对象Decorations装饰选择要打开的子VISelect a VI选择子VI输入设备控制、数据操作、访问注册表等Advanced高级功能生成应用程序报告函数Report Generatio

38、n文档生成包括TCP、DDE、ActiveX和OLE等功能的处理模块Communication通讯包括3D、OpenGL、声音播放等功能模块。包括调用动态连接库和CIN节点等功能的处理模块Graphics&Sound图形与声音包括动态调用VI、标准可执行程序的功能函数以及电子邮件，无线通信函数等ApplicationControl应用程序控制第七章虚拟仪器系统7.44虚拟仪器软件开发台LabVIEW简介 第七章虚拟仪器系统7.45虚拟仪器软件开发台LabVIEW简介 程序框图的设计：用以图7.3所示的VI程序框图为例说明程序框图的设计方法。1)函数的调用方法函数的调用方法和控件的调用方法类似，

39、为调用信号发生函数(Simulate Signal)，将光标移动到全函数模板的Analyze上单击该图标进入子模板，在该子模板中单击Waveform Generation图标进入子模板选中Simulate Signal函数，将该函数安放在程序框图上。以同样的方法在函数模板的Structure子模板中选中While Loop结构，把它放置在程序框图中，将其拖至适当大小，将3个控件端口和信号发生函数均移到循环圈内。第七章虚拟仪器系统7.46虚拟仪器软件开发台LabVIEW简介 2)连线在程序框图的设计中，连线是一个很重要的环节，在LabVIEW中可以采用手工连线和自动连线两种方式。使用工具面板上的

40、连线工具进行手工连线，选中该工具，当连线工具经过一个端口时，端口会持续闪烁，提示将线连接到这里，并弹出一个黄色的窗口显示该端口的名称。在端口处单击鼠标左键进行连线，当连线需要转折时，在转弯处单击鼠标即可。若连线错误会在连线上出现一红叉，选中该连线，按Delete键即可删除。自动布线命令可以使布线更合理，可以在手动连线时在连线上单击鼠标右键弹出快捷菜单用Clean Up Wire命令重新布置连线。自动布线后的连线更加整齐。自动连线自动为放进程序框图的对象连线。缺省值下是允许自动连线的，可以通过菜单命令ToolsOptions打开程序框图的设置对话框选中或不选Enable Auto Wiring切

41、换自动连线功能。LabVIEW找到它认为数据类型最匹配的端口进行连线。在图7.3所示的程序框图中需要将信号发生函数的Sine输出端口和控件Waveform Graph的控件端口连接起来，把停止开关的控件端口和While循环的条件端口连接，并将旋钮的控件端口和信号发生函数的Amplitude输入端相连，这样就在LabVIEW中创建了一个信号发生和显示VI。第七章虚拟仪器系统7.47虚拟仪器软件开发台LabVIEW简介 四.程序的运行和调试1.程序的运行前面板和程序框图工具条上的运行按钮 用来让程序运行一次，单击该按钮程序运行，程序运行后该按钮变成 形状。连续运行按钮 用于程序持续运行。停止按钮

42、用于在程序运行中非正常的停止程序运行，在程序运行后该按钮由暗变亮。暂停按钮 用于程序运行时让程序暂停，单击该按钮，程序暂停，再次单击，程序运行 第七章虚拟仪器系统7.48虚拟仪器软件开发台LabVIEW简介 2.程序调试技术1)找出语法错误若一个VI程序不能执行，运行按钮 会变成一个折断的箭头 ，这表示该VI存在错误。单击该折断的箭头或使用菜单命令Window-Show Error List则LabVIEW弹出错误清单窗口，双击其中任何一个列出的错误，则出错的对象或端口就会变成高亮。2)设置程序高亮度运行单击程序框图工具条上的高亮执行按钮 ，则它变成高亮形式 。单击运行按钮，VI程序就以较慢的

43、速度运行，并在程序的运行中用气泡显示数据沿着连线从一个节点流向另一节点的情况。这样，就可以根据数据的流动状态跟踪程序的执行。再次按下高亮执行按钮，程序恢复正常运行。第七章虚拟仪器系统7.49虚拟仪器软件开发台LabVIEW简介 3)单步执行为查找程序中的逻辑错误，可以让程序框图一个节点一个节点地执行，这就是单步执行。单击工具条的单步按钮 或 ，激活单步执行，闪烁的节点表示该节点准备执行。激活单步执行后，按钮 称作单步进入，按钮 称作单步跨越(前者表示执行当前节点，后者表示跳过当前节点执行)。再次按下单步执行按钮，闪烁的节点被执行，下一个将要执行的节点变为闪烁。单击 (Step Out)按钮，结

44、束正在执行的节点。第七章虚拟仪器系统7.50虚拟仪器软件开发台LabVIEW简介 4)断点断点工具 用于使程序在某处暂停执行，以便使用探针或单步方式观察中间结果。用该工具单击希望设置或清除断点的地方，则断点被设置或清除。断点的显示对于节点或者图框表示为红框，对于连线表示为红点。当VI程序运行到断点处，程序被暂停在将要执行的节点处，以闪烁表示。按下单步按钮，进入单步状态。5)探针探针工具 用于程序执行时显示流经某一连接线的数据值。用该工具单击希望放置探针的连接线，这时会弹出一个探针显示窗口。通过该窗口，观察流过数据的详细信息。探针结合高亮执行、单步执行和断点等工具可以使程序调试相当迅速、有效。第

45、七章虚拟仪器系统7.51虚拟仪器软件开发台LabVIEW简介 五.LabVIEW的帮助 要学好LabVIEW，最有效的方法是使用LabVIEW的帮助系统。访问LabVIEW的帮助系统有以下几种途径。1.Show Context Help单击LabVIEW的帮助菜单下的Show Context Help子菜单，选中该命令。它打开一个Context Help窗口，打开该窗口后，当光标移动到前面板或程序框图的对象上，就会出现关于该对象基本功能的信息。2.VI，Function，HOW to Help该命令位于Help菜单下，它用于打开标准的Windows帮助窗口，用户可以查找各种帮助信息。第七章虚拟

46、仪器系统7.52虚拟仪器软件开发台LabVIEW简介 3.Find Example该命令位于Help菜单下，它打开查找示例对话框。用户可以通过LabVIEW自带的示例程序学习编程。4.对话框帮助按钮在LabVIEW的各种对话框中一般都有Help按钮，可以随时打开，查看关于当前操作的详细说明。5.LabVIEW及时提示在执行某些操作时，LabVIEW会自动弹出一个Just-In-Time Advice窗口，该窗口用于说明当前操作在LabVIEW的当前版本和以前版本有何不同。单击提示文字，可以打开详细说明窗口。第七章虚拟仪器系统7.53基于LabVIEW的数据采集方法及实例 一.数据采集基础虚拟仪

47、器系统的典型硬件结构为：传感器信号调理器数据采集设备计算机。传感器把被测量的物理量转换为电量；信号调理器对传感器转换的电信号进行放大、滤波、隔离等预处理；数据采集设备主要是将模拟信号经过脉冲序列的采样后转换成离散信号，然后再经过量化，就将原来的模拟信号转换成了数字信号，以便后面用计算机对信号进行处理。数据采集设备包括插卡式(PCI卡或PCMCIA卡)的数据采集卡、分布式数据采集设备(以NI公司的FiledPoint和CompactFieldPoint为代表)、VXI与PXI设备、GPIB或串口设备等。第七章虚拟仪器系统7.54基于LabVIEW的数据采集方法及实例 1.数据采集设备涉及到的参数

48、及概念(1)采样周期：采样脉冲相邻两个脉冲的时间差，一般用Ts表示。(2)采样率：采样率就是采样周期的倒数，即Fs=1/Ts，也就是A/D转换的速率，一般根据信号类型进行适当选取。在实际的测试系统中，如果有多个信号通过独立的通道进入数据采集卡，而一般的数据采集卡是多个通道共用一个A/D转换器，在这种情况下，采集卡的采样率就被所用的各个通道进行平分；如果数据采集卡给出的采样率指标是单通道的，则各个通道就是同步采样，各自使用独立的A/D转换器。如NI公司的PCI-6036E采集卡的采样率为200kS/s，DAQCard-6062E采集卡的采样率为500kS/s。(3)分辨率：是数据采集设备的精度指

49、标，用A/D转换的数字位数来表示。数据采集设备A/D转换的数值位数越多，分辨率就高，精度也越高。一个16位的采集卡，对于一个振幅为5V的信号，能区分V的小变化。(4)通道数：数据采集设备能输入或输出信号的路数。一般为16通道或64通道。第七章虚拟仪器系统7.55基于LabVIEW的数据采集方法及实例 2.被测信号的参考点(1)接地信号(Ground Ref.Source，简称GS)：接地信号是信号的一端直接接地的电压信号，它的参考点是系统地(如大地或建筑物的地)，如图7.7(a)所示。最常见的接地信号源是通过墙上的电源插座接入建筑物地的设备，如信号发生器等。(2)浮动信号(Floating S

50、ource，简称FS)：浮动信号是不连接到建筑物地等绝对参考点的电压信号，如图7.7(b)所示。常见的例子有电池及其供电设备、热电偶、变压器、隔离放大器等设备。(a)接地信号 (b)浮动信号图7.7 信号参考点第七章虚拟仪器系统7.56基于LabVIEW的数据采集方法及实例 3.被测信号的连接方式对于大多数模拟输入设备，有三种不同的信号连接方式：差分DIFF(differential)、参考单端RSE(referenced single-ended)和非参考单端NRSE(non-referenced single-ended)。(1)差分DIFF连接方式：信号的正负极分别接入两个通道，所有输入