第2章 LabVIEW編程實現(xiàn)

第2章LabVIEW編程實現(xiàn)本章內(nèi)容2.1基本概念2.2數(shù)據(jù)類型與操作2.3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.4程序結(jié)構(gòu)2.5程序調(diào)試、項目瀏覽器與可執(zhí)行文件的生成2.6圖形顯示周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.1基本概念2.1.1.前面板前面板（FrontPanel）是LabVIEW的重要組成部分，是圖形用戶界面，該界面上有用戶輸入控制和輸出顯示兩類對象，用于模擬真實儀表的前面板。

周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.1.2.程序框圖

程序框圖（BlockDiagram），又稱代碼窗口或流程圖，是VI圖形化的源程序，是VI的核心。在程序框圖中對VI編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出等功能。程序框圖中包含前面板上控制量和顯示量的連線端子，還有前面板上沒有但編程必須有的元素，比如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等。

周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.1.3.子VI與子程序

在LabVIEW中的子程序稱為子VI（SubVI）。SubVI相當(dāng)于常規(guī)編程語言中的子程序，在LabVIEW中，用戶可以把任何一個VI當(dāng)作SubVI來調(diào)用。2.1.4.圖標(biāo)/連接端口圖標(biāo)/連接端口是SubVI被其他VI調(diào)用的接口。圖標(biāo)是子VI在其他程序框圖中被調(diào)用的節(jié)點表現(xiàn)形式；而連接端口則表示節(jié)點數(shù)據(jù)的輸入/輸出口，就像傳統(tǒng)編程語言子程序的函數(shù)參數(shù)端口。

周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.1.5.工具選板

工具選板（ToolsPalette），它提供了各種用于創(chuàng)建、修改和調(diào)試程序的基本工具。

周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.1.6.控件選板

控件選板（ControlsPalette），它包括了各種控制量（Controls）和顯示量（Indicators），主要用來給前面板設(shè)置各種所需要的輸出顯示對象和輸入控制對象，構(gòu)成程序的界面，每個圖標(biāo)代表一類子選板，如數(shù)值輸入控件、按鈕與開關(guān)、指示燈等控件。

周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.1.7.函數(shù)選板

與控件選板相對應(yīng)的函數(shù)選板（FunctionsPalette）是創(chuàng)建框圖程序的工具，按照功能的不同，也包括了編寫程序過程中用到的函數(shù)、VI程序以及ExpressVI，主要用于構(gòu)建程序框圖中的對象。每個圖標(biāo)代表一類子選板，如結(jié)構(gòu)、數(shù)值、數(shù)組、布爾量、字符串等編程函數(shù)。

周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.1.8.ExpressVI從LabVIEW7.0開始，LabVIEW提供了豐富的Express技術(shù)，在之后的版本中，Express得到了不斷的加強，ExpressVIs是一種特殊的VIs，它把一些常用的基本函數(shù)封裝為更加智能、功能更加豐富的函數(shù)，通過選擇所需要的ExpressVI即可以用很少的步驟實現(xiàn)功能完善的測試系統(tǒng)，對于復(fù)雜的系統(tǒng)，利用ExpressVI可以大大減輕用戶的編程負(fù)擔(dān)，也能及其極大的簡化程序的作用。LabVIEW2011中ExpressVIs有50多個，在使用時，用戶只需選擇相應(yīng)的ExpressVI就可以通過屬性設(shè)置對話框?qū)瘮?shù)進(jìn)行詳細(xì)的配置采集、分析和顯示等功能。

周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.2數(shù)據(jù)類型與操作2.2.1數(shù)值型數(shù)值型是一種基本的數(shù)據(jù)類型，在LabVIEW2011中分類比較詳細(xì)。在一般情況下，數(shù)據(jù)類型是隱含在控制量、顯示量以及常量中的。

周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.2.2布爾型LabVIEW2011數(shù)據(jù)類型除了數(shù)值型數(shù)據(jù)類型以外，還有布爾型數(shù)據(jù)類型，布爾型即邏輯型，與其他高級語言類似，布爾型的取值只有“真（TRUE）”和“假（FALSE）”兩個值。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院LabVIEW2011為用戶提供了大量的布爾運算函數(shù)，這些布爾運算函數(shù)包括與、或、非、異或、同或、或非、與非、蘊含等。

周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.2.3字符串與路徑

主要是用于字符串的輸入和顯示等操作。其中“字符串輸入控件”和“字符串顯示控件”分別是字符串的控制量和顯示量。

周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院LabVIEW2011為用戶提供了大量的字符串處理函數(shù)及字符串常量節(jié)點。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院

文件路徑對象也是一種特殊的字符串對象，專門用于處理文件的路徑，可與LabVIEW的文件I/O節(jié)點配合使用。

周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.3.1數(shù)組在LabVIEW中，數(shù)組是由相同類型數(shù)據(jù)元素組成的大小可變的集合，除了不能創(chuàng)建數(shù)組的數(shù)組、子面板控件數(shù)組、.NET控件/ActiveX控件數(shù)組、圖表數(shù)組、多曲線XY圖形數(shù)組外，可以創(chuàng)建數(shù)值型、布爾型、字符串型、路徑型等多種類型的數(shù)組。

周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3.2簇簇是LabVIEW中一種比較特別而又常用的復(fù)合類型數(shù)據(jù)，用于分組數(shù)據(jù)，相當(dāng)于文本編程語言中的記錄或結(jié)構(gòu)體。簇與數(shù)組有兩個重要的區(qū)別：一是簇可以包含不同的數(shù)據(jù)類型，如數(shù)值型、布爾型、字符串型等數(shù)據(jù)類型的集合，而數(shù)組只能包含相同的數(shù)據(jù)類型；另一個區(qū)別是簇具有固定的大小，在程序運行時不能添加元素，而數(shù)組的長度在程序運行時可以自由改變。但是需要注意的是，有些簇的操作類似于數(shù)組，它們兩者之間可以相互轉(zhuǎn)換。簇也是由控制量和顯示量組成的。

周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3.3矩陣矩陣可作為一個數(shù)據(jù)采集的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。對于矩陣運算（尤其是一些線性代數(shù)運算），矩陣數(shù)據(jù)可存儲實數(shù)或復(fù)數(shù)標(biāo)量數(shù)據(jù)的行或列，故在矩陣運算中應(yīng)使用矩陣數(shù)據(jù)類型，而不是使用二維數(shù)組表示矩陣數(shù)據(jù)。

周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3.4波形數(shù)據(jù)波形數(shù)據(jù)是LabVIEW為數(shù)據(jù)采集與處理而提供的一種專門的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。從某種意義上說，這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類似于“簇”，由一系列不同數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)構(gòu)成，但同時又有和“簇”不同的特點，例如，波形數(shù)據(jù)可以由一些波形發(fā)生函數(shù)或VI直接產(chǎn)生，可以作為數(shù)據(jù)采集后的數(shù)據(jù)通過波形顯示函數(shù)或VI進(jìn)行顯示和存儲。

周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.4程序結(jié)構(gòu)LabVIEW2011提供了多種方式用于程序的流程控制，如循環(huán)結(jié)構(gòu)（For循環(huán)、While循環(huán)、定時循環(huán)）、條件結(jié)構(gòu)、事件結(jié)構(gòu)、順序結(jié)構(gòu)（平鋪式、層疊式）、定時結(jié)構(gòu)、公式節(jié)點、變量以及反饋節(jié)點等。在LabVIEW中，結(jié)構(gòu)控制函數(shù)在程序框圖窗口中是一個大小可以調(diào)節(jié)的方框，該方框內(nèi)編寫該結(jié)構(gòu)控制的圖形代碼，不同結(jié)構(gòu)之間可以通過連線交換數(shù)據(jù)。

周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.4.1循環(huán)結(jié)構(gòu)LabVIEW2011中的循環(huán)結(jié)構(gòu)主要是通過For循環(huán)、While循環(huán)和定時結(jié)構(gòu)中的定時循環(huán)來實現(xiàn)。For循環(huán)和While循環(huán)結(jié)構(gòu)功能基本相同，分別與C語言中的“for”語句和“do．．．while”語句類似，但二者的主要區(qū)別是：For循環(huán)在使用時要預(yù)先指定循環(huán)次數(shù)，當(dāng)循環(huán)體運行完指定的次數(shù)后自動退出循環(huán)；而While循環(huán)則無須指定循環(huán)次數(shù)，沒有循環(huán)次數(shù)的限制，只要滿足循環(huán)退出的條件才退出循環(huán)，否則循環(huán)變?yōu)樗姥h(huán)。值得注意的是，While循環(huán)將至少執(zhí)行一次。

周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院1.For循環(huán)

For循環(huán)是一種先判斷條件后執(zhí)行的循環(huán)結(jié)構(gòu)，若條件不滿足則不執(zhí)行代碼，若條件滿足，則For循環(huán)在內(nèi)部就會重復(fù)執(zhí)行N次代碼后自動退出循環(huán)。

周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.While循環(huán)While循環(huán)是一種先執(zhí)行后判斷條件的循環(huán)程序，它沒有規(guī)定的循環(huán)次數(shù)，但總是含有一個條件接線端。While循環(huán)運行時，先重復(fù)執(zhí)行循環(huán)中的代碼，直到條件接線端滿足所規(guī)定的邏輯條件后才退出循環(huán)。由此可見，While循環(huán)總是至少執(zhí)行一次。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院3.移位寄存器與隧道移位寄存器是LabVIEW的循環(huán)結(jié)構(gòu)中最具特色、非常重要的一個方面。移位寄存器是一種數(shù)據(jù)保存的方式，是LabVIEW中對程序運行中的數(shù)據(jù)進(jìn)行臨時保存的一種方式，使用移位寄存器可以在循環(huán)體的循環(huán)之間傳遞數(shù)據(jù)，即用于將上一次循環(huán)的一個值或多個值傳遞至下一次循環(huán)，相當(dāng)于文本編程語言中的靜態(tài)變量。

周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院4.反饋節(jié)點反饋節(jié)點“”用于將子VI、函數(shù)或一組子VI和函數(shù)的輸出連接到同一個子VI、函數(shù)或組的輸入上，即創(chuàng)建反饋路徑，用于保存VI或循環(huán)上一次的運行數(shù)據(jù)。反饋節(jié)點只能用在For循環(huán)或While循環(huán)中，是為循環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)置的一種傳遞數(shù)據(jù)的機制，反饋節(jié)點和只有一個左端口的移位寄存器的功能完全相同，是一種更簡單的表達(dá)方式。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院5.自動索引功能在LabVIEW的循環(huán)結(jié)構(gòu)中有“自動索引”的概念，所謂“自動索引”指的是使循環(huán)框（即循環(huán)體）外面的數(shù)據(jù)成員逐個進(jìn)入循環(huán)框，或者使循環(huán)框內(nèi)的數(shù)據(jù)累積成為一個數(shù)組再輸出到循環(huán)框外的特性和功能。假如使用“自動索引”功能，當(dāng)循環(huán)內(nèi)的數(shù)據(jù)輸出到循環(huán)外的時候，單個元素被累積，成為一個一維數(shù)組，一維數(shù)組累積成為二維數(shù)組；相反，當(dāng)一個一維數(shù)組數(shù)據(jù)進(jìn)入循環(huán)的時候被索引成為單個元素，二維數(shù)組被索引成為一維數(shù)組。

（1）For循環(huán)的自動索引（2）While循環(huán)的自動索引周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.4.2順序結(jié)構(gòu)LabVIEW中的順序結(jié)構(gòu)包括平鋪式順序結(jié)構(gòu)和層疊式順序結(jié)構(gòu)，都是用來強制程序流程一步步順序執(zhí)行。順序結(jié)構(gòu)可以包含多個代碼子框圖，每個代碼子框圖稱為幀，看起來就像是電影膠片，它可以按一定順序執(zhí)行多個子程序，首先執(zhí)行0幀中的程序，然后執(zhí)行1幀中的程序，逐個執(zhí)行下去。LabVIEW中的順序結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)流可以從前面的幀向后面的幀流動，反之則不可以。跟程序框圖其它部分一樣，在順序結(jié)構(gòu)的每一幀中，數(shù)據(jù)依賴性決定了節(jié)點的執(zhí)行順序。1.平鋪式順序結(jié)構(gòu)2.層疊式順序結(jié)構(gòu)

周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.4.3條件結(jié)構(gòu)條件結(jié)構(gòu)包括兩個或兩個以上子程序框圖或條件分支。每次只能顯示一個子程序框圖，并且每次只執(zhí)行一個條件分支，輸入值將決定執(zhí)行的子程序框圖。條件結(jié)構(gòu)類似于文本編程語言中的switch語句或if...then...else語句。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.4.4事件結(jié)構(gòu)用戶在編寫程序時常常對一些事件進(jìn)行處理，例如鼠標(biāo)事件（單擊、雙擊等）、鍵盤事件、窗口事件（關(guān)閉窗口等）、選單事件、密碼登錄事件等，LabVIEW為用戶提供了非常方便的一種結(jié)構(gòu)——事件結(jié)構(gòu)。事件結(jié)構(gòu)就是當(dāng)某一指定的事件發(fā)生時，就會執(zhí)行相應(yīng)框圖中的程序。它包括一個或多個子程序框圖或事件分支，結(jié)構(gòu)執(zhí)行時，僅有一個子程序框圖或分支在執(zhí)行。事件結(jié)構(gòu)可等待直至事件發(fā)生，并執(zhí)行相應(yīng)條件分支，處理該事件。時間輸出對應(yīng)于使用的控制事件。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.4.5公式節(jié)點與腳本1.公式節(jié)點公式節(jié)點是一種便于在程序框圖上執(zhí)行數(shù)學(xué)運算的文本節(jié)點。用戶不必使用任何外部代碼或應(yīng)用程序，且創(chuàng)建方程時不必連接任何基本算術(shù)函數(shù)。除接受文本方程表達(dá)式外，公式節(jié)點還接受文本形式且為C語言編程者所熟悉的if語句、while循環(huán)、for循環(huán)和do循環(huán)。這些程序的組成元素與在C語言程序中的元素相似，但并不完全相同。

周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.腳本LabVIEW2011主要為用戶提供了使用非常方便的兩種腳本節(jié)點——MathScript節(jié)點和MATLAB腳本節(jié)點。腳本節(jié)點用于執(zhí)行LabVIEW中基于文本的數(shù)學(xué)腳本。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.4.6局部變量、全局變量與屬性節(jié)點1.局部變量

局部變量在單個VI中傳遞數(shù)據(jù)，其他VI對該局部變量不可見，主要用于在程序內(nèi)部傳遞數(shù)據(jù)，它既可以作為控制量向其他對象傳遞數(shù)據(jù)，也可以作為顯示量接收其他對象傳遞過來的數(shù)據(jù)。在LabVIEW中創(chuàng)建局部變量的方式有兩種。2.全局變量

全局變量是LabVIEW中的一個對象，通過全局變量，可以在不同的VI之間訪問和傳遞數(shù)據(jù)。但實際上用戶在編程時，全局變量不是經(jīng)常用到的，因為全局變量在運行中，要占用大量的系統(tǒng)內(nèi)存，會降低VI的執(zhí)行速度和效率。全局變量時內(nèi)置的LabVIEW對象，創(chuàng)建全局變量時，LabVIEW將自動創(chuàng)建一個有前面板但無程序框圖的特殊全局VI。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院3.屬性節(jié)點LabVIEW提供了各種樣式的前面板對象，應(yīng)用這些前面板對象，可以設(shè)計出儀表化的人機交互界面。但是，僅僅提供豐富的前面板對象還是不夠的，在實際運用中，還經(jīng)常需要實時地改變前面板對象的顏色，大小和是否可見等屬性，達(dá)到最佳的人機交互功能。由此，引入了屬性節(jié)點，通過改變前面板對象屬性節(jié)點中的屬性值，可以在程序運行中動態(tài)的改變前面板對象的屬性。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.5程序調(diào)試、項目瀏覽器與可執(zhí)行文件的生成2.5.1程序調(diào)試程序的調(diào)試是指完成整個程序的前面板和程序框圖設(shè)計之后，執(zhí)行程序的過程。LabVIEW的編程環(huán)境提供了有效的調(diào)試方法，同時提供了很多與優(yōu)秀的交互式調(diào)試環(huán)境相關(guān)的特性，可與圖形化編程完美的結(jié)合。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.5.2項目瀏覽器啟動LabVIEW2011后，選擇“新建”→“項目”，或者從主菜單中選擇“文件”→“新建項目”或者從建立的VI的前面板或程序框圖中的主菜單選擇“文件”→“新建項目”，都可以創(chuàng)建一個名為“未命名項目1”的空項目文件。使用該窗口創(chuàng)建和管理LabVIEW項目（包括VI、保證VI運行正常所必須的文件，以及其它支持文件，例如，文檔或相關(guān)鏈接）。LabVIEW項目支持組織和管理大型項目，并將VI部署至終端，如遠(yuǎn)程計算機、RT終端和FPAG終端。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.5.3可執(zhí)行文件的生成LabVIEW作為一種圖形化的程序設(shè)計語言，同樣可以將設(shè)計的VI生成應(yīng)用程序（EXE）、安裝程序、共享庫（DLL）等。最為常用的就是應(yīng)用程序（EXE）和安裝程序，且二者常常配合使用。1.應(yīng)用程序（EXE）生成2.安裝程序生成周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.6圖形顯示圖形顯示是虛擬儀器設(shè)計的重要組成部分，是指將程序中使用的或生成的數(shù)據(jù)以圖形的形式顯示或?qū)崟r顯示出來。LabVIEW2011為用戶提供了豐富的圖形顯示功能周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.6.1波形圖表

波形圖表又稱為實時趨勢圖，是顯示一條或多條曲線的特殊數(shù)值顯示控件，一般用于顯示以恒定速率采集到的數(shù)據(jù)。波形圖表的數(shù)據(jù)并沒有事先存在一個數(shù)組中，它是實時顯示的，為了能夠看到先前的數(shù)據(jù)，波形圖表控件內(nèi)部含有一個顯示緩沖器，其中保留了一些歷史數(shù)據(jù)，即波形圖表會保留來源于此前更新的歷史數(shù)據(jù)，又稱緩沖區(qū)。右鍵單擊前面板“圖表”的圖標(biāo)，從彈出的快捷菜單中選擇“圖表歷史長度”可配置緩沖區(qū)大小。波形圖表的默認(rèn)“圖表歷史長度”為1,024個數(shù)據(jù)點。向圖表傳送數(shù)據(jù)的頻率決定了圖表重繪的頻率。

周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.6.2波形圖波形圖又稱為事后記錄圖，用于顯示測量值為均勻采集的一條或多條曲線。波形圖僅繪制單值函數(shù)，即在y=f(x)中，各點沿x軸均勻分布。用戶右鍵單擊“波形圖”的圖標(biāo)，在彈出的快捷菜單中有很多選項，如，“曲線”圖例可用來設(shè)置曲線的各種屬性，包括線型（實線、虛線、點劃線等）、線粗細(xì)、顏色以及數(shù)據(jù)點的形狀等；“圖形工具選板”可用來對曲線進(jìn)行操作，包括移動、區(qū)域放大和縮小等；“X標(biāo)尺”和“Y標(biāo)尺”用來設(shè)置坐標(biāo)刻度的數(shù)據(jù)格式、類型（普通坐標(biāo)或?qū)?shù)坐標(biāo)），坐標(biāo)軸名稱以及刻度柵格的顏色等。

周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.6.3XY圖前面介紹的波形圖表和波形圖只能描繪樣點均勻分布的單值函數(shù)變化曲線，它們的X軸表示時間的先后。XY圖是多用途的笛卡爾繪圖對象，用于繪制多值函數(shù)，描繪Y與X的函數(shù)關(guān)系，如圓形、橢圓或具有可變時基的波形。XY圖描繪一條曲線需要兩個數(shù)組X和Y，X數(shù)組包含橫坐標(biāo)X的數(shù)據(jù)，Y數(shù)組包含縱坐標(biāo)Y的數(shù)據(jù)，并且將X和Y數(shù)組捆綁成一個簇，X數(shù)組在上，Y數(shù)組在下。XY圖可顯示任何均勻采樣或非均勻采樣的點的集合。

周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院2.6.4強度圖和圖表強度圖和圖表通過在笛卡爾平面上放置顏色塊的方式在二維圖上顯示三維數(shù)據(jù)。例如，強度圖和圖表可顯示圖形數(shù)據(jù)，如溫度圖和地形圖（以量值代表高度）。強度圖和圖表接收三維數(shù)字?jǐn)?shù)組。數(shù)組中的每一個數(shù)字代表一個特定的顏色。在二維數(shù)組中，元素的索引可設(shè)置顏色在圖形中的位置。數(shù)據(jù)行在圖形或圖表上將以新列顯示。如希望以“行”的方式顯示該行，則可將一個二維數(shù)組數(shù)據(jù)類型連接到強度圖形或圖表，右鍵單擊該強度圖表或強度圖，從彈出的快捷菜單中選擇“轉(zhuǎn)置數(shù)組”。強度圖和圖表的區(qū)別有點類似波形圖與波形圖表的區(qū)別。數(shù)組索引與顏色塊的左下角頂點對