第12章虛擬儀器技術(shù)教材課件

第12章虛擬儀器技術(shù)12.1LabVIEW軟件的特點112.2LabVIEW虛擬儀器的創(chuàng)建方法12.3數(shù)據(jù)采集與虛擬儀器312.4LabVIEW和Multisim軟件的聯(lián)合42

虛擬儀器(VI,VirtualInstrument)是在20世紀(jì)后期隨計算機水平和軟件技術(shù)的迅速進步而出現(xiàn)并發(fā)展起來的有別于傳統(tǒng)儀器的新概念。虛擬儀器技術(shù)突破了傳統(tǒng)電子儀器以硬件為主體的模式，具有用簡單硬件將被測量采集到上位機，然后通過軟件設(shè)計即可方便靈活地完成對被測試量的分析、判斷、顯示及數(shù)據(jù)存儲等功能的特點。軟件設(shè)計的靈活易變、成本低等特點使虛擬儀器在測試測量技術(shù)中越來越發(fā)揮出其優(yōu)勢。概述

上位機是指人可以直接發(fā)出操控命令的計算機，一般是PC，屏幕上顯示各種信號變化（液壓，水位，溫度等）。下位機是直接控制設(shè)備獲取設(shè)備狀況的計算機，一般是PLC/單片機之類的。

上位機發(fā)出的命令首先給下位機，下位機再根據(jù)此命令解釋成相應(yīng)時序信號直接控制相應(yīng)設(shè)備。下位機不時讀取設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)（一般為模擬量），轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號反饋給上位機。上下位機都需要編程，都有專門的開發(fā)系統(tǒng)。12.1LabVIEW軟件的特點

◆LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineerWorkbench,實驗室虛擬儀器工作平臺）是美國NI（NationalInstruments,美國國家儀器公司）公司推出的一種基于G語言(GraphicsLanguage，圖形化編程語言)的具有革命性的圖形化虛擬儀器開發(fā)環(huán)境，是業(yè)界領(lǐng)先的測試、測量和控制系統(tǒng)的開發(fā)工具。傳統(tǒng)儀器虛擬儀器待測模擬信號信號處理前置預(yù)處理數(shù)據(jù)顯示信號輸入硬件電子系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字信號處理數(shù)據(jù)顯示信號產(chǎn)生信號輸出手動/模擬信號控制待測模擬信號輸出模擬信號D/A轉(zhuǎn)換計算機數(shù)字信號控制數(shù)字信號產(chǎn)生輸出模擬信號ClassicalInstrumentVirtualInstrument(VI)計算機DAQ卡利用計算機強大、高效的數(shù)字信號處理和控制能力，配合高速高精度A/D、D/A轉(zhuǎn)換卡，實現(xiàn)與傳統(tǒng)專用儀器相同乃至更強的功能，組成虛擬儀器前置預(yù)處理對比作為虛擬儀器的開發(fā)軟件，LabVIEW的特點如下：⑴具有圖形化的編程方式，設(shè)計者無需編寫任何文本格式的代碼，是真正的工程師語言。⑵提供豐富的數(shù)據(jù)采集，分析及存儲的庫函數(shù)。⑶提供傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)調(diào)試手段，如設(shè)置斷點，單步運行，同時提供獨具特色的執(zhí)行工具，使程序動畫式進行，利于設(shè)計者觀察到程序運行的細節(jié)，使程序的調(diào)試和開發(fā)更為便捷。12.1LabVIEW軟件的特點⑷囊括了PCI,GPIB,PXI,VXI,RS-232/485,USB等各種儀器通信總線標(biāo)準(zhǔn)的所有功能函數(shù)，使得不懂得總線標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)者也能驅(qū)動不同總線標(biāo)準(zhǔn)接口設(shè)備與儀器。⑸提供大量與外部代碼或軟件進行連接的機制，如DLL（動態(tài)鏈接庫），DDE（共享庫），Activex等。⑹具有強大的Internet功能，支持常用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，方便網(wǎng)絡(luò)，遠程測控儀器開發(fā)。12.1LabVIEW軟件的特點◆在測試和測量方面，LabVIEW已經(jīng)變成了一種工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)工具；在過程控制和工廠自動化應(yīng)用方面，LabVIEW軟件非常適用于過程監(jiān)測和控制；而在研究和分析方面，LabVIEW軟件有力的軟件分析庫提供了幾乎所有經(jīng)典的信號處理函數(shù)和大量現(xiàn)代的高級信號的分析?！羲鼉?nèi)具信號采集、測量分析與數(shù)據(jù)顯示功能，集開發(fā)、調(diào)試、運行于一體

，而且LabVIEW虛擬儀器程序(VirtualInstrument，簡稱VI)可以非常容易的與各種數(shù)據(jù)采集硬件、以太網(wǎng)系統(tǒng)無縫集成，與各種主流的現(xiàn)場總線通信以及與大多數(shù)通用數(shù)據(jù)庫鏈接。12.1LabVIEW軟件的特點◆“軟件就是儀器”反映了其虛擬儀器技術(shù)的本質(zhì)特征。用LabVIEW設(shè)計的虛擬儀器可脫離LabVIEW開發(fā)環(huán)境，用戶最終看見的是和實際硬件儀器相似的操作界面。如今虛擬儀器已是現(xiàn)代檢測系統(tǒng)中非常重要的一部分。12.1LabVIEW軟件的特點VI程序和工程創(chuàng)建欄新近打開的工程和VI程序列表欄幫助資源列表欄啟動界面12.2LabVIEW虛擬儀器的創(chuàng)建方法12.2LabVIEW虛擬儀器的創(chuàng)建方法

LabVIEW與虛擬儀器有著緊密聯(lián)系，在LabVIEW中開發(fā)的程序都被稱為VI（虛擬儀器），其擴展名默認為.vi。虛擬儀器VI前面板Frontpanel框圖Blockdiagram圖標(biāo)和連接器窗格Iconandconnectorpane圖12-2（b）前面板及控件模板圖12-2前面板及控件模板前面板：虛擬儀器的交互式用戶接口，模仿了實際儀器面板。包含旋鈕、按鈕、圖形等控制與顯示對象。通過鼠標(biāo)或鍵盤輸入數(shù)據(jù)、控制按鈕，可在計算機屏幕上觀看結(jié)果，主要作用是完成顯示和控制。其中，輸入量被稱為Controls（控件），用戶可以通過控件向VI中設(shè)置輸入?yún)?shù)等；輸出量被稱為Indicators（指示器），VI通過指示器向用戶提示狀態(tài)或輸出數(shù)據(jù)等。圖12-2（a）框圖面板及函數(shù)模板圖12-3框圖面板及函數(shù)模板流程圖窗口提供VI的圖形化源程序，相當(dāng)于實際儀器箱內(nèi)的東西，在流程圖中程序員用圖形語言編寫LabVIEW程序源代碼，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能。每一個程序前面板都有相應(yīng)的框圖程序與之對應(yīng)。框圖程序用圖形編程語言編寫，可以把它理解成傳統(tǒng)程序的源代碼?？驁D中的部件可以看成程序節(jié)點，如循環(huán)控制、事件控制和算術(shù)功能等。這些部件都用連線連接，以定義框圖內(nèi)的數(shù)據(jù)流動方向。在框圖窗口中放置編程需要的功能函數(shù)模塊，并根據(jù)編程要求連接前面板控件、指示器在框圖窗口中的相應(yīng)圖標(biāo)和功能函數(shù)模塊圖標(biāo)。在框圖中對VI編程的主要工作就是從前面板上的輸入控件獲得用戶輸入信息，然后進行計算和處理，最后在輸出控件中把處理結(jié)果反饋給用戶?？驁D上的編程元素除了包括于前面板上的Control和Indicator對應(yīng)的連線端子（Terminal）外，還有函數(shù)、子VI、常量、結(jié)構(gòu)和連線等。完成子程序流程框圖的編程后，需要定義連接器，以便在子VI調(diào)用時方便連接端口。圖標(biāo)/接口器件可以讓用戶把VI程序變成一個對象（VI子程序），然后在其他程序中像子程序一樣地調(diào)用它。圖標(biāo)表示在其他程序中被調(diào)用的子程序，而接線端口則表示圖標(biāo)的輸入/輸出口，就像子程序的參數(shù)端口對應(yīng)著VI程序前面板控件和指示器的數(shù)值。VI圖標(biāo)的修改可通過雙擊圖標(biāo)，在圖12-4的編輯窗口下自定義圖標(biāo)。圖12-4圖標(biāo)編輯◆定義連接器是用鼠標(biāo)右鍵單擊前面板窗口中的圖標(biāo)窗格，在圖12-5快捷菜單中選擇ShowConnector，連接器窗格會取代前面板窗口右上角的圖標(biāo)，如圖12-6所示。圖12-5定義連接器下拉菜單圖

圖12-6連接器窗格圖

溫度計程序的圖標(biāo)和連接器

◆LabVIEW提供了三個模板來編輯虛擬儀器：工具模板（Tools

Palettes）、控制模板（Controls

Palettes）、功能模板（Functions

Palettes）。12.2LabVIEW虛擬儀器的創(chuàng)建方法模板工具模板Tools

Palettes控制模板Controls

Palettes功能模板Functions

Palettes12.2LabVIEW虛擬儀器的創(chuàng)建方法工具模板操作工具：使用該工具來操作前面板的控制和顯示。

選擇工具：用于選擇、移動或改變對象的大小。標(biāo)簽工具：用于輸入標(biāo)簽文本或者創(chuàng)建自由標(biāo)簽。連線工具：用于在框圖程序上連接對象。對象彈出菜單工具：用鼠標(biāo)左鍵可以彈出對象的彈出式菜單。漫游工具：使用該工具就可以不需要使用滾動條而在窗口中漫游。斷點工具：使用該工具在VI的框圖對象上設(shè)置斷點。探針工具：可以在框圖程序內(nèi)的數(shù)據(jù)流線上設(shè)置探針。顏色提取工具：使用該工具來提取顏色用于編輯其他的對象。顏色工具：用來給對象定義顏色。

提供用于圖形操作的各種工具，如移動、選取、設(shè)置卷標(biāo)和斷點、文字輸入等。12.2LabVIEW虛擬儀器的創(chuàng)建方法控制模板數(shù)值子模板：包含數(shù)值的控制和顯示。布爾值子模塊：邏輯數(shù)值的控制和顯示。字符串和路徑子模板：字符串和文件路徑的控制和顯示。數(shù)組和群子模板：復(fù)合型數(shù)據(jù)類型的控制和顯示。列表子模板：菜單環(huán)和列表欄的控制和顯示。圖形子模板：顯示數(shù)據(jù)結(jié)果的趨勢圖和曲線圖。環(huán)和枚舉子模板：菜單環(huán)和枚舉的控制和顯示?？丶萜鲙熳幽０澹翰僮鱐abControl、SubPanel、ActiveX等功能。I/O子模板：對輸入、輸出的控制和操作。對話控制子模板：用于輸入對話框的顯示控制。版本控制子模板：實現(xiàn)對以往版本的兼容和繼承。Refnum子模板：包含一些Refnum控件。裝飾子模板：用于給前面板進行裝飾的各種圖形對象。調(diào)用控制子模板：調(diào)用存儲在文件中的控制和顯示的接口。用戶控制子模板：用戶自定義的控制和顯示。

提供用于前面板編輯的控制和顯示對象的圖標(biāo)等。12.2LabVIEW虛擬儀器的創(chuàng)建方法功能模板結(jié)構(gòu)子模板:包括程序控制結(jié)構(gòu)命令，例如循環(huán)控制等，以及全局

變量和局部變量。數(shù)值運算子模板:包括各種常用的數(shù)值運算符；以及各種常見的數(shù)

值運算式，如+1運算；還包括數(shù)制轉(zhuǎn)換、三角函

數(shù)、對數(shù)、復(fù)數(shù)等運算，以及各種數(shù)值常數(shù)。布爾邏輯子模板:包括各種邏輯運算符以及布爾常數(shù)。字符串運算子模板:包含各種字符串操作函數(shù)、數(shù)值與字符串之間

的轉(zhuǎn)換函數(shù)，以及字符(串)常數(shù)等。數(shù)組子模板:包括數(shù)組運算函數(shù)、數(shù)組轉(zhuǎn)換函數(shù)，以及常數(shù)數(shù)組等。群子模板:包括群的處理函數(shù)，以及群常數(shù)等。這里的群相當(dāng)于C語

言中的結(jié)構(gòu)。比較子模板:包括各種比較運算函數(shù)，如大于、小于、等于。時間和對話框子模板:包括對話框窗口、時間和出錯處理函數(shù)等。文件輸入/輸出子模板:包括處理文件輸入/輸出的程序和函數(shù)。提供基本功能函數(shù)，以及一些已經(jīng)做好的子儀器。12.2LabVIEW虛擬儀器的創(chuàng)建方法循環(huán)（Loop）和示波器（Chart）G語言有兩種子方框圖重復(fù)執(zhí)行的結(jié)構(gòu)，While循環(huán)和For循環(huán)。這兩種結(jié)構(gòu)都是大小可變的盒子。把子方框圖放入循環(huán)結(jié)構(gòu)的邊界