LabVIEW-的功能及特點(diǎn)

（電路級(jí)仿真&儀器級(jí)仿真）LabVIEW的功能及特點(diǎn)（LabVIEW與Matlab接口的方法_新疆大學(xué)陳金平）LabVIEW是NI公司推出的一種虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)，以LabVIEW為核心，包括控制與仿真、高級(jí)數(shù)字信號(hào)處理、統(tǒng)計(jì)過程控制、模糊控制和PID控制等眾多附加軟件包，運(yùn)行于多種平臺(tái)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)軟件開發(fā)環(huán)境。LabVIEW在包括航空航天、通信、汽車、半導(dǎo)體和生物醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。其最大的特色是采用編譯型圖形化編程語言——G語言，即用戶設(shè)計(jì)好程序的大體框架后，如同畫流程圖一般，只需將系統(tǒng)提供的各種圖形化功能模塊連接起來，就可得到所需的應(yīng)用軟件。LabVIEW中的程序稱為vI(virtualinstruments)，每個(gè)VI都由前面板和框圖程序以及圖標(biāo)／連接端口三部分組成。除了具備其它編程語言所提供的常規(guī)函數(shù)功能外，LabVIEW內(nèi)部還集成了大量的生成圖形界面的模板，如各種表頭、旋鈕、開關(guān)、LED指示燈、圖表等；豐富實(shí)用的數(shù)值分析、信號(hào)處理功能，如FFT變換、各種濾波器、信號(hào)發(fā)生器等；以及對(duì)RS一232、GPIB、VXI、數(shù)據(jù)采集板卡、網(wǎng)絡(luò)等多種硬件的設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能，并免費(fèi)提供數(shù)十家世界知名儀器廠商的幾百種源碼級(jí)儀器驅(qū)動(dòng)，大大方便和簡(jiǎn)化了用戶的設(shè)計(jì)開發(fā)工作。LabVIEW使得過去繁瑣、枯燥的軟件開發(fā)變得簡(jiǎn)單、方便，尤其適合不熟悉傳統(tǒng)文本編程語言(如C、BASIC等)的工程技術(shù)人員，被譽(yù)為工程師和科學(xué)家的語言。但是，在大型的系統(tǒng)測(cè)試和仿真過程中，需要軟件進(jìn)行一些很復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算時(shí)，LabView的圖形化編程語言就顯得力不從心，Matlab是一種常用的高效率數(shù)學(xué)運(yùn)算工具，它建立在向量、數(shù)組和復(fù)數(shù)矩陣的基礎(chǔ)上，使用方便，將它和LabVIEW有機(jī)地結(jié)合起來會(huì)大大減少編程的工作量，提高編程效率。本文通過求解一常微分方程初值問題的例子，介紹了兩種編程語言的接口方法。虛擬儀器:LABVIEW優(yōu)點(diǎn)及簡(jiǎn)介20多年前，美國(guó)國(guó)家儀器公司NI（NationalInstruments）提出“軟件即是儀器”的虛擬儀器（VI）概念，引發(fā)了傳統(tǒng)儀器領(lǐng)域的一場(chǎng)重大變革，使得計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得以長(zhǎng)驅(qū)直入儀器領(lǐng)域，和儀器技術(shù)結(jié)合起來，從而開創(chuàng)了“軟件即是儀器”的先河。所謂虛擬儀器，實(shí)際上就是一種基于計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化測(cè)試儀器系統(tǒng)。虛擬儀器通過軟件將計(jì)算機(jī)硬件資源與儀器硬件有機(jī)的融合為一體，從而把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算處理能力和儀器硬件的測(cè)量，控制能力結(jié)合在一起，大大縮小了儀器硬件的成本和體積，并通過軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)以及分析處理。從發(fā)展史看，電子測(cè)量?jī)x器經(jīng)歷了由模擬儀器、智能儀器到虛擬儀器，由于計(jì)算機(jī)性能以摩爾定律（每半年提高一倍）飛速發(fā)展，已把傳統(tǒng)儀器遠(yuǎn)遠(yuǎn)拋到后面，并給虛擬儀器生產(chǎn)廠家不斷帶來較高的技術(shù)更新速率。虛擬儀器傳統(tǒng)儀器開放性、靈活，可與計(jì)算機(jī)技術(shù)保持同步發(fā)展封閉性、儀器間相互配合較差關(guān)鍵是軟件，系統(tǒng)性能升級(jí)方便，通過網(wǎng)絡(luò)下載升級(jí)程序既可。關(guān)鍵是硬件，升級(jí)成本較高，且升級(jí)必須上門服務(wù)。價(jià)格低廉，儀器間資源可重復(fù)利用率高價(jià)格昂貴，儀器間一般無法相互利用用戶可定義儀器功能只有廠家能定義儀器功能可以與網(wǎng)絡(luò)及周邊設(shè)備方便連接功能單一，只能連接有限的獨(dú)立設(shè)備開發(fā)與維護(hù)費(fèi)用降至最低開發(fā)與維護(hù)開銷高技術(shù)更新周期短（1--2年）技術(shù)更新周期長(zhǎng)（5--10年）虛擬儀器具有傳統(tǒng)獨(dú)立儀器無法比擬的優(yōu)勢(shì)，但它并不否定傳統(tǒng)儀器的作用，它們相互交叉又相互補(bǔ)充，相得益彰。在高速度、高帶寬和專業(yè)測(cè)試領(lǐng)域，獨(dú)立儀器具有無可替代的優(yōu)勢(shì)。在中低檔測(cè)試領(lǐng)域，虛擬儀器可取代一部分獨(dú)立儀器的工作，但完成復(fù)雜環(huán)境下的自動(dòng)化測(cè)試是虛擬儀器的拿手好戲，是傳統(tǒng)的獨(dú)立儀器難以勝任的，甚至不可思議的工作。專家們指出，在這個(gè)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，利用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)進(jìn)行改造，已是大勢(shì)所趨，而虛擬儀器系統(tǒng)正是計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳統(tǒng)的儀器技術(shù)進(jìn)行融合的產(chǎn)物，因此，在21世紀(jì)，虛擬儀器將大行其道，日漸受寵，將會(huì)引發(fā)傳統(tǒng)的儀器產(chǎn)業(yè)一場(chǎng)新的革命。LabVIEW是NI推出的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)軟件，它們能夠以其直觀簡(jiǎn)便的編程方式、眾多的源碼級(jí)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、多種多樣的分析和表達(dá)功能支持，為用戶快捷地構(gòu)筑自己在實(shí)際生產(chǎn)中所需要的儀器系統(tǒng)創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件。LabVIEW采用圖形化編程語言--G語言，產(chǎn)生的程序是框圖的形式，易學(xué)易用，特別適合硬件工程師、實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員、生產(chǎn)線工藝技術(shù)人員的學(xué)習(xí)和使用，可在很短的時(shí)間內(nèi)掌握并應(yīng)用到實(shí)踐中去。特別是對(duì)于熟悉儀器結(jié)構(gòu)和硬件電路的硬件工程師、現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員及測(cè)試技術(shù)人員來說，編程就像設(shè)計(jì)電路圖一樣；因此，硬件工程師、現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員及測(cè)試技術(shù)人員們學(xué)習(xí)LabVIEW駕輕就熟，在很短的時(shí)間內(nèi)就能夠?qū)W會(huì)并應(yīng)用LabVIEW。也不必去記憶那眼花繚亂的文本式程序代碼。LabVIEW這么容易學(xué)習(xí)和使用，是不是LabVIEW的功能十分有限呢？不。像C或C++等其它計(jì)算機(jī)高級(jí)語言一樣，LabVIEW也是一種通用編程系統(tǒng)，具有各種各樣、功能強(qiáng)大的函數(shù)庫，包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串行儀器控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，甚至還有目前十分熱門的網(wǎng)絡(luò)功能。LabVIEW也有完善的仿真、調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、單步等。LabVIEW的動(dòng)態(tài)連續(xù)跟蹤方式，可以連續(xù)、動(dòng)態(tài)地觀察程序中的數(shù)據(jù)及其變化情況，比其它語言的開發(fā)環(huán)境更方便、更有效。而且LabVIEW與其它計(jì)算機(jī)語言相比，有一個(gè)特別重要的不同點(diǎn)：其它計(jì)算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼行，而LabVIEW采用圖形化編程語言--G語言。LabVIEW程序又稱為虛擬儀器，它的表現(xiàn)形式和功能類似于實(shí)際的儀器；但LabVIEW程序很容易改變?cè)O(shè)置和功能。因此，LabVIEW特別適用于實(shí)驗(yàn)室、多品種小批量的生產(chǎn)線等需要經(jīng)常改變儀器和設(shè)備的參數(shù)和功能的場(chǎng)合，及對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析研究、傳輸?shù)葓?chǎng)合?？傊捎贚abVIEW能夠?yàn)橛脩籼峁┖?jiǎn)明、直觀、易用的圖形編程方式，能夠?qū)⒎爆崗?fù)雜的語言編程簡(jiǎn)化成為以菜單提示方式選擇功能，并且用線條將各種功能連接起來，十分省時(shí)簡(jiǎn)便，深受用戶青睞。與傳統(tǒng)的編程語言比較，LabVIEW圖形編程方式能夠節(jié)省85％以上的程序開發(fā)時(shí)間，其運(yùn)行速度卻幾乎不受影響，體現(xiàn)出了極高的效率。使用虛擬儀器產(chǎn)品，用戶可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要重新構(gòu)筑新的儀器系統(tǒng)。例如，用戶可以將原有的帶有RS232接口的儀器、VXI總線儀器以及GPIB儀器通過計(jì)算機(jī)，聯(lián)接在一起，組成各種各樣新的儀器系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一管理和操作?？梢灶A(yù)見，由于LabVIEW這些其他語言無法比擬的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為該領(lǐng)域的一朵奇葩！最終將引發(fā)傳統(tǒng)的儀器產(chǎn)業(yè)一場(chǎng)新的革命。兩種LabVIEW、MATLAB結(jié)合的控制系統(tǒng)數(shù)字仿真方法比較——三峽大學(xué)LabVIEW是美國(guó)NI公司的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件，它為工程師和科學(xué)家們提供了最有力的圖形化的編程環(huán)境?？梢允褂肔abVIEW在電腦屏幕上創(chuàng)建一個(gè)圖形化的用戶界面，即可設(shè)計(jì)出完全符合自己要求的虛擬儀器。通過這個(gè)圖形界面，可以操作儀器程序、控制硬件、分析采集到的數(shù)據(jù)、顯示結(jié)果，可以使用旋鈕、開關(guān)、轉(zhuǎn)盤、圖表等自定義前面板，用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的控制面板、創(chuàng)建自制測(cè)試面板或圖形化表示控制和操作過程。標(biāo)準(zhǔn)流程圖和圖形化程序圖的相似性使得它不像基于文本的傳統(tǒng)語言那樣難學(xué)，可大大縮短了用戶的整個(gè)學(xué)習(xí)過程。只需將各個(gè)圖標(biāo)連在一起創(chuàng)建各種流程圖表，即可完成虛擬儀器程序的開發(fā)，而這也正好符合工程師和科學(xué)家們的原始設(shè)計(jì)理念。利用圖形化編程，在保持系統(tǒng)的功能與靈活性的同時(shí)，能大大加快開發(fā)速度。在虛擬儀器用戶界面里，LabVIEW提供了大量?jī)?nèi)置的可視化工具用于顯示數(shù)據(jù)，從圖表到圖形、從2D到3D顯示，應(yīng)有盡有。同時(shí)，還可以隨時(shí)修改界面特征，如顏色、字體尺寸、圖表類型，還有動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)、縮放等。除了圖形化編程和方便的定義界面屬性外，只需利用拖放工具，就可將物體拖放到儀器的前面板上。采用動(dòng)畫等可視化技術(shù)，模擬工業(yè)系統(tǒng)在給定時(shí)間段內(nèi)的運(yùn)行狀況，從而直觀、生動(dòng)地模擬工業(yè)系統(tǒng)的運(yùn)行過程。LabVIEW是一種功能強(qiáng)大的圖形化編程語言，是一個(gè)具有良好開放性的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)。不僅廣泛地應(yīng)用于自動(dòng)化測(cè)量與控制，用于數(shù)字仿真更具特色。方法1使用MatlabScript節(jié)點(diǎn)，LabVIEW調(diào)用MATLAB過程簡(jiǎn)單，但仿真計(jì)算時(shí)，仍需要在MatlabScript節(jié)點(diǎn)中編程。如果控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，通過編程將模型輸入計(jì)算機(jī)仍會(huì)顯得十分麻煩。方法2使用LabVIEWSimulationInterfaceToolkit，LabVIEW調(diào)用MATLAB過程比方法1略復(fù)雜，但LabVIEW調(diào)用的是MATLA]3I／Simulink，Simulink提供了采用鼠標(biāo)拖放的方法建立系統(tǒng)框圖模型的圖形交互平臺(tái)。通過Simulin