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1、 虚 拟 仪 器 与 LabVIEW 开 发 应 用虚 拟 仪 器 与 LabVIEW 开 发 应 用 虚拟仪器实验指导书 虚拟仪器实验指导书 宁波大学信息学院 2011 年 1 月 目目 录录 实验教学目的.1 实验 1 LabVIEW概述.5 实验 2 循环和图表.8 实验 3 字符串和文件I/O 设计.12 实验 4 正弦调幅波的解调处理.14 实验 5 典型信号频谱分析.16 实验 6 典型信号相关分析.17 实验 7 巴特沃斯滤波器.19 实验 8 虚拟仪器平台数据共享.21 实验 9 虚拟信号发生器的的设计.22 实验 10 虚拟电压表的设计.24 实验 11 虚拟多路数据采集系统
2、.27 实验 12 数字存储示波器的设计.29 虚拟仪器实验指导 实验教学目的实验教学目的 通过实验课使学生掌握 Labview 的编程思想、硬件安装调试与应用技术，并使用Labview 开发出自己所需要的虚拟仪器，借以培养学生的智能测试系统的设计与编程能力和创新能力。 本课程的任务是让学生学习和了解虚拟仪器的原理及开发技术，掌握虚拟仪器软件平台 LabVIEW 的基本的编程方法及调试技术，并结合多功能数据采集卡来完成虚拟仪器的程序设计。 1 虚拟仪器的概念和构成 1 虚拟仪器的概念和构成 1.1 虚拟仪器的概念 虚拟仪器技术的提出和发展， 标志着二十一世纪自动测试与电子测量仪器领域技术发展的
3、一个重要方向。所谓虚拟仪器(Virtual Instruments,简称VI)，就是在通用的计算机平台上定义和设计仪器的测试功能， 使用者在操作这台计算机时就像在使用一台自己设计的专用的传统电子仪器。操作人员可通过友好的图形化用户界面和图形化编程语言来控制仪器的启动、运行和结束，完成对被测信号的数据采集、信号分析、谱图显示、波形图显示、故障诊断、数据存储以及控制输出等功能。虚拟仪器系统中，硬件解决信号的输入和输出，软件可以很方便地修改，改变仪器系统的功能，以适应不同使用者的需要。而且因为有网络的存在，可以应用网络实现仪器共享或远程控制。虚拟仪器的出现，彻底改变了传统的仪器观念，开辟了测试计量技
4、术的新纪元。 1.2 虚拟仪器的构成 虚拟仪器系统是由计算机、 应用软件和仪器硬件组成的。 硬件是指获得测试数据的各种硬件I/O 接口设备，大致可分为4 类：DAQ、GPIB、VXI、PXI，因此组成了4 种虚拟仪器体系结构。无论哪种结构，都是将硬件仪器嵌入到笔记本电脑、台式计算机或工作站等各种计算机平台上，再加上应用软件而构成的。因而，虚拟仪器的发展已经与计算机技术的发展步伐完全同步。 2 虚拟仪器软件开发工具虚拟仪器软件开发工具LabVIEW介绍介绍 LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境的简称， 是美国国家仪器公司的软件产品， 是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件开发集成环境，
5、主要用于数据的采集、分析、处理和表达。它与C、Pascal等传统编程语言有着诸多相似之处，如相似的数据类型、数据流控制结构、 程序调试工具等。 与传统编程语言最大的区别是LabVIEW使用图形语言(即各种图标、图形符号、连线等)，以框图的形式编写程序。 一个LabVIEW程序包括三个主要部分：前面板、框图程序、图标/接线端口。前面板是交互式图形化用户界面，用于设置输入数值和观察输出量用于模拟真实仪表的前面板。 在程序前面板上， 输入量被称为控制 （Controls） ，输出量被称为显示（Indicators） 。 控制和显示是以各种图标形式出现在前面板上，如旋钮、开关、按钮、图表、图形等，这使
6、这得前面板直观易懂。 每个程序前面板都对应着一段框图程序。框图程序用 LabVIEW 图形编程语言编写，可以把它理解成传统程序的源代码。框图程序由端口、节点、图框和连线构成。其中端口被用1 虚拟仪器与 LabVIEW 开发应用 来同程序前面板的控制和显示传递数据， 节点被用来实现函数和功能调用， 图框被用来实现结构化程序控制命令， 而连线代表程序执行过程中的数据流， 定义了框图内的数据流动方向。 图标/连接器是子VI被其它VI调用的接口。图标是子VI在其他程序框图中被调用的节点表现形式；而连接器则表示节点数据的输入/输出口，就象函数的参数。用户必须指定连接器端口与前面板的控制和显示一一对应。如
7、下图所示。连线是端口间的数据通道。它们类似于普通程序中的变量。数据是单向流动的，从源端口向一个或多个目的端口流动。不同的线型代表不同的数据类型。在彩显上，每种数据类型还以不同的颜色予以强调。 整 形 蓝色 浮点数 橙色 逻辑量 绿色 字符串 粉色 文件路径 青色 当需要连接两个端点时，在） ，然后移动到另一个端点，再点击第二个端点。端点的先后次序不影响数据流动方向。 当把连线工具放在端点上时，该端点第一个端点上点击连线工具（从工具模板栏调用区域将会闪烁，表示连线将会接通该端点。当把连线工模板可以随意在屏幕上移动，并可以放置在屏幕的任意位置。操作模板共有三类，为工具（Tools）模板、控制（Co
8、ntrols）模板和功能（Functions）模板。 具从一个端口接到另一个端口时，不需要按住鼠标键。当需要连线转弯时，点击一次鼠标键，即可以正交垂直方向地弯曲连线，按空格键可以改变转角的方向。 LabVIEW 具有多个图形化的操作模板，用于创建和运行程序。这些操作2 虚拟仪器实验指导 （箭头就会变成该工具相应的形状。 板工具模板 3）功能模板(Functions Palette) 若功能模板不出现，则可以用 Windows 菜单下的 Show Functions Palette 功能打开它，也可以在键以弹出功能模板。 实验仪器和软件平实验仪器和软件平名称 数量 备注 1）工具模板（Tools
9、 Palette） 工具模板为编程者提供各种用于创建、修改和调试VI 程序的工具。如果该模板没有出现，可在 Windows 菜单下选择 Show Tools Palette 命令以显示该模板。当从模板内选择了任一种工具后，鼠标(2) 控制模板(Controls Palette) 用控制模板可以给前面板添加输入控制和输出显示。每个图标代表一个子模板。如果控制模板不显示，可以用 Windows 菜单的 Show Controls Palette 功能打开它，也可以在前面板的空白处，点击鼠标右键，以弹出控制模。 注：只有当打开前面板窗口时才能调用控制模板。 控制模板 （功能模板是创建框图程序的工具。
10、 该模板上的每一个顶层图标都表示一个子模板。框图程序窗口的空白处点击鼠标右注：只有打开了框图程序窗口，才能出现功能模板。 3台台 PC 机 一台 预装 Windows 和 LabVIEW 等 信号发生器 一台 提供信号源 数据采集卡 一套用于连接信号发生器与 PC 机 示波器 一台用于观测信号发生器实际输出波形 网络环境 用于数据交换与共享 3 虚拟仪器与 LabVIEW 开发应用 4虚拟仪器开虚拟仪器开1) 编写设计方案根据上面的以及本实验用到的据采集控制器的设计，确功能模块结构图和详细的流程图。保证所需的软件平台、板卡驱动程序及相应的 DLL 已PC 机上。 2) 设计虚拟仪器前面板 参照
11、实际仪器的外部操作平台， 结合虚拟仪器面板自身的特点及功能要求， 在充分考虑操作界面的友好性及美观的基础上， 首先设计出虚拟仪器前面板的大致布局， 并在前面板中3) 设计框图程序 设计时要充分考虑如何实现本虚拟仪器的功能要求， 并使程序简洁化， 便于阅读与维护。这一步有很多工作要做，包括编制直接与硬件关系的节点、实现某些功能的 SubVI、各功能最后按一定的逻辑关系，进一步合理组织各功能模块。该步在框图程序编辑窗中进行。 注意：对于较为复杂的程序，第（3）步和第（2）步往往是交叉进行的。4) 调试程序 程序的调试应分为两个部分，一是在编辑各 SubVI 及某些功能模块时，就进行相应的调试；二是
12、整个程序完成后，进行调试。第二部分要做的工作包括：保证程序没有语法错误，确保程序能和硬件协同工作，对硬件进行各种控制；确保硬件输出的信号波形和用户设置的一致；保证程序能实现预先设计的全部功能。 5) 进一步完善前面板并对程序属性进行设置。 进一步对仪器前面板进行布置和美化，同时要确保面板的易操作性。 发的步骤发的步骤 实验要求数特点，进行 VI 总体定经安装在依次放入所需控件。记住要给各控件取名，以便区分。该步在前面板编辑窗口中进行。模块等，能够运行；4 虚拟仪器实验指导 实验实验 1 LabVIEW 概述概述 【实验目的】 1、 熟悉 LabVIEW 的运行环境2、 学会创建 VI 程序。
13、VI 程序。 【实验原理】 仪器）有三个主要部分：前面板、程序框图和图标/连接口。 探针工具来跟踪数据在 VI 程序中的流动，来创建 VI 的图标 VI（前面板窗口、框图窗口、模板、菜单和命令）。 3、 掌握编辑 VI 程序的方法。 4、 学习使用调试工具调试5、 学习 VI 子程序的建立和调用1、VI（虚拟2、模板可快捷地提供各种常用的工具和函数，模板分为工具模板、控制模板、功能模板。 3、程序调试的常用方法： 当 Run 按钮上出现折断的箭头则表示程序不能执行，可以点击该按钮找到出错的对象。 使用高亮执行、 单步执行的方式和断点工具、这样可方便的调试 VI 程序。 4、VI 子程序的两个组
