虚拟仪器技术+chap2-1

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1、虚拟仪器,电子科技大学自动化学院 虚拟仪器课程组 02888013287 ,2.虚拟仪器软件开发平台,2.1 虚拟仪器软件开发平台介绍 2.1.1 概述 软件可完成数据分析与处理、结果表达与输出。 同一硬件平台，软件不同，则功能不同。 虚拟仪器软件应完成以下功能： 1、仪器面板的软件设计。 2、仪器测试功能的软件设计。 3、I/O接口的仪器驱动程序设计。,虚拟仪器的软件开发工具 ：,（1）文本式编程语言 有C、Visual C+、Visual Basic和Labwindows/CVI等。 （2）图形化编程语言 有NI公司的LabVIEW和Agilent公司的Agilent VEE等。,2.1.

2、2 LabVIEW,特点： （1）图形化的仪器编程环境 提供显示和控制对象，如表头、旋钮、图表等。 （2）内置高效的程序编译器 编译方式运行32位应用程序 ，内置代码评估器。 （3）灵活的程序调试手段 可设断点 ，探针，高亮，单步。 （4）支持各种数据采集与仪器通信应用 支持 ISA、EISA、PCI、PCMCIA和MacintoshNuBus等各种总线 。,（5）功能强大的数据处理和分析函数库 包括数值函数、字符串处理函数、数据运算函数和文件I/O函数，还包括概率与统计、回归分析、线性代数、信号处理、数字滤波器、窗函数、三维图形处理等高级分析函数。 （6）支持多种系统平台 可在LabVIEW

3、平台上调用其他软件平台编译的模块。 （7）开放式的开发平台 （8）网络功能,2.1.3 LabWindows/CVI,特点： （1）采用事件驱动与回调函数编程 （2）集成化开发平台 （3）支持多种总线 （4）支持数据处理和分析功能，提供格式化I/O库、Analysis库、Advanccd Analysis库、ANSI C库等 （5）提供图形化用户界面编辑，User Interface库 （6）支持网络和进程间通信功能 （7）支持多种操作系统,2.1.4 Agilent VEE,特点： （1）图形化的编程 提供显示和控制模块 ，如按钮、图表、温度指示器等 。 （2）内置的程序编译器 交互式编译器

4、技术 （3）丰富的仪器驱动程序,（4）强大的数据分析与处理 数理统计、类型比较、矩阵运算、微积分、信号分析与处理、数字滤波器等 。 （5）灵活的程序调试手段 可设断点，单步，分步。 （6）支持多种系统平台 （7）网络功能,2.2 LabVIEW编程初步,2.2.1 LabVIEW的基本VI介绍 LabVIEW中开发的应用程序称为虚拟仪器（Virtual instruments）程序，简称VI。 一个基本的VI包括： 前面板（front panel） 框图程序（block diagram） 图标/连结端口(icon/connector),前面板,框图程序,例如：求两个数的和与差,控制型控件,指示

5、型控件,前面板： 包括两类控件：控制型控件（control） ，指示型控件（indicator） 。 框图程序： 由节点（node）、端口（terminal）和数据连线（wire）组成 。,节点,端口,1节点 节点是程序的执行元素， LabVIEW有4种节点类型： 函数（functions）：执行各种数学运算、文件输入/输出等基本操作 。节点代码不能修改。 结构控制（structures）：实现结构化程序控制 。 代码端口（CIN、DLL）：是与C语言程序或动态连接库的接口。 子VI：节点代码可以修改。 2端口 3数据连线 定义了框图程序中的数据流动方向 。,2.2.2 LabVIEW的基本开

6、发环境,1启动界面,LabVIEW 7 Express的启动界面,单击，会生成一个新VI ，新VI包括前面板窗口、框图程序窗口,新的VI界面,前面板窗口,框图程序窗口,2窗口主菜单 包括文件(File)、编辑(Edit)、操作(Operate)、工具(Tools)、浏览(Browse)、窗口(Windows)、帮助(Help)。 3窗口工具栏 前面板窗口工具栏如下图。,主菜单,框图程序窗口的工具栏与前面板类似，只增加了4个调试按钮。 窗口主菜单与前面板相同。,点击该高亮执行按钮可使VI程序的运行以一种缓慢的节奏一步一步地执行程序，所执行到的节点都以高亮方式显示，并可观察到数据的流动，这样用户可

7、以清楚地了解到程序的运行过程，也可以很方便地查找错误 。,窗口工具栏功能,2.2.3 LabVIEW的模板,程序的创建主要依靠三个模板： 工具（Tools）模板 控件（Controls）模板 函数（Functions）模板 1.工具模板 选择Windows菜单下的Show Tools Palette选项可显示出工具模板。 使用工具模板中的工具可创建、修改和调试VI。当从工具模板中选择了某种工具后，鼠标光标就变为该工具的形状，表示可以进行某类操作。,工具模板中的各工具功能,2. 控件模板 选择前面板窗口的Windows菜单下的Show Controls Palette选项可显示出控制模板。 控制

8、模板只用于前面板，用来创建控制器和指示器。模板中显示的是一些子模板的图标，点击图标即可弹出该图标下的子模板。,控件模板中的子模板功能,其中最常用的控件是：数值型 、布尔型 数值型 Numeric 主要完成参数设置和结果显示。 这些控件相对于高级文本中的变量。 控制型控件有：数字式、滑动式、进度条式、旋纽式、桶式 指示型控件有：数字式、表盘式、温度计式、色彩,数值型控件的属性设置 前面板窗口中放置一个数值型控件Knob，鼠标右击控件会弹出一个快捷菜单。,快捷菜单中有一些共同的选项，如： Visible ltems：显示、隐藏控件的一些属性。 Find Terminal：高亮显示和该控件相对应的数

9、据端口。 Change to ControlIndicator：控制和指示属性的转换。 Description and Tip：打开控件对象的描述提示对话框。 Create：创建局部变量(Local Variable)、属性节点(Property Node)、控件参考(Reference)以及调用节点(1nvoke Node)。,Replace：用其它控件对象来代替当前对象。 DataOperations：对数据的操作： ReinitializetoDefaultValue：恢复初始值。 MakeCurrentValueDefault：设初始（默认）值。 DataSocketConnectio

10、n：启动DataSocket连接。 CutCopyPasteData：剪切复制粘贴。 Advanced：对前面板对象的高级操作： KeyNavigation：快捷键的设置SynchronousDisplay：同步显示 Customize：用户自行定制控件。 HideControlIndicator：在前面板隐藏控制。EnabledState：确定对象是否有效。,在数值型控件Knob快捷菜单中还有: Representation(数据类型设置) Data Range（数值范围设置） Format and Precision（数据表示格式和精度设置） Add Needle（添加指示针） Scale

11、（刻度） Text Labels（文本刻度模式） Properties（属性设置）,在控件快捷菜单中选择 Properties，将打开控件的属性对话窗口。,在Knob数值型控件的属性窗口中包括以下设置： Appearance：外观设置。 可设控件的标签(Label)、标题 (Caption)， 可用性设置Enabled State，可设该旋钮控件指针（Needle）颜色。 Data Range:数据范围设置。 可设置控件的缺省值Default Value,数据的表示法Representation，设置控件的最小值、最大值以及数值变化步长。,Scale:刻度设置。 可设置刻度线的颜色、刻度标识文

12、字颜色、刻度反向、对数分布、显示颜色梯度图。还设置最小刻线值、最大刻线值。 Format and Precision 数据表示格式和精度设置。 可选择设置数据表示为浮点、科学记数法、十六进制、二进制等以及数据的小数点后保留的位数。,单击属性对话窗口右上角的移动按钮，还会出现Text Labels和Documentaion的设置。 将该控件设置为文本刻度模式，控件的文本刻度分别设置为sine、Square和Triangle，控件在前面板的外观如右图。,布尔型 包含控制器和指示器：按钮、开关、指示灯按键等。 控件的值只能是Ture和False。,在前面板窗口中放置一个布尔型控件Boolean，然后

13、用鼠标右键单击该控件，会弹出一个快捷菜单 。,Boolean控件的特有选项,在快捷菜单中选择“Properties”，会弹出该控件的属性窗口 。,动作方式,文字说明,图解,m表示鼠标的操作动作 ，下降沿表示鼠标左键按下的时刻，上升沿表示鼠标按键释放的时刻。,V 表示开关的值，0或1 。,RD 表示程序读取控件的时间点。,在Switch When Pressed、Switch When Released、Switch Until Released三种动作方式中，开关的状态变化与VI程序是否读取开关值无关。 在Latch When Pressed、Latch When Released、Latch

14、 Until Released三种动作方式中，开关的状态变化与VI程序读取有关。 选择Latch When Pressed动作方式，表明当开关按下鼠标时，开关的值立刻改变，并保持该值，直到VI程序读取该值后，其值又恢复为初始值（与按下鼠标后是否释放无关）。 该开关动作常用于终止While循环。,3函数模板(Functions Palette) 用于创建流程图程序。,函数模板中子模板功能,函数模板中子模板功能,函数模板中子模板功能,数据运算子模板和布尔运算子模板,2.2.4创建VI程序,VI程序的创建： 创建前面板 设计框图程序 调试程序 1前面板的设计 应根据实际中的仪器面板以及该虚拟仪器所要

15、实现的功能来设计前面板。 多数控件本质的区别在于其代表的数据类型不同 。 可对控件对象进行编辑，包括： 改变对象的大小， 设置对象的颜色， 设置对象标签、 标题的字体， 排列、组合、锁定对象。,2框图程序的设计 框图程序相当于源代码 。 用函数模板中VI的相关函数和程序结构 ，去处理数据以及数据端口之间的关系 。 函数和程序结构即是节点，节点即是程序的一条语句 ，它包括函数、VI子程序、结构和代码接口 。 数据端口则可理解为程序的变量。,3程序的调试 如果VI程序有错误，不能运行，工具栏的Run按钮将会显示成一个折断的箭头。 点击该按钮可打开一个显示错误清单的窗口，选择一个列出的错误项，然后再

16、点击Find按钮，则框图程序中出错的对象就会被呈高亮状态显示。 VI程序常见的错误： （1）连接的端口之间数据类型不匹配。 （2）必须连接的函数数据端口未连线。,程序的调试方法主要有： （1）高亮显示执行方式：正在执行的节点会以高亮形式显示。常结合单步模式，跟踪框图中的数据流传输情况。 （2） 单步执行：一个节点一个节点地执行。 （3）探针：查看运行过程中数据流在该连线上的数据。 （4）断点：程序运行到该处时会暂停执行，再单击暂停按钮程序会继续运行到下一个断点处或直到VI运行结束。,程序需实现功能：每隔一定时间测量一次温度，显示当前的测量温度值和已运行时间，同时显示实时温度测量曲线。 第1步：设计前面板 （1）在前面板放置一个Knob控件，此圆形旋钮用于选择测量时间间隔。 （2）在前面板放置一个布尔型控件开关，此开关用于