《虚拟仪器技术 教学课件 ppt 作者 周冀馨 第1章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《虚拟仪器技术 教学课件 ppt 作者 周冀馨 第1章（59页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1章 虚拟仪器技术及LabVIEW入门,一、虚拟仪器概念,虚拟仪器（virtual instrumention）是基于计算机的仪器。 计算机和仪器结合方式：,典型的PC DAQ/PCI虚拟仪器方案,介绍典型的PC-DAQ/PCI虚拟仪器方案,PC-DAQ/PCI插片式虚拟仪器系统 以数据采集卡、信号调理电路和计算机为仪器硬件平台组成的插卡式虚拟仪器系统。 采用计算机本身的总线PCI或ISA，将数据采集卡插入计算机空槽中即可。 PC-DAQ/PCI插卡式虚拟仪器在五种虚拟仪器系统中，是虚拟仪器最基本最廉价的构成形式。,五种虚拟仪器系统的构成方式,插片式虚拟仪器系统,IEEE488通用接口总线
2、（台式仪器接口总线） 由一台PC一块GPIB接口板卡若干GPIB仪器通过GPIB标准总线连接,高速数据采集模块,高速数据采集模块,虚拟仪器的主要特点有：,尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。 可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器。 用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。 虚拟仪器实际上： 是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。,LabVIEW是一种图形化的编程语言 其他编程语言：文本式编程语言 抽象、简短的语言表达丰富的含义 花费大量时间精力精通编程语言 LabVIEW编程：图形化的编程环境 更多精力放到实现功能上 程序界面的图形化 程序代码
3、的编写和功能实现的图像化,二、LabVIEW （Laboratory Virtual instrument Engineering）,LabVIEW适用于：测量行业、仿真、教育、快速开发 多硬件平台的整合使用。 图形化的程序语言，编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念。LabVIEW是一个面向最终用户的工具。它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。,LabVIEW,三、虚拟仪器与传统仪器的比较,虚拟仪器具有
4、传统独立仪器无法比拟的优势，它们相互交叉又相互补充，相得益彰。 独立仪器：使用在高速度、高带宽和专业测试领域 虚拟仪器：使用在中低档测试领域，复杂环境下的自动化测试,三、虚拟仪器与传统仪器的比较,虚拟仪器的整体构成,虚拟仪器,通用仪器硬件平台,应用软件,计算机,I/O接口设备,应用程序,I/O接口设备驱动程序,虚拟仪器软件由两大部分构成，即应用程序和I/O接口仪器驱动程序。 1、应用程序（它包含两个方面的程序）： a、实现虚拟面板功能的前面板软件程序； b、定义仪器测试功能的流程图软件程序。 2、I/O接口仪器驱动程序：这类程序用来完成特定外部硬件设备的扩展、驱动与通信。,目前己经有多种虚拟仪
5、器的软件开发平台，大体可分为两类： a.基于文本式编程语言：如C, Visual C+, Visual Basic等。 b.基于图形化编程语言：如LabVIEW。,第2节 LabVIEW运行环境,LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工程平台）是美国NI公司（National Instrument Company）推出的一种基于G语言（Graphics Language，图形化编程语言）的虚拟仪器软件开发工具。 LabVIEW的程序设计实质上就是设计一个个的“虚拟仪器” （Virtual Instr
6、ument ），即“VI”。在计算机显示屏幕上产生一个前面板(front panel)，前面板具有与传统仪器类似的界面，可接受用户的鼠标指令；在后台流程图面板则利用图形化编程语言编制用于控制前面板的程序。,主菜单包含有：File（文件）、Edit（编辑）、Operation（操作）、Tools（工具）、Browse（浏览）、Window（窗口）、Help（帮助） 如果要查看某个功能函数或者 VI 的输入输出，需要从Help菜单中选择Show Help，再把光标置于这个功能函数或者 VI上。,2.显示对象（Indicator）、控制对象（Control）和数值常数对象,显示对象和控制对象都是前面
7、板上的控件，前者有输入端子而无输出端子，后者正好相反，它们分别相当于普通编程语言中的输出参数和输入参数。数值常数对象可以看成是控制对象的一个特例。 在前面板中创建新的控制对象或显示对象时，LabVIEW 都会在流程图中创建对应的端子。端子的符号反映该对象的数据类型。 例如：DBL 符号表示对象数据类型是双精度数； TF 符号表示布尔数； I16 符号表示16位整型数； ABC符号表示对象数据类型是字符串。,不同的线型代表不同的数据类型。下面是一些常用数据类型所对应的线型和颜色：,前面板,前面板是用户接触的图形界面，即虚拟仪器操作面板。具体表现为开关、旋钮、图形、图表以及其他控制（control
8、）和显示对象（indicator），这使得用户界面更加直观易懂。,随机信号发生器的前面板,显示图表,控制旋钮,控制开关,流程图面板,流程图提供VI的图形化源程序。在流程图中对VI编程，以控制和操纵定义在前面板上的输入和输出功能。 流程图由端口、节点、图框和连线构成。,功能函数节点：随机数发生器,图框：循环控制,与前面板显示对应的对象端口,与前面板控件对应的对象端口,常量端口,连线,随机信号发生器的流程图,LabVIEW的程序设计： LabVIEW有3类端口： 1）前面板对象端口 2）全局变量与局部变量端口 3）常量端口。 对象端口被用来与程序前面板上的控制件或显示件传递数据。,LabVIEW的
9、程序设计：,节点：类似于文本语言的函数或子程序，实现程序功能的基本单元。 LabVIEW有2类节点： 1）功能函数节点 2）子VI节点。 图框：用来实现结构化控制命令。 连线：用于代表程序执行过程中的数据流，数据是单向流动的。是程序框图中各个对象之间传递数据的通道。,LabVIEW的操作模板,在LabVIEW的用户界面上，提供的操作模板， 包括： 1）工具选板 （Tools） 2）控件选板 （Controls） 3）函数选板 （Functions） 这些选板集中反映了该软件的功能与特征。,工具模板,提供了各种用于创建、修改和调试VI程序的工具。 工具模板在两个工作窗口中都存在。,工具模板功能,
10、自动功能选择: 绿色指示灯点亮为自动状态。 当鼠标在前面板或流程图对象上移动时，系统自动选择相应工具,工具模板功能,工具模板功能,控制模板功能说明,在进行前面板设计时，使用控制模板。 在前面板任意空白处单击鼠标右键将弹出控制模板，控制模板上每个图标的功能,控制选板只有打开前面板窗口时才存在，用来给前面板设置各种所需的输出显示对象和输入控制对象。每个图标代表一类子选板。如果控制选板不显示，可以点击查看菜单下的控制选板调出它，也可以在前面板的空白处，点击鼠标右键，以弹出控制选板。 这个选板是多层的，其中每一个子选板下还包括多个对象。,控制模板功能说明,控制模板功能说明,控制模板功能说明,控制模板功
11、能说明,函数选板 只有在打开了流程图程序窗口，才能出现函数选板。 函数选板是创建流程图程序的工具。 该选板上的每一个顶层图标都表示一个子选板。 这个选板是多层的，其中每一个子选板下还包括多个对象。,函数模板功能说明,函数模板功能说明,函数模板功能说明,函数模板功能说明,随机数产生 前面板设计窗口,随机数产生 流程图编辑窗口,随机数产生： 产生0-1之间的双精度浮点数。产生的数字大于等于0，小于1，呈均匀分布。 带停止按钮的While循环 重复执行内部的子程序框图，直至条件接线端（输入端）接收到特定的布尔值。如在程序框图上放置该While循环，循环的条件接线端旁可显示停止按钮并自动连线。,随机数
12、产生 流程图编辑窗口,等待下一个整数倍毫秒 (函数) 等待直至毫秒计时器的值为毫秒倍数中指定值的整数倍。该函数用于同步各操作。可在循环中调用该函数，控制循环执行的速率。但是，第一个循环周期可能很短。连线0至毫秒倍数输入，可迫使当前线程放弃对CPU的控制。 该函数进行异步系统调用，但函数节点却是同步操作的。所以，直至指定时间结束，函数才停止执行。 添加至程序框图 在选板中定位 毫秒倍数输入端用于指定VI运行的时间间隔，以毫秒为单位。连线0至该参数可强制当前线程放弃CPU。 毫秒计时值返回毫秒计时器等待时间。,虚拟仪器设计项目,一个最基本的虚拟仪器程序由3部分组成： 一个人机对话的前面板， 一个作
13、为源代码的数据流程图 图标/连接端口,(在程序流程图中调用图标) 本节通过设计一个简单的温度转换器项目来说明虚拟仪器的设计方法。,一、项目要求,创建一个把数字式摄氏温度转换为数字式华氏温度的VI，要求前面板通过转换开关实现当输入摄氏温度能够显示对应的华氏温度，而输入华氏温度时显示摄氏温度。 摄氏温度转换华氏温度的数学关系为 (1-1) 华氏温度转换摄氏温度的数学关系为 (1-2),温度转换对应关系, 0 32 100 212 每一份 = （212-32）/100 =（180）/100 =9/5 结论： 1=9/5 摄氏温度转换华氏温度的数学关系为F=32+5/9C 华氏温度转换摄氏温度的数学关
14、系为C=（F-32）*5/9,二、温度转换器前面板设计,前面板设计： ）创建输入温度控制量，在控制模板Controls/Numeric Controls选择数字量控件 Numeric Controls，用鼠标左键激活标签改为“温度值输入”，这时流程图中出现一个与之相对应的端口图标。,温度转换器前面板设计,）创建温度显示控件，在控制模板Controls/Numeric Indicators选择温度显示件 Thermometer，用鼠标左键激活标签改为“温度转换显示”，这时流程图中出现一个与之相对应的端口图标。在温度显示件上单击鼠标右键，弹出的快捷菜单上选择Digital Display命令，这时
15、在温度显示件右上角出现数字量显示。,温度转换器前面板设计,）创建温度转换开关，在控制模板Controls/All Controls/Classic Controls选择Vertical Switch开关。在开关上单击鼠标右键，弹出的快捷菜单上选择Visible Items/Label命令，将标签隐藏。这时在工具模板上选择文本编辑，输入“摄氏温度”、“华氏温度”。,温度转换器前面板设计,温度转换器流程图设计,程序前面板和流程图的转换： 在前面板窗口的主菜单中选择 Windows/Show Diagram 按Ctrl+E键，切换到流程图窗口。,）选择结构 在功能模板Functions/Struct
16、ures中选择Case Structure选择结构，,温度转换器流程图设计,）运算功能 在功能模板Functions/ Numeric， 选择加法、乘法、常数，放入True选择框架中。 ）在工具模板中选择连线工具，按照图完成连线。,温度转换器流程图设计,鼠标指向增量按钮，切换到False界面，按照图完成连线。,温度转换器流程图设计,温度转换器编辑子设计,1.编辑子VI图标 新创建的VI前面板右上角显示的是缺省图标，为了便于识别，应该对这个图标进行编辑。用鼠标双击缺省图标或在缺省图标上弹出快捷菜单选择Edit Icon命令打开图标编辑窗口,温度转换器编辑子设计,左边是编辑工具盘，与工具盘相邻的是图标编辑区。图标编辑区是缺省图标。可以使用工具编辑图标，也可以通过Windows剪切板拷贝图片粘贴到图标上。如图是编
