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1、虚拟仪器技术实验指导书注意：在实验之前，首先在计算机的D盘下面创建一个以自己名字+学号命名的目录，在此文件夹下面再建立8个子文件夹目录，分别命名为实验一至实验八，所有的实验程序都保存到相应的目录中。实验一 LabVIEW编程环境与基本操作一、实验目的1了解LabVIEW的编程与运行环境。2掌握LabVIEW的基本操作方法，并编制简单的程序。3掌握使用调试工具调试VI程序。4掌握VI子程序的建立和调用过程。二、实验设备安装有LabVIEW 的计算机三、实验原理现代科技技术的进步以计算机技术的进步为代表。不断革新的计算机技术，从各个层面上影响着、引导着各行各业的技术更新。基于计算机技术的虚拟仪器系
2、统技术正以不可逆转的力量推动着测量与控制技术的革命。虚拟仪器系统的概念不仅推进了以仪器为基础的测控系统的改造，同时也影响了以数据采集为主的测控系统的传统构造方法。过去独立分散、互不相干的许多传统仪器，在虚拟仪器系统的概念之下，正在逐渐靠拢、相互影响，并形成新的技术方法和技术规范。虚拟仪器系统的概念是测控系统的抽象。不管是传统的还是虚拟的仪器，它们的功能都是相同的：采集数据，对采集来的数据进行分析处理，然后显示处理的结果。它们之间的不同主要体现在灵活性方面。虚拟仪器由用户自己定义，这意味着用户可以自由地组合计算机平台、硬件、软件、以及各种完成应用系统所需要的附件。而这种灵活性在由制造商定义、功能
3、固定、独立的传统仪器上是达不到的。常用的数字万用表、示波器、信号发生器、数据记录仪，以及温度和压力监控器就是传统仪器的代表。基于计算机的虚拟仪器得益于PC技术的发展。由于直接将仪器模块插入到计算机中，我们就可以直接享用到台式或便携式计算机上出众的处理能力、显示、数据存储以及连接性能等方面的优势，使测量以最有效的方式从使用传统的仪器过渡到使用通用计算机。基于计算机的仪器不仅继承了传统仪器的标准测量能力，更增加了扩展仪器概念的灵活性，使我们能够更加直接、更加有效地面对当今测量应用的挑战。更有意义的是，利用诸如LabVIEW、LabWindows/CVI等应用开发环境，可以方便地使多台仪器的测量能力
4、结合并同步工作，以建立功能强大仪器系统。更进一步，我们也可以开发自己的分析程序，实现那些有别于其他仪器或系统的功能。PC机和台式工作站已经成为检测系统的标准控制平台。基于虚拟仪器的应用软件包、用户接口库、仪器驱动程序、检测程序和分析库正在被广泛地应用并极大地减少了开发的时间。A/D转换技术的发展，使得插卡式数据采集板成为基于PC机的仪器系统增长最快的选件。图像技术的引入，更为现代检测系统增添风采。今天，工业标准的计算机平台，揉合多种仪器与设备，并充分利用仪器系统软件工具，已经成为降低系统造价，完善系统功能，提高系统性能/价格比的最重要的手段。不管是建立检测系统，还是建立工业自动化系统，充分利用
5、最现代化的手段，运用最新技术是必不可少的。简洁、实用、可靠、完备而且高性能/价格比始终是我们的追求。软件和硬件的结合、GPIB与DAQ的搭配、传统与现代的协调，使我们可以建立独特且规范的系统。虚拟仪器系统技术的基础是计算机系统，核心是软件技术。因此，美国国家仪器公司（NI）提出其著名的口号：The Software is the Instrument (软件就是仪器)。可以说，组建现代化测控系统的成败很大程度上取决于软件平台和工具以及相关硬件设备的选择。为了使“软件就是仪器”这句口号成为现实，美国国家仪器公司在软件体系结构的各个层次上，形成了完整的设备驱动程序、系统开发平台、实用支持软件、应用
6、软件包相互支撑的格局，使虚拟仪器系统的概念不再“虚拟”。其中，LabVIEW就是美国NI公司推出的一套著名的虚拟仪器开发软件平台。1、LabVIEW与虚拟仪器（VI）程序LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室虚拟仪器集成环境) 是一个高效的图形化程序设计环境，也是一个功能强大而又灵活地仪器和分析软件应用开发工具。它结合了简单易用的图形式开发环境与灵活强大的G编程语言，提供了一个直觉式的环境，与测量紧密结合，能让工程师与科学家们迅速开发出有关数据采集、测量控制、数据分析、存储及显示的解决方案。现今数以万计的工
7、程师、科学家以及技术人员正在使用LabVIEW来构建测量与自动化系统。在NASA（美国国家航空和宇宙航行局），工程师们使用LabVIEW来对国际空间站使用的低成本乘员救生飞船（X-38工程）的原型机（一共四架）进行设计、制造和测试，并取得了很好的效果。V131, V132, V133和最后正式样机V201在飞行测试时的各种状态数据都是通过LabVIEW采集和处理的。使用LabVIEW不仅使该飞船的开发研制周期大大缩短，还极大地降低了系统开发费用。像C或BASIC一样，LabVIEW也是通用的编程系统，有一个可完成任何编程任务的庞大的函数库。LabVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制
8、、数据分析、数据显示及数据存储等。LabVIEW也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其通过程序（子VI）的结果、单步执行等，便于程序的调试。1) LabVIEW的启动启动LabVIEW 7 Express后，首先出现图1-1所示的对话框。对话框各按钮的作用如下：【New】创建一个新的VI（Virtual Instrument）程序；【Open】打开一个已有的VI程序（单击右边的小箭头，弹出的下拉菜单中包含程序示例和最近10此使用的VI程序）。【Configure】设置NI的测量和控制工具，如DAQmax的设置。【Help】LabVIEW帮助。图1-1 LabVIEW 7 E
9、xpress启动界面选择Blank VI时，将出现一个未命名的前面板窗口。前面板窗口是VI代码的接口，也是组成VI的两种LabVIEW窗口之一。另一个窗口是框图窗口，其中包含了以图形方式（如图标、连线等）表示的程序代码。2) 前面板窗口和框图程序窗口使用LabVIEW开发平台编制的程序称为虚拟仪器程序，简称为VI。VI包括三个部分：程序前面板、框图程序和图标/连接器。图1-2和图1-3所示为一个虚拟仪器的前面板和与其对应的框图程序。图1-2 LabVIEW程序前面板程序前面板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，其大小、外观、功能布局均可以由用户根据自己的需要进行定制。在程序
10、前面板上，输入量被称为控制（Controls），输出量被称为显示（Indicators）。控制和显示是以各图1-3 与LabView程序前面板对应的框图程序种图标形式出现在前面板上，如旋钮、开关、按钮、图表等，这使这得前面板直观易懂。a) 前面板工具栏前面板窗口和框图程序窗口都有各自的工具栏，工具栏包括用来控制VI的命令按钮和状态指示器。图1-4所示是前面板的工具栏。图1-4 前面板工具栏下面介绍该工具栏中各按钮的作用：（Run，运行）单击此按钮可以运行VI程序。在这里，我们要注意Run按钮的图案变化 ，如果运行的VI程序为最上级程序，则该按钮变为，当程序出错，无法执行戏曲时，该按钮变为，表示
11、VI程序由于出错而不能运行。如果想了解出错原因，可以单击该按钮，系统将弹出一个帮助窗口，列出所有错误。（Abort Execution，终止运行）当VI程序执行时，工具栏上出现，单击它就会立即停止程序运行。注意：使用该按钮来停止VI程序的运行，是强制性的停止，可能会错过一些有用的信息。通常在设计程序时，可以通过设置按钮来控制VI程序的运行，这就使得VI程序执行的是完整的、有序的过程。（Psuse/Continue，暂停/继续）单击该按钮可使VI程序暂时停止执行，再单击它，则VI程序继续执行。（Run Continuously，连续运行）单击该按钮，此按钮变为，VI程序连续的重复执行，再次单击一
12、下该按钮可以停止程序的连续运行。（Text Settings，字体设置）单击该按钮将弹出一个下拉列表，从中可以设置字体的格式，如字体类型、大小、形状和颜色等。 此三个按钮，对选定的对象进行排列方式的设置。包括对齐、间距等设置。（Recorder，重叠方式）当几个对象重叠时，可以重新排列每个对象的叠放次序，如前移、后移等。b) 框图程序工具栏框图程序窗口的工具栏按钮大多数与前面板工具栏相同，另外还增加了4个调试按钮。框图程序的工具栏如图1-5所示。图1-5 框图程序工具栏（Highlight Execution，高亮执行）单击此按钮，此按钮转换为，VI程序以一种缓慢的节奏一步一步的执行，所执行到
13、的节点都以高亮方式显示，这样用户可以清楚的了解程序的执行过程，也可以方便的查找错误。当再次单击此按钮，即可以停止高亮执行。（Start Single Stepping，单步执行）单击此按钮，程序将以单步方式运行，如果节点为 一个子程序或结构，则进入子程序或结构内部执行单步运行方式。（Start Single Stepping，单步执行）单步执行按钮。与不同的是：以一个节点为执行单位，即单击一次此按钮执行一个节点。如果节点为一个子程序或结构，也作为一个执行单位，一次执行完，然后转到下一个节点，而不会进入节点内部执行。闪烁的节点表示该节点等待执行。（Step Out）当在一个节点（如子程序或结构）
14、内部执行单步运行方式时，单击此按钮可以一次执行完该节点，并直接跳出该节点转到下一个节点。3) 快捷菜单LabVIEW菜单中使用最多的是快捷菜单，几乎所有用来创建虚拟仪器的对象都有可选择的快捷菜单。在对象上单击鼠标右键即可以访问快捷菜单。4) 下拉式菜单LabVIEW窗口上部都的菜单栏为下拉菜单。下拉式菜单包括最普通的选项如Open、Save、Copy、Paste以及LabVIEW的其他特殊选项。2、LabVIEW的操作模板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。操纵模板共有三类，为工具（Tools）模板、控制（C
15、ontrols）模板和功能（Functions）模板。1) 工具模板（Tools Palette）图1-6 工具模板工具模板为编程者提供了各种用于创建、修改和调试VI程序的工具。如果该模板没有出现，则可以在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，鼠标箭头就会变成该工具相应的形状。当从Windows菜单下选择了Show Help Window功能后，把工具模板内选定的任一种工具光标放在框图程序的子程序（Sub VI）或图标上，就会显示相应的帮助信息。工具图标有如下几种。操作工具：使用该工具来操作前面板的控制和显示。使用它向数字或字符串控制中键入值时，工具会变成标签工具的形状。选择工具：用于选择、移动或改变对象的大小。当它用于改变对象的连框大小时，会变成相应形状。标签工具：用于输入标签文本或者创建自由标签。当创建自由标签时它会变成相应形状。连线工具：用于在框图程序上连接对象。如果联机帮助的窗口被打开时，把该工具放在任一条连线上，就会显示相应的数据类型。对象弹出菜单工具：用左鼠标键可以弹出对象的弹出式菜单。漫游工具：使用该工具就可以不需要使用滚动条而在
