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1、基于LabVIEW的虚拟仪器设计实验张巧梅 专业：电子信息工程摘 要：随着电子技术、计算机技术的高速发展及其在电子测量技术与仪器领域中的应用，新的测试理论、方法以及新的仪器结构不断出现，虚拟仪器也随之出现并得到了很大的发展。目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是美国NI公司的LabVIEW。LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench）是一种图形化的编程语言开发环境，LabVIEW也是一种通用编程系统，具有各种各样、功能强大的函数库，包括数据采集、GPIB、串行仪器控制、数据分析、数据显示及数据存储，甚至还有目前十
2、分热门的网络功能，是一个功能强大且灵活的软件。LabVIEW也有完善的仿真、调试工具，如设置断点、单步等，其动态连续跟踪方式，可以连续、动态地观察程序中的数据及其变化情况，并且LabVIEW与其它计算机语言相比，有一个特别重要的不同点：其它计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码行，而LabVIEW采用图形化编程语言-G语言。关键词 LabVIEW软件 虚拟仪器 实验设计Abstract: With the electronic technology, computer technologys rapid development in electronic measurement and in
3、strument field of application of testing new theories, Virtual instrument has emerged and obtained very big development. Now in this field，Using a wide range of computer language is the NI company LabVIEW. LabVIEW is a kind of graphical programming language,of the development environment. LabVIEWals
4、o is a kind of common programming system, With various and powerful function, Including data acquisition, GPIB, Serial instrument control, Data analysis, Data display and data storage, Even now very popular network function, Is a powerful and flexible software. LabVIEW also have simulation and Debug
5、ging tools. If set breakpoint and Single-step etc. The dynamic continuosly, Can continuously and dynamic observations of the data and programs. And with other computer language LabVIEW have a particularly important difference: Other computer language is based on the text of the language code, but La
6、bVIEW using graphical programming language - G language.Keywords: LabVIEW Software Virtual instrument Experiment 目 录引言11.虚拟仪器系统概述21.1虚拟仪器概念21.2虚拟仪器的特点21.3虚拟仪器的分类21.4虚拟仪器的软件开发环境32.图形化编程语言LabVIEW32.1LabVIEW概述32.2LabVIEW的使用43LabVIEW虚拟仪器实验53.1一个虚拟温度报警器53.1.1此实验的前面板设置53.1.2此实验的程序框设置53.1.3结果演示113.2一个虚拟示波器
7、123.2.1前面板设置123.2.2函数程序框图173.2.3演示结果193.3一个虚拟滤波器213.3.1前面板设置213.3.2程序框设计213.3.3运行结果：23结束语24参考文献25引言虚拟仪器是基于计算机的软硬件测试平台，它可代替传统的测量仪器，如示波器，逻辑分析仪，信号发生器，频谱分析仪等；可集成于自动控制，工业控制系统；可自由构建成专有仪器系统。它由计算机，应用软件和仪器硬件组成。无论哪种虚拟仪器系统，都是将仪器硬件搭载到笔记本电脑，台式PC或工作站等各种计算机平台（甚至可以是掌上电脑）加上应用软件而构成的。虚拟仪器的起源可以追溯到20世纪70年代，那时计算机测控系统在国防、
8、航天等领域已经有了相当的发展。PC机出现以后，仪器级的计算机化成为可能，甚至在Microsoft公司的Windows诞生之前，NI公司已经在Macintosh计算机上推出了LabVIEW2.0以前的版本。对虚拟仪器和LabVIEW长期、系统、有效的研究开发使得该公司成为业界公认的权威。目前LabVIEW的最新版本为LabVIEW2009，LabVIEW 2009为多线程功能添加了更多特性，这种特性在1998年的版本5中被初次引入。使用LabVIEW软件，用户可以借助于它提供的软件环境，该环境由于其数据流编程特性、LabVIEW Real-Time工具对嵌入式平台开发的多核支持，以及自上而下的为
9、多核而设计的软件层次，是进行并行编程的首选。1虚拟仪器系统概述1.1虚拟仪器概念 虚拟仪器（Virtual Instrument,缩写为 VI）是基于计算机的仪器，是将仪器装入计算机，以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。 1.2虚拟仪器的特点 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。 1.3虚拟仪器的分类 （1）PC总线插卡型虚拟仪器。（2）并行口式虚拟仪器。（3）GBIB总线方式的虚拟仪器。（4）VXI总线方式虚拟仪器。（5）PXI总线方式虚拟仪器
10、。1.4 虚拟仪器的软件开发环境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。虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是美国NI公司的LabVIEW。2 图形化编程语言LabVIEW 2.1 LabVIEW概述 LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言-G编写程序，产生的程序是框图的形式。与C和BASIC一样，LabVIEW也是通
11、用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。LabVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储，等等。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子程序（子VI）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。LabVIEW图标如下图所示： LabVIEW程序又称为虚拟仪器，它的表现形式和功能类似于实际的仪器；但LabVIEW程序很容易改变设置和功能。因此，LabVIEW特别适用于实验室、多品种小批量的生产线等需要经常改变仪器和设备的参数和功能的场合，及对信号进行分析研究、传输等场合。利用LabVIEW，可产生独立运行的可执行文件，它是
12、一个真正的32位编译器。像许多重要的软件一样，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多种版本。它主要的方便就是，一个硬件的情况下，可以通过改变软件，就可以实现不同的仪器仪表的功能，非常方便，是相当于软件即硬件！现在的图形化主要是上层的系统，国内现在已经开发出图形化的单片机编程系统（支持32位的嵌入式系统，并且可以扩展的）。 2.2 LabVIEW的使用LabVIEW作为目前国际上唯一的编译型图形化编程语言，把复杂，繁琐，费时的语言编程简化成用菜单或图标提示的方法选择功能，使用线条把各种功能连接起来的简单图形编程方式。LabVIEW中编写的框图程序，很接近
13、程序流程图，因此只要把程序流程图画好了，程序也就差不多变好了。LabVIEW中的程序查错不需要先编译，若存在语法错误，LabVIEW会马上告诉用户。只要用鼠标轻轻的点两三下，用户就可以快捷的查到错误的类型，原因以及错误的准确位置，这个特性在程序较大的情况下特别方便。LabVIEW中的程序调试方法同样令人称道。程序测试的数据探针工具最具典型性。用户可以在程序调试运行的时候，在程序的任意位置插入任意多的探针，检查任意一个中间结果。增加或取消一个数据探针，只需要轻轻的点两下鼠标及行了。同传统的编程语言相比，采用LabVIEW图形编程方式可以节省大约80%的程序开发时间，并且其运行速度几乎不受影响。处
14、理具有其他语言所提供的常规函数功能外，LabVIEW中还集成了大量的生成图形界面的模板，丰富实用的数值分析，数字信号处理功能，以及多种硬件设备驱动功能。3 LabVIEW虚拟仪器实验3.1 一个虚拟温度报警器 3.1.1 此实验的前面板设置 （1）首先新建一个VI，打开程序的前面板，从控件选板的“图形”子选板中选取“系统表格”对象，并放置在前面板的适当位置。 （2）在前面板的控件选板中选择所需的输入控件和布尔控件，放置在前面板适当的位置。前面板设置如下图所示： 3.1.2 此实验的程序框设置 （1）打开程序框图，从函数选板中的“编程”“函数”子选板中选取“Whlie循环”并在程序框中拖出一个适
15、当大小的方框。以下为“Whlie循环” 的使用实例：演示While循环的使用以及移位寄存器和While循环的连用。实验前面板设置如下图所示： 程序面板设计如下图所示：其中用到了移位寄存器，下面简绍移位寄存器的有关知识：移位寄存器的功能是把当前循环完成时的某个数据传递给下一个循环开始。移位寄存器的添加可以通过在循环结构的左边框或右边框上弹出的快捷菜单获得，在其中选择添加移位寄存器。右端子在每次完成一次循环后存储数据，移位寄存器将上次循环的存储数据在下次循环开始时移动到左端子上，移位寄存器可以存储任何类型的数据类型，但是连接到同一个寄存器端子上的数据必须是同一种类型，移位寄存器的数据类型与第一个连接到其端子之一的对象数据类型相同。在使用移位寄存器时应注意初始值问题，如果不给移位寄存器指定明确的初始值，则左端子将在对其所在循环调用之间保留数据，当多次调用包含循环结构的子VI时会出现这种情况，如果对此情况不加考虑，可能引起错误的程序逻辑。一般情
