虚拟仪器与LABVIEW概述

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,40,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,项目一 虚拟仪器与,LabVIEW,概述,虚拟仪器简介,创建一个VI,修改已有的VI,LabVIEW的学习途径,1,1-1 虚拟仪器简介,1-1-1虚拟仪器概念,传统仪器,：特定功能和仪器外观-,厂商定义功能,。,虚拟仪器（VI，Virtual Instrumentation）,以计算机和测试模块的,硬件为基础,、以计算机,软件为核心,，在计算机屏幕上显示,虚拟的仪器面板,，系统所要完成的仪器功能,由用户软件来定义,的计算机仪器。,虚拟仪器的“,虚拟,”含义,：,虚拟仪器的,面板,是虚拟的,器件,（传统仪器面板的开关、按钮、显示器）,图标,。,虚拟仪器的测控,功能,由软件编程实现,仪器功能取决于软件功能；,软件功能由用户设计定义；,软件就是仪器,（The software is the instrument）。,传感器,被测对象,信号调理器,数据采集卡,应用软件,计算机,典型的虚拟仪器结构,下面的框图反映了常见的虚拟仪器方案：,测量温度、压力、位移等信号,放大、滤波,电量,电量,数字信号,A/D,显示、分析、存储和传输,由虚拟仪器结构可以看出，虚拟仪器的硬件可以完成各种测试系统通用的任务，而测试系统特有的任务由软件完成，即改变软件就改变测试功能。,1,-,1,-,2 虚拟仪器系统的构成,硬件平台,计算机,：PC机、工作站；,I/O接口设备,：PC-DAQ、GPIB仪器、串口仪器、VXI模块、PXI模块等。,软件平台,I/O,接口仪器驱动程序,：,完成特定外部硬件设备的扩展、,驱动与通信。,开发软件 ：,通用语言,：VC+、VB、Delphi；,专用工具,：,LabVIEW,、,LabWindows/CVI,、,VEE,等。,GPIB,Serial,DAQ,Process,or,Unit Under Test,VXI,Image Acquisition,Motion,Control,PXI,应用软件,硬件平台,计算机,I/O接口设备,CVI,LabVIEW,虚拟仪器的构成方式,GPIB产品示例,GPIB系统：,以GPIB标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。,典型的GPIB测试系统由一台计算机、一块GPIB接口板和几台,GPIB仪器组成,。GPIB接口板插入计算机的插槽中，建立起计算机与具有GPIB接口的仪器设备之间的通信桥梁。,7,VXI产品示例,VXI系统：,以VXI标准总线仪器模块与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统,。VXI总线是一种高速计算机总线在仪器领域的扩展。它具有标准开发、结构紧凑、数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块可重复利用、众多仪器商支持等优点，应用越来越广。尤其在组建大中规模自动测量控制系统， 以及对速度、 精度要求非常高的场合，有其他仪器无法比拟的优点。此外，VXI总线的组建方案其功能最为强大、 组建的系统最为稳定，但VXI总线在实现强大功能的同时，价格也是十分昂贵的。,如果使用计算机来控制VXI总线设备，则需要配备一块GPIB接口卡，通过GPIB总线与VXI主机箱零槽模块通信。零槽模块的GPIB-VXI翻译器将GPIB的命令翻译成VXI命令并把各模块返回的数据以一定的格式传回主控计算机。,8,NI的DAQ,PC-DAQ系统：是,以数据采集板、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。,它采用PCI或ISA计算机本身的总线，故将数据采集卡/板 (DAQ) 插入计算机的空槽中即可。 PC-DAQ测量系统是构成虚拟仪器的最基本的方式， 也是最廉价的方式。,9,PXI产品,PXI系统：,以PXI标准总线仪器模块与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。,PXI(PCIbus eXtentions for Instrumentation)总线是基于PCI总线的虚拟仪器系统构架，是NI公司于1997年推出的一种新的开放性、 模块化仪器总线规范。PXI在主流PCI计算技术和控制器的基础上采用流行的奔腾MMX处理器，带有标准GPIB接口、并串口、以太网络接口及显示器接口，为用户组建速度高、 成本低、结构紧凑的测试系统提供了可行性。,10,1,-,1,-,3 虚拟仪器的特点,软件,取代传统仪器中的,硬件,来完成仪器的功能；,仪器,面板,由用户根据操作要求设计；,仪器,功能,由用户采用软件自定义，而不是厂家定义和固化；,仪器性能改进和功能扩展只需,更新,软件设计，而无需购买新仪器；,仪器更新周期短，易获,高性价比,；,开放、灵活,，可与计算机同步发展，与网络及其它设备互联。,虚拟仪器 = A/D + CPU+ 软件,The Software Is Instruments,1,-,1,-,4 VI与传统仪器的比较,比较内容,虚拟仪器,传统仪器,系统构成,软件和通用硬件。软件是关键,专用硬件系统,开发周期,开发时间短、技术要求低、系统通用性强,开发时间长、技术要求高、系统功能较专一,开发费用,软件使得开发和维护费用降至最低,开发与维修开销高,技术更新周期,短（12年）,长（510年）,价格,价格低、可复用与可重配置性强,价格昂贵,功能可塑性,用户定义仪器功能，柔性,厂商定义仪器功能，刚性,系统开放性,开放、灵活，与计算机技术同步发展,封闭、固定,构成复杂系统能力,易与网络及其他周边设备互连,功能单一的独立设备,人机交互,无限的显示选项、界面友好,有限的显示选项,1,-,1,-,5 虚拟仪器技术的发展,自,1986,年美国国家仪器公司（,National Instruments,，,NI,）首先提出虚拟仪器的创新概念，并推出虚拟仪器开发平台,LabVIEW,以来，虚拟仪器技术一直成为发达国家自动测控领域的研究热点。,虚拟仪器技术是计算机技术和仪器技术的深层次结合，是传统仪器观念的一次重大变革，由于其在工程应用和经济效益方面的突出优势，愈来愈成为世界流行的仪器构成方案,。,近年来，随着计算机技术、通信技术、网络技术、传感器技术的飞速发展，虚拟仪器技术正朝着高性能、多功能、集成化、网络化方向发展。特别是网络化虚拟仪器，可以实现远程数据采集、远程监控、资源共享，“网络就是仪器”的新观念已露端倪。,1,-,1,-,6,应用软件开发环境-,LabVIEW,LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering）,是美国国家仪器公司（National Instruments，NI）开发的一种图形化的编程语言，又称为“”语言。,LabVIEW,程序称为,VI,（,Virtual Instrument,）,，即虚拟仪器。,LabVIEW,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，使编程简单直观。,使用,LabVIEW,编程，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图。使用者采用,图标与连线,的方式，像画电路板一样编写程序，非常直观，便于修改和移植。,LabVIEW,包含了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示与存储等，大大提高了开发效率。,LabVIEW,在测试、测量和自动化等领域具有最大的优势，因为,LabVIEW,提供了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示和存储。,用户可以在数分钟内完成一套完整的从仪器连接、数据采集到分析、显示和存储的自动化测试测量系统。,它被广泛地应用于汽车、通信、航空、半导体、电子设计生产、过程控制和生物医学等各个领域。,1.,启动,LabVIEW。,2. 在启动窗口中,单击新建,或基于模板的VI链接，以显示新建对话框。,3. 在新建列表中,选择VI 基于模板 使用指南（入门） 生成和显示,。该VI 模板可生成并显示信号。VI 模板的预览和简要说明位于窗口右侧的说明部分,4.,单击确定按钮,即可基于模板创建一个VI。也可通过在新建列表中双击VI 模板的名称来基于模板创建VI。,LabVIEW 提供内置VI 模板，包括用于创建常规测量应用程序所需的子VI、函数、结构和前面板对象。完成下列步骤以创建一个VI，,用于生成信号并在前面板中显示该信号,。,1-2,创建一个VI,1,-,2,-,1启动,LabVIEW,启动,LabVIEW,后看看到“启动”窗口,VI程序和工程创建栏,新近打开的工程和,VI,程序列表栏,帮助资源列表栏,打开现有文件或创建新文件后启动窗口就会消失。关闭所有已打开的前面板和程序框图后启动窗口会再次出现。 也可在前面板或程序框图中选择查看启动窗口，从而显示启动窗口。,点击新建VI，即可打开一个新的Labview程序,1-2-2.新建VI,一个基本的VI包括,前面板,即用户界面。,程序框图,包含用于定义VI功能的图形化源代码。,图标和连线板,用以识别VI的接口，以便在创建VI时调用另一个VI。当一个VI应用在其它VI中，则称为子VI。子VI相当于文本编程语言中的子程序。,VI与标准仪器相比较，,前面板,上的东西就是仪器面板上的东西，而,程序框图,上的东西相当于仪器箱内的东西。在许多情况下，使用VI可以仿真标准仪器，不仅在屏幕上出现一个惟妙惟肖的标准仪器面板，而且其功能也与标准仪器相差无几。,VI构成：,1）前面板,前面板,由,输入控件,和,显示控件,组成。这些控件是VI的输入输出端口。输入控件是指旋钮、按钮、转盘等输入装置。显示控件是指图表、指示灯等显示装置。输入控件模拟仪器的输入装置，为VI的程序框图提供数据。显示控件模拟仪器的输出装置，用以显示程序框图获取或生成的数据。,控制对象(输入),显示对象,(输出),窗口主菜单,:,包括File文件 、Edit编辑、 operate 操作、Tools工具、 Browse显示、 Window窗口、 Help帮助,前面板窗口的菜单和工具栏包含用来控制VI的命令按钮和状态指示器。,窗口,工具栏,主菜单,运行,连续运行,停止,暂停/继续,格式设置,对齐,分布,调整大小,重新排序,图标/连接口,2）程序框图,程序框图用图形编程语言编写，可以把它理解成传统程序的源代码,。在程序框图中对VI编程，以控制和操纵定义在前面板上的输入和输出功能。程序框图中包括前面板上的控件的连线端子，还有一些前面板上没有，但编程必须有的东西，例如函数、结构和连线等。,框图窗口的菜单和工具栏与前面板类似，增加了4个调试按钮。,下拉式菜单与前面板菜单相同,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,高亮执行,保存连线值,单步进入,单步跳过,单步跳出按钮,窗口工具栏功能,图标,名称,功能说明,运行按钮,单击此按钮运行VI。当执行按钮变为形状时，表明VI有错误，不能运行。单击该按钮，可弹出Error List对话框，提示VI中的错误。,连续运行按钮,单击此按钮可使VI程序连续地重复执行。,停止运行按钮,单击此按钮可停止运行VI。,暂停按钮,单击此按钮可暂停VI执行，再次单击此按钮，VI又继续执行。,高亮显示执行按钮,单击此按钮，可动态显示VI执行时数据的流动。,单步步入按钮,单击此按钮，按节点顺序单步执行程序，每单击一次，程序执行一步。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,。,单步步过,（跳）,按钮,单击此按钮，按节点顺序单步执行程序（不进入循环，SunVI内部）。,单步步出按钮,单击此按钮，退出单步执行，进入暂停状态。,文本字体设置按钮,点击右边的小按钮将弹出一个下拉式的列表，该列表可以设置字体的格式。,对齐列表框,首先选定需要对齐的对象，然后单击此按钮，可设置对象之间的对齐方式。,分布列表框,单击此按钮，可选择图标的分布方式，如对象之间的间距等。,层叠列表框,为选定对象重新设定在窗口中的前后叠放顺序。,（1）接线端,接线端是前面板和程序框图之间交换信息的输入输出端口。输入到前面板输入控件的数据值经由输入控件接线端进入程序框图。运行时，输出数据值经由显示控件接线端流出程序框图而重新进入前面板，最终在前面板显示控件中显示。,程序框图的组成,图形显示控件对应的连线端子,停止按钮对应的连线端子,节点是程序框图上的对象，具有输入输出端，在VI运行时进行运算。节点相当于文本编程语言中的语句、运算符、函数和子程序。,节点：仿真信号.,VI,结构：循环,（2）节点,（3）连线,程序框图中对象的数据传输通过连线实现。类似于普通程序中的参数。每根连线都只有一个数据源，但可以与多个读取该数据的VI和函数连接。不同数据类型的连线有不同的颜色、粗细和样式。断开的连线显示为黑色的虚线，中间有个红色的X。出现断线的原因有很多，如试图连接数据类型不兼容的两个对象时就会产生断线。,连线,连线,3）图标/连接器,VI具有层次化和结构化的特征。一个VI可以作为子程序，这里称为子VI（subVI），被其他VI调用。图标与连接器在这里相当于图形化的参数，详细情况稍后介绍。,图标/连接器,1,-,3修改已有VI,1.3.1通过,改变,Express的设置修改程序,右键单击仿真信号Express VI并从快捷菜单中选择属性，即可显示配置仿真信号对话框。也可以双击该Express VI以显示配置仿真信号对话框,在LabVIEW的用户界面上，应特别注意它提供的操作模板，包括,工具模板,、,控件选板,和,函数选板,。这些模板集中反映了该软件的功能与特征。,1,-,3,-,2使用开发工具修改程序,1.认识工具选板,在前面板和程序框图中都可以使用工具选板，使用其中不同的工具可以操作、编辑或修饰前面板和程序框图中选定的对象，也可以用来调试程序等。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。,可以选择,查看,-,工具选板选,项来显示工具选板,工具模板中的各工具功能,图标,名称,功能,1,操作工具,用于操作前面板控件数值和字符的工具。将其移动到文本、字符串或数字控件，光标形状变成 ，点击一下即可输入字符或数字。,2,定位/调整大小/选择工具,用于选择、移动或改变对象的大小。当它位于前面板控件的边角时，形状变为 ，可以改变前面板控件的大小。,3,文本编辑,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。,4,连线工具,用于在框图程序上连接对象。,5,快捷菜单工具,用鼠标左键可以弹出对象的弹出式菜单。,6,窗口平移工具,使用该工具就可以不需要使用滚动条而在窗口中平移。,7,设置清除断点工具,使用该工具在VI的框图程序中设置断点。若使用该工具在已设置断点处点击，则可以清除断点。,8,数据探针,可在框图程序上的数据流线上设置探针。通过探针窗口来观察该数据流线上的数据变化状况。,9,颜色提取,使用该工具来获取已染色对象的颜色，用于编辑其他的对象。,10,颜色设置,用来给窗口中的对象定义颜色。,2.初步了解控件选板,控件选板,在前面板显示，它包含创建前面板时可用的全部对象。控件选板中的基本常用控件有,新式,、,系统,和,经典,三种。,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,选择主菜单,查看,-,控件选板,选项或右击前面板空白处就可以显示控件选板。,数字型,数组和簇,布尔型,图形型,注意：只有打开前面板时才能调用该模板,3.初步了解函数选板,函数选板只能在编辑程序框图时使用，与控件选板的工作方式大体相同。创建框图程序常用的,VI,和函数对象都包含在该选板中。,选择查看,-,函数选板,或右击框图面板空白处就可以显示函数选板。,该模板上的每一个顶层图标都表示一个子模板,。,注：只有打开了,程序,框图窗口，才能出现功能模板。,1,-,4,LabVIEW,的学习途径,1,-4-1,方法：,复习C语言知识。LabVIEW的语法遵循C语言。,多看例程，多练习，多上机,。,大胆尝试，尝试编写自己的程序。,“I hearI forget.,I seeI remember.,I doI understand.”,1,-4-2,.,LabVIEW,帮助,（1）.,LabVIEW,帮助系统,LabVIEW,提供了各种获取帮助信息的方法，包括实时上下文帮助（,Show Context Help,）、联机帮助、,LabVIEW,范例查找器（,Find Examples,）、网络资源（,Web Resources,）等。,（2）网络,http:/ NI公司网站,中国第一个图形化系统设计门户网站,NI的官方论坛,msn讨论LabVIEW 的群,仿真论坛,术语缩写,VI,V,irtual,I,nstrument,虚拟仪器,GPIB,G,eneral,P,urpose,I,nterface,B,us,通用接口总线(1972),VXI,V,ME e,X,tensions for,I,nstrumentation,VME在仪器的扩展(1987),PXI,P,CI e,X,tensions for,I,nstrumentation,PCI在仪器的扩展(1997),LXI,L,AN e,X,tensions for,I,nstrumentation,网络在仪器的扩展(2005),SCPI,S,tandard,C,ommands for,P,rogrammable,I,nstruments,程控仪器标准命令(1990),VPP,V,XI,P,lug&,P,lay,VXI即插即用(1993),VISA,V,irtual,I,nstrument,S,oftware,A,rchitecture,虚拟仪器软件结构(1993),IVI,I,nterchangeable,V,irtual,I,nstruments,可互换虚拟仪器(1998),DAQ,D,ata,A,c,q,uire,数据采集,GUI,G,raphical,U,ser,I,nterface,图形用户界面,IDE,I,ntegrated,D,evelopment,E,nvironment,集成开发环境,API,A,pplication,P,rogramming,I,nterface,应用编程接口,1.,什么是虚拟仪器？虚拟仪器与传统仪器的区别是什么？,2.,什么是,LabVIEW,？,LabVIEW,的主要优势是什么？,LabVIEW,被应用在了哪些领域？,3,.,VI包含哪两个主要的部分？如何在他们之间切换？,4,.,程序框图主要由哪几类元件构成？它们分别起什么作用？,5,.,VI开发工具的三个选板各用在VI哪个部分？,练习与思考,