LabVIEW編程及虛擬儀器設(shè)計(jì)(第一講)

1、LabVIEWLabVIEW編程及虛擬儀編程及虛擬儀器設(shè)計(jì)器設(shè)計(jì)第一講第一講 緒論緒論；虛擬儀器、虛擬儀器、LabVIEWLabVIEW概述概述本次課內(nèi)容：本次課內(nèi)容： 教材介紹教材介紹 本課程的教學(xué)計(jì)劃本課程的教學(xué)計(jì)劃 本課程教學(xué)實(shí)施方式本課程教學(xué)實(shí)施方式 本課程主要特點(diǎn)本課程主要特點(diǎn) 何謂虛擬儀器？何謂虛擬儀器？ 何謂何謂LabVIEW ? ?教材教材:參考參考教材教材:黃松嶺，吳靜黃松嶺，吳靜 編著；編著； 趙趙偉，侯國(guó)屏偉，侯國(guó)屏 審審. 虛擬儀器虛擬儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程. 清華大學(xué)清華大學(xué)出版社出版社(本教材以最新漢化版本本教材以最新漢化版本LabVIEW 8.5 為基礎(chǔ)講為

2、基礎(chǔ)講解）解）本課程教學(xué)計(jì)劃本課程教學(xué)計(jì)劃（課內(nèi)（課內(nèi)32學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)） 講授講授2020學(xué)時(shí)學(xué)時(shí), ,實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1212學(xué)時(shí)；學(xué)時(shí)； 教學(xué)大綱（一）教學(xué)大綱（一）一、一、 虛擬儀器及虛擬儀器及LabVIEW基礎(chǔ)基礎(chǔ) 1.1 虛擬儀器概述虛擬儀器概述 1.2 何謂何謂LabVIEW？ 1.3 LabVIEW的運(yùn)行機(jī)制的運(yùn)行機(jī)制 1.4 LabVIEW的初步操作的初步操作二、二、 程序結(jié)構(gòu)程序結(jié)構(gòu) 2.1 循環(huán)結(jié)構(gòu)循環(huán)結(jié)構(gòu) 2.2 條件結(jié)構(gòu)條件結(jié)構(gòu) 2.3 順序結(jié)構(gòu)和公式節(jié)點(diǎn)順序結(jié)構(gòu)和公式節(jié)點(diǎn)三、三、 數(shù)據(jù)類(lèi)型：數(shù)組、簇和波形數(shù)據(jù)類(lèi)型：數(shù)組、簇和波形 3.1 數(shù)組和簇?cái)?shù)組和簇 3.2 數(shù)組的創(chuàng)建及自

3、動(dòng)索引數(shù)組的創(chuàng)建及自動(dòng)索引 3.3 數(shù)組功能函數(shù)數(shù)組功能函數(shù) 3.4 簇和波形簇和波形 教學(xué)大綱（二）教學(xué)大綱（二）四、圖形顯示四、圖形顯示 4.1 波形圖控件波形圖控件 4.2 波形圖表控件波形圖表控件 4.3 XY圖控件圖控件 4.4 強(qiáng)度圖表控件強(qiáng)度圖表控件 4.5 數(shù)字波形圖控件數(shù)字波形圖控件 4.6 三維圖形控件三維圖形控件 4.7 Express VI 4.8局部變量、全局變量、屬性節(jié)點(diǎn)局部變量、全局變量、屬性節(jié)點(diǎn) 五、字符串和文件五、字符串和文件I/O 5.1 字符串字符串 5.2 文件的輸入文件的輸入/輸出（輸出（I/O） 5.3 數(shù)據(jù)記錄文件數(shù)據(jù)記錄文件六、六、 數(shù)據(jù)采集（兩

4、次課）數(shù)據(jù)采集（兩次課） 6.1 數(shù)據(jù)采集卡簡(jiǎn)介數(shù)據(jù)采集卡簡(jiǎn)介 6.2 模擬輸入模擬輸入 6.3 模擬輸出模擬輸出 6.4 采樣應(yīng)遵循的相關(guān)原則采樣應(yīng)遵循的相關(guān)原則 教學(xué)實(shí)施方式教學(xué)實(shí)施方式選擇自己感選擇自己感興趣的課題興趣的課題提出方案并討論提出方案并討論完成課題設(shè)計(jì)和完成課題設(shè)計(jì)和書(shū)面報(bào)告書(shū)面報(bào)告盡你所能盡你所能獲取信息獲取信息輔導(dǎo)老師參與輔導(dǎo)老師參與靈活運(yùn)用靈活運(yùn)用LabVIEW編程語(yǔ)言工具 在學(xué)習(xí)了在學(xué)習(xí)了LabVIEWLabVIEW語(yǔ)言基本語(yǔ)言基本 知識(shí)之后：知識(shí)之后： 多門(mén)課程知識(shí)的綜合運(yùn)用；理論與實(shí)際相多門(mén)課程知識(shí)的綜合運(yùn)用；理論與實(shí)際相結(jié)合。重點(diǎn)非結(jié)合。重點(diǎn)非LabVIEW編程

5、語(yǔ)言掌握水平，編程語(yǔ)言掌握水平，而是數(shù)據(jù)采集、實(shí)際信號(hào)分析處理、測(cè)量而是數(shù)據(jù)采集、實(shí)際信號(hào)分析處理、測(cè)量方案設(shè)計(jì)及調(diào)試等相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)及運(yùn)用。方案設(shè)計(jì)及調(diào)試等相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)及運(yùn)用。本課程特點(diǎn)本課程特點(diǎn)多學(xué)科知識(shí)多學(xué)科知識(shí)綜合綜合虛擬儀器設(shè)計(jì)機(jī)械力學(xué)車(chē)船物理化學(xué)計(jì)算機(jī)軟硬件信號(hào)處理電工電子技術(shù)測(cè)量技術(shù)傳感器技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本課程的特點(diǎn)本課程的特點(diǎn)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新設(shè)計(jì)與創(chuàng)新 傳統(tǒng)儀器傳統(tǒng)儀器用戶自己可據(jù)需求確定功能用戶自己可據(jù)需求確定功能 有較大設(shè)計(jì)、優(yōu)化空間有較大設(shè)計(jì)、優(yōu)化空間 更靈活，可滿足自己需求更靈活，可滿足自己需求 功能已功能已由由生產(chǎn)廠家完全確生產(chǎn)廠家完全確定；需要另外儀器功能，就要定；需要另外

6、儀器功能，就要更新、購(gòu)置新的儀器更新、購(gòu)置新的儀器 虛擬儀器虛擬儀器本課程知識(shí)特點(diǎn)本課程知識(shí)特點(diǎn)應(yīng)用廣泛（應(yīng)用廣泛（1 1） 適合幾乎所有理工科專業(yè)的測(cè)量應(yīng)用，包適合幾乎所有理工科專業(yè)的測(cè)量應(yīng)用，包括：電工電子、機(jī)械、力學(xué)、物理、化學(xué)、括：電工電子、機(jī)械、力學(xué)、物理、化學(xué)、生物、化工、水利、汽車(chē)、環(huán)境、工物等。生物、化工、水利、汽車(chē)、環(huán)境、工物等。 在實(shí)際應(yīng)用中，傳感器和信號(hào)調(diào)理器會(huì)因在實(shí)際應(yīng)用中，傳感器和信號(hào)調(diào)理器會(huì)因應(yīng)用領(lǐng)域不同而不同，但虛擬儀器所依托應(yīng)用領(lǐng)域不同而不同，但虛擬儀器所依托的計(jì)算機(jī)等硬件的差異很??；軟件要由用的計(jì)算機(jī)等硬件的差異很小；軟件要由用戶據(jù)自己需求，利用戶據(jù)自己需求，

7、利用LabVIEWLabVIEW編制。編制。本課程知識(shí)特點(diǎn)本課程知識(shí)特點(diǎn)應(yīng)用廣泛（應(yīng)用廣泛（2 2） 應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域 聲學(xué)測(cè)試聲學(xué)測(cè)試 工廠生產(chǎn)線自動(dòng)化測(cè)控工廠生產(chǎn)線自動(dòng)化測(cè)控 軍工設(shè)備測(cè)試軍工設(shè)備測(cè)試 食品質(zhì)量監(jiān)測(cè)食品質(zhì)量監(jiān)測(cè) 設(shè)備的自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的自動(dòng)測(cè)試ATE 電工電子實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建電工電子實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建 自動(dòng)光學(xué)檢驗(yàn)自動(dòng)光學(xué)檢驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)室管理自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室管理自動(dòng)化 汽車(chē)性能測(cè)試汽車(chē)性能測(cè)試 機(jī)械測(cè)控機(jī)械測(cè)控 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)測(cè)量生物醫(yī)學(xué)信號(hào)測(cè)量 機(jī)器視覺(jué)機(jī)器視覺(jué) 計(jì)量校準(zhǔn)計(jì)量校準(zhǔn) 石油和天然氣信號(hào)處理石油和天然氣信號(hào)處理 電子測(cè)試電子測(cè)試 制藥生產(chǎn)質(zhì)量監(jiān)控制藥生產(chǎn)質(zhì)量監(jiān)控 光纖校準(zhǔn)光纖校準(zhǔn) 工業(yè)

8、機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人 光學(xué)度量和測(cè)定光學(xué)度量和測(cè)定 過(guò)程自動(dòng)化過(guò)程自動(dòng)化 功率測(cè)量與諧波分析功率測(cè)量與諧波分析 SCADA系統(tǒng)系統(tǒng) 半導(dǎo)體器件性能測(cè)試半導(dǎo)體器件性能測(cè)試 統(tǒng)計(jì)流程控制統(tǒng)計(jì)流程控制 電子通信測(cè)試電子通信測(cè)試 晶片傳送手臂晶片傳送手臂 振動(dòng)測(cè)試振動(dòng)測(cè)試 電機(jī)特性參數(shù)檢測(cè)電機(jī)特性參數(shù)檢測(cè) 本課程知識(shí)特點(diǎn)本課程知識(shí)特點(diǎn)應(yīng)用廣泛（應(yīng)用廣泛（3 3） 運(yùn)動(dòng)控制運(yùn)動(dòng)控制本課程知識(shí)特點(diǎn)本課程知識(shí)特點(diǎn)應(yīng)用廣泛（應(yīng)用廣泛（4 4） 無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域本課程知識(shí)特點(diǎn)本課程知識(shí)特點(diǎn)應(yīng)用廣泛（應(yīng)用廣泛（5 5） 油氣管道外磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)油氣管道外磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)虛擬儀器舉例虛擬儀器舉例虛擬電壓表虛擬電壓表虛

9、擬儀器舉例虛擬儀器舉例虛擬諧波分析儀虛擬諧波分析儀虛擬儀器舉例虛擬儀器舉例虛擬示波器虛擬示波器什么是虛擬儀器？什么是虛擬儀器？ 虛擬儀器（虛擬儀器（Virtual InstrumentVI）計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)化的測(cè)量?jī)x器；是計(jì)算機(jī)與相關(guān)面向儀器的軟、硬化的測(cè)量?jī)x器；是計(jì)算機(jī)與相關(guān)面向儀器的軟、硬件產(chǎn)品的有機(jī)結(jié)合。使用者通過(guò)友好的圖形界面即件產(chǎn)品的有機(jī)結(jié)合。使用者通過(guò)友好的圖形界面即虛擬儀器的前面板操作計(jì)算機(jī)，就像在操控自己定虛擬儀器的前面板操作計(jì)算機(jī)，就像在操控自己定義、設(shè)計(jì)的測(cè)量?jī)x器一樣，并可以方便地組合、更義、設(shè)計(jì)的測(cè)量?jī)x器一樣，并可以方便地組合、更新和擴(kuò)展它，從而更快捷、更經(jīng)濟(jì)、更靈活地解決新

10、和擴(kuò)展它，從而更快捷、更經(jīng)濟(jì)、更靈活地解決各個(gè)領(lǐng)域的測(cè)量和自動(dòng)控制等應(yīng)用問(wèn)題。各個(gè)領(lǐng)域的測(cè)量和自動(dòng)控制等應(yīng)用問(wèn)題。被測(cè)對(duì)象傳感器信號(hào)調(diào)理數(shù)據(jù)采集信號(hào)處理儀器面板虛擬儀器的主要特點(diǎn)：虛擬儀器的主要特點(diǎn)： 盡可能采用通用的硬件，各種虛擬儀器盡可能采用通用的硬件，各種虛擬儀器之間的差異主要是軟件。之間的差異主要是軟件。 充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，具有強(qiáng)大的數(shù)充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和處理功能，可以創(chuàng)造出功能更據(jù)分析和處理功能，可以創(chuàng)造出功能更多、更強(qiáng)的測(cè)量或測(cè)控儀器及系統(tǒng)。多、更強(qiáng)的測(cè)量或測(cè)控儀器及系統(tǒng)。 用戶可根據(jù)自己的實(shí)際需求，很便利地用戶可根據(jù)自己的實(shí)際需求，很便利地自主構(gòu)建新的虛

11、擬儀器。自主構(gòu)建新的虛擬儀器。何謂何謂LabVIEW？ LabVIEW（ Laboratory Virtual Instrument Engineering），），1992年由美國(guó)國(guó)家儀器公司（即年由美國(guó)國(guó)家儀器公司（即National Instrument Cop. NI公司）推出，之后不斷翻新，是用于計(jì)算機(jī)化的儀器設(shè)計(jì)用公司）推出，之后不斷翻新，是用于計(jì)算機(jī)化的儀器設(shè)計(jì)用的編程工具軟件，具有圖形化編程語(yǔ)言特征，人機(jī)界面友好，的編程工具軟件，具有圖形化編程語(yǔ)言特征，人機(jī)界面友好，功能函數(shù)庫(kù)豐富、強(qiáng)大功能函數(shù)庫(kù)豐富、強(qiáng)大 ，被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和高?？蒲薪虒W(xué)實(shí)，被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和高?？蒲薪虒W(xué)實(shí)驗(yàn)室

12、等廣泛認(rèn)同，被視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集、儀器設(shè)計(jì)及控驗(yàn)室等廣泛認(rèn)同，被視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集、儀器設(shè)計(jì)及控制的優(yōu)秀工具軟件。是多種計(jì)算機(jī)化儀器設(shè)計(jì)工具軟件中最成制的優(yōu)秀工具軟件。是多種計(jì)算機(jī)化儀器設(shè)計(jì)工具軟件中最成功的一種。功的一種。 NI公司的奮斗目標(biāo)公司的奮斗目標(biāo)：不斷朝著全面圖形化方向發(fā)展，即希望將：不斷朝著全面圖形化方向發(fā)展，即希望將設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試、質(zhì)量管理等全部集成在同一個(gè)設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試、質(zhì)量管理等全部集成在同一個(gè)LabVIEW 軟件平臺(tái)上實(shí)施、完成，以不斷提高各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的工程（設(shè)軟件平臺(tái)上實(shí)施、完成，以不斷提高各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的工程（設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試）實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的效率。計(jì)、制造、測(cè)

13、試）實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的效率。LabVIEW應(yīng)用程序應(yīng)用程序（虛擬儀器（虛擬儀器VI）的）的構(gòu)成：構(gòu)成： 前面板前面板 框圖框圖 圖標(biāo)圖標(biāo)/連接器連接器框圖：也稱框圖：也稱“框圖面板框圖面板”或或“框圖窗口框圖窗口”或或“后面后面板板”。 前面板（前面板（front panelfront panel）：）： 框圖（框圖面板；后面板）框圖（框圖面板；后面板）圖標(biāo)圖標(biāo)/ /連接器連接器(icon/connector) (icon/connector) 基于基于LabVIEW編制的虛擬儀器程序即編制的虛擬儀器程序即VI，具，具有層次化、結(jié)構(gòu)化、模塊化特征。有層次化、結(jié)構(gòu)化、模塊化特征。VI也可作為子程也可作

14、為子程序，被稱作子序，被稱作子VI，被其他被其他VI調(diào)用。調(diào)用。每個(gè)每個(gè)VI的前面板的前面板和框圖面板的右上角都顯示了一個(gè)默認(rèn)的圖標(biāo)。和框圖面板的右上角都顯示了一個(gè)默認(rèn)的圖標(biāo)。 圖標(biāo)是圖標(biāo)是VI或或子子VI在程序框圖上的圖形化表示；在程序框圖上的圖形化表示；而連接器定義了而連接器定義了子子VI與主程序（與主程序（VI）之間的參數(shù)形）之間的參數(shù)形式和接口。式和接口。啟動(dòng)啟動(dòng)LabVIEW（1） 在前面板上，在前面板上，只能看到輸入控只能看到輸入控制量和程序運(yùn)行制量和程序運(yùn)行結(jié)果即輸出；而結(jié)果即輸出；而虛擬儀器程序即虛擬儀器程序即VI的圖形化設(shè)計(jì)的圖形化設(shè)計(jì)則在框圖面板上則在框圖面板上進(jìn)行。進(jìn)行。

15、LabVIEW的編程環(huán)境的編程環(huán)境操作選板操作選板 工具選板工具選板 控件選板控件選板 函數(shù)選板函數(shù)選板 A) A) 工具選板工具選板 在在LabVIEW的圖形化的圖形化編程環(huán)境下，工具選板提編程環(huán)境下，工具選板提供了用于創(chuàng)建、修改和調(diào)供了用于創(chuàng)建、修改和調(diào)試程序即試程序即VI的多種工具。的多種工具。 用于用于向前面板添加向前面板添加各各種輸入控制對(duì)象和種輸入控制對(duì)象和各種輸各種輸出顯示對(duì)象出顯示對(duì)象。 B) B) 控件選板控件選板 C) C) 函數(shù)選板函數(shù)選板 是為是為VIVI編程提供圖形化的編程提供圖形化的各種功能函數(shù)的選擇模板。只各種功能函數(shù)的選擇模板。只有打開(kāi)了框圖窗口（即框圖面有打開(kāi)

16、了框圖窗口（即框圖面板板/ /后面板），才能顯示函數(shù)后面板），才能顯示函數(shù)選板。選板。 前面板上的工具條前面板上的工具條 框圖面板（窗口、后面板）上的工具條框圖面板（窗口、后面板）上的工具條 編寫(xiě)程序（編寫(xiě)程序（VIVI）舉例）舉例求平均數(shù)。求平均數(shù)。 VI的調(diào)試技術(shù)：的調(diào)試技術(shù)： 執(zhí)行加亮執(zhí)行加亮單擊框圖面板上的加亮按鈕；節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)流單擊框圖面板上的加亮按鈕；節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)流動(dòng)便以在連線上移動(dòng)的氣泡來(lái)表示。動(dòng)便以在連線上移動(dòng)的氣泡來(lái)表示。 單步執(zhí)行單步執(zhí)行單擊框圖面板上的單擊框圖面板上的“單步步入單步步入”或或“單步步過(guò)單步步過(guò)”鈕以觀察鈕以觀察VI運(yùn)行的每一步動(dòng)作；與執(zhí)行加亮結(jié)合使用效果運(yùn)

17、行的每一步動(dòng)作；與執(zhí)行加亮結(jié)合使用效果更好更好探針工具探針工具檢查檢查VIVI運(yùn)行時(shí)的即時(shí)數(shù)據(jù)。必須在數(shù)據(jù)流運(yùn)行時(shí)的即時(shí)數(shù)據(jù)。必須在數(shù)據(jù)流動(dòng)之前加設(shè)動(dòng)之前加設(shè)在希望探查的數(shù)據(jù)連線上彈出快捷菜單、選在希望探查的數(shù)據(jù)連線上彈出快捷菜單、選擇擇“探針探針”或用工具模板上的探針工具或用工具模板上的探針工具，單擊數(shù)據(jù)連線，均，單擊數(shù)據(jù)連線，均可增加探針。可增加探針。 斷點(diǎn)斷點(diǎn)用工具模板上的斷點(diǎn)工具為程序中的子用工具模板上的斷點(diǎn)工具為程序中的子VI、節(jié)點(diǎn)或、節(jié)點(diǎn)或連線等添加斷點(diǎn)。程序運(yùn)行到斷點(diǎn)處會(huì)自動(dòng)中止，可在此處連線等添加斷點(diǎn)。程序運(yùn)行到斷點(diǎn)處會(huì)自動(dòng)中止，可在此處開(kāi)始作單步運(yùn)行、使用探針探測(cè)即時(shí)數(shù)據(jù)，等

18、等。開(kāi)始作單步運(yùn)行、使用探針探測(cè)即時(shí)數(shù)據(jù)，等等。 修改圖標(biāo)和建立連接器（用于構(gòu)建子修改圖標(biāo)和建立連接器（用于構(gòu)建子VIVI） 修改圖標(biāo)：修改圖標(biāo)：為構(gòu)建子程序，可對(duì)默認(rèn)圖標(biāo)進(jìn)行修改，以獲為構(gòu)建子程序，可對(duì)默認(rèn)圖標(biāo)進(jìn)行修改，以獲得更能說(shuō)明子得更能說(shuō)明子VI功能的圖標(biāo)。具體地，功能的圖標(biāo)。具體地，用鼠標(biāo)右鍵單擊用鼠標(biāo)右鍵單擊前面板前面板或或框圖面板框圖面板右上角的默認(rèn)圖標(biāo)，在彈出的快捷菜單中選擇右上角的默認(rèn)圖標(biāo)，在彈出的快捷菜單中選擇“編編輯圖標(biāo)輯圖標(biāo)”，即打開(kāi)了圖標(biāo)編輯器窗口（其中，左為工具；中即打開(kāi)了圖標(biāo)編輯器窗口（其中，左為工具；中是編輯窗；右是黑白、是編輯窗；右是黑白、1616色、色、256256色；確定色；確定/ /取消鍵）取消鍵）。 建立連接器建立連接器：用鼠標(biāo)右鍵單擊用鼠標(biāo)右鍵單擊前面板的圖標(biāo)窗格前面板的圖標(biāo)窗格，從其快，從其快捷菜單中選捷菜單中選“顯示連接板顯示連接板”即可打開(kāi)連接器窗格，從而可設(shè)置即可打開(kāi)連接器窗格，從而可設(shè)置連接器端子的連接模式（連接器端子