labview的介紹

1、labview的介紹虛擬儀器系統(tǒng)及其開發(fā)程序LabVIEW介紹引言虛擬儀器是將儀器裝入計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)的開發(fā)軟件來實(shí)現(xiàn)儀器的功能的一種儀器測試測量系統(tǒng)。目前開發(fā)虛擬儀器的軟件程序?yàn)長abVIEW，用戶只需通過軟件技術(shù)和相應(yīng)數(shù)值算法，就能實(shí)時、直接地對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析與處理，透明地操作儀器硬件，方便地構(gòu)建出模塊化儀器。從目前虛擬儀器的發(fā)展方向和廣泛應(yīng)用來看，不久的將來，虛擬儀器將廣泛應(yīng)用在氣象觀測和氣象科普中，因此有必要對該系統(tǒng)作一番介紹。一、電子測量儀器的發(fā)展電子測量儀器發(fā)展至今，大體可分為四代：模擬儀器、數(shù)字化儀器、智能儀器和虛擬儀器。第一代模擬儀器，如指針式萬用表、晶體管電壓表等。第

2、二代數(shù)字化儀器，這類儀器目前相當(dāng)普及，如數(shù)字電壓表、數(shù)字頻率計(jì)等。這類儀器將模擬信號的測量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號測量，并以數(shù)字方式輸出最終結(jié)果，適用于快速響應(yīng)和較高準(zhǔn)確度的測量。第三代智能儀器，這類儀器內(nèi)置微處理器，既能進(jìn)行自動測試又具有一定的數(shù)據(jù)處理能力，可取代部分腦力勞動，習(xí)慣上稱為智能儀器。它的功能塊全部都是以硬件（或固化的軟件）的形式存在，相對虛擬儀器而言，無論是開發(fā)還是應(yīng)用，都缺乏靈活性。第四代虛擬儀器，它是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和測量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是傳統(tǒng)儀器觀念的一次巨大變革，是將來儀器產(chǎn)業(yè)發(fā)展一個重要方向。二、虛擬儀器概述及其特點(diǎn)虛擬儀器(virtual instrumention

3、)是基于計(jì)算機(jī)的儀器，是美國國家儀器公司（National Instruments Corp. 簡稱NI）于1986年提出的。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個重要方向。粗略地說這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀 器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強(qiáng)大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能。虛擬儀器主要是指這種方式，它是由計(jì)算機(jī)硬件資源、模塊化儀器硬件和用于數(shù)據(jù)分析、過程通訊及圖形用戶界面的軟件組成的測控系統(tǒng)。虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)徹底打

4、破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義，用戶無法改變的模式，給用戶一個充分發(fā)揮自己才能、想象力的空間。用戶可以根據(jù)自己的要求，設(shè)計(jì)自己的儀器系統(tǒng)，滿足多樣的應(yīng)用需求。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、存儲等方面的限制，大大增強(qiáng)了傳統(tǒng)儀器的功能。高性能處理器高分辨率顯示器、大容量硬盤等已成為虛擬儀器的 標(biāo)準(zhǔn)配置。（2）利用了計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源，實(shí)現(xiàn)了部分儀器硬件的軟件化，節(jié)省了物質(zhì)資源，增加了系統(tǒng)靈活性；通過軟件技術(shù)和相應(yīng)數(shù)值算法，實(shí)時、直接地對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析與處理：通過圖形用戶界面（GUI）技術(shù)，真正做到界面友好、人機(jī)交互。（3）基于計(jì)算機(jī)總線和模塊化儀器總線，

5、儀器硬件實(shí)現(xiàn)了模塊化、系列化，大大縮小系統(tǒng)尺寸，可方便地構(gòu)建模塊化儀器（1nstrument on a Card）。（4）基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和接口技術(shù)，VI系統(tǒng)具有方便、靈活的互聯(lián)（connectivity），廣泛支持如FieldBus等各種工業(yè)總線標(biāo)準(zhǔn)。因此，利用VI技術(shù)可方便地構(gòu)建自動測試系統(tǒng)(ATS，Automatic Test System)，實(shí)現(xiàn)測量、控制過程的網(wǎng)絡(luò)化。（5）基于計(jì)算機(jī)的開放式標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)。虛擬儀器的硬、軟件都具有開放性模塊化、可重復(fù)使用及互換性等特點(diǎn)。因此，用戶可根據(jù)自己的需要，選用不同廠家的產(chǎn)品，使儀器系統(tǒng)的開發(fā)更為靈活、效率更高，縮短了系統(tǒng)組建時間。 三、虛擬儀

6、器的硬件系統(tǒng)虛擬儀器的硬件系統(tǒng)一般分為計(jì)算機(jī)硬件平臺和測控功能硬件。按照測控功能硬件的不同，VI可分為GPIB、VXI、PX工和DAQ四種標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)：（1）GPIB（General Purpose Interface Bus）通用接口總線，是計(jì)算機(jī)和儀器間的標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議。GPIB的硬件規(guī)格和軟件協(xié)議已納入國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)棗工EEE 和工。它是最早的儀器總線。典型的GPIB測試系統(tǒng)包括一臺計(jì)算機(jī)、一塊GPIB接口卡和若干臺GPIB儀器。（2）VXI(VMEbus extension for Instrumentation)即VME總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，是1987年山主要儀器制造商共同制訂的開放性儀

7、器總線標(biāo)準(zhǔn)。VXI體系結(jié)構(gòu)綜合了GPIB和VEM總線的優(yōu)點(diǎn)，它集成的系統(tǒng)硬件集成度高、數(shù)據(jù)傳輸率快、便攜性好，是當(dāng)今倍受業(yè)界關(guān)注的體系結(jié)構(gòu)。（3）PXI(PCI extension for Instrumentation)PCI在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，是NI公司于1997年發(fā)布的一種新的開放性、模塊化儀器總線規(guī)范。其核心是Compact PCI 結(jié)構(gòu)Microsoft Windows軟件。PXI 是在PCI內(nèi)核技術(shù)上增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的。由于其總線吞吐率高、硬件的價格較低被業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為是符合國情的一種體系結(jié)構(gòu)。（4）DAQ（Dara AcQuisition）數(shù)據(jù)采集，指的是基于計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)

8、總線（如ISA、PCI、PC/104等）的內(nèi)置功能插卡。它更加充分地利用計(jì)算機(jī)的資源，大大增加了測試系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性。利用DAQ可方便快速地組建基于計(jì)算機(jī)的儀器（Computer-BasedInstruments），實(shí)現(xiàn)“一機(jī)多型”和“一機(jī)多用”。在PC計(jì)算機(jī)上掛接若干DAQ功能模塊，配合相應(yīng)的軟件，就可以構(gòu)成一臺具有若干功能的PC儀器。虛擬儀器中各種標(biāo)準(zhǔn)儀器的互連及與計(jì)算機(jī)的連接目前多使用IEEE 488或GPIB協(xié)議。未來的儀器也應(yīng)當(dāng)是網(wǎng)絡(luò)化的。四、虛擬儀器的軟件系統(tǒng)虛擬儀器技術(shù)最核心的思想，就是利用計(jì)算機(jī)的硬、軟件資源，使本來需要硬件實(shí)現(xiàn)的技術(shù)軟件化(虛擬化)?；谲浖赩I系統(tǒng)中的

9、重要作用，NI提出了“軟件就是儀器（The software iS the inStrument）”的口號。虛擬儀器的軟件框架從低層到頂層，包括三部分：VISA庫、儀器驅(qū)動程序、應(yīng)用軟件。VISA(Virtual 1nstrumentation software Architecture)虛擬儀器軟件體系結(jié)構(gòu)，實(shí)質(zhì)就是標(biāo)準(zhǔn)的I/O函數(shù)庫及其相關(guān)規(guī)范的總稱。一般稱這個I/0函數(shù)庫為VISA庫。它駐留于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之中執(zhí)行儀器總線的特殊功能，是計(jì)算機(jī)與儀器之間的軟件層連接，以實(shí)現(xiàn)對儀器的程控。它對于儀器驅(qū)動程序開發(fā)者來說是一個個可調(diào)用的操作函數(shù)集。儀器驅(qū)動程序是完成對某一特定儀器控制與通信的軟件程序

10、集。它是應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)儀器控制的橋梁。每個儀器模塊都有自己的儀器驅(qū)動程序，儀器廠商以源碼的形式提供給用戶。應(yīng)用軟件建立在儀器驅(qū)動程序之上，直接面對操作用戶，通過提供直觀友好的測控操作界面、豐富的數(shù)據(jù)分析與處理功能，來完成自動測試任務(wù)。虛擬儀器應(yīng)用軟件的編寫，大致可分為兩種方式：用通用編程軟件進(jìn)行編寫。主要有Microsoft公司的Visual Basic與VisualC+、Borland公司的Delphi、Sybase公司的PowerBuilder。用專業(yè)圖形化編程軟件進(jìn)行開發(fā)。如HP公司的VEE、 NI公司的LabVIEW和Lab windows/CVI等。圖形化軟件開發(fā)系統(tǒng)是用工程人員所熟悉

11、的術(shù)語和圖形化符號代替常規(guī)的文本語言編程，界面友好，操作簡便，可大大縮短系統(tǒng)開發(fā)周期，深受專業(yè)人員的青睞。應(yīng)用軟件還包括通用數(shù)字處理軟件。通用數(shù)字處理軟件包括用于數(shù)字信號處理的各種功能函數(shù)，如頻域分析的功率譜估計(jì)、FFT、逆FFT等：時域分析的相關(guān)分析、卷積運(yùn)算、反卷運(yùn)算、均方根估計(jì)、差分積分運(yùn)算和排序等。以及數(shù)字濾波等等。這些功能函數(shù)為用戶進(jìn)一步擴(kuò)展虛擬儀器的功能提供了基礎(chǔ)。五、LabVIEW的簡介LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering）是一種圖形化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器

12、控制軟件。LabVIEW集成了與滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCPIP、Acvex等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)。這是一個功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動有趣。圖形化的程序語言，又稱為“G”語言。使用這種語言編程時，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個面向最終用戶的工具。利用LabVIEW，可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，它是一個真正的3 2位編譯器。像許多重要的軟件一樣

13、，LabVIEW 提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh 的多種版本。與其他常見的編程語言相比，它最大的特點(diǎn)就在于它是一種圖形化編程語言（G語言）。也就是說，我們在用LabVIEW編程時，面對的不是高度抽象的文本語言，而是圖形化的方式。而文本語言和圖形化語言也就相當(dāng)于DOS系統(tǒng)和Windows系統(tǒng)。六、LabVIEW的特點(diǎn) （l）直觀、易學(xué)易用與VisualC、VisualBasic等計(jì)算機(jī)編程語言相比，圖形化編程工具LABVIEW有一個重要的不同點(diǎn)：不采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼行，而使用圖形化編程語言G編寫程序；產(chǎn)生的程序是框圖的形式，用框圖代替了傳統(tǒng)的程序代碼。（2

14、）通用編程系統(tǒng)LABVIEW的功能并沒有因圖形化編程而受到限制，依然具有通用編程系統(tǒng)的特點(diǎn)。LABVIEW有一個可完成任何編程任務(wù)的龐大的函數(shù)庫。該函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲等。LABVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、以動畫方式顯示數(shù)據(jù)及其通過程序的結(jié)果、單步執(zhí)行等，便于程序的調(diào)試。LABVIEW的動態(tài)連續(xù)跟蹤方式，可以連續(xù)、動態(tài)地觀察程序中的數(shù)據(jù)及其變化情況，比其他語言的開發(fā)環(huán)境更方便、更有效。（3）模塊化LABVIEW中使用的基本節(jié)點(diǎn)和函數(shù)等就是一個個小的模塊，可以直接使用；另外，由LABVIEW編寫的程序即虛擬儀器模塊（Virtrual

15、INSTRUMENT，VI），除了作為獨(dú)立程序運(yùn)行外，還可作為另一個虛擬儀器模塊的子模塊（即子VI）供其他模塊程序使用。七、LabVIEW的應(yīng)用領(lǐng)域測試測量：LABVIEW最初就是為測試測量而設(shè)計(jì)的，至今大多數(shù)主流的測試儀器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備都擁有專門的LabVIEW驅(qū)動程序，使用LabVIEW可以十分方便地找到各種適用于測試測量領(lǐng)域的LabVIEW工具包。有時甚至于只需簡單地調(diào)用幾個工具包中的函數(shù)，就可以組成一個完整的測試測量應(yīng)用程序。控制：LabVIEW擁有專門用于控制領(lǐng)域的模塊LabVIEWDSC。除此之外，工業(yè)控制領(lǐng)域常用的設(shè)備、數(shù)據(jù)線等通常也有相應(yīng)的LabVIEW驅(qū)動程序。使用LabVI

16、EW可以非常方便地編調(diào)各種控制程序。仿真：LabVIEW包含了多種多樣的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，特別適合進(jìn)行模擬、仿真、原型設(shè)計(jì)等工作。快速開發(fā)：完成一個功能類似的大型應(yīng)用軟件，熟練的LabVIEW程序員所需的開發(fā)時間，大概只是熟練的C程序員所需時間的1/5左右。所以，如果項(xiàng)目開發(fā)時間緊張，應(yīng)該優(yōu)先考慮使用LabVIEW，以縮短開發(fā)時間?？缙脚_：LABVEWI具有良好的平臺一致性。LabVIEW的代碼不需任何修改就可以運(yùn)行在常見的三大臺式機(jī)操作系統(tǒng)上：Windows、MacOS及Linux。除此之外，LabVIEW還支持各種實(shí)時操作系統(tǒng)和嵌入式設(shè)備，比如常見的PDA、FPGA以及運(yùn)行VxWorks和Ph

17、arLap系統(tǒng)的RT設(shè)備。八、LABVIEW編程環(huán)境所有的LabVIEW應(yīng)用程序，即虛擬儀器（VI），它包括前面板（frontpanel）、流程圖（blockdiagram）以及圖標(biāo)/連結(jié)器(icon/connector)三部分。典型的LabVIEW程序結(jié)構(gòu)如圖1所示，與大多數(shù)界面設(shè)計(jì)軟件一樣，要構(gòu)建一個LabVIEW程序首先需根據(jù)用戶需求制定合適的界面，這個界面主要是在前面板中設(shè)計(jì)，包括放置各種輸入輸出控件、說明文字和圖片等，然后就是在程序框圖中進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)具體的功能。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，通常是以上兩步驟的交叉執(zhí)行。1、啟動界面以Lab 中文版為例，啟動LabVIEW，首先顯示出來的是LabV

18、IEW的啟動界面，如圖2所示。在這個界面中可創(chuàng)建新VI、選擇最近打開的LabVIEW文件、查找范例以及打開LabVIEW幫助。同時還可查看各種信息和資源，如用戶手冊、幫助主題以及National Instruments網(wǎng)站上的各種資源等。圖2 LabVIEW的啟動界面2、前面板前面板是VI的人機(jī)界面。創(chuàng)建VI時，通常應(yīng)先設(shè)計(jì)前面板，然后設(shè)計(jì)程序框圖執(zhí)行在前面板上創(chuàng)建的輸入輸出任務(wù)。新建或打開一個原有VI，便出現(xiàn)如圖3所示前面板界面圖3 VI前面板界面菜單：菜單用于操作和修改前面板和程序框圖上的對象。VI窗口頂部的菜單為通用菜單，同樣適用于其它程序，如打開、保存、復(fù)制和粘貼，以及其它LabVIE

19、W的特殊操作。工具欄：工具欄按鈕用于運(yùn)行、中斷、終止、調(diào)試VI、修改字體、對齊、組合、分布對象。即時幫助窗口：選擇“幫助顯示即時幫助”顯示即時幫助窗口。將光標(biāo)移至一個對象上，即時幫助窗口將顯示該LabVIEW對象的基本信息。VI、函數(shù)、常數(shù)、結(jié)構(gòu)、選板、屬性、方式、事件、對話框和項(xiàng)目瀏覽器中的項(xiàng)均有即時幫助信息。即時幫助窗口還可幫助確定VI或函數(shù)的連線位置。圖標(biāo)：圖標(biāo)是VI的圖形化表示，可包含文字、圖形或圖文組合。如將VI當(dāng)作子VI調(diào)用，程序框圖上將顯示該子VI的圖標(biāo)?？丶x板：控件選板提供了創(chuàng)建虛似儀器等程序面板所需的輸入控件和顯示控件，僅能在前面板窗口中打開。工具選板：在前面板和程序框圖中

20、都可看到工具選板。工具選板上的每一個工具都對應(yīng)于鼠標(biāo)的一個操作模式。光標(biāo)對應(yīng)于選板上所選擇的工具圖標(biāo)?？蛇x擇合適的工具對前面板和程序框圖上的對象進(jìn)行操作和修改。3、程序框圖創(chuàng)建前面板后，可通過圖形化的函數(shù)添加源代碼，從而對前面板對象進(jìn)行控制。程序框圖中包括前面板上的控件的連線端子，還有一些編程必須的東西，例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等。圖4 VI程序框圖界面函數(shù)選板：函數(shù)選板僅位于程序框圖。函數(shù)選板中包含創(chuàng)建程序框圖所需的VI和函數(shù)，既包含了大量專用的信號處理、信號運(yùn)算等VI圖標(biāo)，也包含了各種數(shù)值運(yùn)算、邏輯運(yùn)算的基本VI圖標(biāo)。按照VI和函數(shù)的類型，將VI和函數(shù)歸入不同子選板中。程序框圖對象包括接線端和節(jié)點(diǎn)。將各個對象用連線連接便創(chuàng)建了程序框圖。（1）接線端：前面板對象在程序框圖中顯示為接線端。它是前面板和程序框圖之間交換信息的輸入輸出端口。輸入到前面板輸入控件的數(shù)據(jù)