虛擬儀器應(yīng)用設(shè)計(陳棟)第1章)

1、1 1第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng)1.1 虛擬儀器1.2 基于虛擬儀器的測試系統(tǒng)1.3 LabVIEW開發(fā)環(huán)境本章小結(jié)思考與練習2 2第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 1.1 虛 擬 儀 器虛擬儀器是計算機硬件資源、儀器與測控系統(tǒng)硬件資源和虛擬儀器軟件資源三者的有效結(jié)合。本節(jié)將主要介紹虛擬儀器的基本概念、功能及組成等基本知識。3 3第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 1.1.1 測量儀器的發(fā)展歷程測量儀器發(fā)展至今，大體經(jīng)歷了四代發(fā)展歷程，即模擬儀器、數(shù)字化儀器、智能儀器、虛擬儀器。虛擬儀器是現(xiàn)代計算機技術(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，是將來儀器發(fā)展的一個重要方向。計

2、算機和儀器的結(jié)合有兩種方式。一種方式是計算機裝入儀器，其典型的例子就是所謂的智能化儀器。隨著計算機功能的日益強大以及其體積的日趨縮小，這類儀器的功能也越來越強大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含有嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計算機，以通用的計算機硬件及操作系統(tǒng)為依托，實現(xiàn)各種儀器的功能，即虛擬儀器(Virtual Instrument，VI)。4 4第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 1.1.2 虛擬儀器的基本概念虛擬儀器是指在以計算機為核心的硬件平臺上，由用戶設(shè)計和定義其功能，具有虛擬儀器面板，由測試軟件實現(xiàn)其測試功能的一種計算機儀器系統(tǒng)。虛擬儀器技術(shù)利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試

3、、測量和自動化的應(yīng)用。靈活高效的軟件能幫助用戶創(chuàng)建完全自定義的用戶界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統(tǒng)集成，標準的軟硬件平臺能滿足對同步和定時應(yīng)用的需求。5 5第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 虛擬儀器概念最早是由美國國家儀器公司(NI)在1986年提出的，同時，NI公司推出了圖形化的虛擬儀器編程環(huán)境LabVIEW，標志著虛擬儀器設(shè)計軟件平臺基本形成，虛擬儀器從概念構(gòu)思變?yōu)楣こ處煂崿F(xiàn)的具體對象。“虛擬”主要包含兩個方面的含義：6 6第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) (1) 虛擬儀器的面板是虛擬的。虛擬儀器面板上各種圖標與傳統(tǒng)儀器面板上的各種器件所完成的功能是相同的，由各種開關(guān)、按鈕、顯示器等圖標實現(xiàn)儀器

4、電源的通、斷，被測信號的輸入通道、放大倍數(shù)等參數(shù)設(shè)置及結(jié)果的數(shù)值顯示、波形顯示等。傳統(tǒng)儀器面板上的器件都是實物，而且是由手動和觸摸進行操作的。虛擬儀器前面板是外形與實物相像的圖標，每個圖標的“通”、“斷”、“放大”等動作通過用戶操作計算機鼠標或鍵盤來完成。(2) 虛擬儀器測量功能是通過軟件來實現(xiàn)的。7 7第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 1.1.3 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較傳統(tǒng)儀器由儀器廠商定義其功能，儀器一旦出廠，其功能已經(jīng)確定。用戶要修改儀器的功能需要先研究原儀器的電路圖，再設(shè)計原理圖，最后修改電路。由于現(xiàn)在電路基本是集成功能的，因此電路的修改比較困難。在這樣的環(huán)境下，用戶自己修改傳統(tǒng)儀器功能成本

5、很高。8 8第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 虛擬儀器徹底改變了傳統(tǒng)儀器由生產(chǎn)廠家定義功能的模式，而是在少量附加硬件的基礎(chǔ)上由用戶定義儀器功能。因為它的運行主要依賴軟件，所以修改或增加功能、改善性能都非常靈活，也便于利用PC的軟硬件資源和直接使用PC的外設(shè)及網(wǎng)絡(luò)功能。虛擬儀器不但造價低，而且通過修改軟件可增加它的適應(yīng)性，從而延長它的生命周期，是一種具有很好發(fā)展前景的儀器。傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器的比較如表1-1所示。9 9第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 1010第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 1.1.4 虛擬儀器的基本功能虛擬儀器的基本功能與傳統(tǒng)儀器類似，也是由信號采集與控制、信號分析與處理和結(jié)果表達與輸出三大功能模塊

6、組成，其基本功能組成如圖1.1所示。虛擬儀器的這些功能單元是利用現(xiàn)有的計算機，配以必要的硬件和專用軟件實現(xiàn)的。1111第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 圖1.1 虛擬儀器的基本功能組成1212第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 1信號采集與控制功能對被測信號進行采集和控制是虛擬儀器的基本功能。此項功能主要由虛擬儀器的硬件平臺完成。儀器硬件可以是基于PC的數(shù)據(jù)采集卡及必要的外圍電路，或者是帶標準總線接口的儀器，如GPIB、VXI、PXI總線儀器和串口儀器等。2信號分析與處理功能信號分析與處理功能主要由測試功能應(yīng)用軟件完成。虛擬儀器充分利用了計算機的高速存儲、運算功能，并通過軟件實現(xiàn)對輸入信號的分析處理，如數(shù)字濾波

7、、統(tǒng)計處理、數(shù)值計算、信號分析、數(shù)據(jù)壓縮、模式識別等數(shù)字信號處理。1313第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 3結(jié)果表達與輸出功能結(jié)果表達與輸出由面板功能應(yīng)用程序完成。虛擬儀器充分利用計算機的人機對話功能，完成儀器各種工作參數(shù)的設(shè)置，如功能、頻段、量程等參數(shù)的設(shè)置。其對測量結(jié)果的表達與輸出有多種方式，如屏幕顯示，電、磁、光存儲，繪圖打印，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)取?414第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 1.1.5 虛擬儀器的基本組成部分虛擬儀器由通用儀器硬件平臺(簡稱硬件平臺)和軟件兩大部分組成。1硬件平臺硬件平臺包括計算機和I/O接口設(shè)備兩部分。1) 計算機計算機是硬件平臺的核心。2) I/O接口設(shè)備I/O接口設(shè)備主要完

8、成待測輸入信號的采集、放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換等。根據(jù)硬件平臺接口設(shè)備的不同，虛擬儀器構(gòu)成方式主要有五種類型，如圖1.2所示。1515第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 圖1.2 虛擬儀器的構(gòu)成方式1616第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) (1) PCI-DAQ。它是以數(shù)據(jù)采集板、信號調(diào)理電路及計算機為硬件平臺組成的插卡式虛擬儀器系統(tǒng)，這種系統(tǒng)采用PCI或ISA計算機本身的總線，只需將數(shù)據(jù)采集卡/板(DAQ)插入計算機機箱內(nèi)的空槽內(nèi)即可使用。(2) GPIB儀器。它是以GPIB標準總線儀器與計算機為硬件平臺組成的儀器測試系統(tǒng)。(3) 串口儀器。它是以Seria1標準總線儀器與計算機為硬件平臺組成的儀器測試系統(tǒng)。(4) V

9、XI模塊。它是以VXI標準總線儀器模塊與計算機為硬件平臺組成的儀器測試系統(tǒng)。1717第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) (5) PXI模塊。它是以PXI標準總線儀器模塊與計算機為硬件平臺組成的儀器測試系統(tǒng)。無論是哪種VI系統(tǒng)，都是通過應(yīng)用軟件將儀器硬件與計算機相結(jié)合，其中PCI-DAQ測量系統(tǒng)是最廉價的方式，它是構(gòu)成VI系統(tǒng)的最基本的方式。1818第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 2軟件一套完整的虛擬儀器系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)一般來說分為四層。1) 測試管理層 用戶使用虛擬儀器生產(chǎn)廠商開發(fā)的測試管理程序，組成自己的一套測試儀器。這是虛擬儀器的優(yōu)點之一，它可以方便地使用戶根據(jù)自己的需要，建立自己的測試儀器。 2) 應(yīng)用程

10、序開發(fā)層用戶使用應(yīng)用程序開發(fā)軟件進行深層開發(fā)，以擴展儀器原有的功能。1919第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 3) 儀器驅(qū)動層 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集合。它負責處理與某一專門儀器通信和控制的具體過程，將底層復(fù)雜的硬件操作隱蔽起來，封裝了復(fù)雜的儀器編程細節(jié)，為用戶使用儀器提供了簡單的函數(shù)調(diào)用接口，是應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)儀器控制的橋梁。用戶在應(yīng)用程序中調(diào)用儀器驅(qū)動程序，進行儀器系統(tǒng)的操作與設(shè)計，簡化了用戶的開發(fā)工作。2020第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 儀器驅(qū)動程序由生產(chǎn)商開發(fā)，針對不同類型的儀器有不同的驅(qū)動程序接口。為給用戶提供方便、易用的儀器驅(qū)動程序，泰克公司、惠普公司和美國國家儀

11、器公司等35家國際上最大的儀器公司成立了VXI plug & play系統(tǒng)聯(lián)盟，并推出VISA(Virtual Instrument Software Architecture)標準。 2121第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 4) I/O總線驅(qū)動層I/O接口軟件位于儀器設(shè)備(即I/O接口設(shè)備)與儀器驅(qū)動程序之間，是一個完成對儀器寄存器進行直接存取數(shù)據(jù)操作，并為儀器設(shè)備與儀器驅(qū)動程序提供信息傳遞的底層軟件，是實現(xiàn)虛擬儀器系統(tǒng)的基礎(chǔ)。2222第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 1.2 基于虛擬儀器的測試系統(tǒng)虛擬儀器技術(shù)利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應(yīng)用。將虛擬儀器

12、技術(shù)引入現(xiàn)代的測試系統(tǒng)中，可以充分發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)開發(fā)效率高、靈活性和兼容性強以及可重用度高的特點。由1.1.5節(jié)可知，基于虛擬儀器的測試系統(tǒng)通常由硬件系統(tǒng)和(測試)軟件系統(tǒng)兩部分組成。其中硬件系統(tǒng)部分主要包括計算機、數(shù)據(jù)采集卡、信號控制臺、傳感器等；軟件系統(tǒng)用LabVIEW、LabWindows/CVI等虛擬儀器軟件平臺進行編寫?；谔摂M儀器的測試系統(tǒng)組成如圖1.3所示。2323第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 圖1.3 基于虛擬儀器的測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2424第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 1.2.1 虛擬儀器測試系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)虛擬儀器測試系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)包括傳感器、信號調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集卡、計算機等。25

13、25第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 1傳感器傳感器(Transducer)感應(yīng)物理現(xiàn)象并生成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可測量的電信號。在實際測試中，可以根據(jù)信號類型和檢測方法來選擇傳感器，包括溫度、速度、壓力、位移、振動傳感器等。例如，熱電偶、電阻式測溫計(RTD)、熱敏電阻器和IC傳感器可以把溫度轉(zhuǎn)變?yōu)锳DC可測量的模擬信號。其他包括應(yīng)力計、流速傳感器、壓力傳感器，它們可以相應(yīng)地測量應(yīng)力、流速和壓力。在所有這些情況下，傳感器可以生成和它們所檢測的物理量成比例的電信號。常用的傳感器類型如表1-2所示。2626第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 2727第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 2信號調(diào)理模塊信號調(diào)理簡單地說就是將待測信號通

14、過放大、濾波等操作轉(zhuǎn)換成采集設(shè)備能夠識別的標準信號，包括功率放大、濾波處理、電氣隔離以及為傳感器提供激勵(電壓或電流)等。信號調(diào)理的常用類型在圖1.4所示的基于虛擬儀器的測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖中有詳細表示。信號調(diào)理的關(guān)鍵技術(shù)可以將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體性能和精度提高10倍，具體見7.5.4節(jié)，此處不作詳細論述。2828第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) A/D芯片只能接收一定范圍的模擬信號，而傳感器把非電物理量變換成電信號后，并不一定在這一范圍內(nèi)。傳感器輸出的信號有時還必須經(jīng)放大、濾波、線性化補償、隔離、保護等措施后，才能送A/D轉(zhuǎn)換器。D/A轉(zhuǎn)換器將二進制數(shù)字量轉(zhuǎn)換為電壓信號，許多情況下還必須經(jīng)V/I轉(zhuǎn)換才能驅(qū)

15、動電動閥等執(zhí)行機構(gòu)，有時候還必須經(jīng)過功率放大、隔離等措施。2929第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 3數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)采集卡是虛擬儀器最常用的接口形式，具有靈活、成本低等特點，可以用來完成對信號數(shù)據(jù)的采集、放大及A/D轉(zhuǎn)換任務(wù)。數(shù)據(jù)采集的具體內(nèi)容見本書第7章。4計算機計算機可以是各種類型的計算機，如PC機、便攜式計算機、嵌入式計算機等。3030第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 圖1.4 基于虛擬儀器的測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3131第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 1.2.2 虛擬儀器測試系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)軟件是虛擬儀器測試系統(tǒng)的核心。目前使用最多的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺是NI公司的基于圖形化的編程平臺LabVIEW。本書后續(xù)章節(jié)將

16、具體介紹LabVIEW的編程方法。3232第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 1.3 LabVIEW開發(fā)環(huán)境LabVIEW是一種圖形化的編程語言，本節(jié)將通過介紹LabVIEW的特點、前面板、程序框圖、工具欄及其編輯原理，使讀者對LabVIEW開發(fā)環(huán)境有一個初步的認識。3333第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 1.3.1 什么是LabVIEWLabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是一種圖形化的編程語言。它是美國NI公司推出的虛擬儀器開發(fā)平臺，廣泛地被工業(yè)界、學術(shù)界和研究實驗室所接受，視為一個標準的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件，也是目前應(yīng)用

17、最廣、發(fā)展最快、功能最強的圖形化軟件集成開發(fā)環(huán)境。3434第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 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，取而代之的是程序框圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標和概念。LabVIEW簡化了虛擬儀器系統(tǒng)的開發(fā)過程，縮短系統(tǒng)的開發(fā)和調(diào)試周期，它讓用戶從繁瑣的計算機代碼編寫中解放出來，把大部分精力投入系統(tǒng)設(shè)計和分析當中，而不再拘泥于程序細節(jié)。因此，LabVIEW是一個面向最終用戶的工具。它可以增強使用者構(gòu)建自己的科學和工程系統(tǒng)的能力，提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進行原理研究、設(shè)計、測試并實現(xiàn)儀器系統(tǒng)時

18、，可以大大提高工作效率。3535第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) LabVIEW集成了滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通信的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/IP、ActiveX等軟件標準的庫函數(shù)。LabVIEW的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、GFIB、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、以動畫方式顯示數(shù)據(jù)及其通過程序(子VI)的結(jié)果、單步執(zhí)行等，便于程序的調(diào)試。因此，這是一個功能強大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，并且其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動有趣。3636第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 利

19、用LabVIEW，可產(chǎn)生獨立運行的可執(zhí)行文件，它是一個真正的32位編譯器。像許多重要的軟件一樣，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多種版本。LabVIEW 8.5的啟動界面如圖1.5所示，啟動界面主要分為兩部分：文件(包括新建和打開)和資源(包括用戶指南、網(wǎng)絡(luò)資源及范例)。3737第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 圖1.5 LabVIEW 8.5的啟動界面3838第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 文件的新建窗口可以新建空白VI、項目、以及基于模板的VI和全局變量等。啟動界面實現(xiàn)文件新建的具體內(nèi)容如圖1.6所示。文件打開窗口可以打開最近打開的VI以及通過瀏覽對話框打開

20、指定路徑的VI。單擊【文件】/【新建】/【VI】，則會彈出一個未命名空白的VI編輯窗口，即前面板，如圖1.7所示。3939第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 圖1.6 新建文件的具體內(nèi)容 4040第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 圖1.7 前面板編輯窗口4141第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 單擊前面板菜單欄中【窗口】/【顯示程序框圖】，則會顯示程序框圖編輯窗口，如圖1.8所示。設(shè)計一個虛擬儀器需在兩個窗口中進行。第一個是前面板編輯窗口；第二個是程序框圖編輯窗口。下面對它們分別加以介紹。4242第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 圖1.8 程序框圖編輯窗口4343第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 1.3.2 前面板和程序框圖1前面板前

21、面板是與用戶直接接觸的圖形用戶界面，即VI的虛擬儀器面板。前面板由輸入控件和顯示控件組成，這些控件是VI的輸入輸出端口。輸入控件是指旋鈕、按鈕、轉(zhuǎn)盤等輸入裝置。顯示控件是指圖表、指示燈等顯示裝置。輸入控件模擬儀器的輸入裝置，為VI的程序框圖提供數(shù)據(jù)。顯示控件模擬儀器的輸出裝置，用以顯示程序框圖獲取或生成的數(shù)據(jù)。圖1.9所示為找最大值虛擬儀器的前面板。4444第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 圖1.9 前面板4545第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 前面板窗口所見的操作工具如圖1.10所示。主菜單欄將在1.3.3節(jié)中介紹，編輯運行快捷工具將在2.6節(jié)中介紹，隱藏/顯示即時幫助窗口工具將在本小節(jié)的程序框圖部分介紹

22、。前面板的設(shè)計就是從控件選板中選擇相應(yīng)的控件將其放置到前面板，再由前面板配置工具對這些對象進行大小、顏色及位置的配置。前面板對象配置工具欄如圖1.11所示。 4646第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 圖1.10 前面板窗口的操作工具4747第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 圖1.11 前面板對象配置工具欄4848第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 文本設(shè)置工具可以修改對象的字體、字體大小、字體式樣、字體顏色等，如圖1.12所示。對象對齊工具可以將多個對象左、右、上、下邊緣對齊、垂直中心和水平居中。對象分布工具可以將對象進行垂直方向的上邊緣、下邊緣、垂直間隔及垂直壓縮的分布，或者將對象進行水平方向的左邊緣、右邊緣、水平間

23、距及水平壓縮的分布。調(diào)整對象大小工具可以設(shè)置對象的最大、最小寬度和高度以及設(shè)置對象的寬度和高度為需要值。對象設(shè)置的三個工具如圖1.13所示。重新排序工具用于前面板多個對象的組合、鎖定及重疊對象的前后重疊位置的安排，如圖1.14所示。4949第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 圖1.12 文本設(shè)置工具5050第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 圖1.13 對象設(shè)置的三個工具5151第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 圖1.14 重新排序工具5252第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 2程序框圖程序框圖是用戶為完成特定功能而編寫的程序，即VI的圖形化源代碼(又稱G代碼或程序框圖代碼)。其包含前面板對象在程序框圖界面所對應(yīng)的接線端、節(jié)點(

24、程序框圖上的對象)、連線以及結(jié)構(gòu)。程序框圖是VI測試功能軟件的圖形化表述。圖1.15所示為程序框圖。5353第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 圖1.15 程序框圖5454第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) (1) 接線端：用以表示輸入控件或顯示控件的數(shù)據(jù)類型。在程序框圖中可將前面板的輸入控件或顯示控件顯示為圖標或數(shù)據(jù)類型接線端。默認狀態(tài)下，前面板對象在程序框圖以圖標形式顯示?？梢酝ㄟ^右擊對象，單擊【顯示為圖標】來改變接線端的顯示方式。接線端是在前面板和程序框圖之間交換信息的輸入輸出端口。在前面板控件中輸入的數(shù)據(jù)(如圖1.15中布爾型輸入控件“停止”)將通過控件接線端傳輸至程序框圖。 (2) 節(jié)點：程序框圖上的對

25、象，帶有輸入輸出端，在VI 運行時進行運算。節(jié)點相當于文本編程語言中的語句、運算、函數(shù)和子程序。圖1.15中的最大值/最小值函數(shù)即是一個節(jié)點。5555第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) (3) 連線：對程序框圖對象進行連接，從而實現(xiàn)對象之間的數(shù)據(jù)傳遞。每根連線只有一個數(shù)據(jù)源，但可以與多個讀取該數(shù)據(jù)的VI和函數(shù)連接。不同的數(shù)據(jù)類型的連線有不同的顏色、粗細和樣式，如表1-3所示。斷開的連線顯示為黑色的虛線，中間有個紅色的。出現(xiàn)斷線的原因有很多，比如連接數(shù)據(jù)類型不兼容的兩個對象時就會產(chǎn)生斷線。5656第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 5757第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) (4) 結(jié)構(gòu)：傳統(tǒng)編程語言中循環(huán)、條件結(jié)構(gòu)等的圖形

26、化表示。程序框圖中使用結(jié)構(gòu)可以對代碼進行重復(fù)操作、有條件執(zhí)行或按特定順序執(zhí)行等。程序框圖的設(shè)計就是將函數(shù)選板上的結(jié)構(gòu)、函數(shù)節(jié)點和前面板對象在程序框圖的接線端按照一定的方式和順序用連線連接起來。在程序框圖的設(shè)計過程中可以借助于即時幫助窗口來查看結(jié)構(gòu)或函數(shù)節(jié)點的使用方法。5858第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 即時幫助窗口的顯示或隱藏由隱藏/顯示即時幫助窗口工具實現(xiàn)。為顯示即時幫助窗口工具，單擊該圖標則顯示即時幫助窗口，同時該工具圖標變?yōu)?隱藏即時幫助窗口)。以找最大值程序為例，當單擊并將光標移至最大值函數(shù)時，即時窗口顯示如圖1.16所示。5959第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 圖1.16 即時幫助窗口顯示6

27、060第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 3LabVIEW環(huán)境的三個選板以上介紹的前面板和程序框圖的設(shè)計都離不開LabVIEW環(huán)境的三個選板：工具選板、控件選板和函數(shù)選板。1) 工具選板工具選板提供各種用于創(chuàng)建、修改和調(diào)試VI程序的工具。工具選板如圖1.17所示。6161第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 圖1.17 工具選板6262第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 如果該選板沒有出現(xiàn)，可以單擊主菜單【查看】/【工具選板】顯示。當從選板內(nèi)選擇了任一種工具后，鼠標箭頭就會變成該工具相應(yīng)的形狀。當從查看菜單下選擇了“顯示及時幫助”功能后，把工具選板內(nèi)選定的任一種工具光標放在框圖程序的子程序或圖標上，就會顯示相應(yīng)的幫助信息。工

28、具選板中各個工具圖標的功能如表1-4所示。6363第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 6464第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 續(xù)表6565第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 控件和函數(shù)選板與上述工具選板不同，只顯示頂層子選板的圖標。在這些頂層子選板中包含許多不同的控件或函數(shù)子選板。通過這些控件或函數(shù)子選板可以找到創(chuàng)建程序所需的面板對象和框圖對象。單擊頂層圖標就可以展開對應(yīng)的控件或函數(shù)子選板，按下控件或函數(shù)子模板左上角的大頭針就可以把對這個子選板變成浮動板留在屏幕上。6666第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 2) 控件選板控件選板用于前面板的編輯。其中包含各種各樣的輸入/輸出控件和裝飾圖形?？丶x板如圖1.18所示。單擊菜單【查

29、看】/【控件選板】顯示控件選板，或右擊前面板空白處彈出控件選板。其中包括新式、經(jīng)典、系統(tǒng)、Express、用戶控件及附加工具包等。這里介紹默認方式下顯示的各個子選板(常用控件選板)，如表1-5所示。6767第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 圖1.18 控件選板6868第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 6969第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 3) 函數(shù)選板函數(shù)選板是創(chuàng)建程序框圖的工具，如圖1.19所示。單擊主菜單【查看】/【函數(shù)選板】顯示函數(shù)選板，或右擊程序框圖空白處彈出函數(shù)選板。下面介紹常用的函數(shù)子選板，如表1-6所示。7070第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 圖1.19 函數(shù)選板7171第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 7272

30、第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 7373第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 1.3.3 菜單欄LabVIEW菜單主要有主菜單和快捷菜單兩類菜單，其中使用率最高的是快捷菜單，幾乎所有用于創(chuàng)建VI的對象都有一個快捷菜單供選擇和修改。在LabVIEW的前面板和程序框圖，用戶均可以看到主菜單欄，如圖1.20所示。7474第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 圖1.20 主菜單欄7575第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 主菜單欄包括文件、編輯、查看、項目、操作、工具、窗口、幫助共八個子菜單。(1) 文件子菜單。進入LabVIEW窗口后，如果想新建、打開、保存VI或項目文件，選擇文件子菜單中相應(yīng)的選項即可。在文件子菜單中還可以打印和打印設(shè)置

31、。另外選擇文件子菜單中的VI屬性還可以對VI進行各種各樣的設(shè)置。(2) 編輯子菜單。在該子菜單中編程人員可以進行操作的撤銷、重做、復(fù)制、粘貼、刪除等編輯操作；可以對前面板上放置的輸入控件中的值進行初始化；可以進行自定義控件、對齊網(wǎng)格線等操作。7676第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) (3) 查看子菜單。如果要打開LabVIEW的三個選板(控件、函數(shù)、工具)，可以在該菜單中選擇相應(yīng)的選項；此外該菜單中還有查看錯誤列表和VI層次的選項。(4) 項目子菜單。該菜單包括新建、保存、打開、關(guān)閉、添加項目等。(5) 操作子菜單。利用該菜單可以運行、停止VI，運行調(diào)試，還可進行程序運行結(jié)束后的打印、記錄等操作設(shè)置。

32、(6) 工具子菜單。利用該菜單可進行NI數(shù)據(jù)采集設(shè)備的測試及配置操作，性能安全分析，動態(tài)鏈接庫的應(yīng)用，VI的查找及發(fā)布等一些高級操作。7777第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) (7) 窗口子菜單。利用窗口子菜單可顯示程序框圖或前面板，還可進行VI編輯窗口的顯示方式(左右兩欄顯示、上下兩欄顯示)選擇等。(8) 幫助子菜單。點擊該菜單顯示即時幫助、搜索在線幫助、調(diào)查及解釋錯誤、查找范例及網(wǎng)上資源的搜索等?？旖莶藛问窃谇懊姘寤虺绦蚩驁D中右擊對象所出現(xiàn)的菜單，又稱彈出菜單。多數(shù)LabVIEW對象具有選項和命令快捷菜單，快捷菜單上出現(xiàn)的選項取決于選擇的對象。數(shù)字控件上彈出的快捷菜單將不同于For循環(huán)彈出的快捷菜

33、單，如圖1.21所示。7878第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 圖1.21 不同對象的快捷菜單7979第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 許多快捷菜單和主菜單中還包含下拉子菜單，如圖1.22所示。快捷菜單要依賴于對象而出現(xiàn)，主菜單不需要依賴于對象出現(xiàn)，主菜單在LabVIEW的編輯窗口(前面板或程序框圖)中出現(xiàn)。8080第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 圖1.22 主菜單和快捷菜單中的下拉子菜單8181第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 1.3.4 數(shù)據(jù)流編程模式LabVIEW程序是數(shù)據(jù)流驅(qū)動程序執(zhí)行。當所有需要的輸入都存在時，程序框圖節(jié)點將運行。節(jié)點在運行時產(chǎn)生輸出端數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)流路徑中的下一個節(jié)點。數(shù)據(jù)流經(jīng)節(jié)點的動

34、作決定了程序框圖上VI和函數(shù)的執(zhí)行順序?！纠?-1】 圖1.23為實現(xiàn)x2+2x+1數(shù)值運算的程序框圖。程序框圖從左往右執(zhí)行，執(zhí)行次序不由對象的擺放位置決定。加法節(jié)點1只有在乘法節(jié)點1、2的輸出數(shù)據(jù)都到達其數(shù)據(jù)輸入端時才能執(zhí)行。8282第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 圖1.23 數(shù)值運算舉例8383第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) Visual Basic、C+、JAVA以及絕大多數(shù)其它文本編程語言都遵循程序執(zhí)行的控制流模式。在控制流中，程序元素的先后順序決定了程序的執(zhí)行順序。在LabVIEW中，數(shù)據(jù)流代替命令的先后順序決定了程序框圖元素的執(zhí)行順序，因此可以創(chuàng)建具有并行操作的程序框圖。8484第1章 虛擬儀

35、器測試系統(tǒng) 【例1-2】 并行進行x2+2x+1和sin(x)運算的程序框圖如圖1.24所示。數(shù)據(jù)有時候不只是在一條線上流動，數(shù)據(jù)線可能有分叉。而一個程序上也可能同時有多個數(shù)據(jù)在不同的線上流動。程序可以被擴展成一張網(wǎng)。一個節(jié)點運行完，數(shù)據(jù)從這個節(jié)點輸出，會同時被傳給所有用到它的其它節(jié)點去。一個節(jié)點只要它所有的輸入都已經(jīng)準備好了，就會被執(zhí)行，不需要等待其它節(jié)點執(zhí)行完。這樣一來，經(jīng)常有多個節(jié)點同時運行著的，LabVIEW會自動把他們放到不同的線程中去運行。這就是數(shù)據(jù)流驅(qū)動程序的一大特性：自動多線程運行。8585第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 圖1.24 并行進行x2+2x+1和sin(x)運算8686第1章 虛擬儀器測試系統(tǒng) 【練習1-1】 把攝氏溫度轉(zhuǎn)換為華氏溫度。目的：熟悉LabVIEW的編輯環(huán)境，理解LabVIEW的數(shù)據(jù)流編程原理。設(shè)計：攝氏溫度