《虚拟仪器技术》实验指导书

虚拟仪器技术实验指导书注意：在实验之前，首先在计算机的D盘下面创建一个以自己名字+学号命名的目录，在此文件夹下面再建立8个子文件夹目录，分别命名为实验一至实验八，所有的实验程序都保存到相应的目录中。实验一LabVIEW编程环境与基本操作一、实验目的1．了解LabVIEW的编程与运行环境。2．掌握LabVIEW的基本操作方法，并编制简单的程序。3．掌握使用调试工具调试VI程序。4．掌握VI子程序的建立和调用过程。二、实验设备安装有LabVIEW的计算机三、实验原理现代科技技术的进步以计算机技术的进步为代表。不断革新的计算机技术，从各个层面上影响着、引导着各行各业的技术更新。基于计算机技术的虚拟仪器系统技术正以不可逆转的力量推动着测量与控制技术的革命。虚拟仪器系统的概念不仅推进了以仪器为基础的测控系统的改造，同时也影响了以数据采集为主的测控系统的传统构造方法。过去独立分散、互不相干的许多传统仪器，在虚拟仪器系统的概念之下，正在逐渐靠拢、相互影响，并形成新的技术方法和技术规范。虚拟仪器系统的概念是测控系统的抽象。不管是传统的还是虚拟的仪器，它们的功能都是相同的：采集数据，对采集来的数据进行分析处理，然后显示处理的结果。它们之间的不同主要体现在灵活性方面。虚拟仪器由用户自己定义，这意味着用户可以自由地组合计算机平台、硬件、软件、以及各种完成应用系统所需要的附件。而这种灵活性在由制造商定义、功能固定、独立的传统仪器上是达不到的。常用的数字万用表、示波器、信号发生器、数据 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 仪，以及温度和压力监控器就是传统仪器的代表。基于计算机的虚拟仪器得益于PC技术的发展。由于直接将仪器模块插入到计算机中，我们就可以直接享用到台式或便携式计算机上出众的处理能力、显示、数据存储以及连接性能等方面的优势，使测量以最有效的方式从使用传统的仪器过渡到使用通用计算机。基于计算机的仪器不仅继承了传统仪器的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 测量能力，更增加了扩展仪器概念的灵活性，使我们能够更加直接、更加有效地面对当今测量应用的挑战。更有意义的是，利用诸如LabVIEW、LabWindows/CVI等应用开发环境，可以方便地使多台仪器的测量能力结合并同步工作，以建立功能强大仪器系统。更进一步，我们也可以开发自己的分析程序，实现那些有别于其他仪器或系统的功能。PC机和台式工作站已经成为检测系统的标准控制平台。基于虚拟仪器的应用软件包、用户接口库、仪器驱动程序、检测程序和分析库正在被广泛地应用并极大地减少了开发的时间。A/D转换技术的发展，使得插卡式数据采集板成为基于PC机的仪器系统增长最快的选件。图像技术的引入，更为现代检测系统增添风采。今天，工业标准的计算机平台，揉合多种仪器与设备，并充分利用仪器系统软件工具，已经成为降低系统造价，完善系统功能，提高系统性能/价格比的最重要的手段。不管是建立检测系统，还是建立工业自动化系统，充分利用最现代化的手段，运用最新技术是必不可少的。简洁、实用、可靠、完备而且高性能/价格比始终是我们的追求。软件和硬件的结合、GPIB与DAQ的搭配、传统与现代的协调，使我们可以建立独特且规范的系统。虚拟仪器系统技术的基础是计算机系统，核心是软件技术。因此，美国国家仪器公司（NI）提出其著名的口号：TheSoftwareistheInstrument(软件就是仪器)。可以说，组建现代化测控系统的成败很大程度上取决于软件平台和工具以及相关硬件设备的选择。为了使“软件就是仪器”这句口号成为现实，美国国家仪器公司在软件体系结构的各个层次上，形成了完整的设备驱动程序、系统开发平台、实用支持软件、应用软件包相互支撑的格局，使虚拟仪器系统的概念不再“虚拟”。其中，LabVIEW就是美国NI公司推出的一套著名的虚拟仪器开发软件平台。1、LabVIEW与虚拟仪器（VI）程序LabVIEW(LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench，实验室虚拟仪器集成环境)是一个高效的图形化程序设计环境，也是一个功能强大而又灵活地仪器和分析软件应用开发工具。它结合了简单易用的图形式开发环境与灵活强大的G编程语言，提供了一个直觉式的环境，与测量紧密结合，能让工程师与科学家们迅速开发出有关数据采集、测量控制、数据分析、存储及显示的解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。现今数以万计的工程师、科学家以及技术人员正在使用LabVIEW来构建测量与自动化系统。在NASA（美国国家航空和宇宙航行局），工程师们使用LabVIEW来对国际空间站使用的低成本乘员救生飞船（X-38工程）的原型机（一共四架）进行设计、制造和测试，并取得了很好的效果。V131,V132,V133和最后正式样机V201在飞行测试时的各种状态数据都是通过LabVIEW采集和处理的。使用LabVIEW不仅使该飞船的开发研制周期大大缩短，还极大地降低了系统开发费用。像C或BASIC一样，LabVIEW也是通用的编程系统，有一个可完成任何编程任务的庞大的函数库。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。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通过程序（子VI）的结果、单步执行等，便于程序的调试。1)LabVIEW的启动启动LabVIEW7Express后，首先出现图1-1所示的对话框。对话框各按钮的作用如下：【New】——创建一个新的VI（VirtualInstrument）程序；【Open】——打开一个已有的VI程序（单击右边的小箭头，弹出的下拉菜单中包含程序示例和最近10此使用的VI程序）。【Configure】——设置NI的测量和控制工具，如DAQmax的设置。【Help】——LabVIEW帮助。图1-1LabVIEW7Express启动界面选择BlankVI时，将出现一个未命名的前面板窗口。前面板窗口是VI代码的接口，也是组成VI的两种LabVIEW窗口之一。另一个窗口是框图窗口，其中包含了以图形方式（如图标、连线等）表示的程序代码。2)前面板窗口和框图程序窗口使用LabVIEW开发平台编制的程序称为虚拟仪器程序，简称为VI。VI包括三个部分：程序前面板、框图程序和图标/连接器。图1-2和图1-3所示为一个虚拟仪器的前面板和与其对应的框图程序。图1-2LabVIEW程序前面板程序前面板用于设置输入数值和观察输出量，用于模拟真实仪表的前面板，其大小、外观、功能布局均可以由用户根据自己的需要进行定制。在程序前面板上，输入量被称为控制（Controls），输出量被称为显示（Indicators）。控制和显示是以各图1-3与LabView程序前面板对应的框图程序种图标形式出现在前面板上，如旋钮、开关、按钮、图表等，这使这得前面板直观易懂。a)前面板工具栏前面板窗口和框图程序窗口都有各自的工具栏，工具栏包括用来控制VI的命令按钮和状态指示器。图1-4所示是前面板的工具栏。图1-4前面板工具栏下面介绍该工具栏中各按钮的作用：（Run，运行）——单击此按钮可以运行VI程序。在这里，我们要注意Run按钮的图案变化，如果运行的VI程序为最上级程序，则该按钮变为，当程序出错，无法执行戏曲时，该按钮变为，表示VI程序由于出错而不能运行。如果想了解出错原因，可以单击该按钮，系统将弹出一个帮助窗口，列出所有错误。（AbortExecution，终止运行）——当VI程序执行时，工具栏上出现，单击它就会立即停止程序运行。注意：使用该按钮来停止VI程序的运行，是强制性的停止，可能会错过一些有用的信息。通常在设计程序时，可以通过设置按钮来控制VI程序的运行，这就使得VI程序执行的是完整的、有序的过程。（Psuse/Continue，暂停/继续）——单击该按钮可使VI程序暂时停止执行，再单击它，则VI程序继续执行。（RunContinuously，连续运行）——单击该按钮，此按钮变为，VI程序连续的重复执行，再次单击一下该按钮可以停止程序的连续运行。（TextSettings，字体设置）——单击该按钮将弹出一个下拉列表，从中可以设置字体的格式，如字体类型、大小、形状和颜色等。——此三个按钮，对选定的对象进行排列方式的设置。包括对齐、间距等设置。（Recorder，重叠方式）——当几个对象重叠时，可以重新排列每个对象的叠放次序，如前移、后移等。b)框图程序工具栏框图程序窗口的工具栏按钮大多数与前面板工具栏相同，另外还增加了4个调试按钮。框图程序的工具栏如图1-5所示。图1-5框图程序工具栏（HighlightExecution，高亮执行）——单击此按钮，此按钮转换为，VI程序以一种缓慢的节奏一步一步的执行，所执行到的节点都以高亮方式显示，这样用户可以清楚的了解程序的执行过程，也可以方便的查找错误。当再次单击此按钮，即可以停止高亮执行。（StartSingleStepping，单步执行）——单击此按钮，程序将以单步方式运行，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。（StartSingleStepping，单步执行）——单步执行按钮。与不同的是：以一个节点为执行单位，即单击一次此按钮执行一个节点。如果节点为一个子程序或结构，也作为一个执行单位，一次执行完，然后转到下一个节点，而不会进入节点内部执行。闪烁的节点表示该节点等待执行。（StepOut）——当在一个节点（如子程序或结构）内部执行单步运行方式时，单击此按钮可以一次执行完该节点，并直接跳出该节点转到下一个节点。3)快捷菜单LabVIEW菜单中使用最多的是快捷菜单，几乎所有用来创建虚拟仪器的对象都有可选择的快捷菜单。在对象上单击鼠标右键即可以访问快捷菜单。4)下拉式菜单LabVIEW窗口上部都的菜单栏为下拉菜单。下拉式菜单包括最普通的选项如Open、Save、Copy、Paste以及LabVIEW的其他特殊选项。2、LabVIEW的操作模板LabVIEW具有多个图形化的操作模板，用于创建和运行程序。这些操作模板可以随意在屏幕上移动，并可以放置在屏幕的任意位置。操纵模板共有三类，为工具（Tools）模板、控制（Controls）模板和功能（Functions）模板。1)工具模板（ToolsPalette）图1-6工具模板工具模板为编程者提供了各种用于创建、修改和调试VI程序的工具。如果该模板没有出现，则可以在Windows菜单下选择ShowToolsPalette命令以显示该模板。当从模板内选择了任一种工具后，鼠标箭头就会变成该工具相应的形状。当从Windows菜单下选择了ShowHelpWindow功能后，把工具模板内选定的任一种工具光标放在框图程序的子程序（SubVI）或图标上，就会显示相应的帮助信息。工具图标有如下几种。操作工具：使用该工具来操作前面板的控制和显示。使用它向数字或字符串控制中键入值时，工具会变成标签工具的形状。选择工具：用于选择、移动或改变对象的大小。当它用于改变对象的连框大小时，会变成相应形状。标签工具：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。连线工具：用于在框图程序上连接对象。如果联机帮助的窗口被打开时，把该工具放在任一条连线上，就会显示相应的数据类型。对象弹出菜单工具：用左鼠标键可以弹出对象的弹出式菜单。漫游工具：使用该工具就可以不需要使用滚动条而在窗口中漫游。断点工具：使用该工具在VI的框图对象上设置断点。探针工具：可以在框图程序内的数据流线上设置探针。程序调试员可以通过探针窗口来观察该数据流线上的数据变化状况。颜色提取工具：使用该工具来提取颜色用于编辑其他的对象。颜色工具：用来给对象定义颜色。它也显示出对象的前景色和背景色。与上述工具模板不同，控制和功能模板只显示顶层子模板的图标。在这些顶层子模板中包含许多不同的控制或功能子模板。通过这些控制或功能子模板可以找到创建程序所需的面板对象和框图对象。用鼠标点击顶层子模板图标就可以展开对应的控制或功能子模板，只需按下控制或功能子模板左上角的大头针就可以把对这个子模板变成浮动板留在屏幕上。2)控制模板(ControlsPalette)图1-7控制模板用控制模板可以给前面板添加输入控制和输出显示。每个图标代表一个子模板。如果控制模板不显示，可以用Windows菜单的ShowControlsPalette功能打开它，也可以在前面板的空白处，点击鼠标右键，以弹出控制模板。注：只有当打开前面板窗口时才能调用控制模板。控制模板如图1-7所示，它包括如图所示的几个子模板，说明如下。数值子模板：包含数值的控制和显示。布尔值子模块：逻辑数值的控制和显示。字符串子模板：字符串和表格的控制和显示。列表和环（Ring）子模板：菜单环和列表栏的控制和显示。数组和群子模板：复合型数据类型的控制和显示。图形子模板：显示数据结果的趋势图和曲线图。路径和参考名(Refnum)子模板：文件路径和各种标识的控制和显示。控件容器库子模板：用于操作OLE、ActiveX等功能。对话框子模板：用于输入对话框的显示控制。修饰子模板：用于给前面板进行装饰的各种图形对象。用户自定义的控制和显示。调用存储在文件中的控制和显示的接口。3)函数模板(FunctionsPalette，又称功能模板)图1-8功能模板功能模板是创建框图程序的工具。该模板上的每一个顶层图标都表示一个子模板。若功能模板不出现，则可以用Windows菜单下的ShowFunctionsPalette功能打开它，也可以在框图程序窗口的空白处点击鼠标右键以弹出功能模板。如图1-8所示。注：只有激活了框图程序窗口，才能出现功能模板。结构子模板：包括程序控制结构命令，例如循环控制等，以及全局变量和局部变量。数值运算子模板：包括各种常用的数值运算符，如+、-等；以及各种常见的数值运算式，如+1运算；还包括数制转换、三角函数、对数、复数等运算，以及各种数值常数。布尔逻辑子模板：包括各种逻辑运算符以及布尔常数。字符串运算子模板：包含各种字符串操作函数、数值与字符串之间的转换函数，以及字符(串)常数等。数组子模板：包括数组运算函数、数组转换函数，以及常数数组等。群子模板。包括群的处理函数，以及群常数等。这里的群相当于C语言中的结构。比较子模板：包括各种比较运算函数，如大于、小于、等于。时间和对话框子模板：包括对话框窗口、时间和出错处理函数等。文件输入/输出子模板：包括处理文件输入/输出的程序和函数。仪器控制子模板：包括GPIB(488、488.2)、串行、VXI仪器控制的程序和函数，以及VISA的操作功能函数。仪器驱动程序库：用于装入各种仪器驱动程序。数据采集子模板：包括数据采集硬件的驱动程序，以及信号调理所需的各种功能模块。信号处理子模板：包括信号发生、时域及频域分析功能模块。数学模型子模块：包括统计、曲线拟合、公式框节点等功能模块，以及数值微分、积分等数值计算工具模块。图形与声音子模块：包括3D、OpenGL、声音播放等功能模块。通讯子模板:包括TCP、DDE、ActiveX和OLE等功能的处理模块。应用程序控制子模块:包括动态调用VI、标准可执行程序的功能函数。底层接口子模块：包括调用动态连接库和CIN节点等功能的处理模块。文档生成子模板。示教课程子模板：包括LabVIEW示教程序。用户自定义的子VI模板。“选择…VI子程序”子模板：包括一个对话框，可以选择一个VI程序作为子程序（SUBVI）插入当前程序中。其它几个子模板是LabVIEW的附加Toolkit安装上去的。在LabVIEW完全版中不包括这些子模板。3、虚拟仪器程序的创建在进行LabVIEW设计中，我们始终需要牢记的是，VI程序具有三个要素：前面板、框图程序和图标/连接器。1)前面板使用输入控制和输出显示来构成前面板。控制是用户输入数据到程序的接口。而显示是输出程序产生的数据接口。控制和显示有许多种类，可以从控制模板的各个子模板中选取。两种最常用的前面板对象是数字控制和数字显示。若想要在数字控制中输入或修改数值，可以使用操作工具（见工具模板）点击控制部件和增减按钮，或者用操作工具或标签工具双击数值栏进行输入数值修改。2)框图程序框图程序是由节点、端点、图框和连线四种元素构成的。节点类似于文本语言程序的语句、函数或者子程序。LabVIEW有二种节点类型----函数节点和子VI节点。两者的区别在于：函数节点是LabVIEW以编译好了的机器代码供用户使用的，而子VI节点是以图形语言形式提供给用户的。用户可以访问和修改任一子VI节点的代码，但无法对函数节点进行修改。上面的框图程序所示的VI程序有两个功能函数节点，一个函数使两个数值相加，另一个函数使两数相减。端点是只有一路输入/输出，且方向固定的节点。LabVIEW有三类端点----前面板对象端点、全局与局部变量端点和常量端点。对象端点是数据在框图程序部分和前面板之间传输的接口。一般来说，一个VI的前面板上的对象（控制或显示）都在框图中有一个对象端点与之一一对应。当在前面板创建或删除面板对象时，可以自动创建或删除相应的对象端点。控制对象对应的端点在框图中是用粗框框住的，如图1-9中的A和B端点。它们只能在VI程序框图中作为数据流源点。显示对象对程序框图前面板图1-9简单的程序框图和前面板应的端点在框图中是用细框框住的。如例子中的A+B和A-B端点。它们只能在VI程序框图中作为数据流终点。常量端点永远只能在VI程序框图中作为数据流源点。图框是LabVIEW实现程序结构控制命令的图形表示。如循环控制、条件分支控制和顺序控制等，编程人员可以使用它们控制VI程序的执行方式。代码接口节点（CIN）是框图程序与用户提供的C语言文本程序的接口。连线是端口间的数据通道。它们类似于普通程序中的变量。数据是单向流动的，从源端口向一个或多个目的端口流动。不同的线型代表不同的数据类型。在彩显上，每种数据类型还以不同的颜色予以强调。下面是一些常用数据类型所对应的线型和颜色：整形蓝色浮点数橙色逻辑量绿色字符串粉色文件路径青色当需要连接两个端点时，在第一个端点上点击连线工具（从工具模板栏调用），然后移动到另一个端点，再点击第二个端点。端点的先后次序不影响数据流动方向。当把连线工具放在端点上时，该端点区域将会闪烁，表示连线将会接通该端点。当把连线工具从一个端口接到另一个端口时，不需要按住鼠标键。当需要连线转弯时，点击一次鼠标键，即可以正交垂直方向地弯曲连线，按空格键可以改变转角的方向。3)从框图程序窗口创建前面板对象用选择和连线工具，可以用鼠标右键点击任一节点和端点，然后从弹出菜单中选择“创建常数”，“创建控制”，或“创建显示”等命令。LabVIEW会自动地在被创建的端点与所点击对象之间接好连线。图1-10从框图程序窗口创建前面板对象编写框图程序技巧：可以通过鼠标右键，在快捷菜单中点击ViewAsIcon取消此选项，则成为（只是外观显示不同）。4)数据流编程控制VI程序的运行方式叫做“数据流”。对一个节点而言，只有当它的所有输入端口上的数据都成为有效数据时，它才能被执行。当节点程序运行完毕后，它把结果数据送给所有的输出端口，使之成为有效数据。并且数据很快从源送到目的端口。如图1-11所示，这个VI程序把两个输入数值相乘，再把乘积减去50.0。这个程序中，框图程序从左往右执行，这个执行次序不是由于对象的摆放位置，而是由于相减运算函数的一个输入量是相乘函数的运算结果，它只有当相乘运算图1-11数据流举例完成并把结果送到减运算的输入口后才能继续下去。请记住，一个节点（函数）只有当它所有的输入端的数据都成为有效数据后才能被执行，而且只有当它执行完成后，它的所有输出端口上的数据才成为有效。再看另一个程序（如图1-12所示），你认为哪一个节点函数将先执行？是乘法还是除法？在这个例子中，我们无法知道哪一个节点函数首先执行，因为所有输入量几乎同时到达。对于这样一种相互独立的数据流程，如果又必须明确指定节点执行的先后次序，就必须使用顺序（Sequence）结构来明确执行次序。图1-12数据流举例5)创建子程序在LabVIEW中，每个VI程序都可以将其创建成子程序，以便其他程序调用。创建如下（我们将图1-11所示的VI程序保存为“例子1”，创建成子程序）：a)打开VI程序“例子1”。b)创建接线端口。接线端口是VI程序数据的输入/输出端口，创建过程如下：·右键单击前面板中右上角图标，从弹出的快捷菜单中选择ShowConnector选项。此时前面板窗口右上角的图标由接线端口取代，每个小矩形框代表一个连线的端口，这些端口用来将数据输入到VI程序中或将VI程序的数据输出。LabVIEW将会根据控制器和指示器的数值选择一种连线端口模式。本例中由3个端口：两个数字控制器（Numeric1和Numeric2），一个数字指示器（Result）。如果由必要，还可以在连线端口图标上单击右键，从弹出的快捷菜单中选择Patterns来改变连线端口模式。默认状态时，输入端口（控制器端口）在连线端口方框左边，输出端口（指示器端口）在连线端口方框右边。·把连线端口分配给相应的控制器和指示器。·使用连线工具，在左边连线端口框内单击鼠标左键，则端口将会变黑，再单击控制器，一个闪烁的虚线框将包围住该控制器。此时端口的颜色也会根据控制器的类型做相应的变换。现在单击右边的连线端口，使它变黑，再点击相应的指示器，这样就创建了该指示器同相应端口的连接。c)保存此程序，以后我们就可以对其象子程序一样调用了。d)打开一个新的VI，在框图程序中选择Functions-AllFunctions-SelectaVI…，再选择上面我们保存的VI程序“例子1”。此时，此VI程序将以图标形式出现。用连线工具可以看到它的连线端口，这样我们就可以创建相应的控制器和指示器，如图1-13所示。图1-13调用子程序4、程序调试技术程序调试是进行任何程序设计过程中所必须的过程。我们在程序设计过程中不可避免地会有各种逻辑上和语法上的错误，这些都需要通过程序调试找出来加以改正。Labview给我们提供了几种程序调试的方法，主要有以下几种。1)找出语法错误如果一个VI程序存在语法错误，则在面板工具条上的运行按钮将会变成一个折断的箭头，表示程序不能被执行。这时这个按钮被称作错误列表。点击它，则LabVIEW弹出错误清单窗口，点击其中任何一个所列出的错误，选用Find功能，则出错的对象或端口就会变成高亮。2)设置执行程序高亮在LabVIEW的工具条上有一个画着灯泡的按钮，这个按钮叫做“高亮执行”按钮上。点击这个按钮使该按钮图标变成高亮形式，再点击运行按钮，VI程序就以较慢的速度运行，没有被执行的代码灰色显示，执行后的代码高亮显示，并显示数据流线上的数据值。这样，我们就可以在根据数据的流动状态跟踪程序的执行。3)断点与单步执行为了查找程序中的逻辑错误，我们有时希望框图程序一个节点一个节点地执行。使用断点工具可以在程序的某一地点中止程序执行，用探针或者单步方式查看数据。使用断点工具时，点击希望设置或者清除断点的地方。断点的显示对于节点或者图框表示为红框，对于连线表示为红点。当VI程序运行到断点被设置处，程序被暂停在将要执行的节点，以闪烁表示。按下单步执行按钮，闪烁的节点被执行，下一个将要执行的节点变为闪烁，指示它将被执行。我们也可以点击暂停按钮，这样程序将连续执行直到下一个断点。4)探针可以用探针工具来查看当框图程序流经某一根连接线时的数据值。从Tools工具模板选择探针工具，再用鼠标左建点击我们希望放置探针的连接线。这时显示器上会出现一个探针显示窗口。该窗口总是被显示在前面板窗口或框图窗口的上面。在框图中使用选择工具或连线工具，在连线上点击鼠标右键，在连线的弹出式菜单中选择“探针”命令，同样可以为该连线加上一个探针。5、LabVIEW程序设计的一般过程1）前面板设计使用输入控件器和输出指示器来构成前面板。控制器是用户输入数据到程序的方法，而指示器显示程序产生的数值。2）框图程序的组成框图程序由节点、端口和连线和组成。前面板框图程序3）从框图程序创建前面板对象用任意LabVIEW工具，用户都可以用鼠标右键单击任意的LabVIEW功能函数或者子程序，然后可以弹出其快捷菜单。4）数据流编程VI程序的运行是“数据流”驱动的。对一个节点而言，只有当它的输入端口上的数据都有效以后，它才能被执行。当节点程序运行完毕后，它把结果数据送给所有的输出端口。“数据流”与常规程序的“控制流”相类似，相当于指令执行的顺序按照程序的编写顺序。如下图，这个VI程序把两个输入数值相乘，再把乘积减去50。下面简单介绍这个VI框图程序的创建过程：①选择框图程序窗口。在功能模板中选择Numeric下的Multiply（乘法）函数，放入框图程序窗口。②在此函数图标的左端输入端口上单击右键，从弹出的对话框中选择Creat(Control，创建一个与它相连的控制器。③重复上面的步骤，创建第二个控制器同乘法函数的连接。④在功能模板中选择Numeric下的Subtract(减法)函数，放入框图程序窗口。⑤在此函数左端相应输入端口上单击右键，从弹出的对话框中选择Creat(Constant,创建一个常数。⑥在此减法(Subtract)函数右端输出端口上单击右键，从弹出的对话框中选择Creat(Indicator,创建指示器。⑦用连线工具连线。四、实验内容1、创建自己的第一个VI。建立一个测量温度和容积的VI。步骤如下：1)选择File»New，打开一个新的前面板窗口。2)从Controls»Numeric中选择Tank放到前面板中。3)在标签文本框中输入“容积”，然后在前面板中的其他任何位置单击一下。4)把容器显示对象的显示范围设置为0.0到1000.a.使用文本编辑工具（TextEditTool），双击容器坐标10.0标度，使它高亮显示。b.在坐标中输入1000，再在前面板中的其他任何地方单击一下。这时0.0到1000.0之间的增量将被自动显示。5)在容器旁配数据显示。　将鼠标移到容器上，点右键，在出现的快速菜单中选VisibleIterms»DigitalDisplay即可。6)从Controls»Numeric中选择一个温度计，将它放到前面板中。设置其标签为“温度”,显示范围为0到100，同时配数字显示。可得到如下的前面板图。　练习1的前面板图7)Windows»ShowDiagram打开流程图窗口。从功能模板中选择对象，将它们放到流程图上组成下图（其中的标注是后加的）。　练习1的流程图该流程图中新增的对象有两个乘法器、两个数值常数、一个随机数发生器，温度和容积对象是由前面板的设置自动带出来的。乘法器和随机数发生器由Functions»Numeric中拖出，尽管数值常数也可以这样得到，但是建议使用在连接端子处点击右键创建（Create）常量（Constant）的方法更好些。8）用连线工具将各对象按规定连接。9）选择File»Save,把该VI命名为Temp&Vol.vi，保存为D:\Yourname\的文件夹中。在前面板中，单击Run（运行）按钮，运行该VI。注意电压和温度的数值都显示在前面板中。10）选择File»Close，关闭该VI。2、自己创建一个VI，完成以下功能：将两个输入的数字相加并显示结果；将同样两个输入数字相乘并显示结果；比较两个输入数字，如果数字相等，则LED指示灯亮。最后，保存为SimpleMath.vi文件。前面板如图1.5：数字A和B用两个数字控件输入，两个数字指示器分别显示输出结果A+B和A×B，当输入数字A和B相同时，将点亮LED。完成后，应用“高亮执行”观察数据流的运行流程，利用断点，单步调试等工具进行调试。练习使用探针工具来查看当流程图程序流经某一根连接线时的数据值。图1.5　练习3的前面板3、子VI的创建与调用１）打开练习1中Temp&Vol.vi。　２）在前面板中，用鼠标右键单击窗口右上角的图标，在快捷菜单中选择EditIcon….，也可以双击图标激活图标编辑器。注意只能在前面板中编辑图标和联接器。3）删除默认图标。使用SelectTool（矩形框），单击并拖动想要删除的部分，按下<Delete>。也可以通过双击工具框中的阴影矩形删除图标。4）用PencilTool（铅笔工具）绘制一个温度计。5）用TextTool（文本工具）创建文本。得到图标将如下图所示。图１.６　编辑后的图标编辑器窗口6）单击OK，关闭编辑器。新创建的图标就显示在屏幕右上角的图标窗口中。7）用鼠标右键单击前面板中的图标窗口，在快捷菜单中选择ShowConnector，设置联接器端子连接模式。在默认情况下，LabVIEW会根据前面板中的控制对象和显示对象的数目确定联接器的端子连接模式。因为前面板中有两个对象，所以联接器有两个端子，如左图所示。用鼠标右键单击联接器窗口，在快捷菜单中选择Rotate90Degrees（旋转90度），注意联接器窗口的变化，如左图所示。9）将端子连接到温度计和容积计：a.点击联接器上部端子。光标自动变成连线工具，同时端子变成黑色。b.单击温度显示对象。一个移动的虚线框把它包围起来，选中的端子的颜色变为与控制/显示对象的数据类型一致的颜色。如果单击前面板中的任何空白区域以后，虚线消失，选中的端子变暗，这表示您已经成功地把显示对象和上部端子连接起来。如果端子是白色，则表示没有连接成功。c.重复步骤a和b，把底部的端子和容积计连接起来。d.用鼠标右键单击联接器，在快捷菜单中选择ShowIcon….10）选择File»Save，保存该VI。这样这个VI就完成了，并也可以作为子VI被其他的VI调用。子VI的图标在主VI的流程图中代表它。VI的联接器（含有两个端子）输出温度和容积。4、设计一个VI程序，根据所给的x1，y1，x2，y2的值求出直线的斜率。把此程序作为子程序，自己设计一个简单的VI程序调用此子程序。五、 实验报告 化学实验报告单总流体力学实验报告观察种子结构实验报告观察种子结构实验报告单观察种子的结构实验报告单 要求1．调试编辑以上VI，按顺序打印以上VI的前面板与程序框图后，贴在实验报告上；实验报告中要求详细说明设计步骤要点。2．理解基于数据流编程的基本编程思路。3．总结VI基本编程的快捷操作。4．简述VI程序有什么构成，其各部分的功能是什么。5．思考：在前面板和框图程序中，如何区分控制器和指示器。6．心得体会及其它。实验二LabVIEW编程的程序结构实验——循环结构一、实验目的1．学习并掌握For循环和While循环以及它们的不同点。2．学习使用移位寄存器（shiftregister）和反馈节点（FeedbackNode）。二、实验设备安装有LabVIEW的计算机三、实验原理While循环和For循环在函数（Function）的结构（Structures）选项板中可以找到。创建循环的具体方法是，选择该循环后，先在欲放入循环内执行的对象左上方单击，然后按下鼠标，拖曳出一个矩形框包围执行对象。释放鼠标时就创建了一个指定大小和位置的循环。While循环可以反复执行循环体的程序，直至到达某个边界条件。它类似于普通编程语言中的Do循环和Repeat-Until循环。While循环的框图是一个大小可变的方框，用于执行框中的程序，直到条件端子接收到的布尔值为FALSE。1.For循环和While循环当程序有确定的循环次数时，我们使用For循环。在程序框图中添加For循环（Functions-AllFunctions-Structures-ForLoop），如图2-1所示。·（循环次数输入端）——For循环必须给定循环次数n（n>0，否则循环不执行），此项一般都要有输入。当For循环的输入数据时一个数组时，有关数组将在后续章节中介绍），如果不给定循环次数，则数组的大小将决定For循环的循环次数。如果同时输入两个数组，循环次数以数组个数最少的决定。·（循环计数）——计数范围0～n－1。当具体的循环次数不可知时，我们使用While循环（Functions-AllFunctions-Structures-WhileLoop），如图2-2所示。图2-1For循环图2-2While循环While循环也有一个循环计数，第一次循环时的值为0。另外，While循环有一个循环条件判断端子。请特别注意，无论如何，都要给While循环结构一个有效的停止条件，否则可能就会使循环陷入死循环的状态。例如，希望在一组数据中寻找一个特定的数，找到以后停止循环。由于这个特定的数的位置事先不知道，我们可以使用While循环来完成以上的操作，但如果我们将循环停止的条件只是定为找到特定的数就停止，那么，当由于各种原因造成的在这样的一组数据中不存在这个特定数时，While循环将无限运行下去。因此，我们还需要加入其他判断条件，例如我们的循环停止条件可以改为：找到特定的数或者这个数组都找完，则停止。LabVIEW7Express对While循环还提供了一个快捷方式：Functions-Execution-Control-WhileLoop，程序框图如图2-3所示，与图2-2不同的时自动加了一个停止按钮。图2-3快捷While2.移位寄存器和反馈节点使用循环结构时，经常会遇到下一次循环要用到上一次循环运行结果的情况，这时就需要不断的将每次循环的结果存储下来，以传递给下一次循环。移位寄存器（ShiftRegister）和反馈节点（FeedbackNode）就是用来实现这样的操作的。（a）为For循环设置移位寄存器（b）为While循环设置移位寄存器图2-4设置移位寄存器在For循环和While循环中都可以添加移位寄存器和反馈节点，添加方法如下：1)移位寄存器（ShiftRegister）移位寄存器可以将数据从一个循环周期传递到另外一个周期。创建一个移位寄存器的方法是，用鼠标右键单击循环的左边或者右边，在快捷菜单中选择AddShiftRegister。移位寄存器在流程图上用在循环边框上相应的一对端子来表示。右边的端子中存储了一个周期完成后的数据，这些数据在这个周期完成之后将被转移到左边的端子，赋给下一个周期。移位寄存器可以转移各种类型的数据－－数值、布尔数、数组、字符串等等。它会自动适应与它连接的第一个对象的数据类型。在For循环或者While循环的边框上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择AddShiftRegister，如图2-4（a）和图2-4（b）所示。2)反馈节点（FeedbackNode）反馈节点是LabVIEW7Express新增功能，完成的功能同移位寄存器类似。在For循环或者While循环中，只要将其中的子VI、函数的输入/输出相连接，就会自动出现反馈节点。当然，也可以通过Functions-Execution-Control-FeedbackNode来图2-5将反馈节点变为移位寄存器添加。在反馈节点上单击鼠标右键，从弹出的快捷菜单中选择ReplacewithShiftRegister，反馈节点将变成移位寄存器，如图2-5所示。下面我们通过一个简单的例子来看一下移位寄存器和反馈节点是如何工作的。程序框图如图2-6所示。在这里如果我们不给移位寄存器和反馈节点赋初值（本例中For循环框左边的两个常数0），下次程序运行时，移位寄存器和反馈节点中的值将以上次运行完的值开始。图2-6反馈节点和移位寄存器四、实验内容1．创建一个关于While循环的VI，实现在While循环内放置随机数对象，并在前面板上显示随机数及While循环的实时次数。并在前面板设置开关控制按钮，实现While循环的停止控制。前面板如图2.7，最后将该VI保存为WhileLoop.vi文件。图2.7　WhileLoop2．创建一个关于For循环的VI，实现在For循环内放置随机数对象，并在前面板上显示随机数及For循环的实时次数。For循环的指定执行次数设为100次。前面板如图2.8，最后将该VI保存为ForLoop.vi文件。图2.8　ForLoop3．练习使用移位寄存器：设计一个包含移位寄存器的While循环，该前面板有4个数字指示器，X（i）指示器用于显示当前循环的实时次数i值，X（i-1）指示器用于显示前一次迭代的已循环次数i的值，X（i-2）指示器用于显示两个迭代前的已循环次数i的值，X（i-3）指示器用于显示三个迭代前的已循环次数i的值。移位寄存器的初始化值设为0。并在前面板设置开关控制按钮，实现While循环的停止控制。前面板如图2.9，最后将该VI保存为ViewingShiftRegisters.vi文件。4．设计一个VI，实现使用循环和移位寄存器计算随机数序列的移动平均值。要求该VI产生一个随机序列，序列长度由前面板滑动条控件输入，该随机数序列的移动平均值由下列公式可计算：这里i=0，1，…，N-1，表示在第i次计算的平均值，是来自随机数函数的当前随机数。前面板要求显示当前用于计算移动平均值的随机数个数i+1，当前的移动平均值，前面板设计如图2.10所示，最后将该VI保存为RandomNumberAverage.vi文件。在HighlightExecution加亮执行的状态下观察数据流。图2.9　ViewingShiftRegisters图2.5　RandomNumberAverage五、实验报告要求1．调试编辑以上VI，按顺序打印以上VI的前面板与程序框图后，贴在实验报告上；实验报告中要求详细说明设计步骤要点。2．说明For循环与While循环的区别。3．理解移位寄存器的作用以及它的初始化。4．心得体会及其它。实验三　LabVIEW编程的程序结构实验——分支结构与顺序结构一、实验目的1．掌握分支结构（CaseStructure），顺序结构（SequenceStructure）编程。2．了解时间估计和控制函数。3．了解公式节点（FormulaNode）的使用。二、实验设备安装有LabVIEW的计算机二、实验原理1.分支结构（CaseStructure）分支结构(如图3-1所示)的输入端可以连接布尔型和数字型变量。当连接的是布尔型变量时，只有TrueCase和FalseCase两种。当连接的是数字型变量时，Case框上的标识将变为0,1,…根据输入量的不同，Case结构选择运行不同的程序。关于Case结构，举例如下，程序框图如图3-1所示。图3-1Case结构举例框图程序在默认状态下，Case结构只有0和1两项，用右键单击Case结构的边框，从弹出的快捷菜单中选择AddCaseAfter来添加一个Case，如图3-2所示。图3-2添加Case前面板如图3-3所示。是用来选择操作是加法、减法还是乘法。选择AllControls-Ring&Enum-MemuRing，然后通过工具模板改变大小，鼠标右键选择Properties，在弹出的对话框中改变其属性，同时添加如图3-4所示的内容。图3-3Case结构举例前面板图3-4属性设置Case结构含有两个或者更多的子程序（Case）,执行那一个取决于与选择端子或者选择对象的外部接口相连接的某个整数、布尔数、字符串或者标识的值。必须选择一个默认的Case以处理超出范围的数值，或者直接列出所有可能的输入数值。Case结构见下图3.5。图3.5Case结构2.顺序结构（SequnceStructure）VI程序的运行是“数据流”驱动的，有时我们必须对这种数据流进行控制，这样就用到了顺序结构。在LabVIEW7Express中有两种循序结构：FlatSequenceStructure（Functions-Structures-FlatSequenceStructure）和StackedStructure（Functions-Structures-StackedSequenceStructure）。使用FlatSequenceStructure可以看到整个程序框图，当程序框图所占的空间的大小允许时，可以使用这种顺序结构。在程序框上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择AddFrameafter或AddFrameBefore，这样可以在本帧后或者前添加一帧，如图3-6所示。使用StackedSequenceStructure比较省空间，但是数据在各帧中的传递必须通过SequenceLocal来实现，并且每次只能显示一帧。可以用类似的方法来添加前一帧或者后一帧，在弹出的快捷菜单中选择AddSequenceLocal，则在顺序结构中添加SequenceLocal，如图3-7所示。图3-6添加帧图3-7添加SequenceLocal顺序结构（SequenceStructure）顺序地执行子框图，它看上去像是电影胶片。它可以按一定顺序执行多个子程序。首先执行0帧中的程序，然后执行1帧中的程序，逐个执行下去。与Case结构类似，这多帧程序在流程图中占有同一个位置。3．时间估计和控制函数“等待Wait”：控制VI定时执行，每次执行单元（比如循环）内部，在执行代码运行结束后，开始计时。保持此状态直到毫秒计数器的值等于预先设定的值。用于每次执行单元至少执行时间设定。“等待下一个整数倍的毫秒WaituntilNextmsMultiple”：每次执行单元（比如循环）内部，在执行代码开始运行时，就开始计时。保持此状态直到毫秒计数器的值等于预先设定数的整数倍。用于同步各单元操作。“TickCount(ms)函数”：用与ExpressVI完成定时任务。4.公式节点（FormulaNode）公式节点是一个大小可变的方框，可以利用它直接在流程图中输入公式。从函数Functions的结构Structures中选择公式节点就可以把它放到流程图中。当某个等式有很多变量或者非常复杂时，这个功能就非常有用。图3.8公式节点一些复杂的计算过程我们可以交给公式节点来完成，我们所要作的就是将公式输入公式节点，规定输入值和输出值就可以了。在LabVIEW7以前的版本中，公式的输入还是比较麻烦的，需要严格按照规定公式，而LabVIEW7Express中提供了一种更为简便的方式，来解决大多数的计算问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 （和以前版本相同的公式节点在Functions-AllFunctions-Structures-FormulaNode中）。我们可以通过LabVIEW7Express自带的一个例子来看看公式节点是如何工作的，同时感受一下LabVIEW7Express的方便快捷。在LabVIEW7Express自带例子中，找到CalculationonDynamicData.vi文件，打开VI程序。前面板如图3-9所示，程序框图如图3-10所示。图3-9CalculationonDynamicData.vi前面板图3-10CalculationonDynamicData.vi框图程序在框图程序中添加SimulateSignal（Functions-Input-SimulateSignal），会弹出如图3-11所示的对话框，安图中所示设置。在对话框中添加Formula（Functions-Arithmetic&Comparison-Formula），按图3-12设置。图3-11SimulateSignal属性设置图3-12Formula属性设置在框图程序中，添加TimeDelay（Fumctions-ExecutionControl-TimeDelay）延时函数，按图3-13所示设置。一般来说，为了能够实现分时互用，在循环结构中都要添加延时；也可以在Functions-AllFunctions-Time&Dialog中选择其他延时函数。在框图程序中，添加MergeSignals（Functions-SignalManipulation-MergeSignals），用来将两个或者两个以上的信号合并成单一的信号输出。当一个信号和另一个信号相连时，这个函数自动出现。图3-13TimeDelay设置四、实验内容1．使用Case结构，创建一个VI以检查一个数值是否为正数。如果它是正的，VI就计算它的平方根，反之则显示出错。提示：可以使用以下函数OneButtonDialog函数（Functions»Time&Dialog）——它可以用于显示一个对话框，内容可由字符串常量输入提供。例如：前面板如图3-14，最后将该VI保存为CaseStructure.vi文件。图3-14CaseStructure2．设计一个VI，计算产生一个与指定的数字相等的随机数所需花费的时间。3．、设计一个VI，用公式节点来计算下列方程：y1=x3+x2+5，y2=mx+b，以上两个方程只许使用一个FormulaNode。4．分别用Case结构和公式节点语句两种方法，实现下列条件分支语句：考虑计算两数比率x/y的下列代码段：if(y0)thenz=x/yelsez=+endif两VI保存为CaseDivision.vi和FormulaDivision.vi。5.、设计一个VI能够像计算器一样进行运算。前面板上有两个数字控制器，用来输入两个数字，另有一个指示器，用来显示VI对输入数字进行运算（Add、Subtract、Divide或Multiply）的结果。用一个滑动条控制器来选择加、减、乘、除运算。五、实验报告要求1．调试编辑以上VI，按顺序打印以上VI的前面板与程序框图后，贴在实验报告上；实验报告中要求详细说明设计步骤要点。2．使用公式节点时，如果输入变量的名称同输出变量的名称相同时，会怎样。3．心得体会及其它。实验四　LabVIEW编程的数组与簇一、实验目的1．学习并掌握如何创建、使用数组；数组函数的功能和应用，掌握它们的区别以及相应操作。2．学习并掌握如何创建、使用簇；簇函数的功能和应用，掌握它们的区别以及相应操作。二、实验设备安装有LabVIEW的计算机三、实验原理1．数组是一些具有相同类型的元素组成的集合。数组包含两方面的内容：元素和维数。数组中的元素可以是数字、布尔、字符、路径、波形和簇等数据类型。一个数组可以是一维或者多维，如果必要，每维最多可有231－1个元素。可以通过数组索引访问其中的每个元素。创建一个数组有两件事要做，首先要建一个数组的“壳”（shell），然后在这个壳中置入数组元素（数或字符串等）。数组元素不能是数组、图表或者图形。LabVIEW提供了很多用于操作数组的功能函数，位于函数Functions»数组Array中。其中包括创建数组（BuildArray），初始化数组（InitializeArray），数组大小（ArraySize），数组子集（ArraySubset），索引数组（IndexArray）等等。·创建数组（BuildArray）——，用于根据标量值或者其他的数组创建一个数组。·初始化数组（InitializeArray）——用于创建所有元素值都相等的数组。下图中，该功能函数创建了一个一维数组。·数组大小（ArraySize）——返回输入数组中的元素个数。·数组子集（ArraySubset）——选取数组或者矩阵的某个部分。·索引数组（IndexArray）——用于访问数组中的某个元素。建立数组的步骤如下：1)从数组和类子模板（Controls-AllControls-Array&Cluster）上选中数组（Array），防治在前面板设计窗口中，此时为数组空壳，可以向里边添加（用拖拽的方法）数字、布尔、字符等数据类型的控制器或指示器，来建立相应的数组控制器和指示器。此时可以看到数组上有如下两个显示窗口：·标号显示窗——标号从0开始，每单击一次“增加”键，标号显示值顺序递增。这个标号就是数组元素的序号；对于一个含n个元素的数组，其标号为0～n-1。·元素显示窗——用来显示元素的数值。数组中的元素按序号排列。数组元素的查找按行/列标号进行。2）右键单击标号窗口，弹出一个快捷菜单，选择AddDimension来增加数组的维数。每单击AddDimension选项一次，维数就增加一维。图4-1增加数组维数2．簇（Cluster）是另一种数据类型，它的元素可以是不同类型的数据。它类似于C语言中的structure。使用簇可以把分布在框图中各个位置的数据元素组合起来，这样可以减少连线的拥挤程度。减少子VI的连接端子的数量。簇相当与一个容器，容器中的元素可以是各种不同的数据类型。也就是说，可以在一个簇中放置控制模板上的各种控件，如数字控件、布尔控件、数组控件等，但是不能将输入控件和输出控件同时放入其中。因此，在编辑流程图时，可以减少连线数以及连线的节点数，最终简化流程图。它有多个输入，一个输出。要建立簇，可以选择控制模板中数组和类子模板（Controls-AllControls-Array&Cluster）上的Cluster，将其调入前面板。向类控件中放入元素，即将控制模板中的相应控件放入其中，俗称把元素“捆绑”在一起。·捆绑（Bundle）数据Bundle功能将分散的元件集合为一个新的簇，或允许你重置一个已有的簇中的元素。可以用位置工具拖曳其图标的右下角以增加输入端子的个数。最终簇的序是取决于被捆绑的输入的顺序。右图中Bundle图标中部的Claster端子用于用新元素重置原簇中的元素。·分解（Unbundle）簇Unbundle功能是Bundle的逆过程，它将一个簇分解为若干分离的元件。如果你要对一个簇分解，就必须知道它的元素的个数。LabVIEW还提供一种可以根据元素的名字来捆绑或分解簇的方法。右键单击簇控件的边缘，弹出一个快捷菜单，如图4-2所示。快捷菜单中的后三项说明如下：ReorderControlsInCluster——用于设置类控件中各元素的排列顺序，这个排列顺序是输出信号顺序，如图4－3所示。在Cluster输出1和Cluster输出2两个簇控件中，元素输出的排列顺序不一样。图4-2簇控件快捷菜单AutoSizing——鼠标右键单击该选项后，出现如图4-4所示的快捷菜单，选择相应的选项，可自动调节类控制的边框大小以及排列方式。图4-3ReorderControlsInCluster设置举例图4-4AutoSizing设置Properties——用来定义类控件的一些属性，如上面提到的“AutoSizing”，改变标签的名称，是否显示标签等内容，以及填入描述信息。是LabVIEW7Express新增加功能，可以方便的自定义前面板对象。属性页如图3-5所示，将前面板的属性特征集中到了一些简单的配置对话框中。图4-5簇属性设置数组和簇的区别如下：·簇可以包含不同的数据类型，而数组仅可以包含相同的数据类型；·簇具有固定的大小。四、实验内容1．练习数组的基本创建方法，编辑一个利用循环的自动索引（auto-indexing）功能创建一个装有10个随机数的数组。提示：利用随机数产生函数，循环10次产生一数组。2．编辑下列VI，理解二维数组的产生，存为TwoDimensionalArrayDemo.vi。前面板程序框图4.6TwoDimensionalArray3.创建一个VI，实现将输入控件值与输入数组合并连接起来生成新的数组。该VI使用数组大小（ArraySize）和初始化数组（InitializeArray）两函数来创建维数合适的新数组，并将新数组的所有元素初始化为1。最后，VI计算两新数组间的差，并将结果显示在前面板中。前面板和基本程序框图组成如图4.7，最后将该VI保存为PracticewithArrays.vi文件。图4.7（1）PracticewithArrays前面板图4.2（2）PracticewithArrays程序框图组成4．创建由一个控件簇和一个显示簇所组成的VI，要求控件进行操作时，显示簇同时进行相应的显示。前面板组成如图4.8，最后将该VI保存为Cluster.vi文件。提示：应用捆绑（Bundle）与分解（Unbundle）函数图4.8Cluster前面板五、实验报告要求1．调试编辑以上VI，按顺序打印以上VI的前面板与程序框图后，贴在实验报告上；实验报告中要求详细说明设计步骤要点。2．心得体会及其它。实验五　LabVIEW编程的图形显示一、实验目的1．学习并掌握Chart和Graph的使用，理解它们的区别。2．掌握Chart的三种显示模式。3．了解其他二维图形的绘制。二、实验设备安装有LabVIEW的计算机三、实验原理图形显示对于虚拟仪器面板设计是一个重要的内容。图形是以曲线来显示数组中的数据，常用的二维图形控件有波形Chart、波形Graph和XYGraph，可用显示多条曲线。图形控件有很多特性可以用来改变曲线显示的格式。在LabVIEW的图形显示功能中Graph和Chart是两个基本的概念。一般说来Chart是将数据源（例如采集得到的数据）在某一坐标系中，实时、逐点地显示出来，它可以反映被测物理量的变化趋势，例如显示一个实时变化的波形或曲线，传统的模拟示波器、波形记录仪就是这样。而Graph则是对已采集数据进行事后处理的结果。它先将被采集数据存放在一个数组之中，然后根据需要组织成所需的图形显示出来。它的缺点是没有实时显示，但是它的表现形式要丰富得多。例如采集了一个波形后，经处理可以显示出其频谱图。现在，数字示波器也可以具备类似Graph的显示功能。LabVIEW的Graph子模板中有许多可供选用的控件，其中常用的见下表： Chart Graph Waveform（波形） * * XY * Intensity（强度图） * * Digital（数字图） * 3DSurface（三维曲面） * 3DParametric（三维参变量） * 3DCurve（三维曲线） *由表中可以看出，Chart方式尽管能实时、直接地显示结果，但其表现形式有限，而Graph方式表现形式要远为丰富，但这是以牺牲实时为代价的。1、Graph控件各种图形都提供了相应的控件，以Graph为例介绍。图5-1所示为它的控件。所有这些控件都包含在图形快速菜单的VisibleItems选项下。曲线图例可用来设置曲线的各种属性，包括线型（实线、虚线、点划线等）、线粗细、颜色以及数据点的形状等。图形模板可用来对曲线进行操作，包括移动、对感兴趣的区域放大和缩小等。光标图例可用来设置光标、移动光标，帮助你用光标直接从曲线上读取感兴趣的数据。刻度图例用来设置坐标刻度的数据格式、类型（普通坐标或对数坐标），坐标轴名称以及刻度栅格的颜色等。图5-1Graph的图形控件2、Chart的独有控件Chart的数据并没有事先存在一个数组中，它是实时显示的，为了能够看到先前的数据，Chart控件内部含有一个显示缓冲器，其中保留了一些历史数据。这个缓冲器按照先进先出的原则管理，其最大容量是1024个数据点。·滚动条(Scrollbar)它直接对应于显示缓冲器，通过它可以前后观察缓冲器内任何位置的数据。·数据显示(DigitalDisplay)选中它，可以在图形右上角出现一个数字显示器，这样可以在画出曲线的同时显示当前最新的一个数据值。·刷新模式(UpdateMode)Chart提供了三种画面的刷新模式，分别是·StripChartMode（条状图）：它与纸带式图表记录仪类似。曲线从左到右连续绘制，当新的数据点到达右部边界时，先前的数据点逐次左移。·ScopeChartMode（示波器模式）：它与示波器类似。曲线从左到右连续绘制，当新的数据点到达右部边界时，清屏刷新，从左边开始新的绘制。它的速度较快。·SweepChartMode（扫描模式）：与示波器模式的不同在于当新的数据点到达右部边界时，不清屏，而是在最左边出现一条垂直扫描线，以它为分界线，将原有曲线逐点向右推，同时在左边画出新的数据点。如此循环下去。·堆叠式图区（StackPlots）在相同的纵坐标下，由于各种测量信号的差异，将几条曲线显示在同一个图区有困难时，可以组织出一种纵坐标相同，而有各自横坐标的堆叠式图区。打开\LabVIEW\Examples\Graphs\chart.lib目录的Charts.vi，那里提供了有关Chart的各种形态的例子，以及堆叠式图区的例子。四、实验内容1、Chart和Graph的比较创建一个VI，用Chart和Graph分别显示40个随机数产生的曲线，比较程序的差别。前面板及流程图如下。图5－2Chart和Graph的比较显示的运行结果是一样的。但实现方法和过程不同。在流程图中可以看出，Chart产生在循环内，每得到一个数据点，就立刻显示一个。而Graph在循环之外，40个数都产生之后，跳出循环，然后一次显示出整个数据曲线。从运行过程可以清楚地看到这一点。值得注意的还有For循环执行40次，产生的40个数据存储在一个数组中，这个数组创建于For循环的边界上（使用自动索引功能）。在For循环结束之后，该数组就将被传送到外面的Graph。仔细看流程图，穿过循环边界的连线在内、外两侧粗细不同，内侧表示浮点数，外侧表示数组。2、利用XYGraph构成利萨育图形。波形图（WaveformGraph）有一个特征，其X是测量点序号、时间间隔等，Y是测量数据值。但是它并不适合描述一般的Y值随X值变化曲线。适合于这种情况的控件是XYGraph。我们通过一个构成利萨育图形的例子来看一下它的使用。我们知道如果控制XY方向的两个数组分别按正弦规律变化（假设其幅值、频率都相同），如果它们的相位相同，则利萨育图形是一条45度的斜线，当它们之间相位差90度时为圆，其他相位差是椭圆。面板和框图如图5－３所示。面板上除了一个XYGraph外，还有一个相位差输入控件。在框图中使用了两个SineWaveform.vi，第一个所有输入参数（包括频率、幅值、相位等）都使用缺省值，所以其初始相位为０。第二个将其初始相位作为一个控件引到面板上。它们的输出是包括t0、dt和Y值的簇，但是对于XYGraph只需要其中的Y数组，因此使用波形函数中的GetWaveformComponents函数分别提取出各自的Y数组，然后再将他们捆绑在一起，连接到XYGraph就可以了。当相位置为45度时，运行程序，得到如图所示的椭圆。图5－３　利用XYGraph构成利萨育图形3、设计一个VI来测量温度，每隔0.25秒测一次，共测定10秒。在数据采集过程中，VI将在波形chat上实时地显示测量结果。在采集过程结束后，在GRAPH上画出数据波形曲线，并算出温度的最大值，最小值和平均值。4、设计一个VI，用独立的XY数组形成一个圆环。5、设计一个VI，产生一个二维的随机数数组（3行10列），数组产生后，对每一行进行索引并将每一行绘制在它自己的Graph上（前面板中应包括三个Graph指示器）。并任意指定提取其中的一行，把这一行看成一个一维数组，然后将其相邻的一对元素相乘（从元素0和元素1开始），最后输出结果数值。例如，若提取的数组值为1，23，10，5，7，11，则输出数组为23，230，50，35，77。参考程序如图5－4所示。五、实验报告要求1．调试编辑以上VI，按顺序打印以上VI的前面板与程序框图后，贴在实验报告上；实验报告中要求详细说明设计步骤要点。2．总结Chart和Graph的使用区别。3．心得体会及其它。图5－4实验六　字符串、文件I/O和属性节点编程一、实验目的1．熟悉并掌握字符串函数的使用。2．熟悉并掌握文件I/O操作。3．了解属性节点如何作为前面板转换的方法。二、实验设备安装有LabVIEW的计算机三、实验原理1、字符串是ASCII字符的集合，LabVIEW有很多函数来处理各种类型的字符串。这些函数位于Function模板上的String子模板中。StringLength函数返回字符串中字符的个数。ConcatenateString函数把所有的输入字符和字符串连接成一个输出字符串。MatchPattern函数返回匹配的子串，如果没查找到匹配字符串则返回字符串为空。字符串格式化函数FormatIntoString把数值型数据转换成ASCII字符串格式。字符串格式化函数ScanFromString把ASCII字符串数据转换成数字格式。2、文件的I/O操作是指向文件中写入数据以及从文件中读取数的操作，所有的文件I/O函数都在Functions模板的FileI/O子模板中。Open/Create/ReplaceFile函数用来打开、更换一个已存在的文件，或者创建一个新文件。ReadFile函数从指定的文件读取指定字节的数据。WriteFile函数往指定的文件中写入数据。CloseFile函数关闭指定的文件。四、实验内容1、完成以下各步以建立一个将数字转换为字符串的VI，将这个字符串连接到其他字符串上并组成一个输出字符串，然后输出字符串长度。生成一个VI并构造如图6-1所示的前面板。·右键单击String2，并从弹出的快捷菜单中选择’/’CodesDisplay。·改变StringLength和OffsetPastMatch为I32整数格式。图6-1BuildString.vi程序的前面板建立如图6-2所示的框图程序：（Functions-AllFunctions-String-FormatIntoString）：此函数将数字转换为一个字符串。鼠标右键此函数，在快捷菜单中选择EditFormatString，在弹出的对话框中选择UseSpecifiedPrecision并输入4，以建立一个能够转换小数点或者4位数字到字符串的FormatString（格式字符串）。使用标签工具在％.4f常数的两端输入空格并按Shift＋Enter键，使得在连字符串的时候数字两端能够出现空格。鼠标右键常数，在弹出的快捷菜单中选择’/’CodesDisplay，则输入的空格转换为“\s”。（Functions-AllFunctions-String-ConcatenateStrings）：此函数将输入的字符串连接到一个输出的字符串上。（Functions-AllFunctions-String-StringLength）：此函数可以找出所连接字符串的长度。（Functions-AllFunctions-String-MatchPattern）：此函数可以找到String2作为复制源。把鼠标放在上，在输入端口regularexpression上右键鼠标，弹出菜单上选择Create-Constant，键入“:”作为复制源并按Shift＋Enter键。（Functions-AllFunctions-String-ScanfromString）：此函数将克隆后的字符串转换成一个数字。图6-2BuildString.vi程序框图打开前面板，在此程序基础上建立一个VI子程序，以String.vi为名保存所建立的程序。2、字符串1为“ABCDEFG”七个大写字母，字符串2为“1234567”七个数字；字符串常量1为“hijklmn”七个小写字母，字符串常量2为“0.1234567”。把以上字符串依照次序合并为一个字符串，字母全部变为大写字母，把字母H换为Z，计算其长度，找到字符串中小数点的位置。程序前面板及框图如图6-3所示。图6-3例二程序前面板及框图3、完成以下各步，建立连接一个消息串、一个数字的以及单位字符串到一个文件里的VI，将要建立另一个VI来完成文件读取和展示其内容的VI。1)打开一个新的VI并构建如图6-4所示的前面板：（filepath里的内容是执行VI后显示出来的数据）在Controls-AllControls-String&Path放入一个路径指示器，此指示器可以显示所创建文件的路径。2)构建如图6-5所示的框图程序：Open/Create/ReplaceFile.VI(Functions-AllFunctions-fileI/O-Open/Create/ReplaceFile.VI)，此函数创建或打开文件对话框。图6-4文件写前面板图6-5文件写程序框图4、完成以下各步骤操作，建立VI，读取第二部分所建立的文件，并显示这个字符串的信息。在新的VI中，建立如图6-6所示的程序框图。图6-6Reader.vi程序框图以Read.vi为文件名保存该VI。在路径控制中单击Browse，使用操作工具演示前面板。选择demofile.txt并单击Open或OK按钮，运行VIStringReadfromFile显示文件所包含的内容。完成以下各步，以检查一个VI是否是以数字列的格式存在并且可以以扩展表格的方式被访问：（1）打开一个新的VI，创建如图6-7所示的前面板。图6-7表示例程序的前面板（2）构建如图6-8所示的框图。图6-8表示例程序的框图程序·放置SinePatterns.vi（Functions-AllFunctions-Analyze-SignalProcessing-signalGeneration-SinePatterns.vi），返回一个包含有sine原型的有128个点的是数列。第二个节点中的90.0表示sine或者cosine原型中的相位。·放置UniformWhiteNoise.vi（Functions-AllFunctions-Analyze-SignalProcessing-signalGeneration-UniformWhiteNoise.vi），返回一个包含有噪声原型的128点的数列。·放置BuildArray（Functions-AllFunctions-Array-BuildArray），此函数可以构建包括sine函数、cosine函数和噪声函数在内的二维数组。·放置Transpose2DArray（Functions-AllFunctions-Array-Transpose2DArray），此函数可以重新安排2D排列中的元素位置，使得元素[i,j]变为元素[j,i]。·放置WriteToSpreadsheetFile.vi（Functions-AllFunctions-FileI/O-WriteToSpreadsheetFile.vi），此函数将一个2D的队列格式化为一个表中，并将这个字符串写入文件。·放置NumberToFractionalString（Functions-AllFunctions-String-String/NumberConversion-NumberToFractionalString），此函数将一列数值转化为一列字符串并用表显示。（3）运行这个程序，将生成一个128行×3列的2D数列。第一列包含了正弦波数据表形；第二列包含了噪声数据波形；第三列包含了余弦波形数据。此VI将每一行画到了一个平面图里，并将数据在一个表格里展示出来。如图6-9所示。（每次运行，表中的数据和WaveformGraph的波形都是不同的）图6-9执行表示例程序后的前面板（4）在VI演示数据之后出现一个对话框，输入“wave.txt”，并单击Save或者OK按钮。（5）保持原样不动，打开这个文件并查看里边的内容：·文字处理机或者扩展表格应用程序，如NotePad或者WordPad（Windows）或者SingleText（MacOS）。·打开wave.txt，正弦波形数据出现在首列，随即波形数据出现在第二列，余弦波形数据出现在第三列。·退出文字处理机或者扩展表格应用程序，返回LabVIEW。（6）以“SpreadsheetExample.vi”为文件名保存VI。（7）关闭VI。五、实验报告要求1．调试编辑以上VI，按顺序打印以上VI的前面板与程序框图后，贴在实验报告上；实验报告中要求详细说明设计步骤要点。2．心得体会及其它。实验七　基于LabVIEW的虚拟信号发生器设计一、实验目的1．进一步掌握LABVIEW的编程方法。2．学会主要信号产生函数的使用。3．掌握用LABVIEW设计虚拟信号发生器的方法。二、实验设备安装有LabVIEW的计算机三、实验原理对于任何测试来说，信号的生成非常重要。例如，当现实世界中的真正信号很难得到时，可以用仿真信号对其进行模拟。常用的测试信号包括：正弦波、三角波、方波、锯齿波、各种噪声信号以及由多种正弦波合成的多频信号。信号发生器在测量中应用非常广泛，它可以产生不同频率的正弦信号、方波、三角波、锯齿波等，其输出的幅值和直流偏置也可以根据需要进行调节。信号发生器种类繁多，专用信号发生器是专门为某种特殊的测量而研制的，如电视信号发生器、编码脉冲信号发生器等；通用信号发生器按输出波形可分为正弦信号发生器、脉冲信号发生器、函数发生器和噪声发生器等，其中正弦信号发生器最具普遍性和广泛性。LabView虚拟仪器技术软件开发平台提供了丰富的信号产生函数。本实验通过编写适当的LabView程序，实现一个虚拟信号发生器。四、实验内容本实验通过编写适当的LabView程序，实现一个虚拟信号发生器。该信号发生器可以产生和显示正弦信号、三角波、方波、锯齿波信号。指标如下：1、频率范围：0.001Hz～100KHz；2、幅值：0～10V，可选；3、直流偏置：0～2.25V，可选；4、可调整幅值、相位、频率；调整后无须重新启动（提示：用循环结构）；5、在产生的信号中可以加入高斯噪声。五、实验报告要求1．调试编辑以上VI，按顺序打印以上VI的前面板与程序框图后，贴在实验报告上；实验报告中要求详细说明设计步骤要点。2．心得体会及其它。实验八　基于LabVIEW的信号分析与处理一、实验目的1．进一步掌握LABVIEW的编程方法。2．掌握主要信号分析与处理函数的使用。二、实验设备安装有LabVIEW的计算机三、实验原理与内容LabVIEW的AdvancedAnalysis软件库包括数值分析、信号处理、曲线拟合以及其他软件分析功能。该软件库是建立虚拟仪器系统的重要工具，除了具有数学处理功能外，还具有专为仪器工业设计的独特的信号处理与测量功能。(一)建立一个使用LabVIEW中的频谱分析的VI1．程序面板及框图如下所示2．流程图中的ArraySize函数用来根据样本数转换FFT的输出，得到频率分量的正确幅值。3．把该VI保存为LabVIEW\Activity目录中的FFT_2sided.vi。4．选择频率（Hz）=10，采样率=100，样本数=100。执行该VI。注意这时的时域图和频谱图。因为采样率=样本数=100，所以时域图中的正弦波的周期数与选择的频率相等，即可以显示10个周期。（如果把频率改成5，那么就会显示5个周期）双边FFT5．检查频谱图可以看到有两个波峰，一个位于10Hz,另一个位于90Hz，90Hz处的波峰实际上是10Hz处的波峰的负值。因为图形同时显示了正负频率，所以被称为双边FFT。6．先后令频率=10、20（Hz），执行该VI。注意每种情况下频谱图中波峰位置的移动。观察频率等于10和20时的时域波形。注意哪种情况下的波形显示更好，并解释原因。7．因为fs=100Hz，所有只能采样频率低于50Hz的信号（奈奎斯特频率＝fs/2）。把频率修改为48Hz，可以看到频谱图的波峰位于±48Hz。8．把频率改为52HZ，观察这时产生的图形与第5步产生的图形的区别。因为52大于奈奎斯特频率，所以混频偏差等于|100–52|=48Hz。9．把频率改成30和70Hz，执行该VI。观察这两种情况下图形是否相同，并解释原因。单边FFT10.按照下图修改流程图。上面已经知道因为FFT含有正负频率的信息，所以可以FFT具有重复信息。现在这样修改之后只显示一半的FFT采样点（正频率部分）。这样的方法叫做单边FFT。单边FFT只显示正频部分。注意要把正频分量的幅值乘以2才能得到正确的幅值。但是，直流分量保持不变。（若程序中考虑含直流分量的情况，应当增加一个分支或case结构。11．设置频率（Hz）=30，采样率=100，样本数=100，运行该VI。12．保存该VI为LabVIEW\Activity目录下的FFT_1sided.vi。13．把频率改为70Hz，执行该VI，观察这时产生的图形与第9步产生的图形的区别。(二)建立一个使用LabVIEW中的数字滤波器的VI目的：使用一个低通数字滤波器对实际采集的方波信号滤波。1．创建前面板和流程图如下所示。2．注意流程图。其中使用了一个数字滤波器模块（Functions模板：Analyze）SignalProcessing）Filters下的ButterworthFilter.vi）。先介绍一下这个VI。Butterworth滤波器filtertype：按下列值指定滤波器类型0:Lowpass低通1:Highpass高通2:Bandpass带通3:Bandstop带阻X：需要滤波的信号序列samplingfreqfs：产生X序列时的采样频率，必须大于0。缺省值是1.0。如果它小于等于0则输出序列FilteredX为空并返回一个错误。highcutofffreqfh：高端截止频率。当滤波器类型为0(lowpass)或1(highpass)时忽略该参数。lowcutofffreqfl：低端截止频率。它必须满足Nyquist准则，即0≦fi<0.5fs如果该条件不满足则输出序列FilteredX为空并返回一个错误。fi的缺省值是0.125。order：大于0，缺省值是2。init/cont：内部状态的初始化控制。当其为FALSE(default),初态为0，当init/cont为TRUE,滤波器初态为上一次调用该VI的最后状态。为了对一个大数据量的序列进行滤波，可以将其分割为较小的块，设置这个状态为FALSE处理第一块数据，然后改设置为TRUE继续对对其余的数据块滤波。FilteredX：滤波样本的输出数组。3．在了解了这个滤波器的功能之后再来看上面的流程图。这里DAQ部分将一个外部的1KHz的方波采集进来，采样频率是100KHz，采到的方波一方面显示其波形，同时又送到滤波器的入口。滤波器类型设置为Lowpass，其采样频率端直接连接到前面的采样频率控制端，因而也是100KHz。另外，将采样频率除以90后作为低端截止频率，应该也是合理的，滤波器的阶数选为6。这样的一个VI运行结果如前面板所示。还需要指出的是原方波不以X轴对称，有直流分量，经这个低通滤波器后，直流分量还应当存在，曲线显示的确如此。(三)建立一个使用LabVIEW中的曲线拟合的VI曲线拟合的目的是找出一系列的参数a0,a1,……,通过这些参数最好地模拟实验结果。下列是LabVIEW的各种曲线拟合类型：*线性拟合–把实验数据拟合为一条直线y[i]=a0+a1*X[i]*指数拟合–把数据拟合为指数曲线y[i]=a0*exp(al*X[i])*多项式拟合–把数据拟合为多项式函数：y[i]=a0+a1*X[I]+a2*X[i]^2…*通用多项式拟合–与多项式拟合相同，但可以选择不同的算法，以获得更好的精度和准确性。*通用线性拟合–公式为y[i]=a0+a1*f1(X[i])+a2*f2(X[i])…,这里y[i]是参数a0,a1,a2…等的线性组合。通用线性拟合也可以选择不同的算法来提高精度和准确度。例如：y=a0+a1*sin(X)是一个线性拟合。因为y与参数a0,a1有着线性关系。同样道理，多项式拟合也总是属于线性拟合，但是它可以采用一些特殊算法以提高拟合处理的速度和精度。*GeneralLevenberg-Marquardt拟合–把数据拟合为公式y[i]=f(X[i],a0,a1,a2…)。其中a0,a1,a2…是参数。这种方法是最通用的方法，它不需要y与a0,a1,a2…有线性关系。它可用于线性或非线性拟合，但一般用于非线性拟合，因为对于线性曲线的处理采用通用线性拟合方法更加快捷。这种方法不能保证结果一定正确，所以，有必要验证拟合结果。1、对指数关系数据进行线性拟合步骤：前面板：打开LinearCurveFit.vi程序。这个例子假设我们收集了10对实验数据t和y，我们有理由相信它们之间有线性关系。切换到框图程序。框图程序：验证框图程序，它使用了如下的子程序：LinearFit子程序（在Analysis>CurveFitting子模板）。在本例中，它把实验数据拟合为一条直线，求出系数a和b，以满足y[i]=a+b*t[i]；以及实验结果和拟合结果之间的误差的均方根值。输入数据是一个两维数组，是采用DAQ卡采集数据时的通用格式。我们用IndexArray子程序可以分解得到两个一维数组y[i]与t[i]。“MSE”表示误差均方根值，误差越小，拟合结果越好。运行该程序。曲线将显示实验数据和拟合结果。2、对指数数据执行多项式拟合步骤：前面板：打开PolynomialFit.vi程序。这个例子假设实验数据之间为多项式关系：y[i]=a0+a1*t[i]+a2*t[i]^2…当多项式为一阶时，有两个参数，结果是一个线性拟合，与前一个例子相同。当阶数为二阶时，结果是一个二阶多项式带三个参数，多项式参数存放于数组a[i]。切转到框图程序。框图程序：验证框图程序，它使用了如下的子程序：GeneralPolynomialFit.vi子程序（在Analysis>CurveFitting子目录）在本例中，把实验数据拟合为二阶多项式曲线，返回结果为拟合数据，多项式系数以及拟合误差的均方根值。本例使用多项式拟合，求出了多项式系数a0,a1,a2等。一般情况下，我们总是尽可能使用最低阶的多项式。运行程序。将显示实验数据和拟合结果的数据。四、实验报告要求1．调试编辑以上VI，按顺序打印以上VI的前面板与程序框图后，贴在实验报告上；实验报告中要求详细说明设计步骤要点。2．心得体会及其它。随机数发生器乘法函数�EMBEDPBrush����EMBEDPBrush����EMBEDPBrush���条件端子按钮子程序标识�EMBEDEquation.DSMT4����EMBEDEquation.DSMT4����EMBEDEquation.DSMT4����EMBEDPBrush����EMBEDPBrush����EMBEDPBrush����EMBEDPBrush���图6-9实验6-5前面板�EMBEDPBrush���说明(Caption)标签(Label)光标图例(CursorLegend)图形模板(GraphPalette)刻度图例(ScaleLegend)曲线图例数值常数连接点PAGE1_1235158236.unknown_1235158369.unknown_1235150966.unknown_1235151192.unknown_1235150707.unknown