（电机与电器专业论文）labview在多任务测控系统中的应用.pdf

南昌大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o ni ne l e c t r o n i cm e a s u r e m e n t t e c h n o l o g ya n di n s t r u m e n t so fm i c r o - e l e c t r o n i c st e c h n o l o g y , c o m p u t e rt e c h n o l o g y , s o f t w a r et e c h n o l o g ya n dn e t w o r kt e c h n o l o g y , n e wm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o lt h e o r y , n e wm e a s u r e m e n tm e t h o d ，n e wm e a s u r e m e n tf i e l d sa n dn e wi n s t r u m e n ta r c h i t e c t u r e c o n t i n u a l l yc o m ef o r t ha n dt h ef u n c t i o na n de f f e c to fe l e c t r o n i ci n s t r u m e n t sh a v e g i v e nb i r t ht oq u a l i t yc h a n g ea n db r o k e nt h r o u g hi nt h ec o n c e p t i o no fi n s t r u m e n ti n m a n ya s p e c t s g r a p h i c a lc o m p u t e rl a n g u a g eh a db e e nd e v e l o p e da tt h ee n do f19 8 0 s i nt h i sb a c k g r o u n d a st h egl a n g u a g eg r a p h i c a ld e v e l o p m e n tt o o lf o ri m p l e m e n t i n gv i r t u a l i n s t r u m e n t a t i o n i ) ，l a b v i e wh a sb e e no n eo ft h em o s tp o p u l a rs o l u t i o n f o r c r e a t i n gp o w e r f u l ，f l e x i b l e ，w e l l s t r u c t u r e d ，c o s t - e f f e c t i v e a n d f r i e n d l yh m i ( h u m a n - m a c h i n ei n t e r f a c e ) m e a s u r e m e n t & c o n t r o l l i n gs y s t e m b u t ，m o s tc u r r e n t l a b v i e wa p p l i c a t i o n sa r er u ni ns i n g l ep ca n dj u s t 粥av i r t u a li n s t r u m e n t a t i o n w i t h o u tm a k i n gr i s eo f i t sa d v a n t a g e s m u l t i - t a s kr e a l - t i m em e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ls y s t e mi si n t r o d u c e di nt h i s a c a d e m i cd i s s e r t a t i o n t h es y s t e m ，w h i c hc o n s i s t so fam e a s u r ec o m p u t e ra n da c o n t r o lc o m p u t e r , i se s t a b l i s h e db yt h eu s eo fd i s t r i b u t e dc o n t r o ls t r u c t u r e t h e c o m p u t e r sc a r t - y o u tt h et a s k so ff r i e n d l yh u m a n m a c h i n ei n t e r f a c e ，e a s yd a t a a c q u i s i t i o na n ds t a b l em e a s u r e so fd e a l i n gt r o u b l e so nl a b v i e wp l a t f o r m t h i s r e a l - t i m es y s t e mi n c l u d e sm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o lo fa n a l o g s ，d i g i t a l s ，t e m p e r a t u r e ， d cm o o ra n d s t e p p i n gm o t o r t h e n ，b a s e do np r i o r i t i e ss e t t i n ga n de x e c u t i o ns y s t e m ss e l e c t i o n ，a n db ym e a i l s o ff i x e dt i m ei n t e r v a ls c h e d d ea n de v e n td r i v e n ，at w o l e v e lm u l t i t a s ks c h e d u l i n g b a s e do nl a b v i e wf o ram e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ls y f l e mi sp r e s e n t e d t h e s e a d v a n c e dt e c h n o l o g i e sa r ee m p l o y e dt oe n h a n c et h ep e r f o r m a n c eo f m e a s u r e m e n ta n d c o n t r o ls y s t e m a c c o r d i n gt ot h ev i e wo f s o f t w a r ee n g i n e e r i n g ，t h ed e s i g ns c h e m eo f m u l t i - t a s kr e a l t i m em e a s u r e m e ma n dc o n t r o ls y s t e mi sg i v e n t h i ss y s t e mi s 南昌大学硕士学位论文 英文摘要 d e v e l o p e d 谢t hm a n ym e r i t ss u c ha ss i m p l eo p e r a t i o n ，f r i e n d l yi n t e r f a c ea n dh j 曲 g e n e r a la v a i l a b i l i t y l a s t l y ，t h i sd i s s e r t a t i o nr e s e a r c h e st h r e en e t w o r kc o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s m so f l a b v i e w ：t h et c p i pf u n c t i o n s ，t h ed a t a s o c k e tt e c h n o l o g ya n dt h er e m o t ep a n e l s m e c h a n i s m t h i sd i s s e r t a t i o na n a l y z e se a c hm e c h a n i s mi nd e t a i la n dd e v e l o p sr e l a t e d g p r o g r a m st os h o wt h e i rf u n c t i o n s t h ep r o c e d u r et h a tt r a n s f e r sm a s so fd a t aa n d c o n t r o l sr e m o t ev i st h r o u g hi n t r a n e tu s i n gt h o s et e c h n i q u e si sr e a l i z e d k e yw o r d s ：l a b v i e w ，r e a l - t i m ec o n t r o l ，d a t aa c q u i s i t i o n ，m u l t i - t a s k ，i p c o n d u s t r y p e r s o n e rc o m p u t e r ) 独创性声明 本人卢明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成粜据我所知，除了文中特别加以标注和敏谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，电不包含为获得南昌土学或其他教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己 在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：蔼眭焉签字日期： 细年噍月f z 日 学位论文版权使用授权书 木学位论文作者完全了解南昌土学有关保留、使用学位论文的规定，有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 闯。本人授权南昌太学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位沦文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：高掩惩 导帅签名 彻泠 签字日期：面年6 月 i tr 】 签字n 期： d 年易月c u 学位论文作者毕业后去向： 工作荦位：西恩畏i 习丽、镕t 塌1 裂i 司 电话：i ；g g l 田1 蹈 通讯地址：上晦f 荫系莉医喜值髓钾号敝弼巨 邮编：瑚l 南昌大学硕士学位论文1 引言 1引言 1 1 工业计算机及测控系统 i p c 是i n d u s 砸a lp e r s o n a lc o m p u t e i 业计算机) 的缩写。i p c 应用于工业测控 现场的历史并不长，以之为核心构成的系统性能可达到以往用中小型机才能达到 的水平，而费用却很低廉，且更新换代有保障。i p c 正在以每年两位百分数的速度发 展，是各机种中最快的，应用领域已无所不在。i p c 最大的优点在于与普通p c 机的 1 0 0 兼容，是一种占市场主流的通用型的计算机，因此有比其它机种更加广阔的 硬件支持厂商；口c 也是一种标准的应用平台，软件产品类型多样，品种极为齐全， 软硬件开发环境及有关工具丰富，有良好的用户界面、多彩的图形显示【1 1 。 借助p c 丰富的网络软硬件，可以方便地与回路控制器、可编程逻辑控制器、 远程智能i o 、远程控制单元等部件组成形式多样的d c s 集散监控系统，还可通过 l a n 局域网或无线网与中心信息系统m i s 相连，有最好的系统性能价格比和灵活 性。i p c 在工业测控系统中还起着承上启下的作用。它既承担着前端数据采集工 作，完成现场监测并直接控制或通过网络驱动p l c 实现前端过程控制，又可以通过 网络与中心控制计算机系统联接，保证各层之间的信息畅通。p c 功能强大，适应性 好，既可用作数据采集终端，也可用作网络管理节点，还可直接驱动电气设备进行 控制。由此可见其配置相当灵活方便。 1 2 现代测控系统所面临的问题 传统的测控设备是以单台仪器独立工作、手工操作、人工判断或记录分析信 息为基本设计思想的，因此每台仪器的功能及使用范围是固定的、不可变化的， 每台仪器的测试信息是彼此孤立的、不开放的【5 】0 而当前工业的发展对测控系统提出的要求越来越高，不但要求仪器能够完成 在线的实时测试，而且还希望其能够适应多种多样的使用要求，随时可变检测对 象、完成不同测试任务或升级换代，建立起一个可基本掌握生产过程信息资料， 并能以监测、分析、优化、控制等手段为及时的人工决策和控制提供依据的测控 系统。系统费用应适应用户实际情况，并且系统功能要能随未来企业发展壮大的 需要方便地提升和扩充，保障已有投资。 由此可以看出，测控领域面临的几大问题： 南昌大学硕士学位论文 1 引言 产品更新换代的速度太快，彼此之间的兼容性差； 难于满足用户不同层次和不断变化的要求； 对测控系统集成入网、能够通过网络访问和交互的需求日益迫切。 1 3 问题的解决方案 目前，电子测量仪器发展中出现的虚拟仪器概念已经逐步地被很多领域所接 受，对实现柔性的测控系统具有明显地推动作用。利用现有的计算机，加上适当 设计的仪器硬件和应用软件( 如l a b v i e m 构成虚拟仪器，使其既具有传统仪器的 基本功能，又能由用户根据自己的需求变化随时定义，实现多种多样的应用要求。 虚拟仪器不但灵活可变、功能强大，而且使用方便，便于技术升级更新，系统的 使用维护费用极低，同时具有极高的可靠性，以v x i 系统为例，其平均故障时间 间隔( m t b n 可达7 0 万小时，即8 0 年。 美国国家仪器公司( n i ) 推出的图形化虚拟仪器开发运行环境i j a b v i e w ，不仅 功能强大，而且由于基于通用p c 及其它标准软硬件模块，因而能有效提高构建 测控系统的柔性、降低开发应用成本及保护投资。 作为当前测试和测量领域的工业标准l a b e w 虚拟仪器技术，可通过g p i b 、 v x i 、p x i 、p l c 、串行设备和插卡式数据采集板等，配合通用p c 机的标准软硬 件资源，构建灵活的、层次体系明晰的、功能强大的且人机界面友好的数据采集 系统和便捷高效的控制系统。 1 - 4l a b v i 肼的国内外应用现状“1 l a b e w 广泛应用于包括自动化、通信、航空、半导体，电路设计和生产、 过程控制及生物医学在内的各种工业领域中，来提高应用系统的开发效率。这些 应用涵盖了产品生产过程中从研发、测试、生产到后期服务的各个环节。在系统 设计中协调使用l a b v i e w ，共享软件及信息资源，可使节约大量的时间和金钱。 l a b v 【e w 的应用大致可分为以下几个方面： 1 4 1 应用于生产检测 l a b e w 已经成为用于测试测量领域的工业标准化开发工具。l a b v i e w 结 合n i t e s t s t a n d 测试执行环境和该领域中最大的仪器驱动程序库，为整个系统建 立稳固完整的检测管理平台。 1 4 2 应用于研究与分析 2 南昌大学硕士学位论文1 引言 运用l a b v i e w ，可在汽车、能源研究和其它众多工业领域的应用系统中进 行实时数据的分析和计算、对于要求声音、振动、图像处理、时频分析、小波和 数字滤波的应用系统，l a b v i e w 特别提供各种附加工具包以加速系统开发。 1 4 3 应用于过程控制和工厂自动化 可利用l a b v i e w 来建立众多的过程控制和工业自动化应用系统。在 l a b v i e w 平台下，可以实现高速、多通道的测量和控制。对于大型复杂的工业 自动化和控制系统，有专门的l a b v i e w 数据记录和监控模块，用于监控多通道 i o 、与工业控制器和网络进行通信，以及提供基于p c 机的控制。 1 4 4 应用于机器监控 对于要求有实时控制、振动分析、视觉和图像分析或运动控制的机器监视和 预先维护的应用系统，l a b v i e w 是理想的选择。l a b v i e w 系列产品，包括用于 可靠、确定性控制的实时l a b v i e w ( l a b v i e w r t ) 软件，就可以快速、准确的建 立起功能强大的机器监视和自动控制应用程序1 9 1 。 1 5 多任务测控系统 在本课题中，我们研究的多任务测控系统中的多个任务来自小型电站的主要 任务，我们尝试采用l a b v i e w 与i p c 相结合的方式来完成一系列的任务并取得 了较为理想的效果。l a b v i e w 有着强大的功能和广阔的应用范围，但就目前国 内的现状来看，绝大多数的用户还是把l a b v i e w 作为虚拟仪器，仅仅利用它来 进行数据的处理和显示，忽略了l a b v i e w 强大的数据采集和控制功能，特别是 基于p c 机的实时控制，在国内基本是空白。本测控系统的突出特点是充分利用 该软件的测控功能来建立一个多任务的测控系统。本套系统的任务可以分为下位 机和上位机任务两大类。 下位机任务主要有： 采集任务主要有模拟量采集和开关量采集。 控制任务包括直流电动机的控制和步进电动机的控制。 数据通信任务将采集出的数据实时传送至上位机上；从上位机接收控制 命令。 上位机任务主要有： 整点制表任务系统分别在0 点、8 点、1 6 点制表，完成规定时间的电压、 南昌大学硕士学位论文 1 引言 电流等测量数据存储或结果的输出，便于以后对历史数据的查找，这也是测控系 统的常规工作。 数据的计算通过采集的数据计算电压的偏差、波动以及频率等量； 动态显示任务对整个系统的各种数据实现动态的显示，便于管理者掌握 系统的状态。动态显示对系统资源的消耗较大，所以从下位机任务中分离出来； 数据通信任务将系统的动态数据发布到其它控制台，通过局域网实现远 程监控。 1 6 小结 本章介绍了计算机测控系统的现状和面临的问题，分析并得出问题的解决方 案，本课题的研究内容是利用l a b v i e w 强大的测控功能完成对小型电站中的电 机数据采集、控制、数据通信、整点制表、数据计算、数据动态显示等多个任 务的测控。 4 南昌大学硕士学位论文 2l a b v i e w 语言的概述 2 l a b v l e w 语言的概述 由于l 抽v i e w 语言是一种非常实用的虚拟仪器开发工具，其编程方式与常 用的、v c 等几种语言有很大的差别。所以我们以实际编程的经验为基础， 对v i 程序的创建、编辑和调试做出一定的总结；并着重研究了在l a b v i e w 下 的数据采集方式。 2 1 虚拟仪器v i 传统仪器一般是一台独立的装置。从外观上看，它一般有操作面板、信号输 入端口、检测结果输出这几个部分。操作面板上一般有一些开关，按钮、旋钮等。 检测结果的输出方式有：数字、指针式表头、图形窗口、打印输出等。从功能方 面分析传统仪器可分为：信号的采集与控制、信号的分析与处理、结果的表达与 输出这几个部分。传统仪器的功能都是通过硬件( 或固化的软件) 来实现的。这种 框架结构决定了它只能由仪器厂家来定义、制造，而且功能和规格一般都是固定 的，用户无法随意改变其结构和功制5 1 。 随着科学技术的进步，计算机技术的飞速发展，传统仪器已不能适应现代监 测系统的要求，美国国家仪器公司( n a t i o n a li n s t r i m e n t s t m ，简称n i ) 率先 提出虚拟仪器( v i r t u a li n s t r u m e n t a t i o n ) 的概念，它彻底打破了传统仪器由厂家 定义、用户无法改变的模式，从而使测控仪器发生了一场巨大的变革。 虚拟仪器是通过应用程序将通用计算机与功能模块硬件结合起来的一种全 新的测控仪器系统。用户通过显示器友好的图形界面操作计算机，完成对被测试 量的数据采集、分析、判断、显示、存储等整套测试工作，如同操作一台自行定 义与设计的专用传统仪器一样。 虚拟仪器与传统仪器比较，它具有所需的硬件少、购置费用低、可重复利用； 仪器的关键在软件、可自行定义、技术更新快、开发与维护费用低、系统开放、 方便与外设、网络连接等一系列的优点。因此虚拟仪器技术备受各国关注，在短 短的十多年里，国际上发展十分迅速，发达国家应用己十分普及，被广泛应用于测 量、监控、检测、电信及教育等各个领域，目前正朝着总线与驱动程序标准化； 硬、软件模块化，硬件模块即插即用：软件编程平台图形化及通用化、智能化和 网络化方向发展。 南昌大学硕士学位论文 2l a b v l e w 语言的概述 我国对虚拟仪器技术研究起步较晚，目前我国许多科学研究单位、大学、生 产部门的试验、测控仍以传统仪器占主导地位，处于传统仪器与计算机化仪器互 相分离的状态。但是虚拟仪器技术已引起了我国学术界的极大重视，现已出现如 汽车发动机检测及在线故障诊断、雷达测控、播种机性能检测、石油精炼实验系 统、仪器自动计量控制系统等许多应用的报道，研究应用的高潮方兴未艾，应用范 围已越来越广。 表2 1 传统仪器和虚拟仪器的对比 传统仪器虚拟仪器 功能由仪器厂商定义功能由用户自己定义 与其它仪器设备的连接十分有限可方便地与网络外设及多种仪器连接 图形界面小，人工读取数据界面图形化，计算机直接读取 信息量小数据并分析处理 数据无法编辑数据可编辑、存储、打印 硬件是关键部分软件是关键部分 价格昂贵价格低廉，仅是传统仪器的 五至十分之一 系统封闭、功能固定、基于计算机技术开放的功能 可扩展性差 模块可构成多种仪器 技术更新慢技术更新快 开发和维护费用高基于软件体系的结构可 大大节省开发费用 2 2 l a b v i e w 语言概述 l a b v l e w 是实验室虚拟仪器集成环境( 1 a b o r a t o r yv i r t u a li n s t r u m e n t e n g i n e e r i n gw o r k b e n c h ) 的简称，是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化 软件开发集成环境。得到工业界和学术界的普遍认可和好评。它可以把复杂、繁 琐、费时的语言编程简化成用菜单或图标提示的方法选择功能( 图形) ，用线条将各 种功能( 图形) 连接起来的简单图形编程方式，为没有编程经验的用户进行编程、查 错、调试提供了简单方便、完整的环境和工具，尤其适合于从事科研、开发的科 学家和工程技术人员使用。l a b v i e w 是一种虚拟仪器开发平台软件，能够以其 南昌大学硕士学位论文2l a b v i e w 语言的概述 直观简便的编程方式、众多的源代码级的设备驱动程序、多种多样的分析和表达 功能支持，为用户快捷地构筑自己在实际工程中所需要的仪器系统创造了基础条 件【3 】。 而且l a b v i e w 与其它计算机语言相比，有一个特别重要的不同点：其它计 算机语言都是采用基于文本的语言产生代码行，而l a b v i e w 采用图形化编程语 言g 语言，产生的程序是框图的形式，易学易用，特别适合硬件工程师、实 验室技术人员、生产线工艺技术人员的学习和使用，可在很短的时间内掌握并应 用到实践中去。特别是对于熟悉仪器结构和硬件电路的硬件工程师、现场工程技 术人员及测试技术人员来说，编程就像设计电路图一样：因此，硬件工程师、现 场工程技术人员及测试技术人员们学习l a b v i e w 驾轻就熟，在很短的时间内就 能够学会并应用l a b v i e w 。也不必去记忆那眼花缭乱的文本式程序代码。 l a b v i e w _ 的功能十分强大。像c 或c + + 等其它计算机高级语言一样， l a b v i e w 也是一种通用编程系统，具有各种各样、功能强大的函数库，包括数 据采集、g p l b 、串行仪器控制、数据分析、数据显示及数据存储，甚至还有目 前十分热门的网络功能。l a b v i e w 也有完善的仿真、调试工具，如设置断点、 单步执行等。l a b v i e w 的动态连续跟踪方式，可以连续、动态地观察程序中的 数据及其变化情况，比其它语言的开发环境更方便、更有效。 g 语言编写的程序称为虚拟仪器v i ( v i r t u a li n s t r u m e n t ) ，因为它的界面和功能 与真实仪器十分相像，在l a b v i e w 环境下开发的应用程序都被冠以后缀，以表 示虚拟仪器的含义。一个由交互式用户接口、数据流框图和图标连接端口组成。 同时，g 语言最佳地实现了模块化编程思想。用户可以将一个应用分解为一系列任 务，再将任务细分，将一个复杂的应用分解为一系列的简单子任务，为每个子任务 建立一个，然后把这些v i 组合在一起完成最终的应用程序。因为每个s u b v i 可以 单独执行，所以很容易调试。进一步而言，许多低级s u b v i 可以完成一些常用功能， 因此，用户可以开发特定的s u b v l 库，以适用一般的应用程序。 l a b v i e w 的运行机制就宏观上讲已经不再是传统上的冯诺依曼计算机体 系结构的执行方式。传统的计算机语言( 如c 语言) 中的顺序执行结构在l a b v i e w 中被并行机制所代替：从本质上讲，它是一种带有图形控制流结构的数据流模式。 7 南昌大学硕士学位论文 2l a b v l e w 语言的概述 数据流程序设计规定，一个目标只有当它的所有输入有效时才能执行；而目标的 输出，只有当它的功能完成时才是有效的。也就是说，在这种数据流程序的概念中， 程序的执行是数据驱动的，它不受操作系统、计算机等因素的影响。这 样，l a b v i e w q b 被连接的功能节点之间的数据流控制着程序的执行次序，而不象 文本程序受到行顺序执行的约束。从而，我们可以通过相互连接功能节点快速简 洁地开发应用程序 甚至还可以有多个数据通道同步运行1 。 l a b v i e w 的核心是v i 。v i 有一个人机对话的用户界面一一前面板( f r o n t p a n e l ) 和类似于源代码功能的程序图0 9 i a g r a m ) 。前面板接收来自程序图的指令。 在v i 的前面板中，控件( c o n t r o l s ) 模拟了仪器的输入装置并把数据提供给v i 的程 序图；而指示器( h l d i ca _ c o r s ) 则模拟了仪器的输出装置并显示由程序图获得或产生 的数据。当把一个控件或指示器放置到前面板上时，l a b v i e w 在程序图中相应 地放置了一个端口( t e r m i n a l s ) ，这个从属于控件或指示器的端口不能随意删除，只 有删除它对应的控件或指示器时它才随之一起被删除。 用l a b v i e w 编制程序图程序时，不必受常规程序设计语法细节的限制。首先， 从功能菜单中选择需要的功能节点，将之置于面板上适当的位置；然后用导线 ( w i r e s ) 连接各功能节点在程序图中的端口，用来在功能节点之间传输数据。这些 节点包括了简单的算术功能，高级数据采集和分析v i 以及用来存储和检索数据的 文件输入输出功能和网络功能。用l a b v i e w 编制出的图形化v i 是分层次和模块 化的。我们可以将之用于顶层( t o pl e v e l ) 程序，也可用作其它程序或子程序的子程 序。显然l a b v i e w 依附并发展了模块化程序设计的概念。图形化程序设计编程 简单、直观、开发效率高。 2 3 数据采集 2 3 1 采用n i 的板卡实现数据采集 利用l a b v l e w 实现数据采集有许多种方式，其中最简单的方式莫过于直接 利用n i 公司生产的数据采集板卡和l a b v i e w 中的数据采集v i 实现。 将数据采集板卡安装在计算机相应的插槽内，安装相应的驱动程序，这一步 骤和计算机其它硬件没什么区别。所不同的是n i 公司提供了一个专门的管理软 件m e 踟e m e m & a u t o m a t i o ne x p l o r e l 来对n i 公司产品的相关硬件进行管理。 针对数据采集卡，这个软件可以完成n i 公司数据采集卡的检测、性能测试、属 南昌大学硕士学位论文 2l a b v i e w 语言的概述 性配置和硬件删除。 性能测试( t e s tp a n e l ) f 1 , 对数据采集卡进行简单的测试。根据不同的采集卡， t e s tp a n e l 可以提供模拟输入c a j ) 、模拟输出( a o ) 、计数器输入输出( c o u n t e ri j o ) 和数字输入输出铆西t a lv o ) 的测试。 利用属性配置操作( p r o p e r t i e s ) n - i 对数据采集卡的属性进行配置和检查。在 系统属性中涉及到了采集卡占用的内存、中断号和直接内存访问号，而在模拟输 入属性中可以设置模拟输入的范围和信号输入模式。除此之外，属性配置操作还 可以对模拟输出( a o ) 、信号进入方式( a c c e s s o r y ) 、数据采集和模拟输出的标定周 期( o v c ) 和远程操作该数据卡的采集密码( r e m o t e a c c e s s ) 等属性进行配置。 l a b v i e w 中的数据采集实际上包含了模拟输入、模拟输出、数字输入输出 和计数器四种信号的输入输出方式。在典型的测试系统中，用的最多的是模拟输 入方式。 图2 1 是用初级数据采集v i 进行多通道波形数据采集的例子。这个例子仅 仅用一个a i a c q u i r ew a v e f o r m s v i 为核心就实现了多个通道的一段波形的采样。 程序中的d e v i c e 和c h a n n e l s 分别指定数据采集卡的设备号和采集的通道号；采样 数n u m b e ro f s a m p l e s 是节点函数被调用一次，从个通道采集的数据点数：扫描 率s c a n tr a t e 表示每秒从各通道采集数据的次数，等于单个通道的采样率。如果 需要连续采集，加入循环结构即可。 图2 1 模拟量的采集程序 2 3 2 非n i 数据采集卡在l a b v i e w 程序中的实现 前面介绍的v i 可以很方便地利用n i 公司的数据采集卡实现数据的采集，公司 提供了上百种采集卡的驱动程序供用户使用。但是由于n i 采集卡价格昂贵，不适 9 南昌大学硕士学位论文2 l a b v i e w 语言的概述 用于一般的企业和科研单位，应用并不是很广泛。但也完全可以通过端口读写、 动态链接库调用、c 语言调用等方式利用非n i 板卡来实现数据的采集。 直接端口读写方式( i o 方式) l a b v 正w 中有两个直接访问底层设备的节点，即i i i p o r t v i 和o u t p o r t v i 。这 两个函数分别完成从设备的物理地址直接读取和输出数据的功能，通过直接读写 寄存器可以提高数据的传输速率。 图2 2f o 口的读写程序 1 程序框图如图2 2 所示。采集卡的工作方式为软件启动，查询方式读取结果， 采样结果存放在一个一维数组中。流程图中用顺序控制结构( s e q u e n c e ) 来控制读 写端口的前后次序，用w h i l e 循环结构的转移寄存器( s h i f tr e g i s t e r ) 来记录每一次 的采样值，循环结束，以一维数组的形式输出，波形显示在c , r a p h 控件上。 通过调用c 语言的方式 在l a b v i e w 中提供了与c 语言的编程接口节点c i n ，由于c 语言是一种中间 语言，具有功能强大、快速、高效等特点，这样当遇到某些l a b v i e w 节点难以 实现的功能时，就可以通过接口节点c i n 来调用c 语言源代码来实现。 c i n 是一个位于l a b v i e w 框图程序窗口的带有输入输出端口的节点( 如图2 3 所示) ，输入、输出端口的个数可由设计者根据实际需要确定。用户可将需要调 i 叩。t 罂! ! l 一。，- l 。fi 坤。t 墨蕺：o 黑， 图2 3c 语言调用节点 用的外部代码编译成l a b v i e w 所能识别的格式后与此结点相连，当此结点执行 时，l a b v i e w 将自动调用与此结点相连的外部代码，并( 司c i n 传递特定的数据结 构。而且用户可向c i n 传递任意复合的数据结构，通常情况下，使用c i n 可获得 南昌大学硕士学位论文 2l a b v i e w 语言的概述 较高的程序效率，因为l a b v i e w 中数据的存储格式遵循了c 语言中数据的存储格 式，二者完全相同。可阻通过使用c i n 节点来调用由c 语言编写的采集卡驱动程 序的方法来提高虚拟仪器的采集精度。 从c i n 节点的快捷菜单中可以添加输入输出的参数，在快捷菜单中选择 c r e a t cf i l e 项，会弹出文件存储对话框，键入文件名，则生成l a b v i e w 文件 的c 语言代码框，如下： 卜c i ns o u r c e f i l e f # i n c l u d e ”e x t c o d e h ” m g e r rc i n r u n ( v o i d + a r g l ，v o i d + a r 9 2 ，v o i d + a r 9 3 ) ； m g e r rc i n r u n ( v o i d + a r g l ，v o i d + a r 9 2 ，v o i d + a r 9 3 ) ，+ i n s e r tc o d eh e r e + r e t l 1 d ln o e r r ； ) 我们可以用任意一种文件编辑器将它打开，并在“* i n s e r tc o d eh e r e * ”的位 置添入数据采集卡驱动程序的c 语言代码。c 语言文件源代码的编译主要是在以c 语言为主的开发系统中进行。编译完毕形成一个可以和c i n 节点进行动态连接的 工程文件+ 1 s b 。回到l a b v i e w 流程图窗口，在c i n 节点的快捷菜单中选择l o a d c o d er e s o u r c e ，即弹出一个选择文件的对话框，选择编译完成的+ 1 s b 文件。其程 序如图2 4 所示。 图2 4c 语言的调用程序 调用动态链接库( d l l ) 方式 动态链接是相对于静态而言的。而静态链接是指把要调用的函数或过程链接 南昌大学硕士学位论文 2l a b v i e w 语言的概述 到可执行文件中，成为该文件的一部分，即可执行文件包含了运行时所需的全 部代码。当多个程序都调用相同的函数时，内存中就会存在这个函数的多个c o p y 造成内存资源的浪费。而动态链接调用的函数代码并没有被复制到应用程序的可 执行文件中，而仅在其中加入了调用函数的描述信息。只有当应用程序被装入内 存并开始运行时，才与相应的d l l 建立链接关系。当执行至i j d l l 中的函数时，根据 链接产生重定位信息，w i n d o w s 转去执行d l l 中相应的函数代码。d l l 是可共享和重 载的，其代码执行速度很快。 d l l 具有如下特点：d l l 的编制与具体的编程语言及编译器无关，只要遵守其 开发规范并安排正确的调用接口，无论使用何种语言编制的d l l 都具有通用性： 使用d l l 不是将其库代码拷贝，而只在程序中记录函数的入口点和接口，程序执行 时将代码载入内存。多个程序使用相同的d l l 时，内存中只需装载一次，可以高效 经济地使用内存；d l l 是基于w i n d o w s 的程序模块，他不仅包含可执行代码，还可以 包含数据和各种资源，扩大了库文件的使用范围；d l l 中封装了一些可以被共享 的资源，是w i n d o w s 最重要的组成要素和w i n d o w sa p i 函数的封装形式，w i n d o w s 最基本的3 大组成模块k e r n e l ，g d i 和u s e r 都是d l l 文件，他的许多新功能也是通 过d l l 来实现的。 l a b v i e w 中动态链接库的调用是通过c l f ( c a l ll i b r a r yf u n c t i o n ) 节点实现 的。c l f 可被用来调用3 2 位的w i n d o w sd l l ，m a c i n t o s h 系统的c o d ef r a g m e n t 或 u n i x 中的s h a r e dl i b r a r y 。 首先，我们要在v c 环境下编写动态链接库格式( d l l ) 的驱动程序。在v c 环境下新建一个w i n 3 2d y n a m i cl i n kl i b r a r y 工程文件，添加文件名，并对v c 的工作环境进行配置。然后就可以在v c 环境下编写驱动程序。 图2 5 c a l ll i b r a r yf u n c t i o nn o d e 的配置 南昌大学硕士学位论文 2l a b v i e w 语言的概述 动态链接库文件生成后，要在l a b v i e w 环境中调用该生成的文件。这儿要 用到的一个基本的函数c a l ll i b r a r yf u n c t i o n n o d e v i 。在其右键的菜单里，可以 选择c o n f i g u r e 对其属性进行配置，配置面板如图2 5 所示。 其中的“l i b r a r yn a m e o rp a t h ”中填写动态链接库文件所在的路径。单击“a d d ap a r a m e t e ra f t e r 按钮，可以添加输入输出的参数。设置好c a l ll i b r a r yf u n c t i o n n o d e v i 的参数后，就可以通过图2 6 所示的程序框图进行数据采集。 程序中w h i l e 循环体外的部分是对数据采集卡配置的参数。循环体内反复执 行数据的采集和显示。数据类型设置如表2 2 所示。 表2 2 数据类型设置 r e t u r n d e v i c ec h a n n e lb u f f e r s a m p l e - r a t eo u t p u td a t e s 岫 t y p en a m e r i e n 1 u l l e r i cn u m e r i c n u l t l e r i e n u m e r i ca r r a y s i g n e d3 2 b s i g n e ds i g n e d d a t at y p e1 6 b1 6 b s i g n e d1 6 bs i g n e d8 b 4 bs i n g l e i n t e g e ri n t e g e ri n t e g e r i n t e g e ri n t e g e r p a s sv 砒h e v a l u e v a l l i ev 甜t i ev m u e 无 d i m e n s i o n s 无 无无 无 无1 a r r a y 无 无无 无 无 a r r a yd a t a f o r m a tp o i n t e r 图2 6动态链接库的调用程序 2 4l a b v i e w 下的多任务 n i 公司设计的l a b v i e w 是应用于w i n d o w s 平台上的图像化编程语言，其 1 3 南昌大学硕士学位论文 2l a b v i e w 语言的概述 目标是简化程序的开发工作，广泛地应用于测控系统开发中。让工程师和科学家 能充分利用p c 机的功能，快速地完成自己的工作，大大提高了开发效率。但随 着测控系统的发展，多任务实时控制系统的应用越来越广泛。在一些工程应用中， 如发动机的实时仿真、测量和控制、大型机械运行的实时监控、航空油料控制等， 如何解决多任务实时性成为系统的关键问题。 多任务( m u l t i t a s k i n g ) 运行是指在同一台计算机系统的同一时刻运行多个程 序。多任务允许活动任务和后台任务同时运行，所以可以做到当一个任务在后台 运行时，前台可以允许另外一个程序运行。这样就大大提高了工作效率。多任务 是l a b v i e w 中较为常见的一个概念。作为基于数据流的编程语言，l a b v l e w 能 够很好的支持多任务。l a b v i e w 中多任务的一个典型例子是独立的w h i l e 循环。 2 4 1 线程和进程 提到系统的多任务，就不得不提到系统的进程和线程。 进程 进程( p r o g r e s s ) 是操作系统中一个十分重要的概念，是指程序的一次运行过 程，在有些操作系统中也称为任务。但是，进程和程序是两个完全不同的概念。 程序是静态的，是一组指令的有序集合；而进程是动态的，是一组指令序列在处 理器上的一次运行过程。进程是程序在一个数据集合上的运行过程，它具有动态、 并行、异步等特性；一个进程由“创建”而产生，由调度而进入运行，在资源不 能满足时被“挂起”，由“撤销”而消亡。因此，进程是有生命的。 线程 线程( t h r e a d ) 是指由进程进一步派生出来的一组代码( 指令组) 的运行过程。 一个进程可以产生多个线程，这些线程都共享该进程的地址空间，它们可以并行、 异步运行。采用线程最主要的好处是可以使同一个程序有几个并行运行的路径， 从而提高程序的运行速度；线程所占的系统资源比进程要小。 多线程技术是高级程序设计的核心技术之一，也是提