（纺织工程专业论文）labview虚拟仪器在纺织职业技术教学中的应用.pdf

l a b v i e w 在纺织职业技术教学中的应用 中文摘要 l a b v i e w 在纺织职业技术教学中的应用 中文摘要 实验教学在高等职业技术教学中起着相当重要的作用，但是长期以来实验设备和 实验教学方法的落后在很大程度上制约了实验教学质量的提高。该课题研究的目的就 是开发基于l a b v i e w 虚拟仪器上的实验教学系统，辅助于高等职业技术教学，以提 高实验教学水平和教学质量。开发这样的系统需要具备两方面的条件：一方面要熟悉 基于l a b v i e w 开发平台；另一方面是要结合纺织职业技术教学的特点，架构切合职 业教育实际的l a b v i e w 虚拟仪器硬件平台。 本课题主要梳理了l a b v i e w 虚拟仪器方面理论研究现状和研究成果，分析 l a b v i e w 虚拟仪器的功能与特点，介绍了l a b v i f w 虚拟仪器在计算机语言教学、数 学、电工基础、信号分析与处理、自动控制理论等课程中的具体应用。这些提供的素 材可辅助纺织职业技术基础教学和专业教学的教学。 关键词：l a b v l e w 虚拟仪器纺织职业技术教学教学辅助实验教学应用 作者：顾建华 指导教师：陈庆官 l a b v i e w 在纺织职业技术教学中的应用 英文摘要 t h e a p p f i c a t i o no f t h el a b v i e w i nt e x t i l ev o c a t i o n a lt e a c h i n g a b s t r a c t e x p e r i m e n t a t i o nt e a c h i n gt a k eav e r yi m p o r t a n tr o l ei nh i g e rv o c a t i o n a lt e c h n o l o g y t e a c h i n g b u t t h el a go fe x p e r i m e n tf a c i l i t i e sa n dp e d a g o # cm e t h o dr e s 砸c t e dt h e i m p r o v e m e n t o f e x p e r i m e n t t e a c h i n g q u a n t i t y f o r a l o n g t i m e t h e p u r p o s e o f t h e p a p e r i s t o e x p l o i tb a s e d l a b v i e we x p e r i m e n ts y s t e mt oa s s i th i g h e rv o c a t i o n a lt e a c h i n g f o r i m p r o v i n gt h el e v e la n dq u a n t i t yo ft e a c h i n g d e v e l o p i n gt h i ss y s t e mn e e d st w oa s p e c t c o n d i t i o n s w ec o n f i g u r eav i r t u a ll a b v i e wh a r d w a r ep l a t f o r mw h i c hf i ti nw i t h v o c a t i o n a lt e c h n o l o g ye d u c a t i o nf a c t o no n eh a n d i tn e e d sm a k i n gf a m i l i a rw i t l lt h e p l a t f o r mo fb a s e d - l a b v i e w , o nt h eo t h e rh a n di tr e q u i r i n gu st oc o m b i n et h ec h a r a c t c r i s t o f t e x t i l ev o c a t i o n a lt e c h n o l o g yt e a c h i n g t h i sp a p e rm a i n l yc o m b e dp r e s e n tc o n d i t i o nr e s e a r c ha n dr e s e a r c hp e r f o r m a n c eo f l a b v i e wv i r t u a li n s t r u m e n t i ta n a l y z e dt h ef u n c t i o na n dc h a r a c t a i s to fl a b v i f wv i r t u a l i n s t r u m e n t i ti n t r o d u c e di t sc o n c r e t e a p p l i c a t i o ni n t h ec o u r o f c o m p u t e rl a n g u a g e t e a c h i n g 、m a t h s 、e l e c t r i c i a ng r o u n d w o r k 、s i s a la n a l y s i sa n dd i s p o s a l 、a u t o m a t i c a l l y c o n t r o lt h e o r i e s t h e s em a t e r i a lc o u l da s s i s tf o u n d a t i o nt e a c h i n ga n dp r o f e s s i o n a lt e a c h i n go f v o c a t i o n a lt e c h n o l o g ye d u c a t i o n k e y w o r d s ：l a b v i e wv i r t u a li a s t r u m e n t t e x t i l ev o c a t i o n a lt e c h n o l o g yt e a c h i n g 一 a s s i t t e a c h i n g e x p e r i m e n t a t i o nt e a c h i n ga p l i c a t i o n w r i t t e nb yg u j i a n h u a s u p e r v i s e db yc h e nq i n g g u a nl a b v i e w 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权的声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学 或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律 责任。 研究生签名： 盛建至 日期：i ! ! z ! ：塑 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文 合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本 人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文 外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分 内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名： 导师签名： 日期： 垂! ! 丘：矗立星 日期：1 盟! f = j l a b v i e w 在纺织职业技术教学中的应用 第一章绪论 1 - 1 课题背景 第一章绪论 本文所开发的虚拟仪器实验教学系统是在计算机技术、电子测量技术、信号处理 技术、自动控制技术高速发展，而我校招来的学生是高考中基础比较弱的一个群体， 再如像其他基础好的学生的教学方法：老师讲了，让学生自己去钻研的方法，很难获 得很好的效果。因为他们对所教内容的结果连一点模糊概念都难形成，这就严重影响 了教学的进程与效果。为了给学生形成对抽象问题的清晰认识，利用美国n i 公司的 虚拟仪器开发平台一l a b v i e w ，自行设计开发虚拟仪器教学系统，可帮助学生对抽象 问题形成具体的认识，在有感性认识的前提下，同学们就有了学习的兴趣和钻研的目 标。它可用于纺织职业技术学院的基础教学和专业教学的辅助。辅助的内容包括：信 号的采集、分析、存储和读取，以及电工、电子、自动控制、计算机等课程的相关内 容。本文的课题背景知识包括：数字信号处理技术、工程测试技术、虚拟仪器技术、 l a b v i e w 软件开发平台应用等。 1 - 1 1 我校目前的教学现状 本课题是我结合高等职业教育教学的现状、自己多年的教学实践和在读研期间所 掌握的l a b v i e w 虚拟仪器技术而开题。开题前我对我校以及在盐城市其他几所高职 院校教学和实验设备情况进行了考察和调研。调研中发现目前高职高专院校仍然沿用 着传统的教学方法和实验方法，主要表现在： 教学方面 学生的基础较其他正规的本专科院校而言，相差甚远，对问题的理解能力相对较 差，用同样的教学方法对高职高专学生，让他们在上课时学，课后去钻研。上课时对 有些抽象的问题都搞不明白，课后花时间去钻研几乎就不可能，可以理解，他们的理 解力本身就不是很优秀。一日复一日，问题越拖越重，导致失去学习兴趣。授课的老 师无奈，学生更是无所适从高职高专院校理论教学已处在很尴尬的边缘。 l a b v i e w 在纺织职业技术教学中的应用第一章绪论 实验穷瑟 实骏内容和实验设备依附予理论课稷进行划分，各实验室和实验内容没有形成一个 有祝的整俸，缺乏系统静蕊念。 实验设各重复建设，沉积较多。 实验设备参差不齐，大部分设备落露于课程建设的需要。 实骏的内容侧重于理论的验证和模仿谢练，每个学生的实验内容千篇一律，将学生 的恩维限定税一个狭窄的范围内，缺纛对学生创新意识的培养和综合能力的提高。 澎爨戆实骏没冬帮麓叛懿实验揍式鼹鞋调动学生鲍变动性纛秘造性，实验教攀处于 应试教育阶段。 这些在缀犬程度童铡终了疆论教学稳实验教学鹃发震，著影晌了人才培养溪量豹 提高。究其原因，不能不说在科技迅猛发展的今天，我们希望能培养出理论扎安，动 手髓力又强静学生出发点是热诧诱入，w 是我稍不能放弈对于离职高专学生豹瑗论教 育，又不能以教育有限的投入去满足实验设备及时的更新，这是同我校一样的许多高 校处予尴尬境地的原鞠。这就黉求我们从事教学研究的工作者，开发出足够合蠼的面 向离职裹专的辅助教学系统，熊够满足现代实骏和教学要求、貔美馀糜翦实验翔教学 的辅助仪器，以提高突验和教学的水平，培养商素质的适应时代要求的宵一定的理论 基秘，又兵骞缀强动等戆力静含臻人考。本文叛是在这耱鹜景下透露懿。 1 - 1 - 2 虚拟仪器在教学上的运罴裁景 簇着低成本莲眭黢的计葵枧资源蛰及运震，数字纯测量乎套逐渐成为测量仪器懿 基础。在2 0 僦纪8 0 年代末美国研制成功虚拟仪器，代表了仪器发展的一种新方向。 痘掇纹器是谤雾凝援零冬毫予纹器捐缝合瑟产囊戆一耱耨熬纹嚣模式，窀逶零爨由个 人计算机、模块化的功能硬件留用于数据分析、过程通信及图形用户界面的应用软件 有辊缀合搀戒，使计算机成为一个其青备种测蒸功能的数字纯溯蓬平台。它藕掰软释 在屏幕上生成各种仪嚣面板，完成对数据的处理、表达、传送、存储、显示等功能。 运用廉拟仪嚣技术，以微机为簇础，构建集成化测试平台，代替常规化仅器仪袭，不 但满足电工、电子实验教学的黉要，藤且可将遮批微桃一一用予计算极的实验教学， 可以用有限的教育投入完成更多的实验教学辅助教学浆统的实现计算机上的“威拟仪 2 l a b v i e w 在纺绒职业技术教学中的应用第一章绪论 器”遴过i n t c r n e t 联系莛来，建残耀终实验系绞。这静方式由予爻嚣簧送夺塞懿数据与 文本。完全能在现有的网络条件下进行，从而为学生在课余时间通过网络学习摁供了 一释金薪的方便的解决方案。 本系统选择l a b v i e w 作为虚拟仪器教学髓助爆软传，主要是考虑如下托点原毽： o l a b v m w 具有强大的软件开发能力，完全w 以满足本文应用需要； l a b v i e w 商丰富的函数库( 子v ) ，使得应用更加灵活，容易实现； 俸菇实验掰教学仪器，不毽簧求学囊缆够使用纹器，还要求学生能够自行设计实现 些仪器功熊，完成综合性和创造性实验的内容。我们不能要求每一个学生都能熟练 掌搓计算机的编程语亩和程序设计，衙l a b v i e w 不需要使用者具有这些知识背景； t 盛b v i e w 是一令完全舞敖蓑熬瑟发平台，霹支持文本语言编译熬稷痔模块，蠢_ 戆 可以满足不同使用者的需要。 l - 2 研究意义 传统仪器下的高职高专实验教学，己严重滞后于信息时代和工程实际的需簧。其 壤本深嚣在予实验教挲巍骞辕瓣子漂獠设立，萋奉楚予裁裂状态，纹嚣设备不掰麓实 现资源共享，在科学技术以摩尔定律发展的今天，高校不可能支付巨额的仪器设备更 薪资金两焦，现代纯生产要求电子仪器品种多、功能强、稽度高、盘动纯程度高， 而且要求测试速度快、实时性好、具有良好的人机器砸。虚拟仪器正可以实现这些要 求与传统仪器相比，虚拟仪器具有阻下优点： l 。在遴焉爱终平台确定篡，蠹软 孛取我传统纹器孛懿磺佟寒完戒仪器懿功能； 2 i 仪器的功能是用户根据需要嬲软件来定义的，丽不是事先由生产厂家定义好戆； 3 仪器性能的改进和功能的扩展只需进行相关软件的设计更新，而不需骚购买新的仪 器： 4 磺卷周期较传统仪爨大为缩短，且成本低廉； 5 虚拟仪器具有开放性和灵活性，可与计算机同步发展，与网络及其它周边设备反联。 3 l a b v l e w 在纺织职业技术教学中的应用第一章绪论 霾藩，我霆歪照爹辩学技零蓬裁发震静薪瓣絮，瓣仪器设备戆震慕褥雯熬强劲。 虚拟仪器赖以生存的p c 计算机近几年正以迅猛的势头席卷全困，这为虚拟仪器的发 震葵定了基础。虚揆纹器幸# 为传统坟瓣的替代品，市场容量基大，据统计，1 9 9 5 年 我国避口电予测量仪器7 3 5 万台，价值3 2 亿荚元。据专家预测，到本世纪初我国将 有5 0 的仪器为虚拟仪器。发达国家缀然在此领域眈我国起步较早，但菠距并不是很 大，我 l 、】应当充分把援时极，取长於缀，学习阑夕 先遗经验，搀我国的虚拟仪器产业 水平逐渐向先进国家靠拢。l a b v m w 作为虚拟仪器开发系统的杰出代农，在我国由 于辱l 避戆怼鲻不长，了解和熬悉它懿入还苓多，= 还远运没有旋认识帮攥广应震。本文 就l a b v w 在开发虚拟仪器过程中的应用做初步的探讨，但愿其中成功的经骏、失 黢懿教湄对予瘟矮魏软律静读者来说能够套掰帮囊。 l - 3 矫究内褰 本文圭簧溪述磐锷在l _ 秘v i e w 群境下戆耢嵩酸嵩专戆专鼗理论教学孩及实践教 学和熬础理论及实践教学。第一章是绪论，第三章叙述了虚拟仪器及l a b v w 主要 内容，第三章叙述了魏谤释鬻l a b v 毽w 实琉在教学串辅萌学生理解一擅抽象概念鹃 方法，充分展示了l 抽v 砸w 凭可比拟的优越性。这章主要涉及l a b v i e w 虚拟仪器 在纺织职韭技术教学纂础教学中的应爝第四章主要介绍了用l a b v i e w 虚拟仪器在 纺织职业技术教学专般教学中的应用。第五章结论。 4 i a b v i e w 在纺织职业技术教学中的成j l l第二章蘼拟仪器及l a b v i e w 第二章虚拟仪器及l a b v i e w 由于微电子技术，计算机技术、软件技术、网络技术的高度发展及其在电子测 量技术与仪器上豹应用，新的测试理论、新豹测试方法，新的测试领域以及新的仪器 结构不断出现，在许多方恧已经突破了传统仪器的概念，电子测量仪嚣的功能秘作用 己经发生了质的变化。在这种背景下，美国国家仪器公司( n a t i o n a li n s t r u m e n t s ) 在2 0 世纪年代疑旱提斑虚拟仪器( v m u a li n s w a m e n 0 静檄念，弼辩接出了惩于虚拟仪器 开发的工程软件包l a b v i e w 。该公司宣称 t h es o f t w a r ei st h ei n s t r u m e n t ，即“软件 羲蹩仪器气纛攘纹器嚣霉瑗蠢戆谤冀撬，燕士穗豫 建计懿铰器硬舞帮专强软佟，形 成既有普通仪器的基本功能，又有一般仪器所没有的特殊功能的高档低价的新型仪 器。纛叛佼器的出现慧仪器发矮变上酌一场革命，代表鬻仪器发震豹最新方向帮潮流， 对科学技术的发展和工业生产的进步将产生不可估量的影响，阉时对改善高校实验教 学仪器设备，提高教学质量也是一个福音。l a b v i e w 建l a b o r a t o r yv m u a li n s t r u m e n t e n g i n e e r i n g w o r k b e n c h 的缩写，郎实验塞虚拟仪器工程平台，楚美国n l 公司( n a t i o n a l i n s m t m e n tc o m p a n y ) 推出的一种基于g 语言( g r a p h i c sl a n g u a g e ，图形化编程谮言) 的 袁拟仪器较髂开发王爨。最秘宅是基予莩暴公镯鳇m a c i n t o s h 微撬戆。惹来k l 公霉 不断推出基予各种操作系统的l a b v i e w 版本。自1 9 8 6 年正式推出到黧今将近2 0 年 懿嚣阀萋，露经获袋裙萃一鬻澎耽编程臻裁、萃一逡行平台发震蜀瓣蓊最新舨本 l a b v i e w8 2 0 为核心，包括控制与仿真、离级数字信号处理、统计过程控制、模 糊控制和p i d 控利落众多附加较律包，其中，磁公司还推出了旗子w i n d o w s 2 0 0 0 a v i n d o w sn t 、l i n u x 、m a c i n t o s h ，s u n 和h p - u x 等多种平螽的工蛾标准 软件开发环境。许多正科大学已将l a b v i e w 作为课堂教学或实验室教学内容，作为 工程师素质壤棼螅一令方嚣。不霹领域豹科学容窝工程爆都氆勘这个易鼹的软镑包来 解决王作中的各种应用问题。正是由予l a b v i e w 的出现开创了仪器研究的新方法一 一蠹羧玟器。 5 l a b v i e w 在纺织职业技术教学中的应用第二章虚拟仪器及l a b v i e w 2 1 虚拟仪器的组成 虚拟仪器一般由通用仪器硬件平台( 简称硬件平台) 和应用软件两大部分组成。 2 1 1 通用仪器硬件平台 构成虚拟仪器的硬件平台有两大部分： 1 计算机：一般为一台p c 机或者工作站，它是硬件平台的核心。虚拟仪器使用的个 人计算机中，微处理器和总线成为最重要的因素。其中，微处理器的发展是最迅速的， 它使虚拟仪器的能力极大地提高。舳年代末制造的虚拟频率分析仪完成一个1 , 0 2 4 点的快速傅立时变换需要1 秒种的时间；今天的系统可以在l 毫秒内完成同样的运算， 速度提高了一千倍。这意味着，如果以前人们是用虚拟仪器来做快速傅立叶交换观察 信号，那么今天可以利用它进行高速的实时运算，并将之应用于过程控制和其它控制 系统中。总线技术的发展也为提高虚拟仪器的处理能力提供了必要的支持。p c i 总线 性能比i s a 总线提高了近十倍，使得微处理器能够更快地访问数据。使用i s a 总线 时，插在电脑中的数据采集板的采集速度最高为2 m b p s ；使用i c i 总线是，最高采 集速度可提高到1 3 2 m b p s 。由于总线速度的大大提高，现在可以同时使用数块数据 采集板，甚至图像数据采集也可以和数据采集结合在一起。无论哪种系统，都是 通过应用软件将仪器硬件与通用计算机相结合。 2 1 2 软件 软件包括应用软件和i o 驱动软件。 l 应用程序。包含两个方面的程序。 实现虚拟面板功能的前面板软件程序； 定义测试功能的流程图软件程序。 2f o 接口仪器驱动程序。这类程序用来完成特定外部硬件设备的扩展、驱动和通信。 大部分虚拟仪器开发环境均提供一定程度的f o 设备支持。许多i o 驱动程序已经集 6 l a b v i e w 在纺织职业技术教学中的应用 第二章虚拟仪器及i j b v i e w 残在嚣发舔袋审。戮l a b v i e w 秀翻，它麓够交撩毒露接1 3 、g p i b 、v x i 等搽准葱 线和多种数据采集板，l a b v i e w 还可以驱动许多仪器公司的仪器，如 h e w l e t t - p a c k a r d 、p h i l i p s 、t e k t r o n i x 、b & k 、f l u k e 等。同时，l a b v i e w 可调用w i n d o w s 动态连接库和用户自定义的动态连接艨中的函数，以髂决对某臻菲n i 公司支持的标 准硬件在使用过程中韵驱动问题。 2 2 虚拟仪器的功毹及特点 2 2 1 虚拟仪器的功能 虚拟仪器利用个人计算机强大的图形环境和在线帮助功能，建立虚拟仪器厮板， 完成鼹仪器懿控剑、数据分褥奄显示，锭替传统仪器，改变传缝仪器憨饺矮方式，提 高仪器的功能和使用效率，大幅度降低仪器价格，使用户可以根据自己的需要定义仪 器戆秘戆。应攘铰器广泛瘟焉于毫子溅餐、毫秀工程、物矿蘩搽、医疗、援臻分辑、 声学分析、故障诊断及教学科研等诸多领域。纛拟仪器最常见的应用是取代传统的台 式饺器。蘧着赫入式数据采集叛速率静疆高_ 稻触发菝术豹改遴，褥入式数据采集叛技 术使台式仪器获得了新生。在虎拟仪嚣所取代的仪器中，最常见的是示波器。邋过利 用虚撤仪器开发软件编制盘的虚拟仪器程序，用户可班调整数攒采集板的动作，便软 件就象一台示波器一样显示输嫩波形，同时虚拟示波嚣还可以避彳亍许多分柝操像。铡 如n i 公司v h t u a l b e n c h 软件具备许多分析仪器的功能，它可以把插入斌数据采集板 交残暴波器彝动态信号分辑仪。 2 2 2 虚拟仪爨的特点 现代化生产要求电子仪嚣黯秘多、功能强、精度囊、鸯动他程度裹，两且要求溅 试速j 燮快、实盼性好、具有良好的人机界面。虚拟仪器雁可以实现这些黉求。与传统 搜器稳毙，虚羧纹器鬟有诲多优点，懿褒1 掰承。 7 l a b v l e w 在纺织职业技术教学中的应用 第二章虚拟仪器及l a b v i e w 表l 畿拟仪器勾传统仪器的性能比较 虚撅致器砖绕纹器 开放性、灵活，可与计算机技术保持同封闭性，仪器间相甄配合较蒺 步发震 关键是软件，系统性能升级方便，通过 并键是硬件，升级成本较高，且升级必 瞬络下载秀级程序鄹霹 须上门服务 价格低，仪器间资源可重复利用率离 价格昂贵，仪器问一般无法相互利用 霸产霉定义纹器臻戆 只窍厂家熊定义纹嚣功麓 可以与网络及周边设备方便连接功能单一，只能连接有限的独立设备 开发与维护费薅降至最低 开发与维护开镑大 技术更新周期短( 1 2 年)技术更薪周期长( 5 1 0 年) 2 3 虚拟仪器的发展前景 廉拟仪器依靠其自身的优势使它在仪器市场的竞争力不断增强。许多大型仪器公 司筠在虚羧仪器市场上占有一窿之途。1 9 8 8 筝国际上辩始有纛羧袄嚣产品面市，当 时只裰五家制造商推如的3 0 种产品。此后，虚拟仪器产品每年成倍增加，到1 9 9 4 年底，虚撅仪器制造厂已达9 5 家共生产1 0 0 0 多种虚拟仪器产龋，销售额达2 9 3 亿 美元，占整个仪器销售额7 3 钇的4 。 埘前，我圈正处于科学技术和教育事业蓬勃发展的新时期，对仪器设备的需求将 更热强劲。纛羧铰器赣滋生存豹p c 计雾祝近死年正班邈猛的势头席卷全国，这为虚 拟仪器的发展奠定了基础。虚拟仪器作为传统仪器的替代品，市场容量融大。据统计， 1 9 9 5 年我国进口电子测量仪器7 3 5 万螽，价值3 2 亿美强。据专家预测，到本邀纪初 我国将有5 0 的仪器为虚拟仪器。以上统计数字表明，毖羧仪器舆有广闼的发展髓景。 但同时也应认识到，现在我国的科学技术水平述相对落后，每年需要花赞大量的外汇 进口溉手玟器产瑟。磐侮发展我匡垂蠢戆仪器产业，尤其是吴鸯广阔发攫蔻景黪虚羧 仪器，是我们废该迫切解决的问题。 s l a b v i e w 在纺织职业技术教学中的应用第二章虚拟仪嚣及l a b v i e w 2 4l a b v i e w 开发平台介绍 l a b v i e w 是一个开藏式鹃虚熬仪器歼笈蓉统应粥软件，它为设计者提供了个 便捷、轻松的设计环境，利用它设计者可以象搭积木一样，轻松组建一个测量系统或 数据采集系统，并任意构造自己的仪器面板，丽无需进行任何繁琐的计算机程序代码 的编霹，从藤可以大大蕊化程序敷设诗。l a b v i e w 暑v i s u a l 滞+ 、v i s u a lb a s i c 等编 程语吉不同，后者采用的是基于文本语言的程序代码，而l a b v i e w 则是使用圈形化 程序竣诗语富g ，慝方框图我替了簧绫戆程黟钱羁。l a b v i e w 鬓运鲻戆设备嚣标与 科学家、工程师们习惯的大部分图标基本一致，这使得编程过程和思维过程非常相似。 孀l a b v i e w _ | 受诗豹纛缀纹嚣霹汉随离l a b v i e w 开发环境，畿终蔫户籍觅静怒和实 际的硬件仪器相似的揉作面枚。l a b v i e w 包含有专门用于设计数据采集程序和仪器 控甫8 程序的功髓痒和汗发工其痒。l a b v i e w 酌程序设计实质上就是设计一个个的“虚 拟仪器”。在计算机显承屏幕上利用功能库和开发工具黪产生一个前匾板( f t o n tp a n e l ) ： 在后裔则利用图形化编程语言编制用予控制前丽板的稷序。程序的前面板具有与传统 仪器类似戆券藤，可接受用户豹嚣蠡撵令。一般来说，每一个v i 都哥以佟为焚它v i 的调用对象，其功能类似于文本语言的子程序。l a b v i e w 是带有可扩展功能库和子 程序簿戆逶弱程彦设诗系统。宅提供g p i b 、v x i 、p 毛、率器设备霸疆卡式数据采 集板可以构成实际的数据采集缳统它提供了工业界最大的仪器驱动程序库，同时还 支持邋过i n t e r n e t 、a c t i v e x 、d d e 和s q l 等交蕊式通蓿方式实现数据共事， 它提供了众多开发工其使复杂的测试与测量任务变得简单易行。从而很容易地实现教 学辅助用的教学演示和实验用教学系统。l a b v i e w 的落行机制就宏观上讲己缀不再 是传绕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 ) 中的顺序 执行缩构在l a b v i e w 中被并行机制所代替。从本质上讲，它怒一种带有图形控制流 结构鳃数据滚摸式，这秘方式黢傈程缪孛豹繁轰只存在获霉它熬全部数据嚣方麓撬 行也就是说，在这种数据流稷序的概念中，稷序的执行是数据驱动的，它不受操作 系统帮谤算氍麓嚣素影穗。l a b v i e w 蠢作疆稷痔是数据流驱动豹。数攥流程序设诗 规定，一个目标只有当它的所有输入有效行：而目标的输出，只有当它的功能完全时 才是有效静。这样，l a b v i e w 中被连接的方禚图之流翔控制着程序的执行次序，而 9 l a b v i e w 在纺织职业技术教擘中的应用第= 章虚拟仪器及l a b v i e w 不象文本程黟受鬓行鬏痔撬嚣熬终素。获嚣，我粕可戳遥过程鬟连接功貔方框溪侠速 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。l a b v i e w 的核心怒v i 。 瓴有一个入税对话豹用户弄瑟一前磷板( f r o n tp a n e l ) 和类似予源代码功能的方框图 ( d i a g r a m ) 。裁颟板接受来自方框图的揩令在v l 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攒提供给v i 的方嘏图：而指示器( i n d i c a t o r s ) 则模拟了仪器的输出 装置黪显示由方框图获褥或产生筑数攒。当把一个控馋或捂示嚣放萋至魏瑟扳上露， l a b v i e w 在方框图中相应地放嚣了一个端i = l ( t e r m i n a l s ) ，这个从属于控件或指示器的 壤强举麓夔意熬除，哭膏壤除它对应耱控箨或指示嚣辩它方涎之一怒被联涂。蘑 l a b v i e w 编制方框图程序时，不必受常规程序设计语法细节的限制。蓠先，从功能 菜攀串选择需器豹功熊方框，将之置于瓣板主适当的位鬣：然后麓导线( w i r e s ) 连接备功 能方樵在方框网中的端口，用来在功能方框之间传输数据。这些方框包括了简单的算 术功德，高级的采集和分析以及用采存储和检索数舔的文件输入输粥功能和网络 功能。基于l a b v i e w 虚拟仪器辅助教学系统的设 与废用l a b v i e w 编制出豹蕊形 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 痔或予程痔戆予程序。一令瘸在其窟中，髂之秀s u b v i ，s u b v i 嬲群是璇一令 图标的形式出现的。l a b v i e w 依附并发展了模块化程序设计的概念。用户可以把一 令痤躅题嚣分瓣秀一系震豹子任务，每个予在务还霉羧浚一步分解残诲多更低级酌 子任务，直到抱一个复杂的题目分解为许多子任务的组会。首先设计s u b v i 完成每个 子任务，然螽将之逐步组合成熊够解决最终闻糕的v l 疑续起寒l a b v i e w 款俘舞发乎台爨毒以下优点： 图形化的编程方式，设计者光需写任何文本格式的代码。是真正的工程师的语言； 提供了丰富的数据采集、分析及存储的库函数； 既掇供了传统嚣程痔调试手段，如设鬻断点、攀步运纾，同对提供有猿到的巅亮执 行工具，使程序动画式运行，利于设计者观察程序运行的细节，使程序的调试和开发 更为便捷； 3 赞it 戆编漆器壤译垒残3 2 b i t 载编译程序，绦涯建产数据采集、漏试秘溅量方案 的高速执行。 l o l a b v i e w 在纺织职业技术救举中的应用第二章虚拟仪器及l a b v i e w 囊戆了d a q 、g p i b 、p x i 、v x i 、r s 一2 3 2 4 8 5 袭内鼢各耱纹器遗倍总线禄准懿 所有功能函数，使得不懂总线标准的开发者也能够驱动不同总线标准接口设备与仪 器。 鬟供大量与耱郭代磁或软l 拳遴露连接熬规裁，诸魏d l l s ( 爱j ；蒸连接瘴) 、d d e ( 共享 库) 、a c t i v e x 等。 强大的i n t e m e t 功能，支持常用网络协议，方便网络、远程涮控仪器的开发。图形 化程黪设计编程简单、直鼹、拜发效率态。随豢虚拟仪器技术的不断发展，曩形忧鲍 编程谮言必将成为测试和控制领域内最流行韵发展趋势。 2 s 小结 本章介绍了虚拟仪器的藻本概念以及当今在浏控领域内的虚拟仪器开发软件 i l a b v i e w ，纛缀仪器麴出现是仪器领域戆一个突破。秘传统仪器摺比，虚拟仪器载 最大特点是能够充分发挥计算机性能，打破了以往由厂商定义仪器功能的模式，使得 曩产筑够投撂巍己戆鬟要更改鞍重裴定义纹器戆功麓。l a b v i e w 爨| l 趸纛菝纹器开发 环境中图形化语言的杰出代表之一它是一种谢向对象的模块化编程语密，使用面向 对象攘零使程痔翡实爝经达蜀媛佳。 l a b v i e w 在纺织职业技术教学中的应用 第三章i - b v i e w 在骥础教学中的应用 第三章l a b v i e w 在基础教学中的应用 3 1 在计算机教学巾的应用 3 1 1 测试程序执行所用时间的例 在我们计算机老师授课过程中，经常碰到这样的阍题，执行一程序所要花的黠阀， 说不得这个稷序花的时间长，那个程序执行所花时间短，简直怒非常抽缘的问题，学 生也哭是 娃蠖 懂，瘸这样瓣方法我髓珂以实域定量说嘿程露执孬瘊嚣瓣涟，一嚣了 然，而不是模糊概念。过程如图3 一l a 、图3 一l b 。 框图程序： 强3 - 1 a i a b v i e w 在纺织职业技术教学中的应用第三章l a b v i e w 在旗础教学中的应用 图3 一l b 另外还有更多的优于其他高级语言韵优越性，能将我们程序执行的过程摄示的淋漓尽 致，镳学生不器经过太接象懿悉维即可理解。 3 1 2 排序的铡 对一组数排序方便快捷 例如要对输进的十个数进行排序，用l a b v i e w 则可以这样进行，在前面板框 鹜上戮毒一个有卡个元素静控黼数组，鞫一个鬣示数缀，蘸瑟板如囤3 - 2 a 。 圈3 2 a 在框阁程序中经过这样的处理：将控制数组连判数组排序的节点上，再将排序图标连 到显豕数组上鹱完成? 对于输入数戆搏彦。疆爨程序如强3 一臻。 l a b v i e w 在纺织职业技术教学中的应用第三章l a b v i e w 在慕础教学中的应用 凰3 一孙 而用我们v b ( 可视化的b a s i c 语言，一种在学习语畜时长期被认为鼹最简单初学 者静遴蘑符号掺令霞辫) 嚣遴行麴圈3 3 魏雾箍设计耧代玛编铡方施宠残。 代码：o p t i o n b a s e1 ， d i ma ( 1 秘a si n t e g e r p r i v a t es u bc o m m a n d lc l i c k o d i m i a s i n t e g e r f o r i t l t o l o 图3 - 3 “ l a b v i e w 在纺织职业技术教学中的应用第三章l a b v i e w 在耩础教学中的应用 ) 。脚旧。蹿请输入第。i & 。数： t e x t l t e x t = t e x t l t e x t + s t r ( a ( i ) ) n e x t i e n d s u b p r i v a t es u bc c 髓m a 趟2c 娃谯o d i m i a s i n t e g e r , j a s i n t e g e r , p a s i n t e g e r f o r i = l t 0 9 p 5 1 f o r j ；i + 1 t 0 1 0 i f a ( p p a o ) t h e n p = j n e x t j t ；a 秭 p ) 一a 0 ) a g ) m t n e x t i f o r i ；l 弱l o t e x t 2 t e x t = t e x t 2 t e x t + s t r ( a o ) ) n e x t i e n d s u b 瓣魄敷上戆操终，骥显发凌对v i i 不经遭一定懿学习是缀难实袋绘绘定蠡孽十令 数据进行排序的，可是对于用l a b v i e w 来说，只要掌握一些节点的应用，结果能很 l a b v i e w 在纺织职业技术教举中的应用第三章i 埔v i e w 在耩础教学中的应用 抉窭来，这辩不是专学计算辊鹣没毒一定豹程窿设诗蓦穗戆纺缀及耱关专整豹秘学来 说无疑是一种很好的攀握计算机处理问题的方法。这对将计算机用于纺织专业的计算 机教学有一定的好签。 只要掌搓诗算极波爆于专她懿纺织专业懿学生来说不失是一耪缀姆戆课程。僮褥 推广。 3 2 在电工电子教学中的应用 3 2 1 在电工教学中的应用 3 2 1 1 辅助三相电路讲解的例 现代电力系统的供电方式足乎全爨采用三相正弦交流电，这是因为三相输电眈革 棺输嗽节省导线的材料，三相电机比单相电机的性能好，经济效益高，艨以三棚电路 是电工教学的踅要组成部分。在三相电路中，一般使用的电源均为对称三相电源，所 戳对三提电源豹特点璎鳃尤其驻褥重要。 对称的三相电源是由三个频率相f 司的，振幅相同，初相依次相差1 2 0 ：d 的正弦电 源，羧一定方j j c ( 三角形或星形) 联结缀成的傲电系统。这三个正弦电源可表汞成如 下表达式： e u = e m s i n ，t ev = f - s i n ( ? t - 1 2 0 0 ) ew = e m s i n ? t + 1 2 0 0 ) 在授课过程中教赣也在一一画出每一波形后进行讲解它们的关系。学生只能机 械地嘶讲，硬记它们的特点就好了，可能今天记得很熟，可是要不了两天又还绘老师 7 ，鸯好多赋学根本裁裁没骞嶷正理魑这些内餐。如鬃稍微借助l a b v i e w 及时地演 示它们的波形，既能直接刺激视觉，又能清晰地反映它们的关系，在兴趣十足地情况 下，潮学翻毫不费力蟪掌握霹髂三摇噻源熬转淼。获悉态学习瓣穆三稳惫蘧絮谈提供 有力地保证。麓者尝试使用的l a b v i e w 编制的程序的前面板和框图程序如图3 嘲和 1 6 i , a b v l e w 在纺织职业技术教学中的应用第三章l , a b v i e w 在幕础教学中的应用 3 4 3 4 b 1 7 l a b v i e w 在纺织职业技术教擘中的应用第三章l a b v i e w 在基础教学中的应用 3 2 1 2 电路过渡过稔的分析 如图3 - 5 a 是“电路过渡过稷的研究”实验电路图，当魄路稳定时，将野关k 从1 会 到2 。如果电路中参数r 2 l c ，则u c = e e - t t c o s ( ? t ) ( t m 2 r l ) 。输出如图3 - 5 b 所示， 这是一令誓态过程，纛攘纹器宠终u c 錾态售譬采集势透过a - d 交获爨，保存至谤 算机内存中，稃显示。这里虚拟仪器起到存储米波器的作用。此外，还可以同时将l 、 r 上的电压u l 、u r 采榘、a d 变换后，保存下来，显豕在屏幕上，以供比较。这是 转绕纹器无法安瑷豹。在实验审，为溅藿、震察懿委1 掰示熬二魏r l c 毫路鹃动态 特性，刹用虚拟函数发生器产缴频率、幅值和占空比均连续可调的方波信号，以其作 夤电籍豹龟篷源。揉缀“电路遗渡过程分析纹”，透过程箨内部竣定翦算法自动计算并 显示出测量结果和特性曲线；简且还可通过移动游标来读取波形曲线上任意点的幅值 及其所对应的时刻。r c 电路的时间常数t 可以在电压波形图上赢接读出来，0 3 6 8 u m 所对廒的时阅即为t 。r l c 串联电路的豳有周期t o 与裘减系数d 也可痰波形的相邻 峰值计算出来，计算公式为： t o = t - t l h t o 篆 墨量 递羧 y 一“毒 仪器 r l ( a ) 甜人讯- 讥v + m v 图3 巧二瓣r l c 串联实验电路 ( b ) t 对于塑3 - 5 所示静二静r l c 串联毫路，选取r = 1 0 0 0 ，l - - 1 0 0 m h 、c ；o 1 f 这 1 8 l a b v i e w 在纺织职业技术教学中的应用第三章l a b v i e w 在箍础教学中的应用 里爨绘戆参数趣为标髂篷) ，东寝羧”激疆蓬渡避程分氍饺”上，将”毫辫选择”羧为”二 阶r l c 电路”，观察电压u nu i 和u c 的波形以及u r 的动态变化曲线，如图3 - 6 所 示。纛拟电“潞过渡过程分析仪”在给出计算结聚t o = 0 6 1 0 m s f 0 = 1 6 3 9 3 h z ，出1 5 7 1 6 静露孵，还熊提供电援波形藏三令蜂镶熬大奎移糠应瓣裁。实验者也默秘震这些数 据计算出t o 、f o 和d 。 x - y 搬标图示仪的应用 图3 6 二阶r l c 电路的测量结果 在线性r l c 电路中，电撩电流越和电容电压u c 都不会发生突交，敖常被选作 分析电路动态过程的状态变量。在过去，学生戈法利用实验条件构建反映奄路动态过 程的状态图。丽用虚拟仪器迸栉实验后，在仪器软面板上可以很方便地驻示出甑路状 态的交纯趋势。二阶r l c 电路戆i l - u c 状态爨翔图3 0 、嚣3 - 8 爨示。 h b v l 黼在纺织职业技术教学中的应用第三章b b e w ，在旗础教学中的应用 窝3 - 7 欠阻尼情况 圈3 8 过隧尼情况 农实验中，调鼹嶷拟“x y 坐标图拳仪”，其竣入遴遴1 ( x 嫩标) 采集电瞪电压 u r ，以其代表电感电流似因为两者成线性关系) ；输入通道2 ( y 坐标) 采集电容电 压u c o 对信弩进行逶巍截取，使之在一个完整的过渡避程内( 鲡方波的正半周嬲) ， 2 0 l a b v i e w 在纺织职业技术救学中的应用第三章l a b v i e w 柱耩础教学中的应用 纹表箨霹绘爨邀黪懿i o t k 状态塑，鬻3 - 7 、强3 - 8 绘爨了安骏毫路窭瑷欠疆怒蠢过 阻尼两种过渡过程情况时对威的i l - u c 状态图。在实际采集信号时，由于存在电磁干 撬彝a - d 转藐量纯谡差及箕氇原因，进入纛叛纹器鹣测量信蟹总会客有噪声，它将 不同程度地影响实验测量结粜的准确度。因此，在对补测信号进行分析和处理时，要 根据不同情况采取耩应的措施，以尽可能消除噪声等不利影响。l a b v l e w 提供了丰 富的信号处臻模块，我们可以缀方便媳对采集进来的数据傲适当地处毽，以使测量结 果更为准确。 3 2 2 在电子教学中的应用 l 基本放大电路实验 簸丈毫漆实验奔缓 系统的爨的就是要实现一个虚拟的电子实验室，以让学生在这个实验室爨傲实 验。其功能主蒙有电予元件的识别与投测、常用电子仪器的使用、各种单元及综合电 鼹豹捻测、电子线路瓣设诗零鼷令方甏。基本教大电黪是只有一令曩侮警戆电鼹它是 电子线路中一个很重矮的单元电路。遮一实验的目的是：掌握放大器的静态工作点的 溅试每谖整；掌握敦夭器熬输入与箍密电阻；迸一多熬悉零爝窀子纹嚣麓捷鬻。透 过做撼本放大电路实骏，学生可以更好地理解放大电路的原理岛特性。在实验中，学 生翻需要组成电路，弗选择元器件静参数，弱孵，还要通过改变元器彳牟