LabVIEW上机指导书.docx

LabVIEW上机指导书测控12级中原工学院电信学院2014年12月目 录1 虚拟仪器概述2 LabVIEW环境与VI设计 32.1 LabVIEW开发环境及VI的基本编辑方法42.2 温度计子VI的设计62.3 实时数据显示.72.4 使用Case（分支）结构实现高限报警.82.5 使用Sequence（顺序）结构实现数据保存.92.6 信号处理及数字滤波.113 综合设计-虚拟信号发生器134 总结与报告16参考文献 1 虚拟仪器概述虚拟仪器（Virtual Instrument）的概念产生于上世纪70年代，最早是由美国国家仪器公司（National Instrument，NI）提出的适应PC机的卡式仪器。当时数据采集、仪器控制、过程监控和自动测试已经是实验室研究和工业自动化领域广泛存在的实际任务。传统仪器局限于功能单一，价格昂贵，硬件越来越复杂，缺乏实时监控处理功能等，同时计算机技术的进步为新型仪器的发展提供了基础。在发展的过程中仪器的计算机化即由软件来实现硬件的功能成为一个重要趋势，带来了虚拟仪器技术的进步。所谓虚拟仪器，简单地说就是一组完成传统仪器功能的硬件和软件组合。通过将计算机与仪器硬件结合，用户可以通过友好的图形界面（虚拟面板） 操作计算机，就象在操作自己定义、自己设计的单台传统仪器一样。VI透明地将计算机资源和仪器硬件（如A/D、D/A、数字I/O、定时器和信号调理器等）的测试、控制能力结合在一起，通过软件实现数据的分析处理和表达，从而更迅速、更经济、更灵活地解决测试问题，并有效地降低了系统组建成本。虚拟仪器采用将仪器装入计算机的方式，表现出以下特点：尽可能采用通用的硬件，不同仪器的差异主要在于软件；可充分利用计算机强大的数据处理功能，从而创造出功能强大的仪器；用户可根据需要定制各种仪器。虚拟仪器技术的核心是VI面板和程序的设计。虚拟仪器面板上的各种“控件”与传统仪器面板上的各种“器件”所完成的功能是相同的；虚拟仪器测量功能是由软件编程来实现的，体现了测试技术与计算机深层次的结合2 LabVIEW环境与VI设计 2.1 LabVIEW开发环境及VI的基本编辑方法 1986年NI公司推出了图形化的虚拟仪器编程环境LabVIEW，标志着虚拟仪器软件设计平台基本成型，虚拟仪器从概念构思变为工程师可实现的具体对象。虚拟仪器实质上是一种创新的仪器设计思想，虚拟仪器可以有各种各样的形式，这取决于实际的物理系统和构成仪器数据采集单元的硬件类型。 以LabVIEW7.0版本为基础，来认识LabVIEW。启动界面如下：点击标签New，可打开如下对话框，选择默认的Blank VI选项，OK将打开默认的两个窗口Front Panel（前面板）和Block Diagram（框图程序）。在FP窗口的window菜单下选择show controls palette项，或者在空白工作区右键，将出现浮动窗口，点击该窗口左上角的大头针，将把controls 模板固定显示。前面板需要的控件均在该模板中。同样在BD窗口可以打开functions模板，程序框图中需要的函数节点均在此模板中。分别如下： 2.2 温度计子VI的设计前面板FP如下：框图程序BD：程序编写完后点击FP窗口菜单栏控制按钮中的Running Continuously按钮。接下来创建该VI的图标。在FP窗口右上角的图标小窗口右键，选择Icon Edit，打开图标编辑对话框窗口，将图标编辑如下： 下一步编辑连接器，同样在小图标窗口右键，选择show connector，将左连接器端子连接温度值单位这个布尔控件，右端子连接温度计控件。连接器端子的颜色将与控件类型标志色一致。标志色与控件的数据类型有关。常用的对应：橙色：浮点型 粉色：字符串型绿色：布尔型 蓝色：整形至此，程序已编制完成，关闭或另存都将以子VI的形式保存，以便在其他VI中调用。2.3 实时数据显示前面板FP如下： 步骤：1 在前面板上放置两个布尔控件命名为Enable和Mode，将Enable的机械动作（在控件上右键，选择Machine Action）改为Latch when Released。2分别放置一个Waveform Chart和一个Waveform Graph，作为实时温度显示和历史显示。3 放置3个数值指示器Numeric Indicator。框图BD如下：步骤：1 放置while循环，将Mode和Enable控件以及实时温度显示控件的端子放循环内部 2 在functions模板中选择Select a VI，在打开对话框中选择2.2中做好的温度计子VI，放置于循环内部，3在Time&Dialog子模板中选择Wait Until Next ms Multiple放置循环内部，将延迟时间设为500ms。4在array子模板中找到Array Max&Min节点，在AnalyzeMathematicsProbability&Statistics子模板中找到Mean.vi如下图连线。注意在循环边框的数据通道上（橙色小方框）右键选择Enable Indexing.以使输出数值形成数组。运行：点击单步运行，第一个显示控件实时推进温度值，运行中点击Enable并释放，循环结束，此时，历史数据在第二个显示控件一次显示。将此VI恰当保存。2.4 使用Case（分支）结构实现高限报警在上一例的基础上（建议将上一例另存为新VI继续编辑）进行。前面板FP：关键步骤：1放置数值控制器Numeric Control，命为高限值，放置LED显示灯（为布尔型指示器）命为超限指示，放置字符串型指示器命为当前温度值状态。其余控件基本不变，稍作调整即可。程序框图BD：此处是Case结构的两个分支的分别截图，不是两个VI程序！关键点:1 Bundle函数在Cluster（簇）子模板，Build Array在Array子模板。Case Structure（分支结构）与While循环一样在Structure子模板。如图连线。运行结果如前面板显示，可以以提示音及亮灯、文本提示灯方式报警。2.5 使用Sequence（顺序）结构实现数据保存在上一节的基础上进行，仍然建议先另存，保存为新的文件进行编辑。前面板FP：首先在适当路径下建立文本文件test.txt，在原本的模板上添加一个File Path Control，命名为数据文件路径，该控件在controls模板Sting&Path子模板中，再添加一个String Control字符串控制器命名为操作员。如下图所示。框图BD：说明：在上例的基础上，其余框图保留不变，将历史二维数组进行转置（Transpose 2D Array）。再添加一个新结构Stacked Sequence Structure（堆叠的顺序结构），包含顺序执行的两帧（第0帧和第1帧）分别如上图所示，运行一段时间停止后将数据在test.txt文本中保存，打开该文本文件如下图所示。2.6 信号处理及数字滤波该例中对包含两个不同频率的正弦波叠加信号进行低通滤波，将高频分量除去，并进行频谱分析以验证结果。FP：框图BD：其中Sine Wave.vi位于AnalyzeSignal ProcessingSignal Generation子模板；Butterworth Filter.vi位于AnalyzeSignal ProcessingFilters子模板；Amplitude and Phase Spectrum.vi位于AnalyzeSignal Pro