第一章labview基础PPT课件.ppt

讲授课时 24学时实验课时 8学时授课教师 陈金兰机电学院 Labview编程与虚拟仪器设计 2020 3 18 1 学习本课程的方法 了解概念学会工具会做应用主要参考教材 LabVIEW7 1编程与虚拟仪器设计 候国屏等编著 清华大学出版社 使用教材 LabVIEW8 2程序设计从入门到精通 陈锡辉等著 清华大学出版社 2020 3 18 2 第一章虚拟仪器及Labview基础 2020 3 18 3 仪器的发展历史 第一代为指针式 或模拟式 仪器仪表 第二代为数字式仪器仪表 第三代就是智能式仪器仪表 2020 3 18 4 智能仪器的定义 智能仪器是计算机技术与测量仪器相结合的产物 是含有微计算机或微处理器的测量 或检测 仪器 它拥有对数据的存储 运算 逻辑判断及自动化操作等功能 具有一定智能的作用 表现为智能的延伸或加强等 2020 3 18 5 智能仪器的基本结构 其结构可有两种基本类型 微机内嵌式 微机扩展式 将单片或多片的微机芯片与仪器有机地结合在一起形成的单机 以个人计算机 PC 为核心的应用扩展型测量仪器 个人计算机仪器 PCI 或称微机卡式仪器 2020 3 18 6 微处理器MPU 程序存储器 ROM 数据存储器 ROM I O接口 键盘显示接口 标准仪用通信接口 A D转换器 D A转换器 键盘 显示 外部仪用标准总线 信号调理 模拟执行器 通信接口 人机接口 模拟量输入输出 被测量 智能仪器的基本结构 2020 3 18 7 基于计算机的仪器系统 2020 3 18 8 虚拟仪器概念最早是由美国国家仪器公司 NationalInstrument 在1986年提出的 但其雏形可以追溯到1981年由美国西北仪器系统公司推出的AppleII为基础的数字存储示波器 这种仪器和个人计算机的概念相适应 当时被称为个人仪器 PersonalInstrument 虚拟仪器概念的提出 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 2020 3 18 9 一 虚拟仪器定义 2020 3 18 10 虚拟仪器 VI VirtualInstrumentation 是指通过应用程序将通用计算机与功能化硬件结合起来 用户可通过友好的图形界面来操作这台计算机 就像在操作自己定义 自己设计的一台单个仪器一样 从而完成对被测试量的采集 分析 判断 显示 数据存储等 与传统仪器一样 如果忽略它的跨网络的位置透明性 它同样划分为数据采集 数据分析处理 显示结果三大功能模块 2020 3 18 11 下面的框图反映了常见的虚拟仪器方案 2020 3 18 12 二 虚拟仪器的特点 2020 3 18 13 虚拟仪器的主要特点有 n尽可能采用了通用的硬件 各种仪器的差异主要是软件 n可充分发挥计算机的能力 有强大的数据处理功能 可以创造出功能更强的仪器 用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器 n 2020 3 18 14 VI与传统仪器的比较 独立的传统仪器 例如示波器和波形发生器 性能强大 但是价格昂贵 且被厂家限定了功能 只能完成一件或几件具体的工作 因此 用户通常都不能够对其加以扩展或自定义其功能 仪器的旋钮和开关 内置电路及用户所能使用的功能对这台仪器来说都是固定的 另外 开发这些仪器还必须要用专门的技术和高成本的元部件 从而使它们身价颇高且很不容易更新 2020 3 18 15 基于PC机的虚拟仪器系统 诞生以来就充分利用了现成即用的PC机所带来的最新科技 这些科技和性能上的优势迅速缩短了独立的传统仪器和PC机之间的距离 包括功能强大的处理器 如Pentium4 操作系统及微软WindowsXP NET技术和AppleMacOSX 除了融合诸多功能强大的特性 这些平台还为用户提供了简单的联网工具 此外 传统仪器往往不便随身携带 而虚拟仪器可以在笔记本电脑上运行 充分体现了其便携特性 2020 3 18 16 2020 3 18 17 虚拟仪器的优势 丰富和增强了传统仪器的功能 虚拟仪器将信号分析 显示 存储 打印和其他管理集中交由计算机来处理 仪器由用户自己定义 开放的工业标准 虚拟仪器硬件和软件都制定了开放的工业标准 使资源的可重复利用率提高 功能易于扩展 管理规范 生产 维护和开发费用降低 便于构成复杂的测试系统 可通过网络构成复杂的分布式测试系统 进行远程测试 监控 和诊断 可节约仪器购买和维护费用 2020 3 18 18 2020 3 18 19 2020 3 18 20 三 虚拟仪器的应用 2020 3 18 21 虚拟仪器技术应用领域 航空航天教学核工业军工通信测试铁道 2020 3 18 22 工业监测 2020 3 18 23 虚拟仪器软件开发平台 基于文本式编程语言开发工具VC VB C Build LabWindows CVI Delphi等 基于图形化编程语言开发工具 LabVIEW NI公司 HPVEE HP公司 2020 3 18 24 四 LabVIEW编程环境 2020 3 18 25 一 LabVIEW系统安装 二 LabVIEW启动 2020 3 18 26 LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境的简称 LaboratoryVirtualinstrumentEngineering 是一种图形化软件开发环境 它广泛地被工业界 学术界和研究实验室所接受 视为一个标准的数据采集和仪器控制软件 LabVIEW是什么 2020 3 18 27 1 LabVIEW LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench 实验室虚拟仪器工程平台 是美国NI公司推出的一种基于G语言 GraphicsLanguage 图形化编程语言 的虚拟仪器软件开发工具 2 LabVIEW是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言 它采用数据流编程方式 用图标表示函数 连线表示数据流向 2020 3 18 28 LabVIEW应用程序的构成 所有的LabVIEW应用程序 即虚拟仪器 VI 它包括前面板 frontpanel 流程图 blockdiagram 以及图标 连结器 icon connector 三部分 3 LabVIEW的运行机制 2020 3 18 29 4 LabVIEW软件的特点 所见即所得 的可视化技术建立人机界面 采用数据流编程模式 是能够同时运行多个程序的多任务系统 提供了丰富的用于数据采集 分析 表达及数据存储的函数库 提供如设置断点 单步运行 高亮执行等调试工具 使程序的调试和开发更为便捷 内置了PCI DAQ GPIB PXI VXI RS 232和RS485在内的各种仪器通信总线标准的所有功能函数 支持数据采集卡和GPIB 串口设备 VXI仪器 PLC 工业现场总线以及用户特殊的硬件板卡 具有强大的外部接口能力 可以实现LabVIEW与外部的应用软件 如Word Excel等 C语言 WindowsAPI MATLAB等编程语言之间的通信 强大的Internet功能 内置了便于应用TCP IP DDE ActiveX等软件标准的库函数 支持常用网络协议 方便网络 远程测控仪器的开发 支持多操作系统平台可直接移植到其它平台上 2020 3 18 30 5 基于图形的程序 每一个前面板都有一个框图程序与之相对应 由节点 Node 端口和数据连线 Wire 组成 节点 类似硬件中的芯片 执行某些功能的单元 它有四类 功能函数 结构 代码及文本接口节点 CIN 子VI SubVI 端口 类似硬件中的管脚 是数据在前后面板 节点之间传递的通道 有两类端口 控制和指示端口 节点端口 数据连线 它是数据端口之间的数据通道 在线中数据是单向树状流动 31 前面板前面板是图形用户界面 也就是VI的虚拟仪器面板 这一界面上有用户输入和显示输出两类对象 具体表现有开关 旋钮 图形以及其他控制 control 和显示对象 indicator 2020 3 18 32 2020 3 18 33 流程图流程图提供VI的图形化源程序 在流程图中对VI编程 以控制和操纵定义在前面板上的输入和输出功能 流程图中包括前面板上的控件的连线端子 还有一些前面板上没有 但编程必须有的东西 例如函数 结构和连线等 2020 3 18 34 2020 3 18 35 如果将VI与标准仪器相比较 那么前面板上的东西就是仪器面板上的东西 而流程图上的东西相当于仪器箱内的东西 在许多情况下 使用VI可以仿真标准仪器 不仅在屏幕上出现一个惟妙惟肖的标准仪器面板 而且其功能也与标准仪器相差无几 2020 3 18 36 图标 连接器VI具有层次化和结构化的特征 一个VI可以作为子程序 这里称为子VI subVI 被其他VI调用 图标与连接器在这里相当于图形化的参数 详细情况稍后介绍 2020 3 18 37 三 LabVIEW的操作模板 在LabVIEW的用户界面上 应特别注意它提供的操作模板 包括工具 Tools 模板 控制 Controls 模板和功能 Functions 模板 这些模板集中反映了该软件的功能与特征 下面我们来大致浏览一下 2020 3 18 38 1 工具模板 ToolsPalette 该模板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 2020 3 18 39 2 控制模板 ControlPalette 注意 只有打开前面板时才能调用该模板该模板用来给前面板设置各种所需的输出显示对象和输入控制对象 每个图标代表一类子模板 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 2020 3 18 40 3 功能模板 FunctionsPalette 注 只有打开了流程图程序窗口 才能出现功能模板 功能模板是创建流程图程序的工具 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 也可以在流程图程序窗口的空白处点击鼠标右键以弹出功能模板 2020 3 18 41 五 开始labview之旅 2020 3 18 42 1 主要内容 安装LabVIEWLabVIEW编程环境LabVIEW8 2启动界面前面板和程序框图控件选板函数选板工具选板善用LabVIEW联机帮助实时上下文帮助窗口联机帮助文档范例查找器编辑前面板输入控件 Controls 和显示控件 Indicator 控件属性编辑程序框图程序框图中的控件对象程序框图节点对象连线运行VI调试VI 2020 3 18 43 LabVIEW程序包括前面板 用户界面 和后面板 程序框图 3种选板 控件选板 为前面板添加控件 函数选板 在程序框图中添加函数或数据等 工具选板 选择各种编辑工具 前面板和后面板都要用到 2 LabVIEW编程环境 2020 3 18 44 LabVIEW8 2启动界面 2020 3 18 45 前面板和程序框图 LabVIEW程序被称为VI 扩展名默认为 vi 框图窗口 前面板窗口 图标 2020 3 18 46 控件选板 2020 3 18 47 控件选板 控件选板在前面板显示 它包含创建前面板时可用的全部对象 控件选板中的基本常用控件可以以现代 modern 经典 classic 和系统 system 三种风格显示 选择主菜单View ControlsPalette选项或右击前面板空白处就可以显示控件选板 2020 3 18 48 函数选板 2020 3 18 49 函数选板 函数选板只能在编辑程序框图时使用 与控件选板的工作方式大体相同 创建框图程序常用的VI和函数对象都包含在该选板中 选择View FunctionsPalette或右击框图面板空白处就可以显示函数选板 2020 3 18 50 工具选板 2020 3 18 51 工具选板 在前面板和程序框图中都可以使用工具选板 使用其中不同的工具可以操作 编辑或修饰前面板和程序框图中选定的对象 也可以用来调试程序等 可以选择View ToolsPalette选项来显示工具选板 2020 3 18 52 善用LabVIEW联机帮助 LabVIEW为用户提供了非常全面的帮助信息 有效地利用帮助信息是快速掌握LabVIEW的一条捷径 LabVIEW提供了各种获取帮助信息的方法 包括实时上下文帮助 ShowContextHelp 联机帮助 LabVIEW范例查找器 FindExamples 网络资源 WebResources 等 2020 3 18 53 实时上下文帮助窗口 单击此处访问更详细的联机帮助 更多帮助信息 锁定上下文相关帮助 显示VI路径 2020 3 18 54 实时上下文帮助窗口 选择菜单栏中Help ShowContextHelp选项或按下Ctrl H 就会弹出ContextHelp窗口 当鼠标移到某个对象或函数上时 上下文帮助窗口就会显示相应的帮助信息 2020 3 18 55 联机帮助文档 2020 3 18 56 联机帮助文档 当单击ContextHelp窗口中Detailedhelp会弹出相应的完整的帮助信息 这是一个Windows标准风格的帮助窗口 包含了LabVIEW全部的帮助信息 你也可以选择主菜单Help SearchtheLabVIEWHelp选项打开它 2020 3 18 57 范例查找器 2020 3 18 58 范例查找器 LabVIEW提供了大量的范例 这些范例几乎包含了LabVIEW所有功能的应用实例 并提供了大量的综合应用实例 在菜单栏中选择Help FindExamples选项可以打开范例查找器 2020 3 18 59 编辑前面板 LabVIEW中的前面板是图形化的人机界面 利用控件选项板提供的各种控件可以所见即所得地编辑丰富多彩的人机界面 2020 3 18 60 输入控件 Controls 利用输入控件可以输入相应的数据 例如数字 布尔量 字符串和文件路径等 2020 3 18 61 显示控件 Indicator 显示控件用来显示数据 显示控件有数字 温度计 LED指示灯 文本 波形图等 2020 3 18 62 输入控件 Controls 和显示控件 Indicator 前面板中的一些控件既可以作为输入控件也可以做作为显示控件 右击控件 选择ChangetoIndicator或ChangetoControl可以进行输入控件与显示控件之间的切换 2020 3 18 63 控件属性 前面板中的每个控件都有自己的属性 如控件的颜色 最大最小值 显示精度和方式等 许多属性都可以根据不同的需要进行编辑 右击前面板任何一个控件选择Properties选项就可以弹出该控件的属性配置窗口 2020 3 18 64 编辑程序框图 程序框图是图形化源代码的集合 这种图形化的编程语言也称为G语言 2020 3 18 65 程序框图中的控件对象 程序框图中的控件对象实际上是前面板相应控件的接线端 前面板控件 程序框图中对应的接线端 2020 3 18 66 程序框图节点 LabVIEW中的程序框图节点是指带有输入和输出接线端的对象 类似文本编程语言中的语句 运算符 函数和子程序 LabVIEW中的节点主要包括函数 结构 ExpressVI 子VI等 2020 3 18 67 对象连线 2020 3 18 68 运行VI 1 运行VI单击前面板或程序框图工具栏中的运行按钮 就可以运行VI一次 当VI正在运行时 运行按钮变为 状态 2 停止VI运行当程序运行时 停止按钮由编辑时的状态 变为可用状态 单击此按钮可强行停止程序的运行 如果调试程序时 使程序无意中进入死循环或无法退出时 这个按钮可以强行结束程序运行 2020 3 18 69 调试VI 在程序执行前或正在执行时 单击工具栏上的高亮执行按钮 程序就可以在高亮方式下运行 这时可以逼真地显示数据的流动过程 再次单击此按钮 程序又恢复正常运行 注意 使用高亮执行方式 将明显降低程序的执行速度 1 高亮显示数据流 2020 3 18 70 调试VI 2 查找VI不可执行的原因 如果在一个VI程序中存在错误时 VI是不能运行的 这时 工具栏中的运行按钮由 变为断裂状态 如果单击此按钮就会弹出错误列表对话框 2020 3 18 71 LabView的常用快捷键 在前面板和程序框图间切换 Ctrl E将前面板与程序框图按左右排布 Ctrl T去除所有坏线 Ctrl B打开工具面板 shift 右键打开VI属性对话框 Ctrl I 2020 3 18 72 四 例题演示 创建一个VI 求两个双精度浮点数的平均数 2020 3 18 73 求两个双精度浮点数的平均数的界面图 2020 3 18 74 五 子程序和图标 什么是子VI子程序的创建方法 1 编写VI 2 绘制图标 3 创建数据端口 定义连接器 4 调用子程序 2020 3 18 75 子程序和图标 什么是子VI 1 子程序 函数 相当于文本编辑语言中的函数 过程和子程序 就是可以被其他的VI调用的VI 2 要求具有图标 icon 和连接器 connector 构造一个子VI的关键是定义它的图标和连接器 2020 3 18 76 子VI的建立 子VI SubVI 可以将任何一个定义了图标和联接器的VI作为另一个VI的子程序 在流程图中打开Functions SelectaVI 就可以选择要调用的子VI 构造一个子VI主要的工作就是定义它的图标和联接器 编辑图标 每个VI在前面板和流程图窗口的右上角都显示了一个默认的图标 启动图标编辑器的方法是 用鼠标右键单击面板窗口的右上角的默认图标 在弹出菜单中选择EditIcon 2020 3 18 77 定义联接器 联接器是VI数据的输入输出接口 如果用面板控制对象或者显示对象从子VI中输出或者输入数据 那么这些对象都需要在联接器面板中有一个连线端子 您可以通过选择VI的端子数并为每个端子指定对应的前面板对象以定义联接器 定义联接器的方法是 用鼠标右键单击面板窗口中的图标窗口 在快捷菜单中选择ShowConnector 联接器图标会取代面板窗口右上角的图标 LabVIEW自动选择的端子连接模式是控制对象的端子位于联接器窗口的左边 显示对象的端子位于联接器窗口右边 选择的端子数取决于前面板中控制对象和显示对象的个数 联接器中的各个矩形表示各个端子所在的区域 可以用它们从VI中输入或者输出数据 如果必要 也可以选择另外一种端子连接模式 方法是在图标上单击鼠标右键弹出快捷菜单 选择ShowConnector 再次弹出快捷菜单 选择Patterns 下面我们通过一个练习说明具体操作 2020 3 18 78 子程序的创建方法 1 编写VIExample 计算斜率 CalculatingSlope 2020 3 18 79 子程序的创建方法 1 编写VI 计算斜率 CalculatingSlope 2 绘制图标 2020 3 18 80 子程序的创建方法 1 编写VI 2 绘制图标 3 创建数据端口 连接器 2020 3 18 81 子程序和图标 子程序的创建方法 1 编写VI 2 绘制图标 3 创建数据端口 连接器 C