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虚拟仪器入门基础 By吕姝慧 2020 3 25 1 目录 01 02 03 虚拟仪器简介 LabVIEW编程基础 数据采集 2020 3 25 2 01 虚拟仪器简介 2020 3 25 3 什么是LabVIEW 2020 3 25 4 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图形化编程语言的虚拟仪器软件开发工具 图形化编程 什么是虚拟仪器 2020 3 25 6 所谓虚拟仪器 即是以计算机为基础 配以相应测试功能的硬件作为信号输入输出的接口 完成信号的采集 测量与调理 从而完成各种测试功能的一种计算机化仪器系统 先来看个小例子 趣味钢琴 02 LabVIEW编程基础 2020 3 25 9 LabVIEW编程环境 LabVIEW2012启动画面 演示 前面板和框图窗口主菜单栏简介快捷工具栏简介LabVIEW的操作模板工具模板 ToolsPalette 控制模板 ControlsPalette 功能模板 FunctionsPalette 习题 创建一个VI程序 比较两个数 如果其中一个数大于或等于另一个数 则LED点亮 用两种方法求出N for和while循环 求一个二维数组的各元素之和 求0 99之间所有偶数之和 程序结构 循环结构 While循环 For循环 程序结构 移位寄存器 程序结构 顺序结构 程序结构 反馈节点 程序结构 Case结构 程序结构 通知事件 通知 Notify 描述了发生用户动作 例如按下按钮 且LabVIEW已经处理的一类事件Source LabVIEWUIType ValueChangeCtlRef ControlReference 这里是按钮的ReferenceOldVal和NewVal指示了事件发生前后的控件值 程序结构 过滤事件 过滤 Filter 事件描述了发生的用户动作 并在LabVIEW处理之前反馈给应用程序 程序可以干涉用户动作在SelectorLabel中以 结尾区分Notify 左右边框均有事件数据节点Char返回字符的ASCII码VKey返回按键类型 ASCII或Fn Up Down Ctrl Shift等ScanCode返回按键在键盘上的代码可以修改或者放弃 Discard 用户动作 程序结构 公式节点 公式节点 FormulaNode 允许用户使用类似于多数文本编程语言的语法 编写数学表达式每个语句须以分号结束 类似C语言输入输出变量大小写敏感 程序结构 数组 簇和波形 程序结构 初始化数组 InitializeArray 程序结构 数组大小ArraySize 程序结构 数组子集 ArraySubset 程序结构 索引数组 IndexArray 程序结构 多态化 程序结构 簇 程序结构 Waveform类型 程序结构 图形显示 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 程序结构 Graph控件 程序结构 Chart的独有控件 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 刷新模式 UpdateMode Chart提供了三种画面的刷新模式 分别是StripChartMode 条壮图 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 程序结构 Chart和Graph的比较 程序结构 XY图形控件 XYGraph 程序结构 强度图形控件 IntensityGraph 程序结构 数字波形图控件 DigitalWaveformGraph 程序结构 字符串和文件I O 组合字符串 程序结构 字符串提取 程序结构 文件I O 文件输入输出 I O 存储数据到磁盘文件中 或从磁盘文件中读取数据三个步骤 打开或创建 写入或读取 关闭支持文本字节流 二进制字节流 数据日志 Datalog TDM TestDataExchangeFormat LVM LabVIEWMeasurement 等格式的数据文件可操作目录读写配置文件 ini 程序结构 读写普通文件 Open Create Replace Read Write CloseASCII文件 txt 二进制文件 dat 程序结构 写文件的例子 程序结构 读出数据 程序结构 读写配置文件 配置 Configuration 文件 iniSection 节 Key 关键词 Value 值 程序结构 测试报告 LabVIEW支持生成标准文本格式 StandardReport 和网页格式 HTML 的测试报告使用LabVIEWReportGenerationToolkit可以生成Word Excel等格式更为复杂的测试报告 程序结构 数据采集 程序结构 数据采集结构 程序结构 数据采集过程 程序结构 驱动程序 NI硬件与LabVIEW无缝结合 可以通过NIDAQmx NIScope NISwitch等API控制硬件设备 LabVIEW提供了丰富完备的函数支持第三方产商的硬件设备一般通过调用动态链接库 DLL 来访问 LabVIEW提供了CallLibraryFunctionNode调用动态链接库 程序结构 调用DLL 程序结构 03 数据采集 2020 3 25 49 数据采集的结构 触发 触发涉及初始化 终止或同步数据采集事件的任何方法 触发可分为软件触发和硬件触发 硬件触发又可分为内部触发和外部触发 采样率的选择 采样率决定了模数转换 A D 的频率 奈奎斯特定理 为了防止发生混频 最低采样频率必须是信号频率的两倍 对于某个给定的采样率 能够正确显示信号而不发生畸变的最大频率叫做奈奎斯特频率 它是采样频率的一半 USB2002的技术指标 模拟通道输入数 32路单端 16路双端模拟信号输入模拟电压输入范围 5V 10V模拟输入共模电压范围 2V放大器建立时间 2uSA D分辨率 14Bit 16384 非线性误差 1LSB 最大 转换时间 2 5 S系统测量精度 满量程 0 1 采样速率 400K系统测量精度 满量程 0 1 16路数字量输入 16路数字量输出数字端口满足标准TTL电气特性 输入TTL电平 吸入电流小于0 5毫安 输出TTL电平 最大下拉电流20mA 上拉电流2 6毫安 USB2002的技术指标 数字量输入高电平 即 1 的最低电压 2V数字量输入低电平 即 0 的最高电压 0 8V数字量输出高电平 即 1 的最低电压 3 4V数字量输出低电平 即 0 的最高电压 0 5V 板卡的信号插座 跳线和数据定义 RP1 程控仪表放大器零点调整电位器RP2 程控仪表放大器满度调整电位器XF2 XF3 模拟电压输入单端 双端选择XF1 模拟电压输入量程选择XS1 模拟信号输入连接插座XS2 开关量输入插座XS3 开关量输出插座XS5 计数器输入输出插座第一个POWERLED USB2002卡电源指示灯 USB2002与计算机通过USB带缆连接后 此指示灯应亮第二个POWERLED 与POWERLED并联联接 当将USB2002放置于机箱内时 可将其电源指示灯移到机箱上第一个OVERFLOWLED 当USB2002卡上FIFO存储器 全满 指示灯亮时 说明USB2002卡的A D数据已经溢出第二个OVERFLOWLED 与第一个并联联结 通过它可以将FIFO存储器 全满 指示灯移到上 XS1的管脚定义 XS2开关量输入的管脚定义 XS3开关量输出的管脚定义 XS5计数器管脚定义 模拟信号输入方式选择 模拟信号输入量程选择 数据格式 数据转换 模拟输入信号的连接方式 采样模式 伪同步采集模式 当由定时器脉冲或外部时钟有效边沿启动后 在板上逻辑的控制下以400KHz的速度 从第首通道FirstChannel开始顺序转换到末通道FirstChannel结束 FirstChannel LastChannel 同时转换数据顺序写入FIFO存储器中 转换完后重新进入等待比较长的时间 时间长短由用户设定 等待下一个启动信号 再开始从FirstChannel到LastChannel通道的转换 如此循环下去 分频器采集模式 也叫连续采集模式当由定时器脉冲或外部时钟有效边沿启动后 AD开始转换当前通道 并且AD在转换时板上逻辑电路自动设置为下一个转换通道 等待下一个有效启动脉冲到来 通道转换顺序为 从首通道FirstChannel开始顺序转换到第末通道LastChannel结束 然后由重新从FirstChannel到LastChannel通道 如此循环直到用户结束转换 FirstChannel LastChannel AD转换数据顺序写入FIFO寄存器中 FIFO数据存储 FIFO中的数据按从首通道FirstChannel到末通道LastChannel的采样数据依次循环存放 如下FirstChannel FirstChannel 1 LastChannel FirstChannel LastChannel 结束 计数器8254 工作方式 方式1 可编程单次脉冲方式方式2 频率发生器方式方式3 方波频率发生器方式方式4 软件触发选通方式方式5 硬件触发选通方式 方式1 可编程单次脉冲方式 该方式要在门控信号GATE作用下工作 当装入计数初值N之后 要等GATE由低变高 并保持高时开始计数 此时输出OUT变成低电平 当计数结束时 输出变成高电平 即输出单次脉冲的宽度由装入的计数初值N来决定 当计数器减量计数未到零时 又装入一个新的计数值N1 则这个新值 不会影响当前的操作 只有原计数值减到零且有一个GATE上升沿时 计数器才从N1开始计数 如当前操作还未完 又有一次GATE上升沿时 则停止当前计数 又重新从N1开始计数 这时输出单次脉冲就被加宽 方式2 频率发生器方式 在该方式下 计数器装入初始值 开始工作后 输出端将不断输出负脉冲 其宽度等于一个时钟周期 两负脉冲间的时钟个数等于计数器装入的初始值 在方式2中门控信号相当于复位信号 当GATE 0时 立即强迫输出为高电平 当GATE 1时 便启动一次新的计数周期 这样可以用一个外部控制逻辑来控制GATE 从而达到同步计数的作用 当然计数器也可以用软件控制GATE而达到同步控制目的 方式3 方波频率发生器方式 与方式2类似 当装入一个计数器初值N后 在GATE信号上升沿启动计数 定时 计数器此时作减2计数 在完成前一半计数时 输出一直保持高电平 而在进行后一半计数时 输出又变成低电平 若装入的数N为奇数 则在 N 1 2个计数期间 输出保持高电平 在 N 1 2个计数期间 输出保持低电平 若在一次计数期间 将一个新的初值装入计数器 那么在当前的计数发生跳变时 计数器马上又按新的计数开始计数 方式4 软件触发选通方式 用控制字设置该方式后 输出即变为高电平 在GATE 1时 计数器一旦装入初值 便马上开始计数 每当计数结束 便立即在输出端送出一个宽度等于一个时钟周期的负脉冲 如果在一次计数期间 装入了一个新的计数值 则在当前的计数结束 送出负脉冲后 马上以这个新的计数开始计数 在GATE 0时 禁止计数 这些均与方式2同 但这不是用GATE的上升沿来启动计数的 方式5 硬件触发选通方式 当采用该方式工作时 在GATE信号的上升沿启动计数器开始计数 输出一直保持高电平 当计数结束时 输出一个宽度等于时钟周期的负脉冲 在此种方式下 GATE是高电平或低电平都不再影响计数器工作 但计数操作可用GATE信号的上升沿重新触发 便又从原来的初值开始计数 计数期间 输出又一直保持高电平 主要采集函数 longUSB2002 CreateDevice longDeviceID 创建设备对象 并返回其设备对象句柄longUSB2002 ReleaseDevice longhDevice 释放设备对象所占用的系统资源及设备对象自身若成功 则返回TRUE 否则返回FALSE 用户可以用GetLastError捕获错误码 longUSB2002 InitDeviceAD longhDevice unsignedlong pADPara 初始化设备对象中的AD部件 为设备操作就绪有关工作 如预置AD采集通道 采样频率等 然后启动AD设备开始AD采集 pADPara 采集方式 0 连续采集1 分组采集首通道末通道采样频率组间间隔程控增益 0 1倍1 2倍2