第六章数据波形显示

1、第六章 数据波形显示LabVIEW具有强大的数据波形显示功能。通常利用其图形和图表等形式来显示测试数据和分析数据结果，LabVIEW中的图形显示控件分为图形和图表两类。含有图形的VI通常先将数据采集到数组中，再将数据绘制到图形中，该过程类似于电子表格，即先存储数据再生成数据的曲线。数据绘制到图形上时，图形不显示之前绘制的数据而只显示当前的新数据。图形一般用于连续采集数据的快速过程。与图形相反，图表将新的数据点追加到已显示的数据点上以形成历史记录。在图表中，可结合先采集的数据查看当前读数和测量值。6.1 波形数据6.1.1波形数据的创建与其他基于文本的编程语言不同，在LabVIEW中有一类被称为

2、波形数据的数据类型，这种数据类型更类似于“簇”的结构，由一系列不同数据类型的数据构成，但是波形数据又有其自身的独特特点，例如它可以由一些波形发生函数产生，可以作为数据采集后的数据进行显示和存储。LabVIEW中的波形数据分两类：模拟波形数据和数字波形数据。在前面板中，波形数据控件位于“控件”选板的“新式”I/O“波形”子选板中，如图6-1所示。 图6-1 “波形”子选板波形数据控件由以下几个部分组成： 起始时间t0。起始时间t0是第一个数据点的时间。起始时间可以用来同步多个波形，也可以用来确定两个波形的相对时间，为时间标识类型。 时间间隔dt。时间间隔dt是一个波形中两个数据点间的时间间隔，为

3、双精度浮点类型。 波形数值Y。波形数值Y是一个一维数组。其默认数据类型为双精度浮点类型。 波形属性。波形属性是波形数据的隐藏部分，为变量类型。在波形数据上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“显示项”“属性”命令即可显示出波形属性。如图6-2所示。波形属性包含了波形数据的一些信息，如波形名称以及数据采集设备的名称等。 图6-2 完整显示波形数据另外，LabVIEW中的数字波形数据用来表示二进制数据，如1。数字波形数据是由起始时间t0、时间间隔dt、波形数值Y和波形属性四个部分组成的。6.1.2 波形数据操作函数LabVIEW提供了大量的波形数据操作函数，利用这些函数可以访问和操作模拟波形数据和

4、数字波形数据。波形数据操作函数位于“函数选板”的“编程”“波形”子选板中，如图6-3所示。 图6-3 “函数选板”中的“波形”子选板“波形”子选板中的波形数据操作函数课分为4个部分：基本波形数据操作函数、模拟波形数据操作函数、数字波形数据操作函数、波形文件I/O。同时在“波形”选板的下一级选板中以及“函数选板”的其他选板中还有大量实现波形测量和波形发生的子VI，有关这些操作函数以及子VI的使用方法，可以参考LabVIEW的帮助文档。6.2波形显示波形显示包括波形图和波形图表两种方式，它们都位于前面板“控件”选板的“新式” “图形”子选板上。波形图和波形图表都是用来显示波形的，两者的区别在于：波

5、形图是一块一块地描绘数据，而波形图表是一个点一个点地描绘数据。下面分别介绍这两种波形显示方式。 6.2.1波形图 波形图是用来一次性的显示接收到的数据的波形，它在每次显示之前自动清空上次显示的数据，而不是将新数据添加到原波形的末端，其显示的波形是稳定的波形，在波形窗口中只显示当前接受到的数据。将一个波形图控件置于前面板窗口中，在波形图上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“显示项”命令，如图6-4所示。可根据需要选择波形图的显示项，图6-4所示为带有所有显示项的波形图。 图6-4 波形图右键快捷菜单 6-5 波形图的完整显示项下面介绍波形图上各个显示项的功能和使用方法。1.图例在波形图的图例上

6、可以定义图中曲线的各种参数。在图例上单击鼠标右键，弹出如图6-6所示的快捷菜单。可以在该快捷菜单中设置曲线的显示方式、颜色、线条样式和宽度、平滑等。在“常用曲线”中，可以选择选线的显示方式为平滑曲线、数据点方格、同时显示方格和曲线、填充曲线和做标注包围区域、直线图和直方图等，如图6-7所示。 图6-6 图例右键快捷菜单 图6-7 常用曲线在图例的右键快捷菜单中，“平滑”可以使曲线变得更光滑：“直方图”可以用来设置显示直方图的方式：“填充基线”用来设置曲线的填充参考基线，包括零、负无穷大和无穷大几种：“插值”提供了绘制曲线的6种插值方式:“点样式”用来设置曲线数据点的样式，有圆点、方格和星号等样

7、式可供选择。在图例上用鼠标拖动其边缘，可以改变图例的大小。双击图例的曲线名称，还可以改变图例的曲线名称。.标尺图例标尺图例用于设置坐标和坐标的相关选项，其各个选项名称如图6-8所示。在“坐标名称”中可以更改两个坐标轴的名称：打开自动缩放功能，波形图会根据输入数据的大小自动调整刻度范围，使曲线完整的显示在波形图上：“一次性锁定自动缩放”可以对当前曲线的刻度进行一次性的缩放，单击“锁定自动缩放”按钮后，“一次性锁定自动缩放”也处于按下状态。图6-8 标尺图例3. 游标图例 游标图例如图6-9所示。通过游标图例，可以在波形图上添加游标，游标用于读取波形上某一点的确切坐标值，在游标图例上单击鼠标右键，

8、在弹出的快捷菜单中选择“创建游标”命令可以添加多个游标，当选中某个游标后，还可以通过单击游标控制器上的4个小菱形来移动游标。 图6-9 游标图例 4.图形工具选板通过图形工具选板可以实现游标移动、缩放和平移波形曲线等操作。图形工具选板上有3个按钮，按下第一个按钮，此时可以移动波形图上的游标。第二个放大镜标志的按钮，用于对波形进行缩放，单击它将弹出6个选项，分别表示6中缩放格式，如图6-10所示。按下手形标志的第三个按钮时，可以在图形显示区随意的拖动图形。 图6-10 缩放格式 5.X滚动条X滚动条用于滚动显示图形，拖动滚动条可以查看当前未显示的数据曲线。波形图除了具备上述各个功能外，还可以实现

9、同时显示多条数据曲线，对曲线进行注释等功能，在波形图的属性对话框中可以完成对波形图的一些常用设置。在使用波形图时要注意输入的数据类型。波形图的数据输入类型有一维数组、二维数组、簇、数组簇、波形数据等。如图6-11所示，使用波形图输出了一个正弦函数和一个余弦函数。图 6-11 波形图的简单使用下面将通过一些例子来说明波形图的用法。如图6-12所示，使用波形图显示40个随机数的情况。 图 6-12 产生随机数的程序框图和前面板6.2.2 波形图表控件为了模拟真实仪器的操作面板以及实现测量数据的图形化实时动态显示，LabVIEW提供了强大的交互界面设计功能。LabVIEW中数据的图形化显示使得其开发

10、的程序更加形象和直观并且增强了用户界面的表现力。在LabVIEW中，提供了丰富的图形表显示空间，这些控件专门用来实现测量数据图形化实时显示。在LabVIEW“控件选板”的“新式”“图形”、“经典”“经典图形”以及“Express”图形显示控件”等子选板中均包含了各种各样的图形图表控件，如图6-13所示。在这些图形显示控件中，波形图和波形图表是LabVIEW图形显示的两种最基本方式。这两种控件名称虽然相近，但在LabVIEW中却有很大差别。波形图表将数据在图形显示区中实时和逐点的显示出来，可以反映被测物理量的变化趋势。类似于传统的模拟示波器、波形记录仪的显示方式。波形图则用于对已经采集的数据进行

11、事后显示处理，它可根据实际要求将数据组织成所需的图形一次显示出来。 图6-13 “控件选板”中的图形图表控件 波形图表模拟的是现实生活中的波形记录仪、心电图等的工作方式。波形图表内置了一个现实缓冲器，用来保存一部分的历史数据，并接受新的数据。这个缓冲区的数据存储按照先进先出的规则管理，它决定了该控件的最大显示数据长度。在默认的情况下，这个缓冲大小为1KB，即最大的数据显示长度为1024个，缓冲区容不下的旧数据将被舍弃。波形图表适合实时测量中的参数监控，而波形图适合在事后数据显示和分析。 当绘制单曲线时，波形图表可以接受的数据格式有两种：标量和数组。标量数据和数组被连续在旧数据后面显示。当输入标

12、量时，曲线每次向前推进一个点。当输入数组数据时，曲线每次推进的点数等于数组长度。如图6-14所示，使用波形图表，生成两组随机数。由于时间延迟函数是在While 循环中，而For循环式一次产生10个随机数，相当于缩短了延迟时间，所以产生的波形图是不一样的，如图6-15 所示 图6-14 使用波形图表绘制单曲线的程序框图 图6-15 单曲线的前面板显示当绘制多曲线时，可以接受的数据格式也有两种：第一种是将每条曲线的一个新数据点打包成簇，即把每种测量的一个点打包在一起，然后输入到波形图表中，这时波形图表为所有曲线同时推进一个点；这是最简单也是最常用的方法，如果6-16所示，第二种方法是将每条曲线的一

13、个数据点打包成簇，若干个这样的簇作为元素构成数组，再把数组传送到波形图表中，如图6-17所示。两种方法的前面板显示如图6-18所示。图 6-16 使用第一种方法创建多区县程序框图 图6-17 使用第二种方法创建程序框图 图6-18创建多曲线的前面板显示6.3 XY图和Express XY图 波形图和波形图表只能用于显示一维数组中的数据或是一系列单点数据，对于需要显示横、纵坐标对的数据，它们就无能为力了。前面讲述的波形图的Y值对应实际测量数据，X值对应测量点的序号，适合显示等间隔数据序列的变化。比如按照一定采样时间采集数据的变化，但是它不适合描述Y值随X值变化的曲线，也不适合绘制两个相互依赖的变

14、量（如Y/X）。对于这种曲线，LabVIEW专门设计了XY图和Express XY图。与波形图相同，XY波形图也是一次性完成波形显示的刷新，不同的是XY图输入数据类型是由两组数据打包成簇，簇的每一对数据都对应一个现实数据点的X,Y坐标。 当X,Y图绘制单曲线时，有两种方法，如图6-19所示。 图6-19 使用XY图绘制单曲线在图6-19的左图中，是把两组数据数组打包后送给XY图，此时，两个数据数组里具有相同序号的两个数组组成一个点，而且必定是包里的第一个数组对应X轴，第二个数组对应Y轴。使用这种方法来组织数据要确保数据长度相同，如果两个数据的长度不一样，XY图将以长度较短的那组为参考，而长度较

15、长的那组多出来的数据将被抛弃。在图6-19的右图中，先把每一对坐标点（X,Y）打包，然后用这些点坐标形成的包组成一个数组，再送到XY图中显示，这种方法可以确保两组数据的长度一致。与绘制单条曲线类似，绘制多条曲线同样也有两种方法：一种是先分别利用For循环生成两个一维数组，然后再用这两个一维数组组成一个二维数组，并将它送到XY图中显示；另外一种是先让两组数据的输入、输出在For循环的边框通道上次年改成一维数组然后打包，再用一个二维数组送到XY图中显示。XY图接收3种数据类型以显示多条曲线。XY图接收曲线数组时，其中每条曲线是包含X数组和Y数组的一个簇，关于接收该数据类型的图形范例如图6-20中的

16、（X and Y arrays）Multi Plot图形所示；接收曲线簇数组时，其中每条曲线为一个点数组，每一个点是包含x值和y值的一个簇，关于接收该数据类型的图形范例如图6-20中的X and Y arrays）Multi Plot图形所示；XY图也接收曲线簇数组，其中每条曲线是一个复数数组，X轴和Y轴分别显示复数的实部和虚部。图6-20 在XY中显示多条曲线在使用XY图绘制曲线时，要注意数据类型的转换。例如，在图6-21所示的程序中，需要先将输入的数据转换成弧度值才可以进行三角函数计算。在此图中，需要指定A和B的值来作为横轴和纵轴的半径长。当A和B相等时，绘制的曲线为圆；当他们不相等时，绘

17、制的曲线为椭圆。 图6-21 使用XY图绘制曲线6.3.2 Express XY 图Express XY图采用了LabVIEW 的Express技术。在将Express XY图形显示控件放置到前面板上的同时在程序框图中会自动添加一个VI，它的X轴和Y轴接收的数据都为动态数据类型。因此，在绘制曲线时只要将X和Y组数据与之相连。它将自动添加一个转换函数来将输入数据转换为动态数据类型，无须像普通的XY图那样先将X轴和Y轴坐标数据进行捆绑才能将其输入到XY图进行曲线绘制。这使得通过很少的步骤就可以实现功能完善的测试系统，从而简化了框图，突出了程序的主脉络。 Express XY 图位于前面板的“新式”

18、“图形”“Express XY 图”子选板上。Express XY图前面板窗口及属性对话框与XY图相同，但是在程序框图中的表示方法却是不同的，如图6-22所示。 图 6-22 Exoress XY 图前面板窗口和程序框图自从LabVIEW 7开始提供Express 技术以来，该技术得到了不断地加强。现在，Express VI 在输入端子必须接收动态数据类型的数据的情况下，当把非动态数据类型的输出数据直接连接到Express VI的输入端口时，LabVIEW 会自动的在两个不同类型的数据间创建转换至动态函数，强制性的把非动态的数据转换为动态类型的数据，再输入给创建XY图VI，如图6-23所示。

19、图 6-23 Express XY 图的非动态数据输入 6.4 强度表和强度图强度图表和强度图可以通过在笛卡尔平面上放置颜色块的方式在二维图上显示三维数据，例如，显示温度图、地形图等。强度图表和强度图的用法基本相同，下面以强度图表为主来进行介绍。刚添加到前面板的强度图表如图6-24所示。从该图中可以看到，强度图表与前面介绍过的图形显示控件在外形上的最大区别在于强度图表拥有标签为“幅值”的颜色控件，如果把标签改为“时间”和“频率”的坐标轴分别理解为X轴和Y轴的标尺，则“幅值”组件相当于Z轴的标尺。强度图表接受的数据类型是数值元素构成的二维数组，数组的索引值就是X轴和Y轴的坐标，数组元素的值就是Z

20、轴上数据的值。在强度图表的显示区域里，Z轴数据采用色块的颜色深度来表示，因此，需要定义数值颜色映射的关系。强度图表的Z轴颜色条默认数值-颜色映射关系为：“0对应黑色”，“50对应蓝色”，“100对应白色”，中间插值颜色。强度图表数值颜色映射关系是可以重新定义的，定义方法有两种。第一种方法：强度图表的Z轴标尺实际上就是一个“颜色梯度”控件，通过右键单击弹出的快捷菜单即可实现数值-颜色映射关系的设置。快捷菜单如图6-25所示，如单击的是Z轴颜色条区域，则“删除刻度”和“刻度颜色”选项不可用。 图 6-24前面板的强度图表 图6-25 强度图表Z轴标尺快捷菜单用这种方法设置映射关系的具体步骤是先利用

21、“添加刻度”选项增加一个刻度并利用“操作值”工具设定刻度的数值，然后在该刻度上单击右键，弹出快捷菜单，此时“删除刻度”和“刻度颜色”选项为可用，选择刻度颜色选项，在其弹出的下级“颜色设置图形选板”中选择该刻度值对应的颜色完成数值-颜色的映射。另外，还可以利用“插值颜色”选项来平滑颜色的过渡操作。如果数值不在颜色条边上的刻度值范围内，超过上边界时，显示上方小矩形内的颜色；超过下边界时，显示下方小矩形内的颜色。第二种方法：通过强度图表的“色码表”属性节点来改变数值-颜色的映射关系。该属性节点是一个长度为256的元素定义了越上界的数值对应的颜色，索引为1254的元素定义了254种颜色。传给强度图表的

22、数值基于Z轴的刻度范围，映射到这些颜色的索引值上。 强度图表接收的数据类型是数值元素构成的二维数组。二维数组与图形显示区域方格位置的具体对应关系为：Y轴对应数组的行，X轴对应数组的列。例如，定义了如表6-1所示的数值-颜色映射表。如输入的数据为图6-26（a）所示的二维数组，则在强度图表图形显示区的显示如图6-43(b)所示。表6-1 数值-颜色映射表 (a)输入二维数组 （b）强度图表显示结果 图6-26 输入数组与强度图表显示结果对应关系通过快捷菜单“转置数组”选项可以更改二维数组与图形显示区域方格位置的具体对应关系。与波形图表相似，在强度图表中，新输入的数据将接续在旧数据后面显示。因此，

23、强度图表也有保存历史数据的缓冲区，其缓冲区的默认大小为128个数据点，通过快捷菜单的“图表历史长度”选项可配置缓冲区大小。强度图的操作与强度图表类似，不同的是前者并不保存先前的数据，也不接收“刷新模式”设置。每次将心数据传送至强度图时，新数据将替换旧数据。图6-27 所示实例给出了同一数据源用强度图和强度图表显示结果，从中可以看出二者的区别和联系。该程序利用两层For循环来产生Z轴上数据的值，他6-27所示为该程序运行5次后强度图和强度图表的显示结果。由图可知，在强度图中新数据完全替换了旧数据；在强度图表中，由于缓冲区的存在，旧数据并未被替换，新数据在其右侧接续显示出来。 图6-27 强度图和

24、强度图表显示区别6.5 三维图形 在很多情况下，把数据绘制在三维空间里会更加的形象和更有表现力。大量实际应用中的数据，例如某个平面的温度分布、联合时频分析、飞机的运动等，都需要在三维空间中可视化显示数据。三维图形可令三维数据可视化，修改三维图形属性可以改变数据的显示方式。LabVIEW中包含以下三维图形：6.5.1 三维曲面图 三维曲面图用于显示三维空间的一个曲面。在前面板放置一个三维曲面图时，程序框图将会出现两个图标，如图6-28所示。在图中可以看出，三维曲面图相应的程序框图由两部分组成：3D Surfac 和三维曲面。其中3D Surface 只负责图形的显示，作图则由三维曲面来完成。 图

25、 6-28 三维曲面图三维曲面在作图时采用的是描点法，即根据输入的X、Y、Z坐标在三维空间确定一系列的数据点，然后通过插值得到曲面。在作图时，三维曲面根据X和Y的坐标数组在XY平面上确定一个矩形网络，每个网络节点都对应着三维曲线上的一个点在XY坐标平面的投影。Z矩阵数组给出了每个网格节点所对应的曲面点地Z坐标，三维曲面根据这些信息就能够完成作图。图6-29显示的是用三维曲面图显示z=sin(x)cos(y),其中x和y都在02的范围内，X、Y坐标轴上的步长为/50。框图中的For循环边框的自动索引功能将Z坐标组成了一个二维数组。但对于输入x向量和y向量来说，由于要求不是二维数组，所以程序框图中

26、的For循环的自动索引应禁止使用，否则将会出错。 图6-29 曲面z=sin(x)cos(y)6.5.2 三维参数图相对于三维曲面图只能绘制非封闭的三维曲面而言，三维参数图可以显示3个方向的曲面图，即绘制一个三维封闭区间内的封闭曲面。三维参数图在前面板窗口与三维曲面图类似，当将控件放置在前面板后，程序框图中也会自动添加相应的图标。三维参数图与三维曲面图不同之处在于子程序框图中的控件和子VI，控件为3D Parametric Surface,子VI 为3D Parametric Surface.vi，如图6-30所示。由于三维参数图是3个方向的曲面，因此其3个方向的x、y、z输入端口数据类型都是

27、二维数组。 图6-30 三维参数图的前面板和程序框图例如绘制单位球面。球面的参数方程为： x=cos cos y=cos cos z=sin其中为球到球面任意一点的矢径与Z轴的夹角，是该矢径在XY平面上的投影与X轴的夹角。令从0变化到，步长为/24，从0变化到2，步长为/12，通过球面的参数方程将确定一个球面。程序框图如图6-31所示，前面板如图6-32所示，前面板显示时要将特性中的Plots的Plot Style 设置为Surf+Line，以利于观察。 图6-31 程序框图 图6-32 前面板显示6.5.3 三维曲线图 三维曲线图形用于绘制三维空间的一条曲线。其中“x向量”、“y向量”和“z

28、向量”为3个具有相同长度的一维数组，它们中具有相同索引的元素构成曲线上某一点的坐标，曲线上点地排列顺序和该点地3个坐标分量在各自数组中的索引顺序相同。图6-33所示为一个利用三维曲线图形绘制三维螺旋曲线的示例。 图6-33 三维曲线图形绘制螺旋曲线示例6.6数字波形图数字波形图用于显示数字数据，尤其适于在用到定时框图或逻辑分析器时使用，其可接收数字波形数据类型、数字数据类型以及上述数据类型的数组作为输入。下面首先对数字数据类型做一个简单的介绍，然后介绍数字波形图的使用。6.6.1 数字数据数字数据和数字波形数据相比，数字数据没有起始时间t0、时间间隔dt和属性参数，从本质上讲，它就是数字波形数

29、据中的数据Y。数字数据前面板控件和数字波形数据控件在控件选板的同一子选板中，都位于“控件选板”的“新式”“I/O”子选板或“经典”“经典I/O”子选板中。数字数据控件显示按行排列的数字数据。数字数据控件可用于创建数字波形或显示从数字波形中提取的数字数据。数字数据控件的显示方式如图6-34所示，图中显示了7个采样数据，每个采样数据用8位二进制数表示。用户可在数字数据控件中插入或删除行和列。如需插入行，在弹出的右键快捷菜单中选择“在前面插入行”选项；如需删除行，在弹出的右键快捷菜单中选择“删除行”选项；如需插入列，在弹出的右键快捷菜单中选择“在前面插入列”选项；如需删除列，在弹出的右键快捷菜单中选择“删除 列”选项。还可以再控件中剪切、复制和粘贴数字数据。这些操