计算机仿真和可视化设计-------LabVIEW教程ppt课件

1、计算机仿真和可视化设计计算机仿真和可视化设计基于LabVIEW的工程软件应用 蔡建安 陈洁华 张文艺目录v1LABVIEW概述概述v2LABVIEW模板简介模板简介v3创建创建VI程序程序v4LABVIEW结构结构v5LABVIEW 数据类型数据类型v6图表及图形图表及图形v7字符串和文件字符串和文件I/Ov8数据采集数据采集v9工程仿真和设计常用编程技法工程仿真和设计常用编程技法v10 虚拟设备实例水环境工程仿真软件虚拟设备实例水环境工程仿真软件v11附录附录LABVIEW结构结构4.1While Loop循环循环4.2For Loop 循环循环4.3移位寄存器移位寄存器4.4Case结构结

2、构4.5顺序结构顺序结构4.6结构连线中的常见问题结构连线中的常见问题4.7公式节点公式节点4.8局部变量和全局变量局部变量和全局变量学习指导vLabVIEW 有四种结构控制程序流程：While Loop循环，For Loop循环，Case结构和Sequence结构。公式节点、局部和全局变量等特殊结构对简化程序和传递数据有重要意义。学习要点vWhile循环的执行是根据条件端子上输入的布尔值是 TRUE或 FALSE确定的，用布尔开关人工控制时需了解对应的机械操作模式；For循环将子框图执行N次，N为计数端的输入值；v在For 或 While Loop循环中，应掌握移位寄存器的用法；vCase结

3、构是执行条件语句的一种方法，能代替常规语言的 IFThenElse和多项选择语句，需要关注Case下多选子框图标识符的用法；v顺序结构为控制节点按顺序执行的方法。该结构只有数据相关性不足以控制数据流，而又必需强调执行顺序时才使用；学习要点v解决结构连线问题往往是结构编程的关键，特别要掌握结构下数据隧道的正确使用；v公式节点是种允许用文本语言编写一个或多个代数公式的结构。在公式节点上建立输入和输出端子后，用公式节点支持的运算符和函数写出以分号结尾的语句；v局部变量用于程序中控制初始化、协调控制功能、临时保存数据和传递数据。全局变量可在不同VI之间交换数据。 4.1While Loop循环循环Wh

4、ile循环有两个端子：条件端子循环有两个端子：条件端子(输入端子输入端子)和重复端子和重复端子(输出端子输出端子)。重复端子的作用。重复端子的作用是输出循环已执行次数的数字。条件端子是输出循环已执行次数的数字。条件端子输入的是布尔值输入的是布尔值 TRUE 或或 FALSE。在每。在每一次重复执行后，一次重复执行后， 检查条件端子，如检查条件端子，如果条件端子值为果条件端子值为 TRUE 那么执行下一个那么执行下一个重复，直到条件端子变成重复，直到条件端子变成 FALSE。条件。条件端子的默认值是端子的默认值是 FALSE。由于检查条件。由于检查条件端子输入值是循环结束后，因此端子输入值是循环

5、结束后，因此While循循环至少也要执行环至少也要执行次。次。 布尔开关机械操作模式v六种模式vSwitch When Pressed(按下时启动）v Switch When Released(松开时启动)v Switch Until Released(按下启动直到松开)v Latch When Pressed(按下时锁定)vLatch When Released(松开时锁定)vLatch Until Released(直到松开时才锁定)4.2 For Loop 循环循环v在指定次数的重复操作完成之前，在指定次数的重复操作完成之前，For循环控循环控制制VI执行重复操作。执行重复操作。vFor

6、循环和循环和While 循环之间的差别是：循环之间的差别是：For循循环的次数是预先指定的；环的次数是预先指定的； While 循环则一直循环则一直执行，直到输入条件变为执行，直到输入条件变为False为止。为止。For循循环与环与While 循环都可以在循环都可以在Function菜单的菜单的Structures选项板中可找到选项板中可找到 4.3 移位寄存器移位寄存器移位寄存器移位寄存器(Shifiregister)用于用于 For循环或循环或 While循环循环中从一个迭代传输数据到下一个迭代，它由循环垂中从一个迭代传输数据到下一个迭代，它由循环垂直边框上一对方向相反的端子组成，通过从左

7、或右直边框上一对方向相反的端子组成，通过从左或右循环边框上弹出快捷菜单并选择循环边框上弹出快捷菜单并选择Add Shift Register，可以创建移位寄存器。右端子，可以创建移位寄存器。右端子(带向上箭带向上箭头的矩形头的矩形)在每完成一次迭代后存储数据，移位寄存在每完成一次迭代后存储数据，移位寄存器将上次迭代的存储数据在下一次迭代开始时移动器将上次迭代的存储数据在下一次迭代开始时移动到左端子到左端子(具有向下箭头的矩形具有向下箭头的矩形)上，同一个寄存器上，同一个寄存器端子上数据类型的数据必须是同一类型。端子上数据类型的数据必须是同一类型。建立循环结构演示建立循环结构演示建立循环结构和移

8、位寄存器演示建立循环结构和移位寄存器演示4.4 Case结构结构Case结构是执行条件语句的一种方法。这结构是执行条件语句的一种方法。这类似于常规的文本编程语言中常见的类似于常规的文本编程语言中常见的 IFThenElse语句。从语句。从Functions选项选项板的板的Structures子选项板中选择子选项板中选择Case结结构并将其放置在框图上。构并将其放置在框图上。 4.5 顺序结构顺序结构顺序结构用于顺序地执行子框图。这些子框图顺序结构用于顺序地执行子框图。这些子框图看起来像一帧电影胶片，因此称为帧看起来像一帧电影胶片，因此称为帧(frame)。将最先要执行的代码放置在顺序结构帧将最

9、先要执行的代码放置在顺序结构帧0(0.x)边框内，然后依次将执行代码放在帧边框内，然后依次将执行代码放在帧1、帧、帧2 框内。只有当最后一帧完成后，数据才离开框内。只有当最后一帧完成后，数据才离开结构结构 4.6 结构连线中的常见问题结构连线中的常见问题v1、给顺序结构局部变量多次赋值、给顺序结构局部变量多次赋值v2、对顺序结构中的多个帧进行连线、对顺序结构中的多个帧进行连线v3、未在、未在Case结构的所有分支中连接隧道结构的所有分支中连接隧道v4、隧道重叠、隧道重叠v5、连线从结构下面通过而不是从结构上、连线从结构下面通过而不是从结构上穿过穿过例4-5 Case结构演示v1、设当水中溶解氧

10、浓度超过2mg/L时，反应速度为K0，否则降低为0.1K0。v2、添加分支，设当水中溶解氧浓度超过4mg/L时，反应速度为K0；超过2mg/L时，反应速度为0.5K0，否则降低为0.1K0。例4-5 Case结构演示4.7 公式节点公式节点公式节点公式节点(Formula Node)是是种结构，允许用种结构，允许用户使用类似于多数文本编程语言的句法，编户使用类似于多数文本编程语言的句法，编写一个或多个代数公式。写一个或多个代数公式。这对于实现有多个变量的公式来说很有用。否这对于实现有多个变量的公式来说很有用。否则需要使用复杂的框图模型。则需要使用复杂的框图模型。 通过在框中直接键人公式代码来代

11、替创建框图通过在框中直接键人公式代码来代替创建框图部分。部分。公式节点的输入、输出变量v从公式节点边框上弹出快捷菜单，从中选择Add Input 或 Add Output。vChange to Output可将输入改变为输出，Change to Input可将输出改变为输入。v在公式节点上有了I/O端子，使用Labeling 工具键入I/O变量的名字。v节点中每一个变量不能具有相同的名字。用于内部计算的中间变量必须声明为输出，但不一定要连接到外部节点。LabVIEW 7.1 一级反应VI公式语句v公式语句使用的算术表达式，句法类似于多数文本编程语言。可给语句添加注释，注释用一对 “*” 封闭起

12、来(/*注释*/ )。v使用Labeling工具在公式节点内输入公式，每个公式一定要用分号结束，并且变量的名字是大小写敏感的。函数名函数名说明说明函数名函数名说明说明abs(x)绝对值lnp1(x)返回ln(x)+1acos(x)反余弦，x弧度log(x)以10为底对数acosh(x)反双曲余弦，x弧度log2(x)以2为底对数asin(x)反正弦max(x,y)xy中最大值者asinh(x)反双曲正弦min(x,y)xy中最小值者atan(x)反正切函数mod(x,y)求模，xy的整数值 atanh(x)反双曲正切pi(x)X*ceil(x)返回大于1的最小整数pow(x,y)xyci(x)

13、余弦积分，x为非负实数rand( )(0,1)区间的随机数cos(x)余弦函数rem(x,y)返回xy的余数cosh(x)双曲余弦sec(x)正割cot(x)余切函数sign(x)符号csc(x)余割函数sin(x)正弦，x弧度exp(x)指数函数sinc(x)sin(x)/xexpm1(x)exp(x)-1sinh(x)双曲正弦floor(x)返回小于x的最大整数sqrt(x)平方根int(x)返回距x最近的整数tan(x)正切intrz(x)返回0-x间最近的整数tanh(x)双曲正切ln(x)自然对数函数公式节点的运算符 运算符运算符说明说明运算符运算符说明说明？：条件赋值大于等于&am

14、p;逻辑与小于等于逻辑或算术移位（右移）!逻辑非算术移位（左移）&位与加位或减位异或*乘！不等于除等于加1大于减1小于*乘方例例 4.9均布载荷简支梁受力和变形均布载荷简支梁受力和变形baLc )2( );2(abLqbRcbLqbRba)(4241)(4241442442LaqLcLqLREIThBLcqLaLqLREIThAba , ),(;0 , )()(21 , 2LxbaRbaxaaxqRaxRQxlRaxqxRxRMbaaxbaax4)()()(42410002/ 424443LxqcxLRLxaLqbaxqaxqxREIyLxbaaa时的桡度函数为：在 局部变量的创建和使

15、用方法局部变量的创建和使用方法v局部变量的创建既可以通过图示右键弹出菜单获得，也可以在功能模板上选择Function/Structures/Local Variable将其拖到框图上，得到一个代“？”的图标，再将其与框图中已有的变量建立关联。 4.8 局部变量和全局变量局部变量和全局变量v局部变量用于程序中控制初始化、协调控制功能、临时保存数据和传递数据。v全局变量可在不同VI之间交换数据。局部变量和公式节点局部变量和公式节点例4.7 LabVIEW 7.1全局变量全局变量v全局变量与VI地位等同，以独立文件的形式保存在磁盘中。v全局变量只有面板没有框图。通过全局变量不同VI之间交换数据。v全

16、局变量的创建步骤：v在Function Structures下选择Global Variable，将其图标拖到框图中。v双击Global Variable图标，得到其前面板v在其前面板上放上所需要的变量，例如数组、布尔量、字符串变量。v命名和保存这个变量。LABVIEW 数据类型v5.1LabVIEW的数据类型的数据类型v5.2数值类型数值类型v5.3LabVIEW的数组的数组v5.3.1创建控制器数组和指示器创建控制器数组和指示器数组数组v5.3.2用循环创建数组用循环创建数组v5.3.3数组功能数组功能LABVIEW 数据类型v5.4函数的多态性操作函数的多态性操作v5.5簇簇v5.5.1

17、创建簇控件和指示器创建簇控件和指示器v5.5.2簇顺序簇顺序v5.5.3簇函数簇函数v5.5.4数组和簇的互换数组和簇的互换学习指导学习指导vLabVIEW的数据按类型有数值量、逻辑的数据按类型有数值量、逻辑量、字符串、文件路径等几类，在结构量、字符串、文件路径等几类，在结构上有标量、一维、多维和簇，编程需要上有标量、一维、多维和簇，编程需要使数据连线匹配。使数据连线匹配。学习要点学习要点v认识数据类型的概念，编程时需要明认识数据类型的概念，编程时需要明确函数和子确函数和子VI每一个数据结点的数据每一个数据结点的数据匹配；匹配；v数组是同类数据元素的集合，簇是混数组是同类数据元素的集合，簇是混

18、合元素的集合。熟悉数组的建立和使合元素的集合。熟悉数组的建立和使用过程，掌握数据类型及其结构在使用过程，掌握数据类型及其结构在使用时的转换方法；用时的转换方法；v掌握循环结构的自动索引功能和函数掌握循环结构的自动索引功能和函数的多态性操作方法。的多态性操作方法。5.1 LabVIEW的数据类型的数据类型整形数兰色浮点数橙色逻辑量绿色字符串粉色文件路径青色5.2 数值类型数值类型v最基本的数据类型是数值类型，这是一种标量值，通常包括一个整型值或实型数值(浮点)。vLabVIEW可以处理当前32位处理器提供的可能整型和实型的表示法。v选择合适数值表示法的关键是要求的范围和精度。数据类型占用的字节越

19、多，取值的可能范围越大。v浮点类型和单精度类型可以处理的最大值为1038，一个无符号整型数的上限为2 N-1，其中N是位的数值。 5.3 LabVIEW的数组的数组v5.3.1创建控制器数组和指示器数组v从控制模板中的Array & Cluster子模板中选择一个空的数组壳；v将有效数据对象(诸如数字、布尔型或字符串)拖进数组壳或者从数组壳的弹出菜单中选一个控制对象或指示器直接放入数组壳中。 v5.3.2用循环创建数组vFor循环和 While循环可以在其边界处自动地检索和累积数组元素，这种能力称为自动索引。v每循环一次就建立一个数组元素，在循环结束后，把数组送到一个数组指示器。 5.

20、3.3数组功能Array Size指的是输入数组的元素数，指的是输入数组的元素数，N维数维数组的输出则是组的输出则是N个元素的数组。个元素的数组。Initialize Array创建创建个包含初始值的数组。初始个包含初始值的数组。初始值由值由Element给出。给出。Build Array构组数组，构组数组，用于合并多个数组或给数组添加元用于合并多个数组或给数组添加元素。素。5.3.3数组功能Array Subset数组子集从输入数组中，输出个数组子集，以index指定开始的元素，以length指定元素个数。Index Array索引数组index指定索引号，指定元素，第一个元素的索引号是0。

21、 5.4 函数的多态性操作函数的多态性操作v多态性Polymorphism是LabVIEW的函数接受不同维数数组和类型输入的能力。拥有这种能力的算术是多态函数。5.4多态函数的运算规则多态函数的运算规则v标量与标量相加输出结果是一个标量。v标量与数组相加结果每个元素被加上这个标量。v数组与数组相加结果是每个元素被加到另一个数组。v标量与数组相乘结果是每个元素被乘上这个标量。v标量与数组相除结果是每个元素被除以这个标量。v数组与数组相乘结果是一个数组，但由于一个数组的尺寸比另一个小，故得到的输出与输入数组中较小的一个一样大小，乘运算作用于两个输入数组中的相应元素。5.5 簇簇v簇cluster是一种类似数组一样的数据结构，用于分组数据。v簇具