《虚拟仪器技术》

1、虚拟仪器技术实 验 指 导 书杨锡运 编华北电力大学二零零六年六月 前 言1 实验总体目标配合虚拟仪器技术课程，使学生通过上机实验，了解基于Labview的虚拟仪器测试系统构成，能够设计简单的测试系统，实现信号的测量和分析。并通过上机，深入练习Labview图形化编程语言的基本编程技术，巩固和加深课堂教学内容，实现自主编制基本信号采集分析程序。培养学生的动手能力，为今后从事信号与检测，虚拟仪器的开发和设计打下基础。 适用专业测控技术与仪器 先修课程数字电子技术基础 实验课时分配实验项目学时实验一：Labview编程环境1实验二：Labview基本编程技术2实验三：扩展编程技术2实验四：基于La

2、bview的信号测试分析系统1 实验环境实验室用usb口DAQ卡（配有12位8路模拟输入，2路模拟输出，16路数字输入/输出）30套，信号源30套，计算机30台，Labview软件一套。 实验总体要求通过上机练习，要求学生掌握Labview的基本编程环境、基本编程技术（代数计算、布尔量计算、结构、数组、字符串、子VI、图形显示、文件存取）；Labview扩展编程技术（高级图形图象编程、局部变量与全局变量、用户定义VI、属性控制、数据操作），加深对Labview这种图形化的编程语言知识的理解；掌握通过DAQ卡和LabVIEW系统进行原始数据采集、分析数据、给出结果的系统开发方法。通过实验，使学生

3、初步的掌握应用虚拟仪器技术进行科技与工程领域的测试任务的方法。 本实验的重点、难点及教学方法建议实验重点为掌握虚拟仪器技术和Labview的编程环境。由于学生在接触这门课前，理解的测试仪器的概念多为硬件，所以建立“软件即仪器”的虚拟仪器的概念较为困难。虚拟仪器中所使用的图形化编程技术也与传统的语言编程差别较大，实现自主编制基本信号采集分析程序，设计虚拟仪器测试系统对学生来说较为困难。实验一中，学生首先遵循指导书给出的编程步骤，创建简单测试系统，熟悉Labview的图形化编程环境和基本编程技术，建立“虚拟仪器”的概念，然后通过完成独立的上机练习题，检验和巩固Labview的编程技术。实验二中，增

4、加Labview的高级编程技术练习，并独立设计复杂的测试系统，激发学生的学习兴趣。实验三中，连接信号发生器和进行数据采集的DAQ卡，编写基于Labview的信号测试分析系统，让学生理解虚拟仪器技术在实际系统的应用过程。 目 录实验一Labview编程环境3实验二Labview基本编程技术5实验三扩展编程技术7实验四基于Labview的信号测试分析系统9实验一 Labview编程环境一、实验目的（1）熟悉Labview的编程环境。（2）掌握VI程序三个要素：前面板、框图程序和图标/连接器的使用方法。二、实验类型验证型三、实验仪器计算机，Labview软件。四、实验原理使用LabVIEW开发平台编

5、制的程序称为虚拟仪器程序，简称为VI。VI包括三个部分：程序前面板、框图程序和图标/连接器。程序前面板用于设置输入数值和观察输出量，用于模拟真实仪表的前面板。在程序前面板上，输入量被称为控制（Controls），输出量被称为显示（Indicators）。控制和显示是以各种图标形式出现在前面板上，如旋钮、开关、按钮、图表、图形等，这使这得前面板直观易懂。每一个程序前面板都对应着一段框图程序。框图程序用LabVIEW图形编程语言编写，可以把它理解成传统程序的源代码。框图程序由端口、节点、图框和连线构成。其中端口被用来同程序前面板的控制和显示传递数据，节点被用来实现函数和功能调用，图框被用来实现结构

6、化程序控制命令，而连线代表程序执行过程中的数据流，定义了框图内的数据流动方向。五、实验内容和要求1.1编写VI程序完成，已知三角形三个边长A、B、C，计算三角形的面积S。此程序目的是熟悉前面板、框图程序和图标/连接器的使用方法，由于三角型面积为,其中,为实现上述功能，可编写如图11所示的程序前面板和框图程序： 前面板 框图 图11 求三角型面积具体的编程步骤如下：(1)前面板：在前面板上放置三个数值控制器（Controls/numeric/digital control），分别将标识改成A、B和C，用于输入三角形的三个边长。然后放置一个数值指示器S，用于显示三角形面积计算结果。(2)框图程序：

7、如图选择计算节点并进行连线。程序中所用节点均在Function/numeric选项板中。其中用到复合代数运算节点（Compound Arithmetic），第一个用于进行三个数相加，第二个用于进行四个数相乘。将复合节点放在框图程序中，只有两个输入端，将光标放在该节点上，右键打开快捷菜单，选择Add Input可以增加输入端口，选择Change Mode可以改变计算模式（相加或相乘等）。（3）运行程序：程序连线调通以后，用调节工具分别给A、B和C赋一个初值，点击运行箭头运行程序，计算结果在S指示器中显示。六、注意事项正确使用工具模板(Tools Palette)，控制模板(Controls Pa

8、lette)，功能模板(Functions Palette)上的各种对象。实验二 Labview编程环境及基本编程技术一、实验目的练习For循环， While 循环, Case分支等基本Labview编程结构。二、实验类型验证型三、实验仪器计算机，Labview软件。四、实验原理利用Labview的结构子模板中For循环， While 循环, Case分支等基本Labview编程技术，实现复杂程序功能五、实验内容和要求2.1 编写VI程序，完成用for循环生成100个随机数，求出其中的最大值和最小值并显示。此程序目的是熟悉for循环编程结构和移位寄存器的工作原理，为加深知识的理解，请分两步完成

9、上述练习，首先编写程序，完成用for循环生成100个随机数并显示。其前面板和框图如图21所示：21用for循环生成100个随机数具体的编程步骤如下：(1) 前面板放置waveform chart，调整纵坐标刻度。(2) 程序框图中首先放置一个for循环框，给定循环次数为100，然后放置一个随机数生成节点，将其输出连线到波形图的端口上，程序完成。注：随机数生成节点，功能选项板numericrandom number。随机生成0到1之间的一个浮点数。(3)在前面板运行程序，可以看出生成的一百个随机数。思考题：请在程序框图用高亮状态运行程序，观察程序的数据流。其次在上图基础上，在循环中增加求最大10

10、0个随机数的最大值的功能。为完成上述功能，需在前面板各增加一个“最大值”和“最小值”数值显示器，在程序框图中的循环框内如图完成框图程序，其中用到两对对移位寄存器，和两个求两个数中最大和最小值的功能节点。（FunctionsComparisionMax & Min）。编程步骤略。 程序前面板和框图程序如图22所示：图22用for循环生成100个随机数，求出其中的最大值和最小值并显示六、注意事项正确使用For循环， While 循环, Case分支等各种结构对象。七、思考题请独立上机编写两个VI程序实现下列功能2.2利用Case结构，输入一个数，如果是正数，计算该数的平方根并显示；如果是负

11、数，显示错误信息。2.3利用While循环随机数，并与给定数进行比较，两个数相同时，程序停止。实验三 Labview扩展编程技术一、实验目的（1）掌握Labview扩展编程技术中属性节点的使用方法（2）能够运用Labview编程技术独立开发信号测试的程序。二、实验类型验证型三、实验仪器计算机，Labview软件。四、实验原理利用属性节点，可以获取所对应对象的属性，也可以对对象的属性进行修改。不同的对象，属性中包括的内容不同。在框图程序中对象对应的端口处打开快捷菜单，选择create/property note项，创建一个属性节点，可以作为输出端口（write），接收数据。也可以输入端口（rea

12、d）发出数据。在属性节点的快捷菜单中，选择change to read/change to write可以改变属性节点的读写属性。五、实验内容和要求3.1 用棒图监测某个运行工况参数，当该参数超过危险值时，用改变棒图颜色来进行提示。要求上述参数测量范围为0100，设标准值为50，当测量值小于标准值时，棒图颜色为兰色，测量值超过50时，棒图显示值变成红色，表明此时测量值超标。根据题目要求的功能，完成后的前面板和框图程序如图31所示。图31改变棒图颜色显示参数超过危险值具体步骤可参考如下：1创建棒图的属性节点：程序框图中将选择工具放在棒图上，弹出菜单，选择Create/Property Note，

13、此时在程序框图中产生一个属性节点，将此属性节点放入Case的True框中，由于用该属性节点控制棒图的显示颜色，因而还需对该属性节点作两个调整：2 改变填充属性，在属性节点处弹出菜单，选择Property/Fill Color。由于该属性节点的目的是要改变棒图的填充属性，而不是要从棒图读取颜色，因而在属性节点弹出菜单中选择Change To Write。 3 Case的True框是执行测量值大于50时的显示，即棒图要求显示红颜色，因而需要将一个红颜色的颜色盒常数连到属性节点上。1) True框中放置颜色盒：Functions/Numeric/Additional Numeric Constand

14、s/Color Box。2）将Color Box的颜色改成红色，利用色彩填充工具。3）将Color Box连线到属性节点上。按照上述同样步骤填充Case结构的False框中的执行内容，区别是其中的颜色框中为兰颜色。六、注意事项1 注意如何创建一个属性结点。2 注意属性节点的读写属性及如何修改。七、思考题3.2编制一个大程序完成下面全部功能：1）在一个条件循环结构采集一个值的范围在（0100）之间随机数，并把采集结果实时显现在波形图表中，要求每隔200ms采集一个数据，且控制条件循环停止的开关状态要满足每次运行VI程序时不必每次都重新打开该开关。2）采集过程结束后，使用Graph中画出数据曲线，

15、同时在Mean、Max和Min数字显示栏中显示出数据的平均值、最大值和最小值。3）检测数据是否超出范围，当数据超出上限（High Limit）时，前面板上的LED将点亮，并且有一个蜂鸣器发声。同时在采集过程结束后，在另增加一个Graph可同时显示温度报警上限和数据曲线，进可能修改图形坐标使曲线图更加明显。实验四 基于Labview的信号测试分析系统一、实验目的利用DAQ卡以及LabVIEW开发系统完成数据采集任务包括采集原始数据、分析数据、给出结果等。二、实验类型设计型三、实验仪器计算机，Labview软件，usb口DAQ卡（配有12位8路模拟输入，2路模拟输出，16路数字输入/输出），信号源

16、。四、实验原理数据采集是借助软件来控制整个DAQ系统：包括采集原始数据、分析数据、给出结果等。LabVIEW的DAQ程序包括模拟输入、模拟输出、计数器操作、或者数字输入、输出等。你可以在框图程序窗口下选择Data Acquisition。再在此子模板下，可以看到6个子模板：Analog Input, Analog Output, Digital I/O, Counter, Calibration and Configuration和Signal Conditioning在Data Acquisition子模板下的Analog Input子模板程序执行模/数转换操作。而Analog Output程序库则执行数/模转换或多重转换。如AO Update Channel程序把一个给定电压值在一个模拟输出通道上输出。Device是DAQ卡的设备编号，Channel是输出通道号字符串Voltage是输出的电压值。在上述程序执行时，如果发生错误，则弹出一个对话框，显示错误代码，你可以选择中止程序或者继续程序执行。五、实验内容和要求4.1使DAQ卡模拟输出CH0输出模拟电压信号，并且用模拟输入CH1再次采集该信号。要求在DAQ卡上，把模拟