分析成果讲稿myrio training manual

硬件设置：连接到NINImyRIO的设计目的之一是简化硬件设置。NImyRIO软件提供专门的配置与设置工具，与NIMeasurement&AutomationExplorer（MAX）MAX进行设置、软件安装和其他高级设置等操作。当设备连接到计算机时，NImyRIO的USB器自动运行。以下章节教您如何使NImyRIOUSBMonitorNImyRIOGettingStartedWizard。NImyRIOUSB请确认您已通过随附的电源适配器启动NImyRIO。用USB线缆连接NImyRIO和计算电源接通后，无需启动LabVIEW或NIMAX，操作系统会自动识别NImyRIO并安装驱动进行设置。WindowsOS自动弹出NImyRIOMonitor框（如果没有自动弹出，可以通过<LabVIEW安装目录>\resource\myRIO打开myrioautoy.exe），如下图所示。NImyRIOIP地址。虽然我们是通过USB线缆连接NImyRIO，但是会看到一个IP地址，这是因为NImyRIO的驱动会将计算机的USB端口虚拟成一个网口，从而在开发计算机看来，NImyRIO是一个通过网络连接的设备。同时用户会看到以下四个选项LaunchtheGettingStartedmyRIONImyRIO安装软件或进行软件更新，为设备重命名，以及通过一个自检程序测试加速度传感器、板载LED以及板载自定义按钮。一步Next之后，GettingStartedWizard最后一步显示以下两个选项：Startmyfirstproject选择此项后弹出一个基于网页的指导，帮助你建立类似练习2中项目Gostraightto选择此项后LabVIEWGettingStartedGoto选择此项后直接弹LabVIEWGettingStartedConfigureNI选择后打开一个基于网页的NImyRIO配置工具Do你可通过此选项关闭NImyRIOUSB器在NImyRIOSBMitr中选择LaunchtheGttingtatedWizard。选择Next，向导将自动连接NImyIO，检查NImyIO上已经安装的软件，并询问是否要对NImyIO重新命名。如果ImyRIO之前没有安装软件，向导将自动安装到版本。随后弹出诊断窗口，用户可以查看内置三轴加速度计的数值、检测自定义按钮的功能、或测试4个板载ED。安装NImyRIO后，你可以创建实VI，并ARM处理器上FPGAVI一同运行，实现真正的并行练习1：创建第一个NImyRIO项目目，并仔细研读自动生成的NImyRIO代码。目熟悉项目模板和NImyRIO开发选项积累LabVIEW编程概念经使用NImyRIO进行首次传感器测量简介：在NImyRIO上运行实NImyRIOFPGAI/O节点、DMAFIFO和已经嵌入默认FPGAExpressVIFPGAFPGA。NImyRIO接口的各个I/O则连接到FPGA，并通过FPGA与处理器间接相连接。FPGA的细节将在后续内容中阐述。现在大家只需要记住，NImyRIOFPGAmyRIOAPII/O接口（包括普I/O接口以及板载设备（如按钮、LED灯和加速度传感器）之间传送所有的输入输出数据。使用默认FPGA配置是创建简单独立应用或复杂项目原型代码的最快捷的方式LabVIEWGettingStarted窗口中，选CreateProject按钮在CreateProject口左侧窗格Temtes中，选择myRIONImyRIOProject右侧窗格显示三个选项：BlankProject，myRIOProjectmyRIOCustomFPGAProject使用myRIOProject模板创建使用默认FPGAFPGA配置的项目myRIOCustomFPGAProject模板可NImyRIOFPGA的功能。例如3个连接器提供了8 数字I/O线，若要连接控制设备，则需要重新置FPGA以应用的数字I/O线实现接口。这也适用于其他通信协议，如I2C，SPI等。为项目取一个有意义的名字，并在ProjectRoot中选择适当的路径，如myRIOWorkshop\Exercises\Exercise1PluggedintoUSBNImyRIOLabVIEW正确配置后，选择FinishNImyRIO模板自NImyRIO添加LabVIEW项目中的一个对象。当VINImyRIO对象下时，尽管仍能在开发计算机上看到运行的前面板，但VI代码实际是在NImyRIO的实时处理器上运行操作。如果最终应用也需要在上位机上有一定的人机交互，则可使用network-publishedshared本练习中，NImyIO虽然与开发计算机连接，但其实是在板载处理器上运行代码。这样，用户可以与NImyRIO实时处理器上运行的I前面板交互，NIshaedvaialeenine会在自动负责必要的网络数据传输。对于一些测试和学生实验，交互前面板模式完全可以胜任，并能使学生避免自己开发相对复杂的上位机与NImyIO之间的数据通信程序。现在，LabVIEWProjectExplorer显示两个对象：MyComputermyRIO-1900xxx.xx.xx.x)NImyRIO对象在项目中已经包含了一个名为Main.vi.的VI，为用户提供了一个可供参考的代码。LabVIEWLabVIEWProjectExplorer中展myRIO-1900(xxx.xx.xx.x)对象，通过双击Main.vi 前面板打开，其中包含一个波形图表和一个停止按钮运行VI前，检查程序框图。按下<Ctrl-E>切围绕While循环的三个类似帧的结构是顺序结构注意：其实也可以使用数据流编程技术，不影响整个顺序结构。首先执行顺序结构initial帧。这一帧内，创建了“错误簇”，并通过隧道传到下一帧。AcquireandprocessdataWhile循环（Main循环）。Main循环中，ExpressVI（显示“AccelerometerVI）用于获NImyRIO内置加速度传感器的数据。从X，Y和Z轴的数据组成簇，传送到波形图表进行显示。注意右上角的wait（ms）VIVI10ms100Hz（如果循环代码能够达到这个执行速度）。请注意，用户单击前面板停止按钮，或执行过程中发生错误，While循环将停止。MainLoopWhile循环执行完毕，错误簇通过顺序结构传送到最后一帧。在项目结束前，在Close帧中将释放相关资源。增加自定义功能时，可使用此帧关闭I/O资源。现在你可以分析代码结构，也可以查看运行时的状态。按下<tl>转换到前面板。单击运行箭头按钮开始执行NImyRIO上的I。成功部署I到NImyRIO后，波形图表开始加速度传感器的采样。用手摇晃NImyRIO以查看加速度传感器实时读数变化。注意虽然此时你仍然是在计算机面板上看到相应的数据，但这段代码完全是运行在NImyRIO板载处理器上的，只不过通过将数据再传输到前面板上显示。按下停止按钮结束程序运行保存并关闭应用，返回LabVIEW启动页面练习2：创建实时代码在NImyRIO上运行LabVIEWVI，实现七段数码管手动控制。积累编写部署NImyRIO代码经验理解如何开发简单数字I/O任务关闭任何开启的LabVIEW程序。选择File»OpenProject，选择电脑上的地址myRIOWorkshop\Exercises\Exercise2，打开myRIOWorkshop(Exercise2).lvproj。LabVIEWProjectExplorermyRIO-1900(xxx.xx.xx.x)Maine.vi。为节省时间，前按下<Ctrl-E>打开程序框图确保选择结构ManualControl子程序框图已出现，使用选择结构上方的左右箭头可在不同分支这里使用的七段数码管是低电平有效（低电平时发亮），所以取反后的布尔数组使用户界面更加直观。具体步骤为:在程序框图空白处单击右键，选 将非门（取反操作）放置在选择结构边缘的布尔（绿）隧道右侧将布尔隧道与非门输入连接非布尔数组转换完成后，将数组分解为独立元素。具体步骤为单击右键，选择Programming»Array»IndexArray将IndexArray函数（索引数组函数）放置在非将取反函数输出与IndexArray的Array输入连接IndexArrayIndexArray扩展为具有现在你获得了转换后布尔数组的独立元素，需要将数值发送到NImyRIO数字线。在实际的电，myRIO»DigitalOutExpressVIDigitalOutput函数放置IndexArray右侧。将弹出一个配置窗口默认只有一个数字通道：A/DIO0(pin11)。这MXPconnectADigitalIOLine0使用Channel下拉菜单，将通道改变为B/DIO0(Pin11)。这是我们硬件电实际连接的通道（关于七段数码管的引脚与I/O对应关系，详见练习2后附的补充资料）。第一个数字线正确选择完毕，单击7次AddChannel按钮添加七个新通道。LabVIEW自动ExpressVI会自动生成底层代码。如需查看底层代码，单击viewcode按钮配置完成，单击OK程序框图中，需要将IndexArrayDigitalOutput的布尔输入依次连接。具体步骤将IndexArray函数生成的第一个元素连接到B/DIO0(Pin11)将IndexArray函数生成的第二个元素连接到B/DIO1(Pin13)将所有数列元素连接到数字输出线上TIPTIP：如果你的连线比上图凌乱也不用担心。LabVIEW的自动整理功能可以协助解决这个问题。用鼠标框选IndexArray和DigitalOutputExpressVI这一块代码，高亮显示后，选择LabVIEW 的CleanupDiagram（清理程序框图）即可。为保证良好的开发，错误发生时VI应能正常关闭。因此增加以下步骤DigitalOutputExpressVIerroroutWhile循环的停止终端上的或函数连接。用户单机stop按钮或错误发生时，While循环停止运行。While循环停止执行时，重置NImyRIO保证所有I/O通道重置为已知默认值。具体步骤为在程序框图上单击鼠标右键，选择 ResetmyRIO.vi放置在WhileLoop将错误输出隧道连接到ResetmyRIO.vi的错误输入TIPTIP：使用连线连接程序框图元素保证数据流，确保功能按照定义顺序执行。While循环结ResetmyRIO.vi后，ResetmyRIO.viResetmyRIO.vi最后执行。LabVIEWNImyRIOManualControl选项卡上的停止VI，但不要关闭VI练习2b：创建在NImyRIO上运行的实时代码开发一个程序，当转动电位计旋钮时，可在七段数码管上显示不同的数值。目理解如何开发简单模拟输入任务使用子回到结构框图，选择分支选择结构中 Disy分支。目前分支为空首先MXPconnectorB电路板上电位计的电压，需要创建模拟输入任务。具体步骤如下在程序框图上单击鼠标右键，选择 ogIn将函数放入NumericDisy分支。出现配置窗口NImyRIO12个不同的模拟输入（AI）通道。与之前定义的数字输出任务相同，需要AIChannelB/AI1(Pin5)。可单ViewCode按钮检ExpressVI单击OK通过MXPconnectorB的myRIOAI1通道，ogInputExpressVI接收到外接电路板上电位计0~3.3VVI的形式提供。你只需要进行以Main(Exercise2).vi开启，打myRIOWorkshop(Exercise2).lvprojVIMain(Exercise2).viVI查看其实现的功能（0-3.30、1、2…9）。查VI。TIPTIP：SubVI是LabVIEW创建自定义功能的重要方式。不仅可以创建紧凑、模块化的代码，还可以在应用间甚至开发者之间。例如，用户可 munity获取LabVIEW社区创建的数千应用范例和自定义子VI。 ogInputExpressVI的B/AI1(Pin5)连线端写入AItoLEDConverter.vi的 将AItoLEDConverter.vi的LEDValues(Out)连线端写入分支选择结构保存代码，运行VI，将代码部署到NImyRIO前面板上的ManualControl选项卡仍然可以运行。不过，此时当你选择NumericDisy选项卡后，TIPTIP：AItoLEDConverterVIVI（选作）你可以断开USB线连接，此时调动旋钮仍然可以看到数码管变化，说明程序仍在运行，NImyRIOCPU中。之后请重新连好USB线。标练习2c：选做练习（标1实现类似跑马灯的循环追逐显示效果，在七段数码管的滚动显示用户选择前面板的ChaseSequence选项卡后，该模式2使跑马灯的循环速度可调控3允许用户通过前面板按钮改变跑马灯的方向提你可以用多种方式完成任务，但可以优先考虑使用以下程序框图中的元素。补充资料NImyRIO的接线方法（ConnectorBAI0端口，而我们这个实验中实际是连接的AI1端口）。下图显示了七段数码管的管脚与NImyRIO对应数字I/O线的一种连接方式（不同七段数码管的管脚定义可LabVIEW控制设计与仿真控制设计的完整过程包括了描述物理系统的数学模型、分析模型了解模型动态特征、创建控制器以达到某种动态特性。被控制的物理系统称为被控对象（t）。控制工程师和学生关注控制系统的建模，以获得被控对象的响应。被控对象在复杂程度上跨度很大，从简单的弹簧阻尼系统或阻容（C）电路到复杂的系统。通常习惯以框图形式建模控制系统。可以使用LabVIEW控制设计与仿真模块创建如上图所示控制结构框图。该模块增加了多种功能，可在LabVIEW中直接以不同的方法描述被控对象，包括传递函数和状态空间模型等。LabVIEW控制设计与仿真模块可以帮助你实现被控对象的仿真和控制设计。其中的CtrlandSmultion循环本质上是一个Wile循环，但可在运行控制仿真，包括使用多种OE求解器。在Cotrolandimultion循环中，你可以建立控制算法并导入系统模型。对控制算法的仿真结果满意后，可以删除仿真的被控对象并使用真实的I/O节点取代。这样，就可以在统一的LabVIEW环境下完成控制系统的分析、仿真、部署。可使用LabVIEW仿真控制算法，并基于NImyRIO快速实现。循环速率对于控制应用至关重要。简单控制器只需几十Hz的循环率即可达到需求，更为复杂的控制器则需要代码以上千Hz甚至更高速度运行。运行在NImyRIO上的LabVIEW实时代码能够快速执行，速度比在Windows机器运行更快。练习3a：在开发计算机上的控制系统仿真使用简单一阶传递函数描述RC电路，并创建简单比例积分（PI）控制器，仿真控制RC电路电容两端的电压。目熟悉LabVIEW控制设计与仿真模块，使用传递函数、状态空间保存并关闭所有开启的LabVIEWVI和项目出于时间考虑，程序已经编写了一部分，可以直接打开。选择File»OpenProject，选择计算机中的myRIOWorkshop\Exercises\Exercise3myRIOWorkshop(Exercise3).lvproj。LabVIEWProjectExplorerMyComputerMain(Exercise3).viVIMyComputer，VI将在开发计算机上运行而不是运行在NImyRIO上。为节省时间，简单的PI控制算法已经构建完成。代码的边框为深黑色的是ControlandSimulationLoop。可将其视为可以使用控制设计和仿真编程接口的特殊While循环。如果想要了解，按下<Ctrl-H>打开即使帮助，将鼠标移至感的函数上方。单击 超打开完整的LabVIEW帮助文档控制算法已经完成，接下来就是使用一阶传递函数创建仿真的被控对象RC电路，但对许多其他对象的控制（例如直流马本练习的目标是将一个简单的RC电路建模为一个传递函数。电路输入是这个线路的电压降——下图中的。电路输出是电容电压——下图中 y（t）。下列电路的传递函数是电路中，RC=时间常数=2.5。请在LabVIEW中完成传右键单击，选择ControlDesignandSimulation»Simulation»ContinuousLinearSystems»TransferFunction。参文RC电路传递函数，输入2.5（RC电路时间常数）作为denominatora1的数值。传通过配置窗口也可以定义复杂程度更高的传递函数。可单击 按钮了解配置选项单击OK将求和函数的result连线端写入transferfunctions的输入连线端，模拟RC电路输入电压将传递函数的输出接线端写入BuiltArray函数的第一个输入接线端，代表电容电压仿真被控对象（传递函数）transferfunction的输出接线端连接到VI，切换到前面板，单击运行按钮。程序将在上位机处理器中运行仿真。执行应用时，可改setpointcontrolgain控件的数值。使用最安全的默认增益增加P的值反应会更快，但会不稳定性和震荡增加I的值能减少稳定状态误差，但会增加过冲和建立时间。练习3b：在NImyRIO的实时处理器上执行仿真代码将控制系统和仿真代码部NImyRIO上，从而获得更好的时间确定目将LabVIEW代码从开发上位机移植到嵌入式对象，你将看到这保存Main(Exercise3).vimyRIOWorkshop(Exercise3)MainExercise3).viMyComputerNImyRIOMain(Exercise3).viMyComputerNImyRIO(xxx.xx.xx.x)这个对象下。随后再次双击Main(Exercise3).vi打开。无需对程序做任何修改，单击运行按钮，程序就会部署到NImyRIO的实时处理器上执行。在这个过程中会弹出一个窗口显示部署进度。部署完成后，代码就已经是在NImyRIO处理器上运行了。仍然可以像上一个练习中一样改变参数观察响应。停止VI，保持开启状态，为下一个练习留用练习3c：从纯软件仿真到控制真实系统基于NImyRIO，你可以轻松获得真实世界的I/O，并将控制算法在实时处理器上运行，从而快速构建嵌入式控制系统。本练习中，将用真实RC电路替换仿真的被控对象，同时将setpoint控件从软件面板控制改为通过真实硬件输出。目积累操作NImyRIO上的实际I/O经验，了解使用LabVIEW如何简化从仿真到实现的过程。将SetPoint旋钮控件从前面板移除，添加模拟输入函数后重新放置，即可使用电位计控制期望的电路电压输出值。具体步骤如下：切换Main(Exercise3).vi的结构框SetPoint输入控件的终端。请注意留下的断线。断线表示代码有错误，现在是因为没在空白处单击右键，选择 ogIn ogIn函数放入Control&SimulationLoop中（原来SetPoint输入控件终端的位单击Channel下拉菜单，选择B/AI1(Pin5)。选择这个通道是因为我们希望用电位计的输入代替原来SetPoint输入控件的输入，而在硬件上我们是把电位计的输出连接到NImyRIOB端口的AI1输入。单击OK ogInputExpressVI的B/AI1(Pin5)输出与断线相连。断线变回实线，说明错误切换回前面板，单击运行按钮。使用外接电路板上的电位计控制仿真C电路的stit（其实就是期望的电容电压），完成后停止VI。不过注意，此时虽然我们的Stpit是通过电位计硬件控制的，但被控对象本身还是仿真的一阶模型。本练习的最后一步是用真实RC电路替换仿真的被控对象（RC电路的传递函数模型）NImyRIO的AO和AI通道分别连接真实RC电路的输入和输出。具体做法如下切换到程序框图TIP：LabVIEW的快捷键可以帮你在程序框图中扩大空间距离。在程序框图内需要扩大距离的地方 ogIn和 ogOut函数替换transferfunction，需要在程序框图中增加相应函数，因此需要重新排列已有代码，具体来说就是增加方形求和模块和transferfunction中间的TIP：LabVIEW的快捷键可以帮你在程序框图中扩大空间距离。在程序框图内需要扩大距离的地方TransferFunction在空白处单击右键，选择 ogOut将函数放到方形求和函数右在弹出的配置窗口中，单击Channel下拉菜单选择B/AO0(Pin2)。选择这个通道是因为在我们的实际硬件上，是把NImyRIOBAO0RC电路的输入。单击OK将方形求和框图的输出端连接 ogOutputExpressVI的B/AO0(Pin2)现在你的程序已经可以通过模拟输出端口发送控制电压RC电路。最后，需要通过检测电容两端的电在空白处单击右键，选择 ogIn ogIn函数放置 ogOutputExpressVI的右侧ChannelB/AI0(Pin3)。选择这个通道是因为在我们的实际硬件上，是将RC电路的输出（即电容与电阻的联接点电压）连接到NImyRIOB端口的AI0通道了。单击OK ogInputExpressVI的B/AI0(Pin3)接线端与当前的断线连接，此断线同时连接IndexArray函数的第一个输入和圆形求和函数的减号输入端。完成代码后，保存VI转换到前面板，将以下数值输入到GontrolGains控件单击运行按钮。尝试旋转调节电位计，改 Setpoint，观察电容电压的变化尝试改变PI参数，查看控制效果的变化现在，你实际已经是在控制一个真实的被控对象——外接电路板上的简单RC电路，并且控制算法是完全执行在NImyRIO的板载实时处理器上，在上位机上运行的前面板只是负责通过的网络传输机制把PI控制参数传给实时处理器，并把到的Setpoint信息和实际的电容电压信息从NImyRIO的实时处理器再练习3d：扩展练习如果提前完成了之前的练习，可尝试修改代码，在同一张波形图表上同步显示仿真被控对象和真实被控对象的反馈输出。现场可编程门阵列FPGA上运行的任务可以做到真正独立并行运行，具有高度确定性。确定性在控制、机器人和其他机械电子学应用中十分重要。例如，典型的FPGA系统对于数字输入的响应可以低于25ns[40MHz]甚至更快。LabVIEWFPGA模块，FPGA编程过程完全图形化。可以在LabVIEW中使用LabVIEWFPGA模块的相关面板来完成你的FPGA设计。LabVIEW自动生成Xilinx编译器需要的VHDL中间文件、启动编译器并完成编译。编译会生成bit流文件，自动到FPGA闪存，在运行时。FPGA运行时，二进制文件并按照bit流文件对FPGA上的逻辑和功能进行配置。练习4：查看NImyRIOFPGA默认的配置信息使用自定义FPGA项目模板创建一个新的NImyRIO项目。探索默认FPGA配置信息，思考针对你的应用是否需要修改该配置以及目了解LabVIEWFPGA编程思考FPGA技术是否会在你的应用中有用LabVIEWGettingStartedCreateProject在CreateProject窗口左侧的列表中，选择Temtes下面的myRIO然后在窗口右侧列表中，选myRIOCustomFPGAProject。CustomFPGAProject下方说明MoreInformation中讲解了如何设置项目Workshop\Exercises\Exercise4。选择通过USB连接NImyRIO。点击Finish创建项目LabVIEWProjectExplorer加载新项目时，MyComputermyRIO-1900xxx.xx.xx.x)作为对象出NImyRIO对象后，可查看新出现的”Chassis”FPGANImyRIO板上，FPGAChassis下面。FPGA的重要作用是处NImyRIO上所I/O，可以Project中找到这I/O。FPGA下面I/O被组织为文件夹的形式，告诉了用户每一个I/O节点在真实物理设备上的对应位置。两个MXP接口、一个MSP接口、板载I/O均有独立文件夹。文件夹再下一级又按照I/O类（数字/模拟）和I/O的物理分段来划分为子文件夹。可将这I/O项拖FPGAVI中，从而对这I/O进行读/写操作。可以从实时处理上运行RTVI对FPGAVI前面板上的输入控件和显示控件进行读写操作。myRIO-1900CustomizedFPGA.viFPGA研读代码FPGAVI，即这些代码的最终执行FPGA（代码最终将被编译成bit流文件FPGA进行配置），因此LabVIEW会根据这一特VI中的函数和数据类型。你可以选FPGAVI或修改默认提供的FPGAVI。模板中所默认提供的FPGAVI主要处理FPGAI/O数据，并准备好将这些数据传送到Real-TimeVI（在ARM处理器上运行）。默认的FPGAVI可以处理MXP接口和MSP接口的所有输入和输出，包括 I2C，SPI和正交编I/O。一般情况下，使用默认的FGA配置就可以满足项目需求。为了简化项目开发，只需要开发运行于AM处理器上的Rel-TmeHostI，以及在有需要时开发运行在上位机上的WindowsVI。此时可以通过普通的myIOrjct来创建项目。然而，针对一些特殊需要，也可以用本节中所提到的方法来创建自定义FGA项目，这样就可以利用自定义FPGAI所带来的灵活性、时间确定性、协处理等优势。关于LbVIEWFPGA开发的内容，可参考NI提供的相关资料。相关资源和下一步NImyRIO中NImyRIO是NI针对高校教学应用推出的嵌入式创新实验与项目开发平台.NImyRIO基于XilinxZynq技术,集成了双核ARM和FPGA,使学生可以通过LabVIEW图形化编程方式在很短时间内快速实现系统级本课程通过若干短myRIO的基本使用，包括软件安装、基本嵌入式应用开发、I/O资源、使用WiFi功能、通过USB图像和机器视觉应用开发等.本课程主要侧重myRIO硬件本身的使用和