《虚拟仪器程序设计及应用》实验

《虚拟仪器程序设计及应用》实验

指导书

目录

实验1熟悉LabVIEW编程环境

实验1-1LabVIEW的基本操

作................................................1

实验2控件与程序框图应用

实验2T虚拟仪器前面板的设

计..............................................5

实验2-2编写简单的LabVIEW程

序............................................6

实验3子VI程序设计及调试程序技巧

实验3-1创建子程

序8

实验3-2子程序的调

用....................................................10

实验4程序结构（1）

实验4T使用for循环结

构................................................14

实验4-2使用while循环结

构..............................................16

实验5程序结构（2）

实验57使用条件结

构......................................................18

实验5-2使用顺序结

构......................................................19

实验5-3使用事件结

构......................................................20

实验6数据的表达与图形显示

实验6-1WaveformGraph的应

用..............................................23

实验6-2比较WaveformChart和Waveform

Graph..............................24

实验6-3使用XYGraph显示图

形............................................26

实验6-4公式节点及图形显

示................................................27

实验6-5虚拟信号发生

器....................................................28

实验7应用程序

实验7-1控制仿真

实验7-2数制变换及计数仿真

实验7-3频率响应函数与数字滤波实

验........................................35

实验1熟悉LabVIEW编程环境

实验1-1LabVIEW的基本操作

目的：创建一个VI程序，完成两个数加、减、乘、除法的运算功能。

在数值输入控件中输入两个操作数A和B,运行程序计算出这两个数的加、

减、乘、除法运算结果，并且显示到相应的数值显示控件中。

实验步骤：

前面板

1.打开LabVIEW,点击New…按钮，再选择BlanckVI并确定，新建一空白

VI<,

2.在前面板上单击鼠标右键，从打开的控件旗板中选择数值输入控件，并放

置在前面板上。

3.鼠标左键双击该控件上方的标签

Jo

,待标签处于可改写状态时，将标签箜为“A"o

4.重复上面2,3的步骤，建立另一个数值输入控件并改名为“B”。

5.建立4个数值显示控件，分别用来显示加、减、乘、除的运算结果。该控

件位置见下图:

6.将前面板上所有控件按图对齐排列，完成后的前面板如下图。

框图程序

1.从Windows菜单下选择ShowDiagram功能打开框图程序窗口。

2.将图标按图示进行排列。

3.点击框图程序窗口的空白处，弹出功能模板，从弹出的菜单中选择所需的

对象放置到框图中。本程序用到下面的对象：

加运算节点、减运算节点、乘运算节点、除运算节点。

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4.将所有对象用连线连接起来，完成后的程序框图如下。

运行、测试程序

1.选择前面板窗口，使之变成当前窗口。在数值输入控件A和B中各输入

一各数值，然后单击工具栏上运行按钮

运行VI程序，观察运算结果。修改A和B的值，再次运行程序。

2.点击连续运行按钮

,便程序运行于连续运行模式。此时修改A、B的值，则立即会运算出相应的结

果。

3.再点击连续运行按钮，关闭连续运行模式。

4.文件命名为Computer.Vi并保存。

实验2控件与程序框图应用

实验2-1虚拟仪器前面板的设计

目的：掌握虚拟仪器前面板的设计。

通过此实验熟悉常用控件的取用，对其进行简单设置以及界面布局。

实验步骤；

QM»NltC«fiKMH«.viFrontP»ol.

匕1・Qp«r«t«lr*vs«lirric*M«1F

刖面板

1.最终完成的界面如上图。从控件模板中找到各个控件，并放置到前面板

2.对各个控件外观、类型和行为进行设置，设置结果如图所示。

调节步长：修改其刻度颜色、标度数值颜色；

设定高度：显示数值显示框；

实际液位：显示数值显示框；

压力：增加指针，并修改刻度颜色，显示指针数值；

温度：显示数值显示框；

液位超标：为一LED控件。当为True时，显示绿色；当为False时，显示红

色；

3.将第一行5个控件顶端对齐，水平中心分布，并组合在一起。

4.将左下角3个控件左对齐，垂直中心分布，并组合在一起。

5.将这两组控件和图像显示件组合在一起并锁定。

6.文件命名为FrontPancl.Vi并保存。

实验2-2编写简单的LabVIEW程序

目的：编写程序，实现将一华氏温度(F)转换成摄氏温度(C)的功能。

已知摄氏温度与华氏温度的关系C=5(F—32)/9。

实验步骤：

前面板:

1.程序界面如上图，放置一数值输入控件和一温度计显示件，然后再放置一

个STOP按钮。

2.如图修改设置各控件的数值范围，并显示各控件的数值显示框。

框图程序：

程序框图如上图。注意将STOP按钮同While循环的控制端口相连接。

运行、测试程序

1.单击工具栏上运行按钮

运行VI程序，更改数值输入控件的值，观察程序运行的情况。

2.文件命名为F2C.Vi并保存。

实验3子VI程序设计及调试程序技巧

实验3-1创建子程序

目的：创建一个VI程序，以便以后作为子VI程序使用。

创建一个VI程序模拟温度测量，也可以用摄氏温度来代替华氏温度显示。

本程序用软件代替了DAQ数据采集卡。使用RandomNumber来仿真电压的测

量值，然后转换成摄氏或华氏温度读数。

前面板：

1.用File菜单的New选项打开一个新的前面板窗口。

2.把温度计指示部件放入前面板窗口。

在前面板窗口的空白处点击鼠标键，然后从弹出的Numeric子模板中选择

Thermometero

在高亮的文本框中输入“温度计”，再点击鼠标键按钮。

3.在前面板窗口中放入竖直开关控制。

在面板窗口的空白处点击鼠标键，然后弹出的Boolean子模板中选择

VerticalSlideSwitch,在文本框中输入“温度值单位”，再点击鼠标键或者工具

栏中的“按钮。

使用标签工具

，在开关的“条件真”（true）位置旁边输入自由标签“摄氏”，再在“条件假”

（false）位置旁边输入自由标签“华氏”。

框图程序：

1.从Windows菜单下选择ShowDiagram功能打开框图程序窗口。

2.点击框图程序窗口的空白处，弹出功能模板，从弹出的菜单中选择所需

的对象。本程序用到下面的对象：

RandomNumber（随机数）。在本例中，模拟从DAQ卡读取0-IV电压值。

Multiply（乘法）功能（Programming>Numeric子模板）。在本例中,将读

取电压值乘以100.00,以获得华氏温度。

Subtract（减法）功能（Programming>Numeric子模板）。在本例中，从华

氏温度中减去32.0,以转换成摄氏温度。

Divide（除法）功能（Programming>Numeric子模板）。在本例中，把相减

的结果除以1.8以转换成摄氏温度。

Select（选择）功能（Programming>Comparison子模板）。取决于温标选择

开关的值。该功能输出华氏温度（当选择开关为false）或者摄氏温度（选择开关

为True）数值。

3.使用移位工具（Positioningtool）,把图标移至图示的位置，再用连

线工具连接起来。

4.选择前面板窗口，使之变成当前窗口，并运行VI程序。点击连续运行按

钮

，便程序运行于连续运行模式。

5.再点击连续运行按钮，关闭连续运行模式。

6.创建图标Temp：

此图标可以将现程序作为子程序在其他程序中调用。创建方法如下：

在面板窗口的右上角的图标框中点击鼠标，从弹出菜单中选择EditIcon功

能。

双点选择工具，并按下Delete键，消除缺省的图标图案。

用画图工具画出温度计的图标。

使用文本工具写入文字，双击文本工具把字体换成SmallFonto

当图标创建完成后，点击OK以关闭图标编辑。生成的图标在面板窗口的右上

角。

7.创建联接器端口:

点击右上角的图标面板，从弹出菜单中选择ShowConnector功能。LabVIEW

将会根据控制和显示的数量选择一种联接器端口模式。在本例中，只有两个端口，

一个是竖直开关，另一个是温度指示。

把联接器端口定义给开关和温度指示。

使用连线工具，在左边的联接器端口框内按鼠标键，则端口将会变黑。再点

击开关控制件，一个闪烁的虚线框将包围住该开关。

现在再点击右边的联接器端口框，使它变黑。再点击温度指示部件，一个闪

烁的虚线框将包围住温度指示部件，这即表示着右边的联接器端口对应温度指示部

件的数据输入。

8.文件命名为Thermometer.Vi并保存。

实验3-2子程序的调用

目的：使用一个条件循环结构和一个被测波形图表实时地采集数据。

创建一个VI程序，进行温度测量，并把结果在波形图表上显示。该VI程序

使用我们前面创建的温度计程序（Thermometer.VI）作为子程序。

前面板:

温度历史趋势

Enabel

OFF

温度值单位

打开一个新的前面板窗口，在里面放一个开关（在Boolean逻辑部件子模

板），给该开关标注为“Enable"。你可以用该开关来开始/停止数据采集。

1.在前面板内再放置一个趋势图（Graph子模板中的WaveformChart）,标

注为“温度历史趋势”。该图表将实时地显示温度值。

2.由于趋势图将它的图标注解plot自动地标注为“plot0”，用标注工具

将其重新标注为“Temp”。

3.因为趋势图用于显示室内温度，需要对它的标尺进行重新定标。将Y轴的

最大值改为“90”,而将最小值改为“20”。

4.此时暂时不要创建模式转换开关，我们将从框图程序窗口创建前面板的部

件。

框图程序:

1.打开框图程序窗口。

2.从结构(Structures)工具模板选择条件循环结构“WhileLoop”放入框

图程序窗口，调整该条件循环框的大小，把先前从前面板创建的两个节点放入循环

框内。

3.放入其它的框图程序对象。ThermometerVT,这个VI程序是你在上个练

习中创建的(从SelectaVI…子模板)。

4.按照上图的框图程序连好线。

5.创建“温度值单位”开关。把连线工具放在ThermometerVI的“温度值

单位”输入端口上，按鼠标右键并选择CreatControl,这样就可以自动创建“温

度值单位”转换开关，并将它与ThermometerVI子程序相连线，再转换到前面板

窗口，将“温度值单位”开关的位置重新调整。

6.在前面板窗口，使用标注工具，为“温度值单位”创建“摄氏”、“华

氏”标签。

7.运行程序。耍停止数据采集，点击Enable开关，使其状态变为OFF,循

环结束。

8.修改Enable开关缺省设置，使你运行VI程序时不必每次打开该开关。

若程序在运行状态，则关闭程序运行。

把开关设置为ON状态。

点击开关，从弹出菜单中选择DataOperations>MakeCurrentValue

Default选项，这将使ON状态变为缺省值。

再点击开关，从弹出菜单中选择MechanicalAction>LatchWhenPressed选

项。

9.运行该程序,观察Enable开关的变化。

10.如图所示，使VI程序采样间隔为500毫秒。

11.使用Time&Dialog子模板中的WaitUntilNextmsMultiple功能,

再加上时间常数NumericConstant,把它设置为500。

12.运行上述程序，试用不同的时间间隔值。

13.关闭并保存上述程序，文件名为TemperatureMonitor.vi

实验3-3程序调试技巧

目的：使用LabVIEW内置调试工具。

加载一个断开的VI,并纠正错误。使用单步执行和高亮显示执行过程分步执

行VI。

1.打开和检查调试练习.vi。

这时出现以下的前面板:

AiA迷缘FrontPanel口同国

Eil«EditYE>r«j«cta«r2'XRsXaUc«4Ip

注意：工具栏上的运行按钮将显示为断开，提示该VI已断开，无法运行。

2.显示并检查调试练习.vi的程序框图。

3.找出并修改每一个错误。

单击断开的运行按钮，打开错误列表窗口，该窗口列出了所有错误。

在错误列表窗口中选择一个错误说明。详细信息描述了错误信息，有时还会

建议如何纠正错误。

单击帮助按钮，可显示LabVIEW帮助中对错误的详细描述和纠正错误步骤的

相关主题。

单击显示错误按钮或双击错误描述，可高亮显示程序框图或前面板中包含错

误的区域。

4.诜择文件》保存保存VI。

5.单击前面板或选择窗口》显示前面板，打开VI的前面板。

6.单击运行按钮。

7.选择窗口》显示程序框图，打开程序框图。

8.通过程序框图可以观察到数据的流动情况。

单击工具栏上的高亮显示执行过程按钮

,启用高亮显示执行过程。

单击单步步入按钮

■

,开始单步执行。高亮显示执行过程通过沿连线移动的圆点，显示数据在程序框图

上从一个节点移动到另一个节点的过程。闪烁的节点表示已经准备好开始执行。

在每一个节点后单击单步步过按钮

，单步执行整个程序框图。每次单击单步步过按钮，当前节点就会执行，并在下一

个节点处暂停。

单步执行VI时，数据会显示在前面板上。

当闪烁边界出现在整个程序框图的周围时，单击单步步出按钮

,可停止单步执行调试练习.vi。

9.单步执行VI和其子VI。

单击单步步入按钮，开始单步执行。

调试练习子程序.vi闪烁时，单击单步步入按钮，注意子VI上的运行按钮

单击调试练习.vi的程序框图，在该框图的子VI图标上会出现一个绿色的符

合，提示子VI正在运行。

单击单步步出按钮两次，完成单步执行子VI程序框图，主程序的框图处于活

动状态。

单击单步步出按钮，结束单步执行。

10.VI运行时，使用探针检查连线上的中间值。

使用探针工具

单击任意连线。显示探针窗口。

LabVIEW将自动计算探针窗口数，并在单击的连线上的符号中显示相同的

值。

再次单步执行VI。探针窗口会显示经过连线的数据。

11.在程序框图上放置断点，以便在该位国中止执行。

使用断点工具

■

单击节点或连线。在程序框图上放置一个断点，程序框图会在所有节点执行后暂停

执行。

单击运行按钮，运行VI。程序执行到一个断点时，VI将暂停执行，同时工具

栏上的暂停按钮

将显示为红色。

单击继续按钮，继续运行到下一个断点处或直到VI运行结束。

使用断点工具单击设置的断点，并删除它。

12.单击高亮显示执行过程按钮，禁止执行过程高亮显示。

13.选择文件》关闭，关闭VI和所有打开的窗口。

实验4程序结构（1）

实验4-1使用for循环结构

目的：学习使用砧r循环结构.

使用3种编程算法，计算0到99之间所有偶数的和。

前面板:

1.放置三个数值显示件。

2.将三个数值显示件分别命名为计算方法1、2、3o

框图程序:

1.按图示分别完成三种算法的程序框图，掌握移位寄存器的使用，并注意编

程同时分析比较三种算法。

2.计算方法3中使用了函数Quotient&Remainder,其功能是求输入两数

的余数，在此用作计算循环变量i与2的余数是否为0（即判断i是否为偶数）。

3.将程序命名为ForLoop.vi,并保存。

【练习与思考】：

用For循环产生4行100列的二维数组，数组成员如下：

1,2,3........100

100,99,981

6,7,8105

105,104,103...6

从这个数组中提取出2行50列的二维数组，数组成员如下:

50,59,48...1

56,57,58...105

将这两个数组用数组显示件显示在前面板上。

实验4-2使用while循环结构

目的：学习使用while循环结构。

用while循环，实现输入数N,计算N!。

前面板：

如上图完成前面板并给控件命名。

框图程序:

1.按图示分别完成程序框图，掌握反馈节点的应用。

2.将程序命名为WhileLoop.vi,并保存。

实验5程序结构（2）

实验5-1使用条件结构

目的：学习使用条件结构（Cas。Structure）。

建立程序以检测温度是否超出范围，当温度超出上限时或下限时，前面板上

的报警LED将点亮，并显示当前的温度状态为“温度过高”或“温度过低”。在范

围内时温度状态为“温度正常”。

前面板：

1.使用WaveformChart显示实时温度和上、下限值。并且如图进行配置。

2.添加两个数值输入件，作为“温度上限”、“温度下限”的输入。

3.添加一个LED显示件，作为报警指示。报警时为红色，正常时为绿色。

4.添加文本显示件，命名为“当前温度状态”。

温度上限温度下限当前温度伏态

§85：,；80溟度过高

温度实时曲线

温度

上陶

下限

框图程序:

1.上图为不完整的程序框图，其中Case结构只给出了True分支。请分析程

序功能，完成未给出的程序实现功能。主要实现温度值与上下限的比较，然后输出

“温度过高”，“温度过低”，“温度正常”的状态文本，实现对“报警”指示灯

的控制。

2.将程序重新命名为TemperatureControl,vi,并保存起来。

【练习与思考】：

创建一个VI,计算用户输入数值的平方根。如果输入数值是负数，向用户显

示下列信息：错误……负数没有平方根。

实验5-2使用顺序结构

目的：学习使用顺序结构(SequenceStructure),>

用For循环产生一个长度为1000000(1百万)点的随机波形，并计算所用时

间。

前面板:

1.使用WaveformChart显示随机数波形，并且如图进行配置。

2.添加一个数值显示件，命名为“用时”。

夜Sequence.viFrontPanel同回区

EditQpertteloolsJrwieI>ndw

|||12ptCourierNewBaltic▼」回到回四

框图程序:

Sequence.viBlockDiacraa

1.使用顺序结构实现，其中用TickCount函数获得当前时间。

2.试将上图的平铺式顺序结构(FlatSequenceStructure)改为层叠式顺序

结构(SlackedSequenceStructure)0

3.将程序命名为Sequence.vi,并保存起来。

实验5-3使用事件结构

目的：学习使用事件结构(EventStructure)<,

使用事件结构实现对定义事件的响应，并把响应事件在“捕获的事件”字符

串显示件中进行显示说明，若等待超过3秒仍然无事件发生，则显示“3秒等待超

时”。

前面板:

1、添加控件：

（1）字符串控件，命名为“文本框”

（2）开关控件，命名为“开关”

（3）滚动条控件，命名为“滚动条”

（4）字符串显示件，命名为“捕获的事件”

（5）STOP按钮挖件

2、”捕获的事件”上点击鼠标右键，选择

VisibleItems—>Scrollbar,显示滚动条。

框图程序:

1.程序框图采用While循环和事件结构嵌套的结构实现。

2.ConcatenateStrings函数:合成字符串。

3.将事件结构超时等待端口赋值为3000,即等待3秒。

4.编辑事件结构，添加需要响应的事件，总计5个事件，完成后如下图:

-团[[0]Timeout一•IIR

~y[0]TimeoutK

[1]“文本椎"：KeyDown氐

[2]"开关"：ValueChange

||Type|⑶“滚动条"：ValueChange

[4]"stop"：ValueChange

5.对每个事件子框图分别编程。如下列图示:

6.完成程序所有连线，运行程序检测分析程序功能。

7.将程序命名为EventTracking,vi,并保存起来。

实验6数据的表达与图形显示

实验6-1WaveformGraph的应用

目的：学习WaveformGraph节点的用法。

功能描述：见教材P209—214页。以不同参数显示正弦和余弦曲线。

前面板:

WaveformGrtph

075-

4>0.25-

np

~0-

-0.25-

-0.5-

400600

Tine

框图程序:

口国

i.完成程序所有连线，运行程序。

2.按照教材P213—214页的方法将当前显示的波形存储为图片文件。

3.保存为UseWaveformGraph,vi0

实验6-2比较WaveformChart和WaveformGraph

目的：以图表方式显示数据并使用分析功能子程序。

利用Thermometer,vi子程序，在数据采集过程中，实时地显示数据。当采集

过程结束后，在图表上画出数据波形，并算出最大值、最小值和平均值。该练习只

使用华氏温度单位。

前面板:

实时曲线

«*p

n

二

I

d

f

分析曲线

最大值

87.4023

最小值

79.5898

平均值

83.7072

STOP(

1.添加WaveformChart,命名为“实时曲线”；添加WaveformGraph,命

名为“分析曲线”。

2.按照上图添加最大值、最小值、平均值三个数值显示件。

“实时曲线”显示实时采集的数据。采集过程结束后，在“分析曲线”中商

出数据曲线，同时在“最大值”、“最小值”和“平均值”数字显示件中显示出温

度的最大值、最小值和平均值。

求数把量大、

最小值函敷

框图程序:

求平均依函数

1.完成上面的框图程序。使用While循环，且输出端口使用索引功能。

其中：

ArrayMax&Min函数：求数组最大、最小值。

Mean函数：求平均值。

2.程序命名为TemperatureAnalysis,vi并存盘。

【练习与思考】：

在一个Chart中显示3条曲线，分别用红、绿、蓝3种颜色表示范围0〜1、

0〜5和0〜10的3个随机数。

实验6-3使用XYGraph显示图形

目的：了解XYGraph节点的用法。

功能描述：使用XYGraph控件显示两个同心圆，圆半径分别为5和10。

前面板：

(1)前面板设计。

Ontitled1FrontPanel■Six

F>1«Edit0p«r«t6ToolsBrovzaVindovHelp

可回6回12PtApplicationFont

(2)自行设计后面板程序，实现上述功能。

(3)保存为UseXYGraph.vio

实验6-4公式节点及图形显示

目的：学习使用公式节点及图形显示。

功能描述：编写计算以下等式的程序：

yl=x3—x2+5

y2=m*x+b

x的范围是0〜10,输入m,b,yl和y2用数组输出结果，并以图形方式显

示。

前面板:

9。

b

9。

二I

f

完成上面的框图程序。

保存为FormulaVI.vi。

实验6-5虚拟信号发生器

目的：制作一个虚拟正弦波仿真信号发生器。

功能描述：该正弦波仿真信号发生器可产生正弦信号。指标如下:

频率范围：0Hz〜100Hz,可选。

初始相位：0°〜180。，可选。

幅值：0〜5.0V,可选。

前面板:

框图程序:

调整不同数值输入，观察波形变化。文件保存为SinVLvi。

实验7程序应用

实验7-1控制仿真

1.功能描述

简单模拟工业控制过程，以动画形式显示。

2.设计提示

（1）前面板设计。

Enum控件

前面板上放置Enum控件，在该控件中输入4个选择项：准备、加水、加压和加

热。该控件实际用来控制4个Case的选择，进而控制3个指示灯和水罐、压力表

和温度计的自动加1调整。

（2）后面板设计。

左侧的顺序结构用来进行初始化工作，将初值设置为0。右边从Case子框图

见以下4图。

(3)保存为Sim.vi。

实验7-2数制变换及计数仿真

1.功能描述

模拟十进制数到二进制数的转换过程，以LED来模拟各个二进制位，并能以

动画方式模拟计数的过程。

选择手动方式时，将8个LED变成滑动条中数字的二进制(基数2)表示。

例如,如果滑动条设置为数字10(在二进制中表示为00001010:(23)+

(21)),LED的1和3点亮，其他LED为熄灭。

选择自动方式时，滑动条自动进行加1操作，实现0到255的循环计数；同

时8个LED会实时显示滑动条数值所对应二进制数值。当滑动条大于255时，自动

回。并重新由0开始计数。

2.设计提示

(1)前面板设计。

创建前面板，该前面板具有1个开关控件、1个水平滑动条控件和8个LED

指示器。显示滑动条的数字指示器，确保LED均匀分布并且排列在底部。

【提示】可利用对象的复制功能完成8个LED并