虚拟仪器软件LabVIEW.ppt

1、计算机测控系统,李江全,石河子大学机电学院电气工程系 2009年11月, 虚拟仪器软件LabVIEW,虚拟仪器概述,虚拟仪器发展,National Instrument公司提出的计算机虚拟仪器,虚拟仪器 Virtual Instrument 简称VI,虚拟仪器的概念1 ：,用软件构造的，“看得见、摸不着、断电即逝”，既是PC机又是仪器的“仪器”又称为“虚拟仪器”。 包含实际仪器使用、操作信息的软件与PC机结合构成的仪器，就称之为虚拟仪器。 或者说，虚拟仪器是指具有虚拟仪器面板的PC机仪器，它由PC机、一系列功能化硬件模块和控制软件组成。,虚拟仪器的概念2：,虚拟仪器就是以通用计算机为核心的硬件

2、平台上，由用户设计定义、具有虚拟面板、测试功能有测试软件实现的一种计算机仪器系统。,PC机仪器板卡应用软件构成计算机虚拟仪器,虚拟仪器采用计算机开放体系结构来取代传统的单机测量仪器,虚拟含义两方面 一方面：虚拟仪器的面板是虚拟的; 另一方面：虚拟仪器测量功能由软件编程来实现的。,计算机就是仪器，软件就是仪器,虚拟仪器工作原理,利用PC显示器（CRT）的显示功能模拟传统仪器的控制面板 以各种形式输出检测结果 由I/O接口设备完成信号的采集、测量与调理 用软件实现信号数据的运算、分析、处理,虚拟仪器的特点,1）软件是虚拟仪器的核心,虚拟仪器的硬件确立后，它的功能主要是通过软件来实现的，软件在虚拟仪

3、器中具有重要的地位。美国国家仪器公司（NI）就曾提出一个著名的口号：“软件就是仪器”。,2）虚拟仪器的性价比高,一方面，虚拟仪器能同时对多个参数进行实时高效的测量，同时，由于信号的传送和数据的处理几乎都是靠数字信号或软件来实现的，所以还大大降低了环境干扰和系统误差的影响。 另一方面，用户也可以随时根据需要调整虚拟仪器的功能，这缩短了仪器在改变测量对象时的更新周期。此外，采用虚拟仪器还可以减少测试系统的硬件环节，从而降低系统的开发成本和维护成本，因此，使用虚拟仪器比传统仪器更经济。,3）虚拟仪器的出现缩小了仪器厂商与用户之间的距离,虚拟仪器使得用户能够根据自已的需要定义仪器功能，而不像传统仪器那

4、样，受到仪器厂商的限制，出现厂商提供的仪器功能与用户要求不相符合的情况。利用虚拟仪器，用户可以组建更好的测试系统，并且更容易增强系统的功能。由于PC机能提供远胜于仪器内部的处理能力，因此，借助于一台通用数据采集系统（或板卡），用户就可以通过软件构造几乎任意功能的仪器。,4）虚拟仪器具有良好的人机界面,在虚拟仪器中，测量结果是通过软件在计算机显示器上生成的，与传统仪器面板相似的图形界面由软面板来实现。因此，用户可根据自己的爱好，通过编制软件来定义他所喜爱的面板形式。,5）扩展性强 NI的软、硬件工具使得工程师和科学家不再局限于当前的技术。得益于NI软件的灵活性，只需更新用户的计算机或测量硬件，就

5、能以最少的硬件投资和极少的、甚至无需软件上的升级即可改进用户的整个系统。在利用最新科技的时候，用户可以把它们集成到现有的测量设备，最终以较少的成本加速产品上市的时间。,6）虚拟仪器具有和其它设备互联的能力,如和VXI总线或现场总线等的接口能力。此外，还可以将虚拟仪器接入网络，如Internet等，以实现对现场生产的监控和管理。,7）虚拟仪器的软、硬件都具有开放性、模块化、可重复使用及互换性等特点。因此，用户可以根据自己的需要灵活组合，大大提高了使用效率，减少了投资。,在通用硬件平台上，软件取代传统仪器的硬件实现仪器的功能 用户根据需要由应用软件来定义仪器的功能，而不是厂家定义 提高仪器性能或构

6、造新仪器功能，由用户通过改变软件来实现 研制周期较传统仪器大为缩短 虚拟仪器采用计算机开放体系结构来取代传统的单机测量仪器 虚拟仪器开放、灵活、可与计算机同步发展，可与网络及其它周边设备互联 “虚拟仪器的关键是软件软件即仪器”,虚拟仪器与传统仪器的区别,虚拟仪器由仪器物理硬件、硬件接口和计算机上运行的虚拟仪器软件三部分构成，如图4-7所示。虚拟仪器的软件是核心、关键部分，用于实现对仪器硬件通信和控制，对信号进行分析处理，对结果表达和输出。,虚拟仪器的基本结构,硬件功能模块构成方式,VXI系统：是以VXI标准总线仪器为计算机为硬件平台组成的测试系统。 串口系统：是以RS232标准串行总线仪器与计

7、算机为硬件平台组成的测试系统。 现场总线系统：是以FieldBus标准总线仪器与计算机为硬件平台组成的测试系统,DAQ卡与计算机及软件组成虚拟测试仪器的一般方式如图,PC-DAQ测试系统：是以数据采集卡、信调理电路及计算机为仪器硬件平台组成的测试系统,GPIB系统：是以GPIB标准总线仪器与计算机为硬件平台组成的测试系统。,利用GPIB设备与计算机组成的虚拟仪器系统一般有串行联接(如下图(a)所示)、星型联接(如下图(b)所示)和混合联接三种方法。,(a) GPIB设备的串行连接,(b) GPIB设备的并行连接,虚拟仪器的软件,在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是解决信号的输入输出问题的方法和软件赖以

8、生存、运行的物理环境，软件才是整个仪器的核心构件，任何使用者只要通过调整或修改仪器的软件，便可方便地改变和增减仪器的功能和规模，甚至仪器的性质。在很大程度上，虚拟仪器系统能否成功地运行，就取决于虚拟仪器的软件。 虚拟仪器的软件可以分为几个层次，其中包括仪器驱动程序、应用程序和软面板程序。,虚拟仪器软件结构 应用软件 包括 两方面程序 实现虚拟面板功能的前面板软件程序 定义测试功能的流程图软件程序 I/O接口仪器驱动程序 功能：完成特定外部硬件设备的扩展、驱动与通信,信号分析模块：功能主要是完成各种数学运算,虚拟仪器软件的典型单元模块 虚拟仪器的核心是软件，其软件模块主要由硬件板卡驱动模块，信号

9、分析模块和仪器表头显示模块三类软件模块组成,硬件板卡驱动模块：通常由硬件板卡制造商提供，直接在其提供的DLL或ActiveX基础上开发就可以了,仪器表头显示模块 ：仪表显示常用的软件仪表盘显示模块,虚拟仪器的软件开发平台目前主要有两类： 第一类是基于传统语言的C、Visual Bsaic、Visual C+、Delph等,第二类是基于图形组态和编程的图形组态软件，如HP公司的VEE、HEM公司的Snap-Master、IOtech公司的Dasylab、等,美国国家仪器公司（NI）作为测试领域最知名的公司之一，LabWindowsCVI和LabVIEW是其推出的两款专业测试软件开发平台。,Lab

10、view开发的温度测量仪的前面板图和Diagram 连线图,Dasylab Windows、DIRECT VIEW for WINDOWS、和Process Control Software for Windows等针对测控领域的虚拟仪器软件,虚拟仪器软件 LabVIEW,LabVIEW的特点：,1）图形化编程环境 2）可重用性高 3）开发功能高效、通用 4）支持多种仪器和数采硬件的驱动 5）查错、调试能力强大,LabVIEW的操作步骤参见配套光盘： 视频教学第2章 LabVIEW程序设 计基础 2.4 LabVIEW程序设计步骤.exe,LabVIEW与串口通信,LabVIEW串口通信功能模

11、块 在LabVIEW8.2中函数模板的Instrument I/O 子模板中的Serial子模板内包含进行串口通信操作的一些功能模块，如图所示。,LabVIEW串口通信步骤,1）VISA Configure Serial Port模块： 功能：从指定的仪器中读取信息，对串口进行初始化,可设置串口的波特率、数据位、停止位、校验位、缓存大小及流量控制等参数。 输入端口参数设置： VISA resource name：指定要打开的资源，即设置串口号；baud rate：设置波特率（默认值为9600）；data bits：设置数据位（默认值为8）；stop bits：设置停止位（默认值为1位）；par

12、ity：设置奇偶校验位（默认为0，即无校验）。,2）VISA Write模块： 功能：将输出缓冲区中的数据发送到指定的串口。 输入端口参数设置：VISA resource name：串口设备资源名，即设置串口号；write buffer：写入串口缓冲区的字符。 输出端口参数设置：return count，实际写入数据的字节数。 3）VISA Read模块： 功能：将指定的串口接收缓冲区中的数据按指定字节数读取到计算机内存中。 输入端口参数设置：VISA resource name：串口设备资源名，即设置串口号；byte count：要读取的字节数。 输出端口参数设置：read buffer：从

13、串口读到的字符；return count，实际读取到数据的字节数。,4）VISA Bytes at Serial Port模块： 功能：返回指定串口的接收缓冲区中的数据字节数。 输入端口参数设置：reference：串口设备资源名，即设置串口号。 输出端口参数设置：Number of Bytes at serial port：存放接收到的数据字节数；error code：显示错误代码。 在使用VISA Read模块读串口前，先用VISA Bytes at Serial Port模块检测当前串口输入缓冲区中已存的字节数，然后由此指定VISA Read模块从串口输入缓冲中读出的字节数，可以保证一次

14、就将串口输入缓冲区中的数据全部读出。,5）VISA Close模块： 功能：结束与指定的串口资源之间的会话，即关闭串口资源。 输入端口参数设置：VISA resource name：串口设备资源名，即设置串口号。 输出端口参数设置：error code：显示错误代码。 6）VISA Serial Break模块： 功能：向指定的串口发送一个暂停信号。 输入端口参数设置：VISA resource name：串口设备资源名，即设置串口号。 输出端口参数设置：error code：显示错误代码。,7）其他 VISA Set I/O Buffer Size设置指定的串口的输入输出缓冲区大小。 VIS

15、A Flush I/O Buffer清空指定的串口的输入输出缓冲区。 与串口操作有关的所有函数均要提供串口资源（VISA resource name），该控件位于控制模板中的I/O子模板中，如图所示。 将该控件添加到前面板中，可以用工具点击控件右侧的下拉箭头选择串口资源名（即串口号）。,LabVIEW与数据采集,基于LabVIEW的数据采集系统：,虚拟仪器的硬件平台由计算机和其I/O接口设备两部分组成。I/O接口设备主要执行信号的输入、数据采集、放大、模/数转换等任务。根据I/O接口设备总线类型的不同，虚拟仪器的构成方式主要有五种：PC-DAQ/PCI插卡式虚拟仪器系统、GPIB虚拟仪器测试系

16、统、VXI总线虚拟仪器测试系统、串口总线虚拟仪器测试系统和PXI总线虚拟仪器测试系统。 在上述五种虚拟仪器系统中，PC-DAQ/PCI插卡式虚拟仪器系统是虚拟仪器最基本最廉价的构成形式，图4-11是它的系统应用示意图。,LabVIEW 8.2为用户提供了多种用于数据采集的函数、VIs和Express VIs。这些函数、VIs和Express VIs大体可以分为两类，一类是Traditional DAQ VIs，另外一类是操作更为简便的NI-DAQmx，这些组件主要位于函数模板中的Measurement I/O和Instrument I/O子模板中，分别如图1和图2所示。,图1 Measurement I/O子模板,图2 Instrument I/O子模板,其中最为常用的模板是位于Measurement I/O子模板中的Data Acquisition子模板，如图所示。,Data Acquisi