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1、虚拟仪器入门基础,By 吕姝慧,2020/9/3,1,目 录,01,02,03,虚拟仪器简介,LabVIEW编程基础,数据采集,2020/9/3,2,01,虚拟仪器简介,2020/9/3,3,什么是LabVIEW ？,2020/9/3,4,LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench, 实验室虚拟仪器工程平台 ) 是美国 NI 公司推出的一种基于图形化编程语言的虚拟仪器软件开发工具。,图形化编程,什么是虚拟仪器？,2020/9/3,6,所谓虚拟仪器, 即是以计算机为基础 ,配以相应测试功能的硬件作为信号输入输出的接口,

2、 完成信号的采集、测量与调理,从而完成各种测试功能的一种计算机化仪器系统。,先来看个小例子：趣味钢琴,02,LabVIEW编程基础,2020/9/3,9,LabVIEW编程环境,LabVIEW 2012启动画面 （演示） 前面板和框图窗口 主菜单栏简介 快捷工具栏简介 LabVIEW的操作模板 工具模板（Tools Palette） 控制模板 ( Controls Palette ) 功能模板 ( Functions Palette ),习题,创建一个 VI 程序，比较两个数, 如果其中一个数大于或等于另一个数，则 LED 点亮。,用两种方法求出N！（for和while循环） 求一个二维数组的

3、各元素之和。 求099之间所有偶数之和,程序结构,循环结构：While循环,For循环,程序结构,移位寄存器,程序结构,顺序结构,程序结构,反馈节点,程序结构,Case结构,程序结构,通知事件,通知（Notify）描述了发生用户动作，例如按下按钮，且LabVIEW已经处理的一类事件 Source=LabVIEW UI Type=Value Change CtlRef（Control Reference）这里是按钮的Reference OldVal和NewVal指示了事件发生前后的控件值,程序结构,过滤事件,过滤（Filter）事件描述了发生的用户动作，并在LabVIEW处理之前反馈给应用程序，

4、程序可以干涉用户动作 在Selector Label中以“？”结尾区分Notify；左右边框均有事件数据节点 Char返回字符的ASCII码 VKey返回按键类型：ASCII或Fn、Up/Down、Ctrl、Shift等 ScanCode返回按键在键盘上的代码 可以修改或者放弃（Discard?）用户动作,程序结构,公式节点,公式节点（Formula Node）允许用户使用类似于多数文本编程语言的语法，编写数学表达式 每个语句须以分号结束，类似C语言 输入输出变量大小写敏感,程序结构,数组、簇和波形,程序结构,初始化数组（Initialize Array）,程序结构,数组大小Array Siz

5、e,程序结构,数组子集（Array Subset）,程序结构,索引数组（Index Array）,程序结构,多态化,程序结构,簇,程序结构,Waveform类型,程序结构,图形显示,Chart是将数据源（例如采集得到的数据）在某一坐标系中，实时、逐点地显示出来，它可以反映被测物理量的变化趋势 Graph则是对已采集数据进行事后处理的结果。它先将被采集数据存放在一个数组之中，然后根据需要组织成所需的图形显示出来。,程序结构,Graph控件,程序结构,Chart的独有控件,滚动条(Scrollbar)它直接对应于显示缓冲器，通过它可以前后观察缓冲器内任何位置的数据。 刷新模式(Update Mod

6、e) Chart提供了三种画面的刷新模式，分别是 Strip Chart Mode（条壮图）：它与纸带式图表记录仪类似。曲线从左到右连续绘制，当新的数据点到达右部边界时，先前的数据点逐次左移。 Scope Chart Mode（示波器模式）：它与示波器类似。曲线从左到右连续绘制，当新的数据点到达右部边界时，清屏刷新，从左边开始新的绘制。它的速度较快。 Sweep Chart Mode（扫描模式）：与示波器模式的不同在于当新的数据点到达右部边界时，不清屏，而是在最左边出现一条垂直扫描线，以它为分界线，将原有曲线逐点向右推，同时在左边画出新的数据点。如此循环下去。 堆叠式图区（Stack Plot

7、s） 在相同的纵坐标下，由于各种测量信号的差异，将几条曲线显示在同一个图区有困难时，可以组织出一种纵坐标相同，而有各自横坐标的堆叠式图区。,程序结构,Chart和Graph的比较,程序结构,XY图形控件（XY Graph）,程序结构,强度图形控件（Intensity Graph）,程序结构,数字波形图控件（Digital Waveform Graph）,程序结构,字符串和文件I/O,组合字符串,程序结构,字符串提取,程序结构,文件I/O,文件输入输出（I/O）：存储数据到磁盘文件中，或从磁盘文件中读取数据 三个步骤：打开或创建、写入或读取、关闭 支持文本字节流、二进制字节流、数据日志（Data

8、log）、TDM（Test Data Exchange Format）、LVM（LabVIEW Measurement）等格式的数据文件 可操作目录 读写配置文件（*.ini）,程序结构,读写普通文件,Open/Create/Replace + Read/Write + Close ASCII文件（*.txt）、二进制文件（*.dat）,程序结构,写文件的例子,程序结构,读出数据,程序结构,读写配置文件,配置（Configuration)文件:*.ini Section（节）、Key（关键词）、Value（值）,程序结构,测试报告,LabVIEW支持生成标准文本格式（Standard Repo

9、rt）和网页格式（HTML）的测试报告 使用LabVIEW Report Generation Toolkit可以生成Word、Excel等格式更为复杂的测试报告,程序结构,数据采集,AC: Alternating Current，交流电流，泛指交流信号。 DC: Direct Current，直流电流，泛指直流信号。 ADC: Analog-to-Digital Conversion，模数变换，有时也表示为A/D。 DAQ: Data Acquisition，数据采集。 DMA: Direct Memory Access，直接内存访问。它允许将采集的数据直接送给计算机的内存，数据传输速率较高

10、。 GPIB: General Purpose Interface Bus，也称为IEEE 488.2总线。它是一种应用最广泛的仪器总线。 SCXI: Signal Conditioning extensions for Instrumention,信号调理器。 VISA: Virtual Instrument Standard Architecture，虚拟仪器软件体系结构。它是控制GPIB、VXI、RS-232和其他类型仪器的接口库。,程序结构,数据采集结构,程序结构,数据采集过程,程序结构,驱动程序,NI硬件与LabVIEW无缝结合，可以通过NI DAQmx、NI Scope、NI Sw

11、itch等API控制硬件设备，LabVIEW提供了丰富完备的函数支持 第三方产商的硬件设备一般通过调用动态链接库（DLL）来访问，LabVIEW提供了Call Library Function Node调用动态链接库,程序结构,调用DLL,程序结构,03,数据采集,2020/9/3,49,数据采集的结构,触发,触发涉及初始化、终止或同步数据采集事件的任何方法 。 触发可分为软件触发和硬件触发，硬件触发又可分为内部触发和外部触发,采样率的选择,采样率决定了模数转换（A/D）的频率,奈奎斯特定理,为了防止发生混频，最低采样频率必须是信号频率的两倍。对于某个给定的采样率，能够正确显示信号而不发生畸变

12、的最大频率叫做奈奎斯特频率，它是采样频率的一半。,USB2002的技术指标,模拟通道输入数： 32路单端/16路双端模拟信号输入 模拟电压输入范围：5V，10V 模拟输入共模电压范围：2V 放大器建立时间：2uS A/D分辨率：14Bit(16384) 非线性误差：1LSB(最大) 转换时间：2.5S 系统测量精度(满量程)：0.1%,采样速率：400K 系统测量精度(满量程)：0.1% 16路数字量输入、16路数字量输出 数字端口满足标准TTL电气特性： 输入TTL电平，吸入电流小于0.5毫安。 输出TTL电平，最大下拉电流20mA,上拉电流2.6毫安。,USB2002的技术指标,数字量输入

13、高电平(即“1”)的最低电压：2V 数字量输入低电平(即“0”)的最高电压：0.8V 数字量输出高电平(即“1”)的最低电压：3.4V 数字量输出低电平(即“0”)的最高电压：0.5V,板卡的信号插座、跳线和数据定义,RP1：程控仪表放大器零点调整电位器 RP2：程控仪表放大器满度调整电位器 XF2、XF3：模拟电压输入单端、双端选择 XF1：模拟电压输入量程选择 XS1: 模拟信号输入连接插座 XS2：开关量输入插座 XS3：开关量输出插座 XS5：计数器输入输出插座 第一个POWER LED:USB2002卡电源指示灯，USB2002与计算机通过USB带缆连接后，此指示灯应亮 第二个POW

14、ER LED：与POWER LED并联联接，当将USB2002放置于机箱内时，可将其电源指示灯移到机箱上 第一个OVERFLOW LED：当USB2002卡上FIFO存储器“全满”指示灯亮时，说明USB2002卡的A/D数据已经溢出 第二个OVERFLOW LED：与第一个并联联结，通过它可以将FIFO存储器“全满”指示灯移到上,XS1的管脚定义,XS2开关量输入的管脚定义,XS3开关量输出的管脚定义,XS5计数器管脚定义,模拟信号输入方式选择,模拟信号输入量程选择,数据格式,数据转换,模拟输入信号的连接方式,采样模式,伪同步采集模式：当由定时器脉冲或外部时钟有效边沿启动后，在板上逻辑的控制下

15、以400KHz的速度，从第首通道FirstChannel开始顺序转换到末通道FirstChannel结束（FirstChannel=LastChannel）。同时转换数据顺序写入FIFO存储器中，转换完后重新进入等待比较长的时间（时间长短由用户设定），等待下一个启动信号，再开始从FirstChannel到LastChannel通道的转换，如此循环下去。,分频器采集模式：也叫连续采集模式当由定时器脉冲或外部时钟有效边沿启动后，AD开始转换当前通道，并且AD在转换时板上逻辑电路自动设置为下一个转换通道，等待下一个有效启动脉冲到来。通道转换顺序为：从首通道FirstChannel开始顺序转换到第末通

16、道LastChannel结束，然后由重新从FirstChannel到LastChannel通道，如此循环直到用户结束转换，（FirstChannel=LastChannel）。AD转换数据顺序写入FIFO寄存器中。,FIFO数据存储,FIFO中的数据按从首通道FirstChannel到末通道LastChannel的采样数据依次循环存放，如下FirstChannel, FirstChannel+1 ,., LastChannel.FirstChannel,.,LastChannel,结束,计数器8254,工作方式,方式1可编程单次脉冲方式 方式2频率发生器方式 方式3方波频率发生器方式 方式4软

17、件触发选通方式 方式5硬件触发选通方式,方式1可编程单次脉冲方式,该方式要在门控信号GATE作用下工作。当装入计数初值N之后，要等GATE由低变高，并保持高时开始计数，此时输出OUT变成低电平，当计数结束时，输出变成高电平，即输出单次脉冲的宽度由装入的计数初值N来决定。当计数器减量计数未到零时，又装入一个新的计数值N1，则这个新值，不会影响当前的操作，只有原计数值减到零且有一个GATE上升沿时，计数器才从N1开始计数。如当前操作还未完，又有一次GATE上升沿时，则停止当前计数，又重新从N1开始计数，这时输出单次脉冲就被加宽。,方式2频率发生器方式,在该方式下，计数器装入初始值，开始工作后，输出

18、端将不断输出负脉冲，其宽度等于一个时钟周期，两负脉冲间的时钟个数等于计数器装入的初始值。在方式2中门控信号相当于复位信号，当GATE0时，立即强迫输出为高电平，当GATE1时，便启动一次新的计数周期，这样可以用一个外部控制逻辑来控制GATE，从而达到同步计数的作用。当然计数器也可以用软件控制GATE而达到同步控制目的。,方式3方波频率发生器方式,与方式2类似，当装入一个计数器初值N后，在GATE信号上升沿启动计数，定时/计数器此时作减2计数，在完成前一半计数时，输出一直保持高电平，而在进行后一半计数时，输出又变成低电平。若装入的数N为奇数，则在（N1）/2个计数期间，输出保持高电平。在（N1）

19、/2个计数期间，输出保持低电平。若在一次计数期间，将一个新的初值装入计数器，那么在当前的计数发生跳变时，计数器马上又按新的计数开始计数。,方式4软件触发选通方式,用控制字设置该方式后，输出即变为高电平，在GATE1时，计数器一旦装入初值，便马上开始计数，每当计数结束，便立即在输出端送出一个宽度等于一个时钟周期的负脉冲。如果在一次计数期间，装入了一个新的计数值。则在当前的计数结束，送出负脉冲后，马上以这个新的计数开始计数。在GATE0时，禁止计数，这些均与方式2同，但这不是用GATE的上升沿来启动计数的。,方式5硬件触发选通方式,当采用该方式工作时，在GATE信号的上升沿启动计数器开始计数，输出

20、一直保持高电平，当计数结束时，输出一个宽度等于时钟周期的负脉冲。在此种方式下，GATE是高电平或低电平都不再影响计数器工作。但计数操作可用GATE信号的上升沿重新触发，便又从原来的初值开始计数，计数期间，输出又一直保持高电平。,主要采集函数,long USB2002_CreateDevice(long DeviceID) 创建设备对象，并返回其设备对象句柄 long USB2002_ReleaseDevice(long hDevice) 释放设备对象所占用的系统资源及设备对象自身 若成功，则返回TRUE, 否则返回FALSE, 用户可以用GetLastError捕获错误码。,long USB2002_InitDeviceAD(long hDevice, unsigned long *pADPara) 初始化设备对象中的AD部件,为设备操作就绪有关工作,如预置AD采集通道,采样频率等,然后启动AD设备开始AD采集。 pADPara：采集方式：0-连续采集 1-分组采集 首通道 末通道 采样频率