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《LabVIEW编程及虚拟仪器设计》授课教师：周红标电话：15189544918E-mail:hyitzhb@163.com第一讲绪论；虚拟仪器、LabVIEW概述参考文献：•黄松岭，吴静编著；赵伟，侯国屏审.虚拟仪器设计基础教程.清华大学出版社，2008（作为本课程的教材，是形成本课程课堂课件的基础）•其他有关LabVIEW编程和虚拟仪器设计方面的教材（很多；版本翻新快）•检测技术、电工电子测量、数字信号处理等方面知识的教材（很多）•科技期刊杂志上的相关文章（含教学类）本次课内容：•本课程的教学计划•本课程教学实施方式•本课程主要特点•何谓虚拟仪器？•何谓LabVIEW?本课程教学计划（课内32学时）•讲授30学时、上交操作10学时；•完成随堂作业7次，WORD完成，考前统一封面、打印上交；•完成大作业一次（计算机仿真实验室或自带笔记本）；•虚拟仪器设计总结交流2学时（最后一堂课，请自带安装好软件的笔记本）。课程安排第一次（3学时）：绪论，教材第3、4、5章内容，练习一第二次（3学时）：教材第6章内容，练习二第三次（3学时）：教材第7章内容，练习三第四次（4学时）：教材第8、12章内容，并介绍ExpressVI，练习四第五次（3学时）：教材第9章内容，练习五（综合练习）第六次（4学时）：教材第10章前半部分内容，练习六第七次（4学时）：教材第10章后半部分内容，练习七第八次（4学时）：教材第11章内容；安排大作业选题第十七周之前：完成一个虚拟仪器的设计（大作业）第十八周（2学时）：大作业完成情况交流（具体时间待定）教学大纲（一）一、虚拟仪器及LabVIEW基础1.1虚拟仪器概述1.2何谓LabVIEW？1.3LabVIEW的运行机制1.4LabVIEW的初步操作二、程序结构2.1循环结构2.2条件结构2.3顺序结构和公式节点三、数据类型：数组、簇和波形3.1数组和簇3.2数组的创建及自动索引3.3数组功能函数3.4多态化（Polymorphism）3.5簇和波形教学大纲（二）四、图形显示4.1波形图控件4.2波形图表控件4.3XY图控件4.4强度图表控件4.5数字波形图控件4.6三维图形控件4.7ExpressVI4.8局部变量、全局变量、属性节点五、字符串和文件I/O5.1字符串5.2文件的输入/输出（I/O）5.3数据记录文件六、数据采集6.1数据采集卡简介6.2模拟输入6.3模拟输出6.4采样应遵循的相关原则教学大纲（三）七、信号的数字化分析与处理7.1快速傅里叶变换FFT7.2加窗7.3Chirp信号及其频谱7.4数字滤波7.5相关分析及处理7.6曲线拟合注：教材中，后几章的部分内容技巧性、应用性较强，不在本课程讲授之列；感兴趣者可自学。教学实施方式选择自己感兴趣的课题提出方案并讨论完成课题设计和书面报告尽你所能获取信息辅导老师参与灵活运用LabVIEW编程语言工具在学习了LabVIEW语言基本知识之后：•多门课程知识的综合运用；理论与实际相结合。重点非LabVIEW编程语言掌握水平，而是数据采集、实际信号分析处理、测量方案设计及调试等相关知识的学习及运用。本课程特点——多学科知识综合虚拟仪器设计机械力学车船物理化学计算机软硬件信号处理电工电子技术测量技术传感器技术网络技术本课程的特点——设计与创新•传统仪器用户自己可据需求确定功能有较大设计、优化空间更灵活，可满足自己需求功能已由生产厂家完全确定；需要另外仪器功能，就要更新、购置新的仪器•虚拟仪器本课程知识特点——应用广泛（1）•适合几乎所有理工科专业的测量应用，包括：电工电子、机械、力学、物理、化学、生物、化工、水利、汽车、环境等。•在实际应用中，传感器和信号调理器会因应用领域不同而不同，但虚拟仪器所依托的计算机等硬件的差异很小；软件要由用户根据自己需求，利用LabVIEW编制。本课程知识特点——应用广泛（2）•应用领域声学测试工厂生产线自动化测控军工设备测试食品质量监测设备的自动测试ATE电工电子实验平台构建自动光学检验实验室管理自动化汽车性能测试机械测控生物医学信号测量机器视觉计量校准石油和天然气信号处理电子测试制药生产质量监控光纤校准工业机器人光学度量和测定过程自动化功率测量与谐波分析SCADA系统半导体器件性能测试统计流程控制电子通信测试晶片传送手臂振动测试电机特性参数检测本课程知识特点——应用广泛（3）•运动控制本课程知识特点——应用广泛（4）•无损检测领域本课程知识特点——应用广泛（5）•油气管道外磁场测量系统五段管筒传感器前端四芯连接线后端八芯连接线集线器内装采集卡和数据采集软件的计算机虚拟仪器举例——虚拟电压表虚拟仪器举例——虚拟谐波分析仪虚拟仪器举例——虚拟示波器何谓虚拟仪器？•虚拟仪器（VirtualInstrument——VI）——计算机化的测量仪器；是计算机与相关面向仪器的软、硬件产品的有机结合。使用者通过友好的图形界面即虚拟仪器的前面板操作计算机，就像在操控自己定义、设计的测量仪器一样，并可以方便地组合、更新和扩展它，从而更快捷、更经济、更灵活地解决各个领域的测量和自动控制等应用问题。被测对象传感器信号调理数据采集信号处理仪器面板虚拟仪器的主要特点：•尽可能采用通用的硬件，各种虚拟仪器之间的差异主要是软件。•充分发挥计算机的能力，具有强大的数据分析和处理功能，可以创造出功能更多、更强的测量或测控仪器及系统。•用户可根据自己的实际需求，很便利地自主构建新的虚拟仪器。何谓LabVIEW？（1）•LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineering），1992年由美国国家仪器公司（即NationalInstrumentCop.——NI公司）推出，之后不断翻新，是用于计算机化的仪器设计用的编程工具软件，具有图形化编程语言特征，人机界面友好，功能函数库丰富、强大，被工业界、学术界和高校科研教学实验室等广泛认同，被视为一个标准的数据采集、仪器设计及控制的优秀工具软件。是多种计算机化仪器设计工具软件中最成功的一种。•NI公司的奋斗目标：不断朝着全面图形化方向发展，即希望将设计、制造、测试、质量管理等全部集成在同一个LabVIEW软件平台上实施、完成，以不断提高各个应用领域的工程（设计、制造、测试）实现全过程的效率。何谓LabVIEW？（2）LabVIEW应用程序（虚拟仪器VI）的构成：•前面板•框图•图标/连接器框图：也称“框图面板”或“框图窗口”或“后面板”。图标图标控件模板控模板前面板窗口框图窗口框图窗口何谓LabVIEW？（3）前面板（frontpanel）：波形Graph指示器stop布尔控制器前面板波形Graph指示器stop布尔控制器前面板何谓LabVIEW？（4）框图（框图面板；后面板）Whlie循环结构连线“波形图”指示器对应框图端子“停止”控制器对应框图端子自由注释标签生成仿真信号图标/连接器(icon/connector)何谓LabVIEW？（5）基于LabVIEW编制的虚拟仪器程序即VI，具有层次化、结构化、模块化特征。VI也可作为子程序，被称作子VI，被其他VI调用。每个VI的前面板和框图面板的右上角都显示了一个默认的图标。图标是VI或子VI在程序框图上的图形化表示；而连接器定义了子VI与主程序（VI）之间的参数形式和接口。启动LabVIEW（1）启动LabVIEW（2）启动LabVIEW（3）启动LabVIEW（4）在前面板上，只能看到输入控制量和程序运行结果即输出；而虚拟仪器程序即VI的图形化设计则在框图面板上进行。LabVIEW的编程环境——操作选板何谓LabVIEW？（6）•工具选板•控件选板•函数选板A)工具选板何谓LabVIEW？（7）在LabVIEW的图形化编程环境下，工具选板提供了用于创建、修改和调试程序即VI的多种工具。何谓LabVIEW？（8）用于向前面板添加各种输入控制对象和各种输出显示对象。B)控件选板C)函数选板何谓LabVIEW？（9）是为VI编程提供图形化的各种功能函数的选择模板。只有打开了框图窗口（即框图面板/后面板），才能显示函数选板。何谓LabVIEW？（10）前面板上的工具条列出警告运行连续运行中止执行暂停文本设置对齐对象分布对象调整对象大小重新排序显示即时帮助窗口编辑时顶层VI运行时顶层VI连续运行时子VI运行时在编辑模式下出现编辑错误，不能运行列出错误何谓LabVIEW？（11）框图面板（窗口、后面板）上的工具条高亮显示执行过程且暂停高亮显示执行过程保存连线值单步步入单步步过单步步出编辑时运行时编写程序（VI）举例——求平均数。何谓LabVIEW？（12）VI的调试技术：何谓LabVIEW？（13）•执行加亮——单击框图面板上的加亮按钮；节点间的数据流动便以在连线上移动的气泡来表示。•单步执行——单击框图面板上的“单步步入”或“单步步过”钮，以观察VI运行的每一步动作；与执行加亮结合使用效果更好。•探针工具——检查VI运行时的即时数据。必须在数据流动之前加设——在希望探查的数据连线上弹出快捷菜单、选择“探针”或用工具模板上的探针工具，单击数据连线，均可增加探针。•断点——用工具模板上的断点工具为程序中的子VI、节点或连线等添加断点。程序运行到断点处会自动中止，可在此处开始作单步运行、使用探针探测即时数据，等等。修改图标和建立连接器（用于构建子VI）何谓LabVIEW？（14）修改图标：为构建子程序，可对默认图标进行修改，以获得更能说明子VI功能的图标。具体地，用鼠标右键单击前面板或框图面板右上角的默认图标，在弹出的快捷菜单中选择“编辑图标…”，即打开了图标编辑器窗口（其中，左为工具；中是编辑窗；右是黑白、16色、256色；确定/取消键）。建立连接器：用鼠标右键单击前面板的图标窗格，从其快捷菜单中选“显示连接板”即可打开连接器窗格，从而可设置连接器端子的连接模式（36种，默认）；利用鼠标指针在连接器端子与前面板上的控件建立连接，并在连接器左端口弹出快捷菜单，选择“接线端类型”子菜单下的“必需”选项。数值数据类型何谓LabVIEW？（15）各种类型数据的图标及连线的可视化特征何谓LabVIEW？（16）课堂练习一：•练习题1：打开工具选板的各工具选项，进行结识性操作训练，以了解它们的功能和基本操作方法。•练习题2：打开控件选版，选择各种控制器和各种显示器，了解它们的功能、特点及外观特征等。•练习题3：打开函数选板（只能在框图面板）；打开其中的一些子选板，初步了解LabVIEW提供的功能函数的丰富性，熟悉它们层次化、模块化的结构特点。•练习题4：自己尝试构建一、两个较简单的VI，如求5次测量结果的平均值；生成一个正弦电压信号并显示出来，等等。《完》