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1第一讲虚拟仪器及其开发语言工具学时分配：共32，2学时考试，4学时大作业，26学时共13讲1.1什么是虚拟仪器？一、引言随着计算机技术、大规模集成电铬技木和通信技术的飞速发展，仪器技术领域发生了巨大的变化，美国国家仪器公司（NationalInstruments,简称NI）于20世纪80年代中期首先提出基于计算机技术的虚拟仪器的概念，把虚拟测试技术带入新的发展时期，随后研制和推出了基于多种总线系统的虚拟仪器。经过十几年的发展，虚拟仪器技术将高速发展的计算机技、电子技术、通信技术和测试技术结合起来，开创了个人计算机仪器时代，是测量仪器工业发展的一个里程碑。传统仪器：由电子电路+调节按钮组成，一旦仪器做好，功能很难改变。1.1传统的示波器1.2万用表1.3频率计虚拟仪器：虚拟仪器就是在通用计算机上加上一组软件和硬件，使用者在操作这台计算机时，就象是在操作一台他自己设计的专用电子仪器。其优势在于可由用户自己定义通用仪器系统，且功能灵活，容易构建，因此应用广泛。用户可将各种计算机平台、硬件、软件和各种附备件结合起来，形成自己所需要的各种特定设备。可以是一台数字多用表，也可以是一台示波器，还有可能是一台信号源，或者它同时具有这些设备的所有功能甚至于更多的功能。21.4虚拟仪器电表1.5虚拟示波器1.6虚拟温度测量仪“虚拟”主要包含以下两方面的含义。•虚拟的1、虚拟仪器面板上的各种“控件”与传统仪器面板上的各种“器件”所完成的功能是相同的。虚拟仪器的面板如由各种开关、按键、显示器等实现仪器电源的“通”、“断”，被测信号“输入通道”、“放大倍数”等参数设置，测量结果的“数值显示”、“波形显示”等。2、传统仪器面板上的器件都是实物，而且是用手动和触摸进行操作的，而虚拟仪器面板控件是外形与实物相像的图标，通、断、放大等对应着相应的软件程序。3、这些控件已经设计好了，用户不必设计，只需选用代表该种软件程序的图形控件即可，由计算机的鼠标来对其进行操作。二、虚拟仪器的组成结构1、按照结构来说虚拟仪器由仪器硬件平台和应用软件两大部分构成。硬件平台由计算机+各种数据采集卡和总线仪器组成。虚拟仪器组成结构如1.7图所示。31.7虚拟仪器组成结构应用软件是利用虚拟仪器的软件开发工具，如LabWindows/CVI,LabVIEW等编程语言工具在计算机上编写的应用软件。2、按照功能来说如下图所示，虚拟仪器具有数据采集、数据分析和结果显示的功能，4图1.8虚拟仪器的内部功能划分用户利用虚拟仪器的软件开发工具编写的应用软件具有数据采集、数据处理、数据分析、数据存储和显示输出等功能，是虚拟仪器的关键。三、虚拟仪器的特点1.2Labwindows/CVI简介虚拟仪器编程语言LabWindows/CVI是NI公司幵发的MeasurementStudio软件组中的一员。它是32位的面向计算机测控领域的虚拟仪器软件开发平台，可以在多操作系统下运行。LabWindows/CVI是以ANSIC为核心的交互式虚拟仪器开发环境，它将功能强大的C语言与测控技术有机结合，具有灵活的交互式编程方法和丰富的库函数，为开发人员建立检测系统、自动测试环境、数据釆集系统、过程监控系统等提供了理想的软件开发环境，是实现虚拟仪器及网络化仪器的快速途径。使用LabWindows/CVI设计的应用程序可脱离LabWindows/CVI开发环境独立运行，并可以打包生成.msi安装文件。LabWindows/CVI主要采用事件驱动与回调函数方式。一、LabWindows/CVI的特点1、与传统仪器相比，虚拟仪器有以下几个特点：（1）功能由用户自己定义；（2）面向应用的系统结构，可方便地与网络外设、应用程序等连接；（3）展开图形操作界面，由计算机完成读数并分析处理；（4）数据可编辑、存储、打印；（5）价格低廉（是传统仪器价格的五至十分之一？）；（6）基于计算机技术开放的功能模块可构成多种仪器；（7）技术更新快（周期为1~2年)；（8）基于软件体系的结构，大大节省开发维护费用；（9）个人可以拥有一个实验室。2、LabWindows/CVI作为一个优秀的软件幵发平台，和其他虚拟仪器开发工具相比，具有如下特点。1、交互式的程序幵发LabWindows/CVI将源码编程、32位ANSIC编译、链接、调试及标准ANSIC库等集成在一个交互式开发平台中，釆用简单直观图形用户界面设计，利用函数面板输入函数的参数，釆用事件驱动方式和回调函数方式的编程技术，有效地提髙了工程设计的效率和可靠性。52、功能强大的函数库如接口函数库、信号处理函数库、WindowsSDK等，利用这些函数库可轻松实现复杂的数据采集和仪器控制系统的开发。同时，LabWindows/CVI附加了各种功能的软件开发包，如数据库软件包、Internet软件包、小波分析软件包等，大大增强了LabWindows/CVI的性能。3、灵活的程序调试手段LabWindows/CVI提供了单步执行、断点执行、过程跟踪、参数检查、运行时内存检查等多种调试手段。4、高效的编程环境LabWindows/CVI以其面向虚拟仪器的交互式幵发环境，满足了用户对软件不断变化的要求，在产品设计中，可以快速创建、配置并显示测量。LabWindows/CVI可以自动生成代码、编译和链接，省去了手工编写，更有利于系统的开发。5、开放式的框架结构在LabWindows/CVI环境中，可以结合使用标准的ANSIC源文件、obj文件和动态链接库（DLL）。还可以将软件中的仪器驱动库与其他标准C编译器结合使用，无需更改开发工具。同时，可以在不同的工作小组之间共享函数模块和虚拟仪器程序。6、集成式的开发环境LabWindows/CVI是集成式的幵发环境，可用于创建基于DAQ、GPIB、PXI、VXI串口和以太网的虚拟仪器系统。这一开发方式结合了交互式、简单易用的开发方式与ANSIC代码的强大编写功能和灵活性。LabWindows/CVI中的交互式开发工具和函数库可以轻松实现自动化测试系统、实验室研发、数据釆集监视项目、验证测试和控制系统的设计。二、LabWindows/GVI的应用范围LabWindows/CVI主要应用在各种测试、控制、故障分析及信息处理软件的开发中，与NI公司开发的另一个虚拟仪器开发工具LabView相比，其更适合中，大型复杂测试软件的开发。基于LabWindows/CVI设计的虚拟仪器，在无损检测、电力仪表系统、温控系统、流程控制系统、故障诊断和医疗等领域中发挥着重要作用，LabWindows/CVI已经成为测控领域最受欢迎的开发平台之一，并且已得到较为广泛的应用。1.3Labwindows/CVI开发环境（软件安装略）61.4、Labwindows/CVI运行环境一、程序结构测控软件一般包括：用户界面、程序控制、数据采集和数据分析4部分图1.9虚拟仪器的程序结构二、文件类型*.cws：工程组文件*.prj：工程文件*.uir：用户界面资源文件*.c：C源代码文件*.h：用户界面资源头文件*.fp：函数库（函数数和函数面板）文件*.dll动态链接库文件*.lib：动态链接库导入库文件，还可以是外部静态库模块文件===============================================================================*_dbg.exe：调试状态执行文件*.obj：目标文件*.exe：可执行文件三、CVI的工作空间1、工程目录区：包含当前工作空间中所有工程的目录，粗体的工程名表示该工程当前为激活状态，用户可以对该工程进行构建、调试和修改。2、函数目录区：包括CVI的函数库和仪器库目录，双击目录中的函数名，即可打开相关的函数面板。3、窗口区：在此区可以打开源代码编辑器、用户界面编辑器、函数面板编辑器，当打开某一窗口时，菜单栏和工具栏会随着编辑界面的不同而发生相应的改变。4、输出区：包括编译错误、运行时错误和源代码错误信息窗口。5、运行区：包括变量、内存、监视和堆栈窗口，可以在该窗口中编辑变量和观察程序运行状况。7四、LabWindows/CVI中的对象编程对象编程是LabWindows/CVI编程的核心概念。虚拟仪器的面板和面板中的控件都是对象。对象有两个基本元素：属性和事件。在编程时，就是通过对象的这两个元素来控制和操作对象的。1、对象的属性：是反映对象特征的参数，如仪器面板中控件的大小、位置等等。可以通过属性对话框来设置属性。多数控件需要设置如下属性：控件的常量名称事件的响应函数名称控件外观文字标签2、对象的事件和回调函数每一个控件对象都有其相应的响应事件，如双击鼠标、拖动窗口、点击按钮等。在CVI中，每个事件对应一个回调函数，当事件发生时，相应的回调函数被激活，由回调函数来完成控件相应的功能。五、LabWindows/CVI的基本编程窗口LabWindows/CVI开发平台是交互式集成开发平台，图形化用户界面。其编程环境主要由：源代码窗口、用户界面编辑窗口、函数面板三部分组成如图1.10所示。图1.101、用户界面编辑窗口用来创建、编辑GUI（用户界面）的面板、控件和菜单，并且设置各种属性，一般情况下，一个用户界面至少要有一个面板，如图1.11所示8图1.11在用户界面编辑窗口，右击鼠标将出现弹出式菜单，则弹出式菜单中包含创建面板和面板菜单的菜单项，如图1.12所示。图1.12当鼠标点击在面板背景上时，弹出式菜单将出现创建控件的菜单项。如图1.13所示。9图1.13当鼠标点击控件上时，将出现生成和查看回调函数的菜单项，如图1.14所示。图1.142、工作区窗口工作区窗口包括：File、Edit、View、Create、Arrange、Code、Build、Run、Instrument、Library、Tools、Windows、Options、Help共14个菜单项。File菜单。用于完成对工作空间文件、工程文件、C源代码文件、头文件、用户界面文件及函数面板文件的新建、打开、保存、另存为等功能，同时还具有保存全部文件、自动保存工作空间、设置当前工程、最近打开文件、退出环境的功能，如图1.15所示。10图1.15用户界面窗口File菜单Edit菜单。用于完成对工作空间的编辑、工程编辑、向当前工程添加文件、撤销操作、重复操作、剪切、复制、粘贴、删除/剪切/复制面板、面板编辑、菜单编辑等。如图1.16所示。图1.16用户界面窗口Edit菜单View菜单。用于定制是否显示工程目录区、函数目录区、工具栏及窗口排列方式，对于不同的编辑窗口，菜单项会有所不同。在用户界面编辑窗口为当前激活窗口的状态下，其11菜单如图1.17所示。图1.18用户界面窗口View菜单Creat菜单。用于创建面板、菜单、控件。图1.19用户界面窗口Creat菜单Arrange菜单。用于控件位置、大小、对齐方式、控件叠放顺序的调节，能实现控件前后排序、标签居中、对齐控件的功能。12图1.20用户界面窗口Arrange菜单Code菜单。用于程序源代码的产生，选择所需的事件消息类型，查看控件的回调函数及事件设置。图1.21用户界面窗口Code菜单Build菜单。用于完成相关的编译操作，进行编译文件、配置编译文件、配置编译类型、导入外部编译器、标记编译文件。图1.22用户界面窗口Build菜单Run菜单。用于执行程序、调试程序、设置断点、单步执行、终止执行、设置错误的中断方式。13图1.23用户界面窗口Run菜单Instrument菜单。是一个动态菜单，包含已载入的仪器驱动目录和载入、卸载及编辑仪器驱动文件的菜单项。图1.24用户界面窗口Instrument菜单Library菜单。提供了丰富的函数库，用于完成用户界面函数、I/O接口，信号分析及各类驱动器函数面板的设置。Tools菜单。用于创建、编辑ActiveX控制器与服务器、建立IVI驱动、源代码控制、UI代码转换以及定制菜单功能。Window菜单。用于各种编辑窗口的排列