LabVIEW概述

第1章LabVIEW概述第1章LabVIEW概述1.1虚拟仪器的基本概念1.2LabVIEW简介1.3练习实验本章小结第1章LabVIEW概述1.1虚拟仪器的基本概念1.1.1什么是虚拟仪器20世纪80年代末美国研制成功了虚拟仪器。虚拟仪器的发展标志着自动测试与电子测量仪器领域技术发展的一个崭新方向。所谓虚拟仪器(VirtualInstrument，简称VI)，就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。第1章LabVIEW概述使用者用鼠标点击虚拟面板，就可操作这台计算机系统硬件平台，就如同使用一台专用电测量仪器。虚拟仪器的出现，使测量仪器与个人计算机的界线模糊了。虚拟仪器是利用PC计算机显示器(CRT)的显示功能模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出检测结果，利用PC计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析、处理，由I/O接口设备完成信号的采集、测量与调理，从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。“虚拟”二字主要包含两方面的含义：第1章LabVIEW概述第一，虚拟仪器的面板是虚拟的。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。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。第1章LabVIEW概述传统仪器面板上的器件都是“实物”，而且是由“手动”、“触摸”来进行操作的，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。这些软件已经设计好了，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“键击”来对其进行操作。因此，设计虚拟面板的过程就是在“前面板”设计窗口中，从控制模板选取、摆放所需的图形“控件”。大多数初学者多可以利用虚拟仪器的软件开发工具，尤其是LabVIEW图形化编程语言，在短时间内轻松完成一个美观而又实用的“虚拟仪器前面板”的设计，整个设计过程轻松而有趣。第1章LabVIEW概述第二，虚拟仪器测量功能是由软件编程来实现的。在以PC计算机为核心组成的硬件平台支持下，通过软件编程设计来实现仪器的测试功能，而且可以通过不同测试功能的软件模块的组合来实现多种测试功能，因此有在硬件平台确定后“软件就是仪器”的说法。它体现了测试技术与计算机深层次的结合。第1章LabVIEW概述1.1.2虚拟仪器的特点虚拟仪器的特点可归纳为：①在通用硬件平台确定后，由软件取代传统仪器中的硬件来完成仪器的功能。②仪器的功能是用户根据需要由软件来定义的，而不是事先由厂家定义好的。③仪器性能的改进和功能扩展只需进行相关软件的设计更新，而不需购买新的仪器。第1章LabVIEW概述④研制周期较传统仪器大为缩短。⑤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。决定虚拟仪器具有上述传统仪器不可能具备的特点的根本原因在于：“虚拟仪器的关键是软件”。第1章LabVIEW概述虚拟仪器在工程应用和社会经济效益方面具有突出优势。目前，我国高档台式仪器如数字示波器、频谱分析仪、逻辑分析仪等还主要依赖进口，这些仪器加工工艺复杂，对制造水平要求高，生产突破有困难，而采用虚拟仪器技术，可以通过只采购必要的通用仪器硬件来设计自己的高性能价格比的仪器系统。第1章LabVIEW概述1.1.3虚拟仪器的构成及其分类虚拟仪器由通用仪器硬件平台(简称硬件平台)和应用软件两大部分构成。1.1.3.1通用仪器硬件平台构成虚拟仪器的硬件平台有两部分：(1)计算机：一般为一台PC机或者工作站，它是硬件平台的核心。第1章LabVIEW概述(2) I/O接口设备：主要完成被测输入信号的采集、放大、模/数转换。可根据实际情况采用不同的I/O接口硬件设备，如数据采集卡 / 板(DAQ)、GPIB总线仪器、VXI总线仪器模块、串口仪器等。虚拟仪器的构成方式主要有五种类型，如图1–1框图所示。第1章LabVIEW概述图1–1虚拟仪器的构成方式PC-DAQGPIB仪器串口仪器VXI模块PXI模块被测信号计算机I/O接口设备第1章LabVIEW概述lPC–DAQ系统：是以数据采集板、信号调理电路和计算机为仪器硬件平台组成的插卡式虚拟仪器系统。采用PCI或ISA计算机本身的总线，故将数采卡/板(DAQ)插入计算机的空槽中即可。lGPIB系统：以GPIB标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。lVXI系统：以VXI标准总线仪器模块与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。lPXI系统：以PXI标准总线仪器模块与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。第1章LabVIEW概述l串口系统：以Serial标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。无论上述哪种VI系统，都是通过应用软件将仪器硬件与通用计算机相结合。其中，PC–DAQ测量系统是构成VI的最基本的方式，也是最廉价的方式。第1章LabVIEW概述1.1.3.2软件结构虚拟仪器软件由两大部分构成。(1)应用程序。它包含两个方面的程序：①实现虚拟面板功能的前面板软件程序。②定义测试功能的流程图软件程序。第1章LabVIEW概述(2) I/O接口仪器驱动程序。这类程序用来完成特定外部硬件设备的扩展、驱动与通信。开发虚拟仪器，必须有合适的软件工具。目前已有多种虚拟仪器的软件开发工具。l文本式编程语言：如C、VisualC＋＋、VisualBasic、Labwindows/CVI等。l图形化编程语言：如LabVIEW、HPVEE等。这些软件开发工具为用户设计虚拟仪器应用软件提供了最大限度的方便条件与良好的开发环境。本书要介绍的是LabVIEW图形化编程语言。第1章LabVIEW概述1.2LabVIEW简介1.2.1什么是LabVIEWLabVIEW(LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench，实验室虚拟仪器工程平台)是美国NI公司(NationalInstrumentCompany)推出的一种基于G语言(GraphicsLanguage，图形化编程语言)的虚拟仪器软件开发工具。第1章LabVIEW概述用LabVIEW设计的虚拟仪器可脱离LabVIEW开发环境，最终用户看见的是和实际的硬件仪器相似的操作面板。LabVIEW为虚拟仪器设计者提供了一个便捷、轻松的设计环境，利用它，设计者可以像搭积木一样，轻松组建一个测量系统和构造自己的仪器面板，而无需进行任何繁琐的计算机代码的编写。第1章LabVIEW概述1.2.2LabVIEW软件的特点与优点LabVIEW软件工具的特点可归纳为：①图形化的编程方式，设计者无需写任何文本格式的代码，是真正的工程师的语言。②提供了丰富的数据采集、分析及存储的库函数。③既提供了传统的程序调试手段，如设置断点、单步运行，同时提供有独到的高亮执行工具，使程序动画式运行，利于设计者观察程序运行的细节，使程序的调试和开发更为便捷。第1章LabVIEW概述④32bit的编译器编译生成32bit的编译程序，保证用户数据采集、测试和测量方案的高速执行。⑤囊括了DAQ、GPIB、PXI、VXI、RS–232 / 485在内的各种仪器通信总线标准的所有功能函数，使得不懂总线标准的开发者也能够驱动不同总线标准接口设备与仪器。⑥提供大量与外部代码或软件进行连接的机制，诸如DLLs(动态连接库)、DDE(共享库)、ActiveX等。⑦强大的Internet功能，支持常用网络协议，方便网络、远程测控仪器的开发。第1章LabVIEW概述1.2.3如何获取LabVIEW5.1软件由于LabVIEW使用简单、方便，目前在很多领域(如自动化、电信、测控等)得到了广泛的应用。获取LabVIEW软件有两种途径。第1章LabVIEW概述1.2.3.1通过网络下载LabVIEW为美国国家仪器公司所开发。目前在其网站上有LabVIEW5.1的Demo版软件(大约20MB)，用户可在浏览器下键入按回车键后，将出现图1–2的画面。在图1–2中可看见“DownloadandRuntheLabVIEW5.1FeaturesDemo”，用户可以用下载工具(如netants1.23)下载该项目。第1章LabVIEW概述1.2.3.2购买LabVIEW光盘通过网络下载的LabVIEW5.1Demo版，可作为LabVIEW的入门之用，但是如果用作工程开发，还需要购买LabVIEW的完全版或专业版，用户可以向有关公司(如美国国家仪器公司上海分公司、北京中科泛华测控技术有限公司、陕西海泰电子有限责任公司等)购买LabVIEW光盘或免费索取学习用的Demo光盘。第1章LabVIEW概述图1–2LabVIEW5.1下载界面第1章LabVIEW概述1.2.4如何安装LabVIEW5.1软件通过上述两种方式获得LabVIEW以后，用户必须把该软件注册到操作系统中才可以运行，通常称为安装。这个安装工作由LabVIEW自带的autorun.exe安装程序来执行。不论是以哪种形式获得LabVIEW软件，均需要对它进行查看 / 阅读，以找到相应的安装程序。第1章LabVIEW概述1.2.4.1阅读LabVIEW光盘，寻找安装程序1.在“Windows资源管理器”窗口下，阅读LabVIEW光盘在“Windows资源管理器”窗口，打开LabVIEW光盘，出现图1–3所示的LabVIEW软件包内容。其中autorun.exe文件是LabVIEW的安装程序，用鼠标双击该安装程序文件名后，将出现LabVIEW的起始界面，如图1–4所示。第1章LabVIEW概述2.在“我的电脑”窗口下，阅读LabVIEW光盘，寻找安装程序在Windows桌面下，选择“我的电脑”方式，用鼠标双击打开LabVIEW光盘，于是出现图1–4所示的画面。这就是LabVIEW软件包的起始界面。第1章LabVIEW概述图1–3LabVIEW软件包内容第1章LabVIEW概述图1–4安装程序autorun的起始界面第1章LabVIEW概述在图1–4中有四个选项。①InstallLabVIEW5.1：选择该项目运行LabVIEW5.1的安装程序。②RunAdd-OnsDemo：包含已设计好的、经过包装(俗称打包)后的、脱离LabVIEW环境使用的已设计好的一些虚拟仪器，供学习者操作练习。③InstallHiQ4.1：包含一个工程数据处理与分析软件包，功能类似于MATLAB。④Exit：选择该项目退出LabVIEW安装进程。第1章LabVIEW概述1.2.4.2安装LabVIEW在LabVIEW的安装过程中，需要设置安装项目和安装路径。(1)设置安装项目。LabVIEW的内容很丰富，在安装过程中，有三个选项——“典型安装”、“全部安装”和“定制安装”。对于LabVIEW的初学者，选择“典型安装”，就可以用来设计虚拟仪器。第1章LabVIEW概述(2)设置安装路径。LabVIEW的默认安装路径是C:\programfiles\nationalinstruments\LabVIEW5.1。用户也可自定义安装路径。在图1–4界面中鼠标点击“InstallLabVIEW5.1”，同时按照上述方法设置完各项参数后，用鼠标点击“Next”按钮，则开始进行安装。图1–5的画面表示安装在进行中。安装完毕后将出现图1–6所示画面。第1章LabVIEW概述图1–5LabVIEW5.1安装过程画面第1章LabVIEW概述图1–6LabVIEW安装结束画面第1章LabVIEW概述1.2.4.3查看LabVIEW软件包是否已注册到操作系统在操作系统中查看新注册的LabVIEW图标，以便确认是否安装成功，需进行以下操作：(1)选择图1–6中“Yes，Iwanttorestartmycomputernow”，按“OK”