LabVIEW——波形显示控件
基于LabVIEW的波形发生与显示
第27卷 第3期临沂师范学院学报2005年6月Vol.27No.3Journal of Liny i T eachers p College Jun.2005收稿日期:2005-04-20作者简介:曹会国(1970$),男,山东泰安人,泰山学院讲师,山东科技大学研究生,主要从事电子技术、微机原理等课程的教学与研究.基于LabVIEW 的波形发生与显示曹会国1, 陈宏圣2(1.泰山学院物理系; 2.泰山学院应用科学系,山东泰安271000)摘 要:介绍了基于L abVI EW 的波形产生与显示的实现方法.利用L abVIEW 及相应的虚拟仪器可以轻松、快捷地产生并显示波形,为理工科学习和测试技术实践提供了一条捷径.关键词:L abV IEW;虚拟仪器;波形发生与显示中图分类号:T P 206+.1 文献标识码:A 文章编号:1009-6051(2005)03-0024-03在理工科各门功课的学习及测试技术实践中,经常涉及有关波形产生的与显示问题.一般都是通过购买各种相应硬件设备来实现,需要大量的信号发生器和各种测量分析设备.购买这些设备不但需要花费大量经费,而且以后设备的维护和维修也要花费大量的人力物力,显然对于我们这个正处在发展中的国家是特别困难的.基于LabV IEW 的虚拟仪器的出现为我们很好地解决了这一难题.LabVIEW 是Laborato ry Virtual Instrument Eng ineering Wor kbench(实验室虚拟仪器集成环境)的简称,是美国国家仪器公司NI(National Instrum ents)的创新软件产品,被誉为/科学家与工程师0的语言.虚拟仪器是LabVIEW 的精髓,通过虚拟仪器的延伸与扩展,使LabVIEW 的应用更加广泛.虚拟仪器是计算机技术与电子仪器相结合而产生的一种新的仪器模式,它通常是由个人计算机、模块化的功能硬件与用于数据分析、过程通信及图形用户界面的应用软件有机结合构成,使计算机成为一个具有各种测量功能的数字化测量平台.它利用软件在屏幕上生成各种仪器面板,完成对数据的处理、表达、传送、存储、显示等功能.通过LabVIEW 即G 语言设计相应虚拟仪器,可以很容易实现波形的发生与显示.1 利用LabV IEW 语言设计虚拟仪器实现波形的发生与显示当只需要一定信号波形发生和显示时,可以利用G 语言编程得到虚拟仪器,即用软件实现硬件的功能.1.1 利用公式节点实现波形的发生与显示LabVIEW 公式运算节点(form ula no de)是一种传统的基于文字输入的节点,用于Block Diag ram 里.用户进行数学运算时,就像在验算纸上写字一样输入函数公式,再加上显示部分即可实现函数波形显示.这里以正弦函数和余弦函数为例进行说明.图1为相应流程图,即用公式实现的正弦函数和余弦函数波形发生与显示的程序.其中内部粗框为公式节点,在公式节点边框上单击鼠标右键分别添加输入变量和输出变量.这里输入变量分别为a(振幅)、f (频率)、t(采样序列);输出变量为正弦函数和余弦函数y 1和y 2.在前面板输入振幅变量a 和频率f 的具体数值,通过图形显示Wavefor m Graph 控件来显示波形.对应程序前面板即虚拟仪器前面板如图2所示.输入a =3;f =2,运行可得到图中波形.因此,用公式节点来产生波形非常方便,一些不易获得的被测数据都可以用此法进行测量和显示,比如李沙育图形的演示等.1.2 利用波形发生模板实现波形的发生与显示波形发生模板能够产生正弦波、方波、三角波、锯齿波、多频波、均匀分布白噪声、高斯分布白噪声、第3期曹会国:基于LabV IEW的波形发生与显示周期随机噪声等多种常用波形,还可以根据函数表达式生成函数波形.该模板位于Functions模板>> Analy ze子模板>>W av eform Generation子模板.比较常用的波形发生子模板的Vis有基本函数发生器Basic Function Denerator.vi、多频波形发生器Basic M ultitione.vi和函数波形发生器Formula Waveform.vi.其图标和功能:图1正弦函数和余弦函数发生显示流程图2正弦函数和余弦函数发生显示前面板:基本函数发生器,可产生4种基本函数波形:正弦波(默认值)、三角波、方波、锯齿波等,函数波形的幅度、频率、相位可以从仪器前面板调节,从而可以得到学习和实践所需要的波形.:多频波形发生器,可产生由若干不同频率正弦波组成的多频波形.:函数波形发生器,端口form ula的默认值为sin(w*t)*sin(2*pi(1)*10),其中w=2P*frequency,函数pi(x)的定义为pi(x)=x*P.使用函数波形发生器,可根据需要产生任意函数波形.这里以多频波形发生器来实现波形发生与显示,图3为多频波形发生器程序,图4为多频波形显示前面板,能显示多频波形及其功率谱.2利用声卡采集外来数据实现波形的发生与显示当需要显示外部数据波形时,需进行数据采集.数据采集系统分为硬件和软件两部分.LabVIEW 是一个较好软件开发平台,能够完成信号的采集、分析和显示.数据采集硬件包括传感器、信号调理电路、信号记录部分.其中数据采集卡是记录部分的主要组成部分.具备A/D转换功能的声卡是一种比较经济的选择.利用微机上的集成声卡,无需另加配件,实现两通道、16位、高精度的数据采集,且每个通道采样频率不小于44KH z,基本满足工程测试、教学演示和实验之用.其整体系统流程结构见图5.临沂师范学院学报第27卷图3多频波形发生器流程图图4多频波形发生器前面板由传感器得到被测信号电信号信号经调理电路变为标准信号声卡采集模拟电信号,进行A/D转换,得到数字信号设备驱动程序将数字信号读入计算机用LabV IEW设计信号测量流程及面板运动显示波形图5整体系统流程结构3结语基于LabVIEW的虚拟仪器对于实现波形发生与显示是一种很好的工具.通过LabVIEW构建相应虚拟仪器可高效、轻松、经济地进行波形发生与显示,同时可以提高设计能力,拓宽知识面.(下转第29页)第3期李建福等:非线性光学有机分子吸收光谱的测定及跃迁偶极矩的计算参考文献:[1]M ariacristina Rumi,Jeffrey E.Ehrlich,etc.Structure-Property Relation ships for Tw o-Ph oton Absorbing Chromophores:Bis-Don orDiphen ylpolyen e and Bis(s tyryl)benz ene Derivatives[J].Am.Ch em.Soc.2000,122:9500)9510.[2]M.S.Paley,J.M.H arris.A S olvatoch romic M ethod for Determinin g Second-Order Polarizab ilities of[J].Org.Chem.1989,54:3774)3778.[3]Jayan t D,Guang S.H e,Ch-i Kyun Park.Efficient,tw o-photon pum ped green u pconverted cavity lasin g in a new dye[J].Opt.Comm.,1996,124:33.[4]Dong Wang,G.Y.Zhou,Y.Ren.Linear and nonlinear optical properties of tw o-ph oton ab sorption dye doped linear copolym er,S olid.State[J].Comm.,2002,121:339.[5]H e GS,Raz Gvishi,Pras ad PN.Tw o-photon absorption b as ed optical limiting and stabiliz ation in organic molecule-dop ed s olidmaterials[J].Opt.C om m.,1995,117:133.[6]Dimitri A.Parthen opou los,Peter M.Ren tz epis.Thr ee dimensional optics storage mem ory[J].S cien ce,1989,245:843.Determination of Absorption Spectru m and Transition Dipole Momentfor Nonlinear Optical Organic MoleculeLI Jian-fu,WANG Xiao-li(Department of P hy sics,L inyi T eacher s p College,L inyi Shandong276005,China)Abstract:The transitio n dipole m oments of tw o kinds of no nlinear optical o rganic mo lecule w ith D -P-D config uration are performed using there-lev el mo del by determining their abso rption spectrum.T he pr ediction of hig h level nonlinear optical effect that the m olecule should have a large tw o-pho to n abso rption cross is m ade by studying the structur e-pro perty relationships.A g ood basem ent is made for further study o f their nonlinear property.Key words:nonlinear optics;organic m olecule;absorptio n spectrum;transitio n dipo le moment; tw o-pho to n absorption(上接第26页)参考文献:[1]贾平民,张红亭,周剑英.测试技术[M].北京:高等教育出版社,2004.[2]丁玉美,高西全.收数字信号处理(第2版)[M].西安:西安电子科技大学出版社,2003.[3]张凯,周陬,郭栋.Lab VIE W虚拟仪器工程设计与开发[M].北京:国防工业出版社,2004.[4]杨乐平,李海涛,等.Lab VIEW高级程序设计[M].北京:清华大学出版社,2003.The Production and Display of Waveform Based on LabVIEWCAO H u-i g uo1,CH EN H ong-sheng2(1.D epar tment o f Physics,T aishan Colleg e;2.Department of Applied Science,T aishan Colleg e,T aian Shando ng271000,China)Abstract:This paper introduces the metho d throug h w hich w av eform if pr oduced and display ed based on LabVIEW.By utilizing LabVIEW and corresponding fictitious instrument,w av eform can be pro duced and display ed easily and sw iftly.T his m ethod has offered a sho rtcut fo r the study and practice of testing the technolo gies in the field o f science and engineering.Key words:LabVIEW;fictitio us Instrument;the production and display of w aveform。
labview曲线图与波形图控件的组成
曲线图与波形图控件的组成曲线图与波形图有很多强大的特色功能，通过掌握对这些功能的应用，你可以自定义自己的曲线。
在本文中将讲解如何运用与配置这些曲线图的选项。
一个曲线图的组成元素如下图所示：其中每个组件的说明如下：1——曲线图例(Plot legend)2——光标(Cursor)3——分度标记(Grid mark)4——小分度标记(Minor-grid mark)5——曲线图工具栏(Graph palette)6——光标移动器(Cursor mover)7——光标图例(Cursor legend)8——比例图标(Scale legend)9—— X轴刻度(X-scale)10——Y轴刻度(Y-scale)11——曲线图标记(Label)玩转比例尺波形图与曲线图都能自动调整它们的水平与垂直方向的刻度比例以对绘于其上的数据点作出反应，也就是说比例尺能够按最大的分辨率调整自己以显示数据曲线上的所有数据点。
你可以在曲线图或波形图对象上面点击鼠标右键，在右键弹出菜单中的X Scale菜单或Y Scale菜单里面对AutoScale X或AutoScale Y选项进行设置就可以将自动比例尺调整功能关闭或打开。
在比例图标(Scale Legend)里面我们也可以对自动比例尺调整进行设置（在后面我们会讲到这些）。
在LabVIEW中，默认是将曲线图控件的自动调整功能启用的，而波形图控件这是默认关闭的。
不过，通过启用这个选项可能会使波形图或曲线图更新缓慢，缓慢程度与计算机的处理性能和显示性能有关，缓慢的原因是每条曲线的新比例在每次数据更新的时候都要重新计算一次。
X与Y轴比例尺菜单X与Y轴的比例尺都有一个用来设置的子菜单，如下图所示：通过选择该菜单中的AutoScale选项，就可以关闭或打开自动比例尺功能。
一般情况下，当你执行自动比例尺功能的时候，比例尺就设定为输入数据的实际数值范围。
如果你想要让LabVIEW 将比例尺显示为更好看的数值，可以启用菜单中的Loose Fit选项。
LabVIEW编程与项目开发实用教程 第4章 数据输出与图形控件
4.2 波形图 4.2.1 Graph基本操作
波形图（Waveform Graph）控件的组成和功能和波形图表（Waveform Chart ）类似。两者的不同之处：波形图没有数字显示，但有游标工具。利用游标工具 能准确读出图线上任何一点的数据值。
波形图创建与波形图表一样，创建后波形图外观如图4-12所示。
图 4-4 缩放工具
（3）手型按钮，是平移工具，用于在X-Y平面上移动可视区3种波形刷新方式，刷新模式的切换按如图4-5 所示快捷菜单操作。
带状图表（Strip Chart Mode），默认模 式。在这种模式下，波形从左向右开始绘制， 当最新一点超出显示器右边界时整个波形顺 序左移。
第4章 数据输出与图形控件
4.1 波形图表 4.2 波形图 4.3 XY图 4.4 强度图 4.5 三维图形显示控件简介 4.6 习题
4.1 波形图表
图形化显示对于虚拟仪器面板设计是一个重要的内容， LabVIEW 为此提供了丰富、强大的支持，极大方便了用户界 面的表达和设计。利用图形图表等形式显示测试数据和分析 结果，可以更加直观、有效的观测被测对象的变化趋势。
Express XY图采用了LabVIEW的Express技术，将Express XY图放置在前面板 上同时，程序框图中会自动添加一个VI，它的X、Y轴输入数据为动态数据类型 。由于是动态数据，绘制曲线时只需将X、Y数组与之相连，它将自动添加一个 转换函数将输入数据转换成动态类型。Express XY图无需象XY图那样需要先对X 、Y轴的坐标对进行捆绑再输入，这使得程序编写更加简单。
7、数字显示，选择该项后，控件将在前面板上附加一个数字指示器，动态地显示最 新数据的大小。
波形显示控件
图形是虚拟仪器的重要组成部分，Labview为用户提供了丰富的图形显示功能，在图形子模版中提供了许多可供使用的显示控件，如图：我们将在下面的章节通过一些例子向大家介绍前三种图形显示控件的使用。
波形图及波形图表首先放置一个波形图表到前面板上，然后在上面单击右键，如图：或者右击后选择属性，便可以看到所有能对该控件操作的选项，如图：例一：用波形图表显示两组随机数。
新建一个VI，在前面板上放置一个波形图表，取消X轴和Y轴的刻度标签，如图：2定位工具上下拖动边框，让它显示两条曲线图注，如图：3然后把他们拖动到合适的位置。
如图：4切换到程序框图，放置一个For循环，计数端子取值为100，这样每次运行产生100个数据。
在循环体内放置两个随机数产生函数，分别乘上一个因子5和-5。
如图：运行结果如图：例二：温度临界预警器5新建一个VI，在前面板上放置一个波形图表，将Y轴的刻度标签改为“温度”，然后选择隐藏图例，然后将Y轴坐标的自动调整取消，如图：6添加一个布尔圆形指示灯，并调整为合适大小，把标签内容改为“报警”当温度超出临界值时点亮报警灯，同时在前面板放置一个停止开关。
7在程序框图上放置如图所示的程序，其中添加一个定时工具，把时间间隔设为200ms。
如图：运行结果如图：波形图波形图和波形图表得大部分组建及其功能都是类似的，特别的是波形图具有光标指示器，利用它可以准确地读出波形曲线上的任何一点数据，便于分析某一时刻的特性值。
如图：波形图举例：例一：该例的目的是用随机数函数产生100个随机数据，分别用波形图和波形图表来显示，并比较他们的区别。
8新建一个VI，在前面板上分别放置一个波形图和一个波形图表，调整为合适大小，取消显示图例，取消Y标尺自动调整，最大值设为1，最小值设为0。
9切换到程序框图，放置一个For循环结构，内部添加一个随机数产生函数，For循环结构计数端口设为100，同时添加定时工具，每次循环间隔时间为100ms.10连线，如图所示：运行，程序结果如图：我们可以清楚地看到这两种显示工具的区别，它们地实现方法和过程不同，在程序框图也可以看出，波形图表产生在循环体内，这样每得到一个数据点，就立刻显示一个；而波形图产生在循环体外，100个数据都产生之后，跳出循环，然后一次显示出整个数据曲线。
LabView第五章图形控件和图形数据显示
虚拟仪器技术
XY图形控件（XY Graph）
波形图（Waveform Graph）有一个特征，其X是 测量点序号、时间间隔等，Y是测量数据值。但是 它并不适合描述一般的Y值随X值变化曲线。适合 于这种情况的控件是XY Graph。 通过一个构成利萨如图形的例子来看一下它的使 用。我们知道如果控制XY方向的两个数组分别按 正弦规律变化（假设其幅值、频率都相同），如 果它们的相位相同，则利萨育图形是一条45度的 斜线，当它们之间相位差90度时为圆，其他相位 差是椭圆。 （见例XY Graph）
虚拟仪器技术
Chart的独有控件
刷新模式(Update Mode)（在“高级菜单”下） 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。
虚拟仪器技术
Chart的独有控件
Chart的数据并没有事先存在一个数组中，它是实时显示的， 为了能够看到先前的数据，Chart控件内部含有一个显示缓 冲器，其中保留了一些历史数据。这个缓冲器按照先进先出 的原则管理，其最大容量是1024个数据点。 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。 数据显示(Digital Display) 选中它，可以在图形右上角出现一个数字显示器，这样可以 在画出曲线的同时显示当前最新的一个数据值。
LabVIEW中的时标、波形以及动态数据
LabVIEW中的时标、波形以及动态数据在LabVIEW中我们分析或采集的数据通常都是时间的函数。
例如，我们可能希望知道在一天中温度随着时间的变化，或者是变化的波形在时间轴上绘出之后的样子。
LabVIEW有一些特殊的数据类型可以用来帮助一般的用户来以曲线的形式分析或展示这些数据。
这些特殊的数据类型就是时标(Time Stamp)、波形(Waveform)和动态数据(dynamic data)。
时标数据用来存储波形中的时间信息而多个波形可以保存在动态数据中。
由于时标、波形以及动态数据的自然依赖关系，我们就在本文中对它们一起介绍。
时标（Time Stamp）时标这个数据类型用来存储绝对日期/时间值，比如数据采集的时间。
它的精度非常高，不论是对于计数秒的整数部分还是分数部分都有19位的精度。
虽然我们可通过将一个数值控件的显示方式设定为日期/时间来存储与显示时标值，不过数值控件保存的是相对值，而时标控件保存的则是绝对值。
在LabVIEW中，我们可以使用Get Date/Time In Seconds函数来获取当前的时标值。
一个时标控件如下图所示：时标是一个高精度保存绝对时间的手段，而时标控件则可以用来查看与修改时标的值。
时标控件可以在Controls控件面板的Modern>>Numeric子面板中找到。
通过点击你要修改的时标控件左侧的上下箭头就可以对该时标的值进行增减操作。
或者是通过键盘直接键入数值来取代时标的当前值。
也可以在时标控件上点击鼠标右键，并在右键菜单中选择Data Operations>>Set Time to Now将时标的值设置为当前的日期与时间。
日期/时间浏览按钮不过我们还有一个更有趣的修改时标的方法，那就是点击时标控件右侧的日期/时间浏览按钮。
在点击该按钮之后，就会弹出下面的日期与时间设置对话框。
从这个对话框，我们能够轻松的用这个日历式的界面来修改时标的日期与时间值。
Labview波形显示控件
Labview波形显示控件
图形是虚拟仪器的重要组成部分，Labview为用户提供了丰富的图形显示功能，在图形子模版中提供了许多可供使用的显示控件，如图：
我们将在下面的章节通过一些例子向大家介绍前三种图形显示控件的使用。
波形图及波形图表
首先放置一个波形图表到前面板上，然后在上面单击右键，如图：
或者右击后选择属性，便可以看到所有能对该控件操作的选项，如图：
例一：用波形图表显示两组随机数。
新建一个VI，在前面板上放置一个波形图表，取消X轴和Y轴的刻度标签，如图：
定位工具上下拖动边框，让它显示两条曲线图注，如图：
然后把他们拖动到合适的位置。
如图：
切换到程序框图，放置一个For循环，计数端子取值为100，这样每次运行产生100个数据。
在循环体内放置两个随机数产生函数，分别乘上一个因子5 和-5。
如图：
运行结果如图：
例二：温度临界预警器
新建一个VI，在前面板上放置一个波形图表，将Y轴的刻度标签改为温度，然后选择隐藏图例，然后将Y轴坐标的自动调整取消，如图：
添加一个布尔圆形指示灯，并调整为合适大小，把标签内容改为报警当温度超出临界值时点亮报警灯，同时在前面板放置一个停止开关。
在程序框图上放置如图所示的程序，其中添加一个定时工具，把时间间隔设为200ms。
如图：运行结果如图：。
LabVIEW中的波形图
LabVIEW中的波形图所谓曲线就是一组X与Y对应数值的图形化显示。
通常曲线图中的Y值代表了数据值，而X值则代表了时间。
波形图控件（waveform chart）可以在Controls工具面板的Modern>>Graph子面板中找到。
这个控件是一个专门用来显示一个或多个数据曲线的数值类型的指示器控件。
这个控件经常在循环结构中使用，用来保留与显示以前采集到的数据，并追加新产生的数据，将这些数据以连续更新的方式进行显示。
在波形图控件中，Y值表示了新产生的数据，X值表示了时间（通常，每次循环就产生一组新的Y值，而X值则表示了一个循环的时间）。
在LabVIEW中只有一种波形图控件，不过这个控件有三种数据刷新模式。
下图就是一个多曲线波形图的例子。
波形图更新模式波形图控件的三种数据更新模式分别是带状记录纸模式(strip chart)，示波器图模式（scope chart）以及扫描图模式（sweep chart），如下图所示。
数据更新模式可以通过在波形图控件上面点击鼠标右键后在弹出菜单中的Advanced>>Update Mode>>子菜单来加以改变。
如果在VI程序运行期间想要修改波形图控件的数据更新模式，由于运行时的控件右键菜单与编程时的不同，就在该控件的邮件菜单中的Update Mode中选择即可。
带状记录纸模式的显示和真正的带状记录设备的显示相像。
示波器图模式则和真正示波器的曲线显示相像，该模式中当曲线到达波形图的右边界之后，整个曲线就会清除并从波形图的左边界重新开始显示。
扫描图模式与示波器图模式十分相似，不过扫描图模式中曲线到达右边界后并不会有清除动作，而是有一个竖线出现在波形图中，该竖线标识着新数据的开始，并在新数据不停添加的时候，该竖线会慢慢移动。
这些区别在看到实际波形图控件在不同刷新模式先运行之后就很容易区别开来的。
由于示波器图模式与扫描图模式在追溯以往曲线上比带状记录纸模式的开销要少，所以这两种数据更新模式要比带状记录纸模式很明显的快得多。
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LabVIEW——波形显示控件
图形是虚拟仪器的重要组成部分，Labview为用户提供了丰富的图形显示功能，在图形子模版中提供了许多可供使用的显示控件，如图：
我们将在下面的章节通过一些例子向大家介绍前三种图形显示控件的使用。
波形图及波形图表
首先放置一个波形图表到前面板上，然后在上面单击右键，如图：
或者右击后选择属性，便可以看到所有能对该控件操作的选项，如图：
例一：用波形图表显示两组随机数。
新建一个VI，在前面板上放置一个波形图表，取消X轴和Y轴的刻度标签，如图：
定位工具上下拖动边框，让它显示两条曲线图注，如图：
然后把他们拖动到合适的位置。
如图：
切换到程序框图，放置一个For循环，计数端子取值为100，这样每次运行产生100个数据。
在循环体内放置两个随机数产生函数，分别乘上一个因子5 和-5。
如图：
运行结果如图：
例二：温度临界预警器
新建一个VI，在前面板上放置一个波形图表，将Y轴的刻度标签改为温度，然后选择隐藏图例，然后将Y轴坐标的自动调整取消，如图：
添加一个布尔圆形指示灯，并调整为合适大小，把标签内容改为报警当温度超出临界值时点亮报警灯，同时在前面板放置一个停止开关。
在程序框图上放置如图所示的程序，其中添加一个定时工具，把时间间隔设为200ms。
如图：运行结果如图：。