第1章 虚拟仪器与LabVIEW概述
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虚拟仪器labview
LabVIEW拥有丰富的控 制算法库，包括PID控制 、模糊控制、神经网络 控制等算法，使用户可 以轻松地实现稳定的控 制系统。
广泛应用于各种工业自 动化、机器人、航空航 天等领域。
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LabVIEW编程环境安装 与配置
为了使用LabVIEW进行编程，需要先 安装LabVIEW开发环境，并配置相应 的硬件驱动程序和外部库。NI提供了 详细的安装指南和配置教程，帮助用 户完成环境搭建。
LabVIEW编程环境界面 介绍
LabVIEW的界面包括菜单栏、工具栏 、项目浏览器、函数面板和主窗口等 部分。主窗口用于编写和运行程序， 函数面板提供了可调用的各种函数库 ，项目浏览器用于管理程序、图标和 连接器等元素。
控制系统仿真
LabVIEW可以进行控制系统仿真的实验。通过模拟不同的系统和控制算法，比较其性能 和效果，为实际控制系统设计和优化提供参考。
控制程序生成
基于LabVIEW的控制程序可以根据控制算法和控制对象自动生成，大大简化了控制系统 开发和调试的难度和工作量。同时，LabVIEW还可以对控制程序的执行进行监控和调试 ，方便用户对控制系统进行调整和优化。
经过处理的信号可以使用LabVIEW输出到外部设备或存储介质中。例 如，可以将处理后的信号输出到音频设备或视频设备中，也可以将处理 后的数据存储到文件中。
LabVIEW在控制系统中的应用
控制算法
LabVIEW可以应用各种控制算法实现控制系统设计。例如，可以进行PID控制、模糊控制 、神经网络控制等算法的设计和实现。
人工智能与机器学习
LabVIEW将集成更多的人工智能和机器学习算法 ，提供更强大的数据处理和分析能力，提升自动 化和智能化水平。
LabVIEW的技术创新与突破
第一讲_虚拟仪器及LabVIEW基础
Flow STOP
Control Panel
Conditioning A/D
TI/O Timing
ROM
DISPLAY
AND C ONTR OL
礟
PROCESSOR BUS 礟 Math
MEMORY
D/A
488 PORT
DI/O
传统仪器 厂商定义功能
虚拟仪器 用户定义功能
虚拟仪器起源
虚拟仪器是以计算机为核心的，是仪器系统与计算机软件技 术的紧密结合。这种结合有两种方式：将计算机装入仪器的 智能仪器和将仪器装入计算机的嵌入式仪器。虚拟仪器主要 是指后一种方式， 是以通用的计算机硬件及操作系统为依 托，实现各种仪器功能。
参考书《Labview 7.1编程与虚拟仪器设计》 侯国屏编著，清华大学出版社
目录
1.1 虚拟仪器的基本概念 1.2 虚拟仪器的特点 1.3 虚拟仪器的组成 1.4 虚拟仪器和LabVIEW的发展 1.5 LabVIEW的特点 1.6 LabVIEW的安装 1.7 LabVIEW的窗口和模板
1.1 虚拟仪器的基本概念
虚拟仪器的应用
航空 航天 教学 核工业 军工 通信测试 铁道 …….
虚拟仪器的实际应用
LabVIEW的基本概念
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 G 语言 (Graphics Language, 图形化编程语言) 的虚拟仪器软件开发工具。
由计算机来处理。 ➢ 仪器由用户自己定义。 ➢ 开放的工业标准。
虚拟仪器硬件和软件都制定了开放的工业标准，使资源的可 重复利用率提高，功能易于扩展，管理规范，生产、维护和开 发费用降低。 ➢ 便于构成复杂的测试系统。
虚拟仪器LabVIEW
04
LabVIEW的高级应用
LabVIEW的子VI与自定义函数
子VI
SubVI是LabVIEW中的子程序，可以完成复杂的功能，可以被其他VI调用。 SubVI可以使程序模块化，提高代码的可重用性和可维护性。
自定义函数
自定义函数是LabVIEW中创建可重用代码的一种方法。通过创建自定义函数， 可以将通用的代码块封装成一个独立的函数，方便在其他程序中调用。
LabVIEW的仪器控制与信号处理
仪器控制
LabVIEW可以通过仪器控制模块与各种仪器进行通信，包括数据采集设备、电子显微镜、光谱仪等。 通过LabVIEW的仪器控制功能，可以实现对仪器的远程控制和数据采集。
信号处理
LabVIEW提供了丰富的信号处理工具，可以对采集到的数据进行预处理、分析和处理。例如，可以应 用滤波器、傅里叶变换、曲线拟合等信号处理方法。
LabVIEW在信号处理中的应用
信号处理
01
LabVIEW可以对采集到的信号进行各种处理，如滤波、傅里叶
变换、频谱分析等，实现信号处理功能。
数字信号处理
02
LabVIEW可以实现数字信号处理算法，如FFT、DFT、数字滤波
器等，对信号进行更高级的处理和分析。
信号识别
03
LabVIEW可以通过对信号的特征提取和模式识别技术，实现对
LabVIEW的起源
LabVIEW起源于1986年，由美国NI公司开发， 最初是为了解决实验仪器的自动化和数据处理问 题。
发展阶段
自1986年以来，LabVIEW不断发展和完善，经 历了多个版本升级，功能逐渐丰富和强大。
3
广泛应用
目前，LabVIEW已经广泛应用于科学研究、工程 应用、教育等领域，成为虚拟仪器开发的主流工 具之一。
第1章 虚拟仪器概述公开课
LabVIEW的应用
电子测量 物理探伤 电子工程 振动分析 声学分析 地球物理勘探 课堂教学 ……
性能高 扩展性强 开发时间少 无缝集成
虚拟仪器的结构
信号调理 数据采集卡
GPIB接口仪器 测 控 对 象 计 算 机 工 控 机
硬件 软件
VXI接口仪器 图形采集仪器
串行口仪器
并行口仪器
虚拟仪器集成开发环境 ——LabVIEW
其他接口设备
LabVIEW的特点及功能
LabVIEW的特点
图形化 、易上手、丰富的库函数……
LabVIEW的功能
一种编程语言 一种交互式的开发环境 一个硬件设计工具
LabVIEW的发展历程
1983年4月研制成功 1986年5月NI公司推出了测试版 经历了20余年 发展了多个版本 支持多个平台
LabVIEW的在线帮助系统
显示即时帮助 搜索LabVIEW帮助 LabVIEW编程范例 LabVIEW网络资源
第1章 虚拟仪器概述
什么是虚拟仪器
虚拟仪器是美国国家仪器公司 （National Instrument Corp，NI）1986年 推出的概念，是现代计算机技术和仪器技 术深层次结合的产物，是计算机辅助测试 （Computer Assistant Test）领域的一项重 要技术。
虚拟仪器的特点和优势
LabVIEW概述
应用软件则是虚拟仪器的核心，在基本硬件确定 后，软件通过不同功能模块即软件模块的组合构成多 种仪器，赋予系统特有的功能，以实现不同的测量功 能。
虚拟仪器的“虚拟”有以下两个层面的意思：
虚拟的控制面板 传统仪器通过设置在面板上的各种“控件”
来完成一些操作和功能
虚拟的测量、测试与分析 传统的仪器是通过设计具体的模
LabVIEW的功能
LabVIEW结合了简单易用的图形式开发环境与强大 的图形化编程语言，提供了一个非常直观的编程环境； 有专为大型应用开发、集成开发及应用配置设计的附 加开发工具，包括应用程序生成器、图形比较、源代 码控制、程序码编写指导及复杂矩阵运算等功能。
LabVIEW的应用
LabVIEW在实验教学以及课程学习中的优势有： ●LabVIEW是一个开放的开发平台，使用“所见即所得” 的可视化技术建立人机界面 ●LabVIEW软件本身提供了丰富而实用的函数库以及硬 件驱动程序库 ●LabVIEW提供了许多仪器面板中的控制对象
1.3 LabVIEW 2015的安装
安装LabVIEW的最低配置要求如下： ●处理器 最小配置为Pentium Ⅲ或Celeron 866MHz 处理器，推荐配置Pentium 4或类似处理器。 ●内存 最小内存为1G，推荐内存配置为2G。 ●分辨率 1024 x 768像素。 ●硬盘空间 最小安装需要2G的硬盘空间。
应用软件 应用软件是直接面向操作用户的程序，该 软件建立在仪器驱动程序之上，通过提供的测控操作 界面、丰富的数据分析与处理功能等完成自动测试任 务。尤其是通用数字处理软件，集中体现了虚拟仪器 的优点。
虚拟仪器应用软件的开发工具具有通用软件和专业图 形化编程软件两类。
★通用编程软件
虚拟仪器的“虚拟”有以下两个层面的意思：
虚拟的控制面板 传统仪器通过设置在面板上的各种“控件”
来完成一些操作和功能
虚拟的测量、测试与分析 传统的仪器是通过设计具体的模
LabVIEW的功能
LabVIEW结合了简单易用的图形式开发环境与强大 的图形化编程语言，提供了一个非常直观的编程环境； 有专为大型应用开发、集成开发及应用配置设计的附 加开发工具，包括应用程序生成器、图形比较、源代 码控制、程序码编写指导及复杂矩阵运算等功能。
LabVIEW的应用
LabVIEW在实验教学以及课程学习中的优势有： ●LabVIEW是一个开放的开发平台，使用“所见即所得” 的可视化技术建立人机界面 ●LabVIEW软件本身提供了丰富而实用的函数库以及硬 件驱动程序库 ●LabVIEW提供了许多仪器面板中的控制对象
1.3 LabVIEW 2015的安装
安装LabVIEW的最低配置要求如下： ●处理器 最小配置为Pentium Ⅲ或Celeron 866MHz 处理器，推荐配置Pentium 4或类似处理器。 ●内存 最小内存为1G，推荐内存配置为2G。 ●分辨率 1024 x 768像素。 ●硬盘空间 最小安装需要2G的硬盘空间。
应用软件 应用软件是直接面向操作用户的程序，该 软件建立在仪器驱动程序之上，通过提供的测控操作 界面、丰富的数据分析与处理功能等完成自动测试任 务。尤其是通用数字处理软件，集中体现了虚拟仪器 的优点。
虚拟仪器应用软件的开发工具具有通用软件和专业图 形化编程软件两类。
★通用编程软件
第一章 虚拟仪器概述
第一章
虚拟仪器概述
• 虚拟仪器（virtual instrumention）是基于计 算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是 目前仪器发展的一个重要方向。
– 一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是 所谓智能化的仪器。 – 另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计 算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功 能。
– 前面板用于设置输入数值和观察输出量，用于 模拟真实仪表的前面板。在程序前面板上，输 入量被称为控制（Controls），输出量被称为 显示（ Indicators ）。控制和显示是以各种图 标形式出现在前面板上，如旋钮、开关、按钮、 图表、图形等，这使这得前面板直观易懂。
流程图（block diagram）
创建一个VI程序•Fra bibliotek在前面板上放置三个控件，如下图所示：
打开框图程序窗口
• 完成的程序如图所示： • 运行
• 进入框图程序窗口
LabVIEW操作模板
控制模板(Controls Palette)
• 控件选板在前面板显 示，它包含创建前面 板时可用的全部对象。 控件选板中的基本常 用控件可以以现代 （modern）、经典 （classic）和系统 （system）三种风格 显示
• 功 能 模 板 (Functions Palette)函数选板只能在编 辑程序框图时使用，与控 件选板的工作方式大体相 同。创建框图程序常用的 VI 和函数对象都包含在该 选板中。 • 选择View->Functions Palette或右击框图面板空 白处就可以显示函数选板。
LabVIEW是什么？
• LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering）是一种图形化的编程语言， 它广泛地被工业界、学术界和研究实验室 所接受，视为一个标准的数据采集和仪器 控制软件。
虚拟仪器概述
• 虚拟仪器（virtual instrumention）是基于计 算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是 目前仪器发展的一个重要方向。
– 一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是 所谓智能化的仪器。 – 另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计 算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功 能。
– 前面板用于设置输入数值和观察输出量，用于 模拟真实仪表的前面板。在程序前面板上，输 入量被称为控制（Controls），输出量被称为 显示（ Indicators ）。控制和显示是以各种图 标形式出现在前面板上，如旋钮、开关、按钮、 图表、图形等，这使这得前面板直观易懂。
流程图（block diagram）
创建一个VI程序•Fra bibliotek在前面板上放置三个控件，如下图所示：
打开框图程序窗口
• 完成的程序如图所示： • 运行
• 进入框图程序窗口
LabVIEW操作模板
控制模板(Controls Palette)
• 控件选板在前面板显 示，它包含创建前面 板时可用的全部对象。 控件选板中的基本常 用控件可以以现代 （modern）、经典 （classic）和系统 （system）三种风格 显示
• 功 能 模 板 (Functions Palette)函数选板只能在编 辑程序框图时使用，与控 件选板的工作方式大体相 同。创建框图程序常用的 VI 和函数对象都包含在该 选板中。 • 选择View->Functions Palette或右击框图面板空 白处就可以显示函数选板。
LabVIEW是什么？
• LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering）是一种图形化的编程语言， 它广泛地被工业界、学术界和研究实验室 所接受，视为一个标准的数据采集和仪器 控制软件。
第1章虚拟仪器概论
VXI总线系统的典型结构
独立系统 仪器 3# CPU 磁 盘 仪器 2# CPU 仪器 1# CPU 内部 主计算机 RAM
分层式仪器系统 CPU 仪器 仪器 1# 1# 命令者 从者 CPU 仪器 1# 从者 仪器 仪器 2# 2# 命令者 从者 CPU 仪器 2#
26
仪器 2# 从者 CPU
主计算机 仪器 1#
30
以LXI为主体的虚拟仪器网络结构
在以LXI为 主体的虚拟仪器网络结构中，GPIB、 VXI、PXI、LXI共存于系统，通常仅是LAN的一个 节点，这样不仅能够最大地发挥各自的功能和优势， 而且可以相互进行数据的传输和资源的共享。
31
LXI模块化仪器的优势
集成更为方便，不需要专用的机箱和0槽计算机； 可以利用网络界面精心操作，不需要编程和其 他虚拟面板； 连接和使用更为方便，可以利用通用的软件进 行系统编程； 非常容易实现校准计量和故障诊断； 灵活性强，可以作为系统仪器，也可以单独使 用。
1.2.1.4基于PXI总线方式的虚拟仪器
PXI（
PCI eXtensions for Instrumentation）总线是N I公司在1997 年9月1日推出的全新的开放性、模块化仪 器总线规范。它以CompactPCI为基础， 是PCI总线面向仪器领域的扩展。
PXI 机箱
PXI 模块 主控计算机 MXI-3 模块
DISPLAY AND CONTROL
礟
D A/
TI /O
Tim ing
D/A Co /O DI nd itio I/O nin T g
A/D
Tim ing
S BU OR ESS C Ma PRO 礟 th
虚拟仪器 labview LabVIEW入门PPT课件
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2.2 LabVIEW的操作模板
LabVIEW具有多个图形化的操作模板，用于创建和 运行程序。共分三类：为工具（Tools）模板、控 件（Controls）模板和功能（Functions）模板。
1.工具模板
工具模板为编程者提 供了各种用于创建、 修改和调试VI程序的 工具。
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2.4.2 调试VI 1.单步执行VI (1)单步（入）执行 (2)单步（跳）执行 (3)单步（出）
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2.设置断点 将工具模板总鼠标切换到断点工具状态，
单击框图程序中需设置断点的地方即可。
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3.设置探针 将工具模板总鼠标切换到探针工具状态，
单击框图程序中需查看的数据连线，会弹出一 个对话框，若有数据流过，即显示该数据值。
2.1 基本概念与术语
1. LabVIEW，
Laboratory Virtual instrument Engineering
Workbench的缩写，一种图形化的编程语言，又称 为“Ｇ”语言。使用这种语言编程时，基本上不 写程序代码，取而代之的是流程图或框图程序。
2. VI 使用LabVIEW开发平台编制的程序称为虚拟仪
连线：端口、节点间的数据通道，定义了框图内 的数据流动方向。
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采样点数 512 振幅 频率 100000 10
正弦波 100
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下面是一些常用数据类型所对应的线型和颜色：
整形 浮点数 逻辑量 字符串 文件路径
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5. 图标/连接端口
VI具有层次化和结构化的特征。一个VI可以作 为子程序，这里称为子VI（SubVI），被其他VI 调用。 图标：作为子VI的直观标记； 连接端口：表示该子VI被调用时的输入输出接