虚拟仪器及labview第三章
虚拟仪器程序课程设计
虚拟仪器程序课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解虚拟仪器的概念、原理及其在工程测试中的应用；2. 掌握虚拟仪器软件LabVIEW的基本操作与编程方法；3. 学会使用虚拟仪器进行数据采集、处理、分析及展示。
技能目标：1. 能够运用LabVIEW软件设计简单的虚拟仪器程序；2. 能够独立进行虚拟仪器的搭建与调试，解决实际测试问题；3. 能够通过虚拟仪器实验，培养实际操作能力及创新能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对虚拟仪器技术的兴趣，激发学习热情；2. 培养学生严谨的科学态度，注重实验数据的准确性和可靠性；3. 培养学生团队协作精神，提高沟通与表达能力。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，结合理论知识，注重培养学生的实际操作能力和创新能力。
学生特点：学生具备一定的计算机操作基础，对新技术充满好奇，具有一定的探索精神。
教学要求：结合学生特点，采用案例教学、任务驱动等方法，引导学生主动参与，提高教学效果。
通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续相关课程及实际工作打下基础。
二、教学内容1. 虚拟仪器概述- 虚拟仪器定义、特点及发展历程- 虚拟仪器与传统仪器的区别与联系2. LabVIEW软件基础- LabVIEW软件安装与界面认识- 基本操作：创建、保存、打开、运行VI- 数据类型、控件与函数3. 虚拟仪器程序设计- 前面板设计：控件布局、属性设置- 框图程序设计：结构、循环、条件、事件结构- 数据采集、处理与分析4. 虚拟仪器应用实例- 搭建简单虚拟仪器系统，进行数据采集与显示- 结合实际测试需求，设计相应虚拟仪器程序5. 虚拟仪器实验- 实验一：虚拟温度计设计- 实验二：虚拟信号发生器设计- 实验三：虚拟频率计设计教学内容安排与进度：第一周：虚拟仪器概述、LabVIEW软件安装与界面认识第二周：LabVIEW基本操作与数据类型第三周：虚拟仪器程序设计（一）第四周：虚拟仪器程序设计（二）第五周：虚拟仪器应用实例分析与讨论第六周：虚拟仪器实验（一）第七周：虚拟仪器实验（二）第八周：虚拟仪器实验（三）教材章节关联：本教学内容与教材第3章“虚拟仪器技术”和第4章“LabVIEW编程及应用”相关。
labwiew课程设计
labwiew课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握LabVIEW编程基础，包括数据类型、结构、控件的使用和编程逻辑。
2. 使学生了解LabVIEW在科学数据采集与处理中的应用。
3. 帮助学生理解虚拟仪器概念，掌握通过LabVIEW创建虚拟仪器的方法。
技能目标：1. 培养学生运用LabVIEW进行数据采集、分析、处理的能力。
2. 培养学生通过LabVIEW解决实际问题的编程能力。
3. 提高学生团队协作、沟通表达的能力，能够共同完成一个简单的虚拟仪器项目。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对LabVIEW编程的兴趣，激发学习热情。
2. 培养学生具有创新意识和实践精神，敢于尝试新方法解决问题。
3. 培养学生严谨的科学态度，注重实验数据的真实性和准确性。
课程性质：本课程为实践性较强的学科，结合实际操作，使学生掌握LabVIEW 编程技能。
学生特点：学生具备一定的计算机操作基础，对编程有一定了解，但LabVIEW 编程技能尚需培养。
教学要求：结合LabVIEW教材，以实践操作为主，注重培养学生的实际编程能力，将理论知识与实际应用相结合。
在教学过程中，关注学生的个体差异，提供个性化的指导。
通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续相关课程和实际应用打下坚实基础。
二、教学内容本课程教学内容围绕以下几方面展开：1. LabVIEW基本概念与操作环境：介绍LabVIEW的基本组成、操作界面及常用工具，使学生熟悉LabVIEW编程环境。
教材章节：第一章 LabVIEW概述2. 数据类型与控件：讲解LabVIEW中的基本数据类型、控件使用方法，以及数据类型的转换。
教材章节：第二章 数据类型与控件3. 程序框图设计：教授程序框图的基本构成、节点、连线等概念，培养学生设计程序框图的能力。
教材章节：第三章 程序框图设计4. 数据采集与处理：介绍数据采集卡的使用、数据采集与处理的基本方法，以及相关函数和子VI。
基于LabVIEW的虚拟传递函数仪的研究设计
基于LabVIEW的虚拟传递函数仪的研究设计基于 LabVIEW 的虚拟传递函数仪的研究设计第一章前言11 研究背景当前社会正是一个信息化的社会要求在有限的时间和空间范围内实现大量的信息交换而传统的电子测试仪器由于在测试功能系统扩展价格通用性方面都有不足之处从而人们开始考虑利用计算机的强大功能实现传统电子测试仪器的部分或全部功能在这种背景下美国国家仪器公司National Instrument在 20 世纪 80 年代最早提出虚拟仪器 Virtual Instrument 的概念同时推出了用于虚拟仪器开发的工程软件包 LabVIEW自20 世纪 90 年代以来在计算机技术的推动下以虚拟仪器为标志的通用化智能化和网络化测量仪器及测试系统得到了迅猛发展新的测试理论测试方法测试领域以及新的仪器结构不断出现在许多方面已经突破了传统仪器的概念电子测量仪器的功能和作用已经发生了质的变化由于微电子技术计算机技术软件技术网络技术的高度发展及其在电子测量技术与仪器上的应用虚拟仪器利用现有的计算机加上特殊设计的仪器硬件和专用软件形成既有普通仪器的基本功能又有一般仪器所没有的特殊功能的高档低价的新型仪器虚拟仪器的出现是仪器发展史上的一场革命代表着仪器发展的最新方向和潮流对科学技术的发展和工业生产的进步将产生不可估量的影响[1] 在控制系统中时域分析法传递函数是经典控制理论的重要组成部分广泛各个行业成为分析线性定常系统的基本方法之一系统特性中包含了系统动态特性的信息它通过分析系统对于不同谐波输入时系统的稳态响应经过一个传递函数来获得系统的动态特性从时域特性中可以方便地得出系统结构和参数的变化对系统性能的影响例如输入波形的频率幅值研究系统的稳定性进而选择系统的参数或对系统进行校正使系统尽可能达到预期的性能指标从输入的特性到输出的响应就表示了系统的特性在控制工程基础或自动控制理论知识学习当中当输入为阶跃函数正弦波三角波脉冲函数加速度等等类型时在一阶系统二阶系统的响应过程中都是经过拉氏变换之后再经过拉氏反变化的这一复杂的过程才能在时域图形中显示出输出函数的性质[2]本文所设计的传递函数仪器是在计算机技术信号处理技术自动控制技术高速发展而传统的观察输出函数则是人工的根据输入信号经过传递函数所计算得出的这已落后了信息时代和工程实际的需要既耗费时间而且得出的信号特1基于 LabVIEW 的虚拟传递函数仪的研究设计性不准确可用于信号的采集分析存储和读取可以广泛应用于工业当中本文的课题背景知识包括信号处理知识工程测试技术控制工程基础知识以及虚拟仪器技术等12 研究意义随着测试技术及大规模集成电路技术的发展传统的电子测试仪器已从模拟技术向数字技术发展从单台仪器向多种功能仪器的组合及系统型发展从完全由硬件实现仪器功能向软硬件结合方向发展从功能组合向以个人计算机为核心构成通用测试平台功能模块及软件包形式的自动测试系统发展同时随着计算机技术的不断提高现代自动测试系统正向仪器的自动化智能化小型化和综合化方向发展虚拟仪器的出现给现代测试技术带来了一场革命虚拟仪器技术是测试技术和计算机技术相结合的产物是两门学科的最新技术的结晶融合了测试理论仪器原理和技术计算机接口技术高速总线技术以及图形化软件编程于一身实现了测量仪器的智能化多样化模块化和网络化体现出多功能低成本应用灵活操作方便等优点在很多领域大有取代传统仪器的趋势成为当代仪器发展的一个重要方向并受到各国企业界的高度重视所谓虚拟仪器就是在以通用计算机为核心的硬件平台上利用虚拟仪器软件开发平台在计算机的屏幕上虚拟出仪器的面板以及相应的功能人们通过鼠标或键盘操作虚拟仪器面板上的旋钮开关和按键去选用仪器功能设置各种工作参数启动或停止一台仪器的工作在计算机软件控制下对输入的信号进行采集分析处理测量结果数据波形和仪器工作状态都可从虚拟仪器面板上读出用户在屏幕上通过虚拟仪器面板对仪器的操作如同在真实仪器上的操作一样直观方便灵活[3]作为设计的课题------传递函数仪来说其意义相当重大只需通过前面板改变输入函数的种类特性经过一个一阶二阶甚至高阶的传动系统便可从输出的响应曲线GRAPH 中得到输出函数的特性时域分析或频域分析超调量上升时间等等特性其研究意义相对于传统仪器来说有以下优点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生产厂家定义好的3仪器性能的改进和功能的扩展只需进行相关软件的设计更新而不需要购买新的仪器2基于 LabVIEW 的虚拟传递函数仪的研究设计4研制周期较传统仪器大为缩短且成本低廉5虚拟仪器具有开放性和灵活性可与计算机同步发展与网络及其它周边设备互联LabVIEW 作为虚拟仪器开发系统的杰出代表在我国由于引进的时间不长了解和熟悉它的人还不多还远远没有被认识和推广应用13 研究内容在本设计中要用到很多东西先要熟悉开发的环境---- 图形化编程语言LabVIEW 信号的采集和模拟输入信号的连接以及信号的发生器的设计以及分析与处理知识将其输入到传递函数得出输出函数的特性最后图形显示利用 LabVIEW 软件进行仿真分析程序调试本文主要阐述如何在 LabVIEW 环境下开发虚拟传递函数仪器第二章叙述了近年来在仪器测试领域内出现的新型仪器----虚拟仪器的组成功能及特点同时介绍了用于虚拟仪器开发的软件------LabVIEW第三章首先简要介绍了信号处理知识信号的产生与处理然后详细叙述了基于 LabVIEW 虚拟传递函数仪的开发过程仪器的主要功能及特点各软件功能模块的设计与实现包括信号发生器传递函数部分的设计以及最后图形显示并介绍了传递函数仪的实验原理和仪器功能第四章简要介绍测量系统的组成数据采集卡 DAQ 的介绍数据采集卡的基本性能指标数据采集系统的组成以及 LabVIEW 数据采集模块的分类最后说明国内外的现状以及结论与展望3基于 LabVIEW 的虚拟传递函数仪的研究设计第二章虚拟仪器及LabVIEW本章介绍了虚拟仪器的基本概念以及当今在测控领域内的虚拟仪器开发软件LabVIEW虚拟仪器的出现是仪器领域的一个突破和传统仪器相比虚拟仪器的最大特点是能够充分发挥计算机性能打破了以往由厂商定义仪器功能的模式使得用户能够根据自己的需要更改和重新定义仪器的功能LabVIEW则是虚拟仪器开发环境中图形化语言的杰出代表之一它是一种面向对象的模块化编程语言使用面向对象技术使程序的复用性达到最佳LabVIEW 是 Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench 的缩写即实验室虚拟仪器工程平台是美国 NI 公司 National Instrument Company 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最初它是基于苹果公司的 Macintosh 微机的后来 NI 公司不断推出基于各种操作系统的 LabVIEW 版本1998 年 NI 公司推出了基于 Windows 95Windows NT40 的最新版本LabVIEW 5 0 和它的姊妹软件包 Lab WindowsCVI 50 正是由于LabVIEW 的出现开创了的仪器研究新方法虚拟仪器如下框图 2-1 反映了常见的虚拟仪器方案[3]信虚拟仪号数据器面板被测处采集数据对象理卡处理图 21 虚拟仪器方案21 虚拟仪器的组成虚拟仪器一般由通用仪器硬件平台简称硬件平台和应用软件两大部分组成com 通用仪器硬件平台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虚拟仪器使用的个人计算机中微处理器和总线成为最重要的因素其中微处理器的发展是最迅速的它使虚拟仪器的能力极大地提高80 年代末制造的虚拟频率分析仪完成一个 1 024 点的快速傅立叶变换需要 1 秒种的时间今天4基于 LabVIEW 的虚拟传递函数仪的研究设计的系统可以在 1 毫秒内完成同样的运算速度提高了一千倍这意味着如果以前人们是用虚拟仪器来做快速傅立叶变换观察信号那么今天可以利用它进行高速的实时运算并将之应用于过程控制和其它控制系统中2 I0 接口设备主要完成被测信号的采集放大摸数转换可根据不同情况采用不同的 I0 接口硬件设备如数据采集卡 DAQ GPIB总线仪器VXI 总线仪器模块串口仪器等虚拟仪器构成方式有五种类型1PC-DAQ 2 GPIB 仪器 3 串口仪器 4 VXI 模块 5 PXI 模块无论哪种 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[4]com 软件软件包括应用软件和 10 驱动软件1应用程序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2 I0 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和通信[4]22 虚拟仪器的功能与特点com 虚拟仪器的功能虚拟仪器利用个人计算机强大的图形环境和在线帮助功能建立虚拟仪器面板完成对仪器的控制数据分析与显示代替传统仪器改变传统仪器的使用方式提高仪器的功能和使用效率大幅度降低仪器价格使用户可以根据自己的需要定义仪器的功能虚拟仪器广泛应用于电子测量电力工程物矿勘探医疗振动分析声学分析故障诊断及教学科研等诸多领域虚拟仪器最常见的应用是取代传统的台式仪器随着插入式数据采集板速率的提高和触发技术的改进插入式数据采集板技术使台式仪器获得了新生在虚拟仪器所取代的仪器中最常见的是示波器通过利用虚拟仪器开发软件编制出的虚拟仪器程序用户可以调整数据采集板的动作使软件就象一台示波器一样显示输出波形同时虚拟示波器还可以进行许多分析工作com 虚拟仪器的特点现代化生产要求电子仪器品种多功能强精度高自动化程度高而且要求测试速度快实时性好具有良好的人机界面虚拟仪器正可以实现这些要求5基于 LabVIEW 的虚拟传递函数仪的研究设计与传统仪器相比虚拟仪器具有如下优点1仪器本身的功能可以由用户自己定义可方便与网络外设及仪器连接2 价格低廉积数更新快大大节省技术开发的费用3 界面图形化计算机直接读取数据并分析处理4 模块可构成多种仪器而且输出显示的数据可编辑存储和打印5软件是其关键部分23 虚拟仪器的发展前景虚拟仪器依靠其自身的优势使它在仪器市场的竞争力不断增强许多大型仪器公司均在虚拟仪器市场上占有一席之地1988 年国际上开始有虚拟仪器产品面市当时只有五家制造商推出的 30 种产品此后虚拟仪器产品每年成倍增加到 1994 年底虚拟仪器制造厂已达 95 家共生产 1000 多种虚拟仪器产品销售额达 293 亿美元占整个仪器销售额 73 亿的 4目前我国正处于科学技术和教育事业蓬勃发展的新时期对仪器设备的需求将更加强劲虚拟仪器赖以生存的 PC 计算机近几年正以迅猛的势头席卷全国这为虚拟仪器的发展奠定了基础虚拟仪器作为传统仪器的替代品市场容量巨大据统计1995 年我国进口电子测量仪器 735 万台价值 32 亿美元据专家预测到本世纪初我国将有 50的仪器为虚拟仪器以上统计数字表明虚拟仪器具有广阔的发展前景但同时也应认识到现在我国的科学技术水平还相对落后每年需要花费大量的外汇进口电子仪器产品如何发展我国自己的仪器产业尤其是具有广阔发展前景的虚拟仪器是我们应该迫切解决的问题[1]24 LabVIEW 开发平台介绍LabVIEW 是一个开放式的虚拟仪器开发系统应用软件它为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象搭积木一样轻松组建一个测量系统或数据采集系统并任意构造自己的仪器面板而无需进行任何繁琐的计算机程序代码的编写从而可以大大简化程序的设计LabVIEW 与 Visual CVisual Basic LabWindowsCVI 等编程语言不同后者采用的是基于文本语言的程序代码而 LabVIEW 则是使用图形化程序设计语言 G用方框图代替了传统的程序代码LabVIEW 所运用的设备图标与科学家工程师们习惯的大部分图标基本一致这使得编程过程和思维过程非常相似用 LabVIEW 设计的虚拟仪器6基于 LabVIEW 的虚拟传递函数仪的研究设计可以脱离 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 包含有专门用于设计数据采集程序和仪器控制程序的功能库和开发工具库LabVIEW 的程序设计实质上就是设计一个个的虚拟仪器即VIs在计算机显示屏幕上利用功能库和开发工具库产生一个前面板 front panel 在后台则利用图形化编程语言编制用于控制前面板的程序程序的前面板具有与传统仪器类似的界面可接受用户的鼠标指令一般来说每一个 VI 都可以作为其它 VI 的调用对象其功能类似于文本语言的子程序LabVIEW 的核心是VI VI 有一个人机对话的用户界面前面板 front panel和类似于源代码功能的方框图 diagram 前面板接受来自方框图的指令在VI的前面板中控件 controls 模拟了仪器的输入装置并把数据提供给 VI 的方框图而指示器 indicators 则模拟了仪器的输出装置并显示由方框图获得或产生的数据当把一个控件或指示器放置到前面板上时LabVIEW 在方框图中相应地放置了一个端口 terminals 这个从属于控件或指示器的端口不能随意删除只有删除它对应的控件或指示器时它才随之一起被删除用 LabVIEW 编制方框图程序时不必受常规程序设计语法细节的限制首先从功能菜单中选择需要的功能方框将之置于面板上适当的位置然后用导线 wires 连接各功能方框在方框图中的端口用来在功能方框之间传输数据这些方框包括了简单的算术功能高级的采集和分析 VI 以及用来存储图形化程序设计编程简单直观开发效率高随着虚拟仪器技术的不断发展图形化的编程语言必将成为测试和控制领域内最流行的发展趋势[5]7基于 LabVIEW 的虚拟传递函数仪的研究设计第三章基于 LabVIEW 虚拟传递函数仪设计与实现所要开发的虚拟传递函数仪由硬件平台和应用软件两部分组成有关硬件平台的配置和安装将在第五章进行了介绍在此且不复述而实际上虚拟仪器的开发最重要的是应用软件的开发正所谓软件就是仪器因此本章的主要任务就是设计出满足测出输出函数图象的软件完成典型仿真周期信号非周期信号的产生如正弦波阶跃函数三角波函数方波函数等然后根据传递函数的性质得到输出的函数波形存储并分析结果美国国家仪器公司开发的 LabVIEW 图形化实验室虚拟仪器工程平台以其强大的功能为虚拟仪器的开发提供了一个理想的平台LabVIEW 的使用者不需要将注意力放在程序代码上而是要将注意力放在程序的编程思想上应用必要的专业理论知识和测试理论基础建立科学准确的数学模型并将其转化为计算机的过程描述开发应用程序就象是在编写程序流程图一样自然流畅我们只需要将一个个功能模块按照希望的方式用导线连接起来而不需要考虑语法规则就可以编制出功能强大的应用程序这正是图形化编程语言的优势所在确立科学的软件开发方法借助于 LabVIEW 开发平台开发出的虚拟传递函数仪是本章也是本课题的重点内容当然由于 LabVIEW 高度的集成化也会使它在编程中产生一些其它语言所不会出现的问题本章也将加以讨论希望能够对读者有所帮助31 LabVIEW 软件应用介绍首先介绍一下LabVIEW软件的使用com 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这些操作模板可以随意在屏幕上移动并可以放置在屏幕的任意位置操纵模板共有三类为工具Tools模板控制Controls模板和功能Functions模板工具模板Tools Palette工具模板为编程者提供了各种用于创建修改和调试 VI 程序的工具如果该模板没有出现则可以在 Windows 菜单下选择 Show Tools Palette 命令以显示该模板当从模板内选择了任一种工具后鼠标箭头就会变成该工具相应的形状当从 Windows 菜单下选择了 Show Help Window 功能后把工具模板内选定的任一种工具光标放在框图程序的子程序Sub VI或图标上就会显示相应的8基于 LabVIEW 的虚拟传递函数仪的研究设计帮助信息如图31工具图标有如下几种操作工具使用该工具来操作前面板的控制和显示使用它向数字或字符串控制中键入值时工具会变成标签工具的形状选择工具用于选择移动或改变对象的大小当它用于改变对象的连框大小时会变成相应形状图 31 工具模板标签工具用于输入标签文本或者创建自由标签当创建自由标签时它会变成相应形状连线工具用于在框图程序上连接对象如果联机帮助的窗口被打开时把该工具放在任一条连线上就会显示相应的数据类型对象弹出菜单工具用左鼠标键可以弹出对象的弹出式菜单漫游工具使用该工具就可以不需要使用滚动条而在窗口中漫游断点工具使用该工具在VI的框图对象上设置断点探针工具可以在框图程序内的数据流线上设置探针程序调试员可以通过控针窗口来观察该数据流线上的数据变化状况颜色提取工具使用该工具来提取颜色用于编辑其他的对象颜色工具用来给对象定义颜色它也显示出对象的前景色和背景色与上述工具模板不同控制和功能模板只显示顶层子模板的图标在这些顶层子模板中包含许多不同的控制或功能子模板通过这些控制或功能子模板可以找到创建程序所需的面板对象和框图对象用鼠标点击顶层子模板图标就可以展开对应的控制或功能子模板只需按下控制或功能子模板左上角的大头针就可以把对这个子模板变成浮动板留在屏幕上控制模板 Controls Palette用控制模板可以给前面板添加输入控制和输出显示每个图标代表一个子模板如果控制模板不显示可以用Windows菜单的Show Controls Palette功能 9基于 LabVIEW 的虚拟传递函数仪的研究设计打开它也可以在前面板的空白处点击鼠标右键以弹出控制模板注只有当打开前面板窗口时才能调用控制模板控制模板如右图 32 所示它包括如图所示的几个子模板数值子模板包含数值的控制和显示布尔值子模块逻辑数值的控制和显示字符串子模板字符串和表格的控制和显示图 32 控制模板列表和环Ring子模板菜单环和列表栏的控制和显示数组和群子模板复合型数据类型的控制和显示图形子模板显示数据结果的趋势图和曲线图其余一些子模板在设计过程中用到之处再一一介绍功能模板 Functions Palette功能模板是创建框图程序的工具该模板上的每一个顶层图标都表示一个子模板若功能模板不出现则可以用Windows菜单下的Show Functions Palette功能打开它也可以在框图程序窗口的空白处点击鼠标右键以弹出功能模板注只有打开了框图程序窗口才能出现功能模板图 33 功能模板 10基于 LabVIEW 的虚拟传递函数仪的研究设计功能模板如上图33所示结构子模板包括程序控制结构命令例如循环控制等以及全局变量和局部变量数值运算子模板包括各种常用的数值运算符如-等以及各种常见的数值运算式如1 运算还包括数制转换三角函数对数复数等运算以及各种数值常数布尔逻辑子模板包括各种逻辑运算符以及布尔常数字符串运算子模板包含各种字符串操作函数数值与字符串之间的转换函数以及字符串常数等数组子模板包括数组运算函数数组转换函数以及常数数组等比较子模板包括各种比较运算函数如大于小于等于仪器控制子模板包括 GPIB 4884882 串行VXI 仪器控制的程序和函数以及VISA的操作功能函数仪器驱动程序库用于装入各种仪器驱动程序数据采集子模板包括数据采集硬件的驱动程序以及信号调理所需的各种功能模块信号处理子模板包括信号发生时域及频域分析功能模块数学模型子模块包括统计曲线拟合公式框节点等功能模块以及数值微分积分等数值计算工具模块应用程序控制子模块包括动态调用VI标准可执行程序的功能函数其它几个子模板是LabVIEW的附加Toolkit安装上去的在LabVIEW完全版中不包括这些子模板例如在本设计中用到的PID软件包[6]11基于 LabVIEW 的虚拟传递函数仪的研究设计com 创建一个VI程序VI程序具有三个要素前面板框图程序和图标连接器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得前面板直观易懂易于操作框图程序是程序的图形化源代码他由端口节点图框和连线构成其中端口被用来同程序前面板的控制和显示传递数据节点被用来实现函数和功能调用图框被用来实现结构化程序控制命令而连线代表程序执行过程中的数据流定义了框图内的数据流动方向图标连接器是子VI被其他VI调用。
Lab VIEW 大学实用教程
谢谢观看
Lab VIEW 大学实用教程
20xx年电子工业出版社出版的图书
01 推荐
03 作者简介
目录
02 内容简介 04 目录
《Lab VIEW大学实用教程》是2008年电子工业出版社出版的图书。全书分为基础知识和高级主题两部分。基 础知识部分包括第1章至第9章，讲授LabVIEW的基础编程。高级主题部分包括第10章至第17章，讲授LabVIEW的 高级知识。
本书可作为大、中专院校通信、测控等相关专业的教学参考书，也可作为有关工程技术人员设计开发仪器或 自动测试系统的技术参考书，同时也是获得NI公司LabVIEW开发者资格认证的必备参考书。
作者简介
特拉维斯（Jeffrey Travis）美国得克萨斯大学硕士，专业咨询师，为远程络监控、虚拟仪器及web应用编 写了许多著作、教程。具有超过15年的LabVIEW及相关技术的软件开发、教学和咨询经验。
推荐
LabVIEW资深专家Jetffrey Travis和Jim Krin9循序渐进地讲授LabVIEW：通过逐步解释示例，读者可以将 这些可重复使用的示例代码用于自己的工程中。本书是LabUIEW领域友好、极具价值的学习指南。
本书第三版经过全面的修订和扩展，介绍了LabVIEW 8新引入的特性和技术。第三版添加了许多新的主题。 准备参加LabUIEW开发者资格认证的考生，可以根据标注图标快速找到Nl的考试重点，使得本书成为比其他书籍 更有价值的学习工具。
《虚拟仪器与LabVIEW程序设计》章节思考与练习题含答案(大学期末复习资料)
第1章虚拟仪器概述1．测试测量仪器发展至今经过了那些阶段？答：经历了4个阶段，即：第一代模拟式仪器（或指针式仪器）、第二代数字式仪器、第三代智能仪器、第四代虚拟仪器。
2．什么是虚拟仪器，它有哪些特点?答：虚拟仪器是指在以计算机为核心的硬件平台上，其功能由用户设计和定义，具有虚拟仪器面板，其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。
特点：虚拟含义主要有两点：1、仪器面板是虚拟的，通过调用控件选板中的控件实现3．简述虚拟仪器的系统组成？答：虚拟仪器系统由硬件平台和软件平台两大部分完成：硬件平台：计算机、I/O接口设备；软件平台：4．简述虚拟仪器的软件层次结构？答：测试管理层：用户及仪器设备等管理。
应用程序开发层：用户根据仪器功能需求开发设计的虚拟仪器程序。
仪器驱动层：完成对特定仪器的控制和通信的程序集合。
I/O总线驱动层：完成对仪器寄存器进行直接存储数据操作，并为仪器设备与仪器驱动程序提供信息传递的底层软件。
第2章一个简单VI的设计1．输入两个数，求两个数的和差运算，并显示结果。
2．程序运行中，用旋钮控件改变图形曲线的颜色。
建立波形图表的属性节点，改为可写，并指定为曲线Plot的颜色Color属性。
第3章几种常用的程序结构1.创建一个VI产生100个随机数，求其最小值和平均值。
2.创建一个VI，每秒显示一个0到1之间的随机数。
同时，计算并显示产生的最后四个随机数的平均值。
只有产生4个数以后才显示平均值，否则显示0。
每次随机数大于0.5时，使用Beep.vi产生蜂鸣声。
3.求X的立方和（使用For和While循环）。
4.编程求1000内的“完数”。
“完数”指一个数恰好等于它本身的因子之和。
例如28＝14+7+4+2+1。
5.创建一个VI ，实现加、减、乘、除四种运算方式。
6.编写一个程序测试输入以下字符所用的时间：LabVIEW is a graphical programming language.7.使用公式节点创建VI ，完成下面公式计算，并将结果显示在同一个屏幕上。
毕业设计基于LabVIEW控制系统分析与设计
本文在LabVIEW的控制设计包和仿真模块的基础上，研究了如何在LabVIEW平台上对典型控制系统进行设计与仿真。首先介绍了LabVIEW的使用，然后研究了受控对象的数学建模与分析，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ研究了控制器的设计和PID控制器参数自整定的方法，最后对动态系统进行了仿真，包括离线和在线仿真。
毕业论文
题目：基于LabVIEW的控制系统分析与设计
基于LabVIEW的控制系统分析与设计
摘要
现代科技的发展日新月异，在工业自动化和测试及测量领域，传统的仪器功能固定且由厂商定义，已经不能适应时代发展的需要。而虚拟仪器（Virtual Instrument，简称VI）则可以由用户定义，用软件来实现硬件仪器，彻底打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变的局面，引起了仪器和自动化工业的一场革命。虚拟仪器既具有传统仪器的功能，又有独特的灵活性，它能够充分利用和发挥现有计算机先进技术，使仪器的测试和测量及自动化工业的系统测试和监控变得异常方便和快捷。
在自动控制领域，随着控制原理迅速的发展，受控对象和系统的复杂化，工业生产过程对控制的精度要求越来越高，控制算法越来越复杂，控制器的设计也越来越困难，这就需要借助计算机来实现控制系统的计算机辅助设计（Computer-Aid Control System Design，缩写为CACSD）。其主要的内容包括利用计算机进行模型的建立和分析、控制器设计、系统仿真等。而LabVIEW以其卓越的人机界面、强大而易于实现的数据采集功能，加上框图式的程序编写过程，使其成为实现控制系统计算机辅助设计的理想选择。
虚拟仪器 LABVIEW 第3章3-1
第2页
《虚拟仪器设计》
在同一硬件平台上，调用不同的测试软件就可构 成不同功能的虚拟仪器。例如：
对采集的数据通过测试软件进行标定，并在时间轴上 把对应的数据点显示出来，就构成了一台数字示波器； 对采集的数据利用软件进行FFT变换，并把各频率分 量幅值在频率轴上显示出来，则构成一台频谱分析仪 等。 通过信号分析与处理可求取信号的各种特征值，如峰 值、真有效值、均值、均方值、方差、标准差及频谱 函数、相关函数、概率密度函数等，可构成各种测试 仪器。
信号名称
图3-9 Simulate Signal．vi的参数设定对话框
第23页
《虚拟仪器设计》
（1）信号特性
首先选择周期信号类型和能够附加噪声信号的类型， 分别见图3-10和图3-11，然后设定信号的频率、幅值、 初始相角和直流偏置，噪声的均值、标准偏差等。
第24页
《虚拟仪器设计》
（2）采样时间特性和时间戳 采样时间特性选择：
《虚拟仪器设计》
虚拟仪器测试功能软件的主要内容
① 时域分析：测量时采集到的信号是一个时域波形。 ② 频域分析：测量时直接采集到的信号是时域波形，由 于时域分析的局限性，所以往往把问题转换到频域来处 理。基本方法是FFT。 ③ 相关分析：信号的相关分析是时（延）域中进行的一 种信号分析处理方法。 ④ 幅值域分析：信号的幅值域分析首先是对随机信号进 行统计分析，可以求得信号的均值、均方值、方差、概 率密度函数等。
在测试工程应用中还有这样一种情形：测量的信号是若 干个正弦信号或余弦信号的叠加，每个正弦信号或余弦 信号具有不同的频率、幅值和相位。
仿真信号发生器Simulate Signal．vi不能产生多个周期信 号叠加的波形，如果要实现这一功能，需要在每个单一 周期信号产生以后再进行叠加运算。
LabVIEW虚拟仪器第3章
通过局部变量实现
通过移位寄存器实现
反馈节点（Feedback Node）
通过反馈节点实现a++
4.3 While循环
两个参数：当前循环次数和条件布尔判断量；循环 次数由布尔量来判断决定。循环的条件有两种： “真
时停止”和“真时继续”。
添加定时器
3.2 波形显示—波形图表
Chart可以将新测得的数据添加到曲线的尾端， 从而反映实时数据的变化趋势，它主要用来显 示实时曲线。
右键菜单及属性框
带状 示波器 扫描图 图表 图表
对于标量数据，Chart图表直接将数据添加 在曲线的尾端。
对于一维数组数据，它会一次性把一维数组的 数据添加在曲线末端，即曲线每次向前推进的 点数为数组数据的点数。
波形数据控件位于控件选 板“All Controls—>I/O — >Waveform”
波形数据包括以下组成部分： 1）起始时间t0,为时间标识类型； 2）时间间隔dt,为双精度浮点类型； 3）波形数据Y,为双精度浮数据是一种预定义格式的簇，但是必须用 专用的波形数据操作函数才能对它进行操作，其中 某些操作函数与簇的操作函数非常类似。
结构功能相同，相互之间可以进行转换，右键 菜单中的“替换—>替换为平铺式/层叠式顺序”
在Stacked Sequence Structure的Frame间 传递数据 ，不能通过数据线直接传递，要借助 局部变量（右键菜单中的”添加顺序局部变量）
在Flat Sequence Structure的Frame间传递 数据，可以通过数据线传递，不需要局部变量。
簇作为输入时需要指定三个元素：起始位置x0、 数据点间隔dx和数组数据。
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《虚拟仪器》
（3）替换数组元素函数Replace Array Subset
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《虚拟仪器》
（4）插入数组函数Insert Into Array
向数组指定位置插入若干行或若干列新元素。
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《虚拟仪器》
（5）从数组中删除元素函数Delete From Array
从一个数组中删除单个元素或者子数组
替换数组一个元素或行、列
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《虚拟仪器》
例：设计一个VI，产生9个随机数组成的数组，先倒序排列，按从小到 大排列，并且求出最大值、最小值。
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《虚拟仪器》
数组函数详细介绍 （1）数组大小函数Array Size
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《虚拟仪器》
（2）数组索引函数Index Array
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《虚拟仪器》
字符的四种显示模式
可以在字符串控制器和指示器上弹出快捷菜单来改变字符显示模式。 （1）Normal Display，这是正常默认显示模式 （2）Password Display，这是口令显示模式，即在前面板上字符串显示 为星号。 （3）Hex Display，显示字符的十六进制表示的ASCII代码。 （4）'\'Codes Display，这是代码显示模式，可以显示或输入通常情况 下不可显示的字符，例如空格、回车、跳格字符等，不可显示字符 以反斜杠后跟相应代码的形式表示
转换函数在函数面板数值运算Numeric中conversion子模板中
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《虚拟仪器》
3.3.1 数组
数组是同一类型数据的集合。 LabVIEW中的数组可以为任何数值类型、布尔型、字符 串。 一个数组可以是一维的，在内存允许的情况下，也可以 是多维的，每维最多可以包含231个元素。 可以通过数组指针（索引index)访问数组元素，指针在0 到N－1的范围内变化，而Ｎ就是数组元素的个数。 例：10元素的一维数组
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《虚拟仪器》
2．簇函数 1、Unbundle分解簇函数 2、 Bundle合成簇函数 3、 Unbundle By Name 按名称分解簇函数 4、 Bundle By Name 按名称合成簇函数 5、Build Cluster Array 建立簇数组函数 6、Index & Bundle Cluster Array 按索引组合簇数组函数 7、簇和数组相互转换Cluster To Array和 Array To Cluster
（1）创建
选择全局变量图标，右击，选择Open Front Panel，打开全局变量声明VI的前面板。
按照需要的数据类型加入控件 。
切换到框图程序窗口，单击全局变量图标， 选择需要它指向的控件。
返回到全局变量声明VI的前面板，将该VI 文件存盘，完成全局变量的建立。
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《虚拟仪器》
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《虚拟仪器》
（13）一维数组排序函数Sort 1D Array
升序排列
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《虚拟仪器》
（14）获得数组最大值和最小值的函数Array Max﹠Min
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《虚拟仪器》
数组插值函数应用
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《虚拟仪器》
线性代数（Linear Algebra)子模板
在数学子模板
中,
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《虚拟仪器》
3.6 字符串
字符串就是一系列文本字符，以ASCII码表示。 在数据传送中，通常将数字型的数据转换成字符串进行传 送。在很多情况下，往磁盘上存储的数字型数据也要求是 字符串格式。 创建：在控制模板的String&Path子模板中， 字符串的输入：使用字符串控制器 字符串输出：使用字符串指示器 可以改变文本显示区的尺寸。当文本显示不完时，可以在 字符串控制器或指示器上弹出快捷菜单，选择Visible Items>> Scrollbar选项，将出现滚动条。
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《虚拟仪器》
1.创建簇 方法1：在框图程序中使用Bundle 函数（Cluster子模板中） Bundle函数可以新建簇 还可在已有簇中添加元素 方法2：在前面板放置一个簇的空 框架（Control 模板的Cluster子模 板中的Cluster控件） ，在框架中 再增加簇的元素 。
（2）调用
由函数模板中的Select a VI…子模板打开选 择用户程序对话框，选择已经保存的全局 变量声明VI程序，此时将在框图程序中显 示全局变量数据端口。 如果在全局变量声明VI中建立多个控件， 可以用操作工具在全局变量的图标上单击， 在列出的所有变量对象中选择所需的对象。
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《虚拟仪器》
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《虚拟仪器》
3.3 数组、簇和字符串
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《虚拟仪器》
数据类型选择和转换：
数值型控件对象的数据类型或格式和精度指定：右击对象，在弹出 菜单上选择“Represeutation”或”Format @ Precision” 不同数据类型连接时，有的可以自动转换，有的不行
可使用转换函数强制转换
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《虚拟仪器》
1.创建数组：
第一步创建数组壳: 从控制模板的Array&Cluster子模板中选择Array控制器， 放在前面板上，即建立了一个空的数组壳（Array Shell） 第二步建立数据对象: 把一个数据对象拖入数组壳，或者从控制模板中添加一 个数据对象到数组壳中，这样就可以创建一个数组
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《虚拟仪器》
增加数组维数 在数组壳左边的指针标记上弹出菜单，选择Add Dimension选项，增加数组的维数
行指针 当前指针指示的元素
列指针
4行2列元素 第12页
《虚拟仪器》
三维数组
页指针
行指针
列指针
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《虚拟仪器》
1.数组大小 Array Size 数组函数子模板 2.数组检索 Index Array 3.替换数组元素Replace Array Subset 4.插入数组元素 Insert Into Array 5.删除元素 Delete From Array 6.初始化数组Initialize Array 7.创建数组 Build Array 8.子数组 Array Subset 9.一维数组循环移位.Rotate 1D Array 10.一维数组倒置 Reverse 1D Array 11.一维数组搜索 Search 1D Array 12.一维数组分离 Split 1D Array 13.一维数组排序 Sort 1D Array 14.数组最大值和最小值 Array Max &Min 15.二维数组转置 Transpose 2D Array 16.一维数组插值 Interpolate 1D Array 17.一维数组阈值 Threshold 1D Array 18.一维数组接插 Interleave 1D Array 19一维数组拆分 Decimate 1D Array 21.簇到数组 Cluster To Array 20.改变数组维数 Reshape Array 22.数组到簇 Array To Cluster 第14页
《虚拟仪器》
第三章 变量、数组、簇、波形数据、字符串
3.1 .3 数组
3.4 簇
3.5 波形数据
3.6 字符串
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《虚拟仪器》
3.1 局部变量
使用条件 在一个程序的多个位置实现对同一个前面板控件的访问， 或程序内部连线复杂，可用局部变量。 （1）创建
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《虚拟仪器》
（9）一维数组轮转函数Rotate 1D Array
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《虚拟仪器》
（10）一维数组倒置函数Reverse 1D Array
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《虚拟仪器》
（11）搜索一维数组函数的指定元素Search 1D Array
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《虚拟仪器》
（12）一维数组分离函数Split 1D Array，将指 定数组在指定元素处分为两截
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《虚拟仪器》
（6）初始化数组Intialize Array
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（7）创建数组函数Build Array
功能：把多个数组组合成一个数组或对一个数组添加 元素。
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《虚拟仪器》
（8）提取子数组函数 Array Subset
提取输入数组的第0行开始的两行和第1列开始的两 列元素，组成一个新数组。
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《虚拟仪器》
例如：学生情况表中有这样一些数据：姓名（字符型）、 性别（字符型）、年龄（数字型）、党员否（布尔型）等， 形成一个簇 。
Bundle函数 （Cluster子 模板中）
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《虚拟仪器》
3.5 波形数据
定义:由时间起始值X0、ΔX值（两个点的刻度间隔）以及一维数组 Y组合成的一个簇。
物理意义：
（1）对被测的模拟信号，进行采样，A/D变换，采样率为fs,由时间起 始值X0，采样时间间隔ΔX=1/fs，数组Y为各个时刻的采样值。 （2）输出信号的波形数据：对一个要输出信号的波形理论值，以采样 率为fs进行采样，得到时间起始值X0，采样时间间隔ΔX=1/fs，数组Y 为各个时刻的采样数据，送给D/A转换器转换成符合波形要求的信号输 出。
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线性代数函数举例
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3.4 簇
定义：簇是一种可以把相同或不同类型的数据组 合在一起的数据结构，类似于C语言中的结构体 数据类型struct。 我们可以把簇形象地理解为一根多芯电缆，不同 的信号线捆绑在一起进行传输，电缆中的每根线 就相当于簇中的每个元素。
上面的局部变量处于“写”状态，每次程序运行 时，“开关”控件的状态被写入局部变量；