虚拟仪器实验指导书.docx
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1、虚拟仪器技术实验指导 深圳大学测控技术与仪器目 录实验一 LabVIEW编程环境与基本操作实验1实验二 LabVIEW编程的结构实验17实验三LabVIEW编程的图形图表、数组与簇16实验四 LabVIEW编程的数据采集实验20实验五 NI ELVIS环境28实验六 RC 瞬态电路和数字温度计设计35实验一 LabVIEW编程环境与基本操作实验一、实验目的1了解LabVIEW的编程环境。2掌握LabVIEW的基本操作方法,并编制简朴的程序。3学习建立子程序的过程和调用子程序的方法二、实验原理1虚拟仪器虚拟仪器(Virtual Instrument,简称VI)是基于计算机的软硬件测试平台。虚拟仪
2、器技术的优势在于可由用户定义自己的专用仪器系统,且功能灵活,很容易构建,所以应用面极为广泛。20世纪80年代,随着计算机技术的发展,个人电脑可以带有多个扩展槽,就出现了插在计算机里的数据采集卡。它可以进行一些简朴的数据采集,数据的后解决由计算机软件完毕,这就是虚拟仪器技术的雏形。1986年,美国National Instruments公司(简称NI公司)提出了“软件即仪器”的标语,推出了NI-LabVIEW开发和运营程序平台,以直观的流程图编程风格为特点,启动了虚拟仪器的先河。22LabVIEWLabVIEW(Laboratory Virtual instrument Engineering)
3、是一种图形化的编程语言,一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的所有功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。运用它可以方便地建立自己的虚拟仪器,其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。图形化的程序语言,又称为“”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流程图。控制对象(输入)显示对象(输出)图1.1随机信号发生器的前面板(1)LabVIEW应用程序的构成所有的LabVIEW应用程序,即虚拟仪器(VI),它涉及前面
4、板(front panel)、流程图(block diagram)以及图标/连结器(icon/connector)三部分。前面板前面板是图形用户界面,也就是VI的虚拟仪器面板,这一界面上有用户输入和显示输出两类对象,具体表现有开关、旋钮、图形以及其他控制(control)和显示对象(indicator)。框图 ctrl+E框图提供VI的图形化源程序。在框图中对VI编程,以控制和操纵定义在前面板上的输入和输出功能。框图中涉及前面板上的控件的连线端子,尚有一些前面板上没有,但编程必须有的东西,例如函数、结构和连线等。框图中,对象的移动:shift+鼠标选择移动; 对象的复制:ctrl+鼠标选择移动
5、; 对象的删除:鼠标选择,按;前面板与框图并排:ctrl+T图1.2与图1.1相应的框图。函数:随机数发生器结构:循环与前面板控件相应的连线端子与前面板控件相应的连线端子图1.2随机信号发生器的流程图图标/连接器图标 连接器 图标/连接器是子VI被其它VI调用的接口。图标是子VI在其他程序框图中被调用的节点表现形式;而连接器则表达节点数据的输入/输出口,就象函数的参数。用户必须指定连接器端口与前面板的控制和显示一一相应。连接器一般情况下隐含不显示,除非用户选择打开观测它。(2)操作模板在LabVIEW的用户界面操作模板涉及:工具(Tools)模板:在前面板或框图中按住键并单击鼠标右键。控件(C
6、ontrols)模板:在前面板激活状态,在前面板空白区单击右键。函数(Functions)模板:在框图激活状态,在框图空白区单击右键。(3)连线,连线工具流程图上的每一个对象都带有自己的连线端子,连线将构成对象之间的数据通道。由于这不是几何意义上的连线,因此并非任意两个端子间都可连线,连线类似于普通程序中的变量。数据单向流动,从源端口向一个或多个目的端口流动。不同的线型代表不同的数据类型。消除所有断线:ctrl+B(4)程序调试技术a)找出语法错误 假如一个VI程序存在语法错误,则在面板工具条上的运营按钮会变成一个折断的箭头,表达程序不能被执行。点击它,LabVIEW弹犯错误清单窗口,点击其中
7、任何一个所列出的错误,选用Find功能,则犯错的对象或端口就会变成高亮。b)设立执行程序高亮在LabVIEW的工具条上有一个画着灯泡的按钮,这个按钮叫做“高亮执行”按钮上。点击这个按钮使它变成高亮形式,再点击运营按钮,VI程序就以较慢的速度运营,没有被执行的代码灰色显示,执行后的代码高亮显示,并显示数据流线上的数据值。这样,你就可以根据数据的流动状态跟踪程序的执行。c)断点与单步执行为了查找程序中的逻辑错误,有时希望流程图程序一个节点一个节点地执行。使用断点工具可以在程序的某一地点中止程序执行,用探针或者单步方式查看数据。使用断点工具时,点击你希望设立或者清除断点的地方。断点的显示对于节点或者
8、图框表达为红框,对于连线表达为红点。当VI程序运营到断点被设立处,程序被暂停在将要执行的节点,以闪烁表达。按下单步执行按钮,闪烁的节点被执行,下一个将要执行的节点变为闪烁,指示它将被执行。你也可以点击暂停按钮,这样程序将连续执行直到下一个断点。b)探针 可用探针工具来查看当流程图程序流经某一根连接线时的数据值。从Tools工具模板选择探针工具,再用鼠标左建点击你希望放置探针的连接线。这时显示器上会出现一个探针显示窗口。该窗口总是被显示在前面板窗口或流程图窗口的上面。3子VI子VI(SubVI)相称于普通编程语言中的子程序,也就是被其他的VI调用的VI。可以将任何一个定义了图标和联接器的VI作为
9、另一个VI的子程序。4LabVIEW编程常用的两个公共帮助选项:Context(上下文本)和LabVIEW Help(LabVIEW帮助),对于LabVIEW编程很有用,基本函数的操作都有介绍。快捷键:ctrl+H。三、实验设备 安装有LabVIEW的计算机。四、实验内容1熟悉LabVIEW的编程环境,理解基于数据流编程(data flow programming)的概念。 2 创建自己的第一个VI。建立一个测量温度和容积的VI。环节如下:1)选择 FileNew,打开一个新的前面板窗口。2)从 ControlsNumeric 中选择 Tank放到前面板中。3)在标签文本框中输入“容积” ,然
10、后在前面板中的其他任何位置单击一下。4)把容器显示对象的显示范围设立为0.0到1000.a.使用文本编辑工具(Text Edit Tool),双击容器坐标10.0标度,使它高亮显示。b.在坐标中输入 1000,再在前面板中的其他任何地方单击一下。 这时0.0到1000.0之间的增量将被自动显示。5)在容器旁配数据显示。将鼠标移到容器上,点右键,在出现的快速菜单中选Visible ItermsDigital Display即可。6)从ControlsNumeric 中选择一个温度计,将它放到前面板中。设立其标签为“温度”,显示范围为0到100,同时配数字显示。可得到如下的前面板图。图1.3练习2
11、的前面板图随机数发生器乘法函数数值常数连接点7)WindowsShow Diagram 打开流程图窗口。从功能模板中选择对象,将它们放到流程图上组成下图(其中的标注是后加的)。图1.4练习2的流程图该流程图中新增的对象有两个乘法器、两个数值常数、一个随机数发生器,温度和容积对象是由前面板的设立自动带出来的。乘法器和随机数发生器由FunctionsNumeric中拖出,尽管数值常数也可以这样得到,但是建议使用在连接端子处点击右键创建(Create)常量(Constant)的方法更好些。8)用连线工具将各对象按规定连接。9)选择 FileSave, 把该VI命名为Temp & Vol.vi,保存为
12、 D:Yourname的文献夹中。在前面板中,单击Run(运营)按钮,运营该 VI。注意电压和温度的数值都显示在前面板中。10)选择FileClose,关闭该 VI 。3自己创建一个VI,完毕以下功能: 将两个输入的数字相加并显示结果;将同样两个输入数字相乘并显示结果;比较两个输入数字,假如数字相等,则LED指示灯亮。最后,保存为Simple Math.vi文献。 前面板如图1.5:数字A和B用两个数字控件输入,两个数字指示器分别显示输出结果A+B和AB,当输入数字A和B相同时,将点亮LED。 完毕后,应用“高亮执行”观测数据流的运营流程,运用断点,单步调试等工具进行调试。练习使用探针工具来查
13、看当流程图程序流经某一根连接线时的数据值。 图1.5练习3的前面板4子VI的创建 )打开练习2中Temp & Vol.vi。)在前面板中,用鼠标右键单击窗口右上角的图标,在快捷菜单中选择 Edit Icon.,也可以双击图标激活图标编辑器。注意只能在前面板中编辑图标和联接器。3)删除默认图标。使用Select Tool(矩形框),单击并拖动想要删除的部分,按下。也可以通过双击工具框中的阴影矩形删除图标。4)用 Pencil Tool (铅笔工具)绘制一个温度计。5)用 Text Tool(文本工具)创建文本。得到图标将如下图所示。图.编辑后的图标编辑器窗口6)单击OK,关闭编辑器。新创建的图标
14、就显示在屏幕右上角的图标窗口中。7) 用鼠标右键单击前面板中的图标窗口,在快捷菜单中选择Show Connector,设立联接器端子连接模式。在默认情况下,LabVIEW 会根据前面板中的控制对象和显示对象的数目拟定联接器的端子连接模式。由于前面板中有两个对象,所以联接器有两个端子,如左图所示。用鼠标右键单击联接器窗口,在快捷菜单中选择Rotate 90 Degrees(旋转90度),注意联接器窗口的变化,如左图所示。9)将端子连接到温度计和容积计: a. 点击联接器上部端子。光标自动变成连线工具,同时端子变成黑色。b. 单击温度显示对象。一个移动的虚线框把它包围起来,选中的端子的颜色变为与控
15、制/显示对象的数据类型一致的颜色。假如单击前面板中的任何空白区域以后,虚线消失,选中的端子变暗,这表达您已经成功地把显示对象和上部端子连接起来。假如端子是白色,则表达没有连接成功。c. 反复环节a 和 b,把底部的端子和容积计连接起来。d. 用鼠标右键单击联接器,在快捷菜单中选择Show Icon.10)选择FileSave ,保存该 VI。这样这个 VI 就完毕了,并也可以作为子 VI 被其他的VI调用。子VI 的图标在主 VI 的流程图中代表它。VI 的联接器(具有两个端子)输出温度和容积。5、调用子VI用调用子VI完毕下面功能。七、实验报告与总结1调试编辑以上VI,画出以上VI的程序框图
16、。2理解基于数据流编程的基本编程思绪。3总结VI基本编程的快捷操作。4简述VI程序有什么构成,其各部分的功能是什么。5思考:在前面板和框图程序中,如何区分控制器和指示器。6心得体会及其它。实验二 LabVIEW编程的结构实验一、实验目的1学习并掌握For循环和While循环以及它们的不同点。2 学习使用移位寄存器(shift register)。3.掌握选择结构(Case Structure),顺序结构(Sequence Structure)编程;4.了解时间估计和控制函数。5了解公式节点(Formula Node)的使用。二、实验原理1 While 循环和For循环在函数(Function)
17、的结构(Structures)的选项板中可以找到。创建循环的具体方法是,选择该循环后,先在欲放入循环内执行的对象左上方单击,然后按下鼠标,拖曳出一个矩形框包围执行对象。释放鼠标时就创建了一个指定大小和位置的循环。2While 循环可以反复执行循环体的程序,直至到达某个边界条件。它类似于普通编程语言中的 Do 循环和 Repeat-Until 循环。While 循环的框图是一个大小可变的方框,用于执行框中的程序,直到条件端子接受到的布尔值为 FALSE。图 2.1While 循环3For循环用于将某段程序执行指定次数。和While 循环同样,它不会立刻出现在流程中,而是出现一个小的图标,而后您可
18、以修改它的大小和位置。For循环将把它的框图中的程序执行指定的次数,For循环具有下面这两个端子:N:计数端子(输入端子)用于指定循环执行的次数。I:周期端子(输出端子)具有循环已经执行的次数。图 2.2For 循环与移位寄存器4移位寄存器可以将数据从一个循环周期传递到此外一个周期。创建一个移位寄存器的方法是,用鼠标右键单击循环的左边或者右边,在快捷菜单中选择 Add Shift Register。移位寄存器在流程图上用在循环边框上相应的一对端子来表达。右边的端子中存储了一个周期完毕后的数据,这些数据在这个周期完毕之后将被转移到左边的端子,赋给下一个周期。移位寄存器可以转移各种类型的数据数值、
19、布尔数、数组、字符串等等。它会自动适应与它连接的第一个对象的数据类型。Case结构具有两个或者更多的子程序(Case),执行那一个取决于与选择端子或者选择对象的外部接口相连接的某个整数、布尔数、字符串或者标记的值。必须选择一个默认的Case以解决超过范围的数值,或者直接列出所有也许的输入数值。Case结构见下图3.1。子程序标记按钮条件端子图3.1 Case结构5顺序结构(Sequence Structure)顺序地执行子框图,它看上去像是电影胶片。它可以按一定顺序执行多个子程序。一方面执行0帧中的程序,然后执行1帧中的程序,逐个执行下去。与Case结构类似,这多帧程序在流程图中占有同一个位置
20、。1 时间估计和控制函数 “等待Wait”:控制VI定期执行,每次执行单元(比如循环)内部,在执行代码运营结束后,开始计时。保持此状态直到毫秒计数器的值等于预先设定的值。用于每次执行单元至少执行时间设定。 “等待下一个整数倍的毫秒Wait until Next ms Multiple”:每次执行单元(比如循环)内部,在执行代码开始运营时,就开始计时。保持此状态直到毫秒计数器的值等于预先设定数的整数倍。用于同步各单元操作。“Tick Count (ms) 函数”:用与Express VI完毕定期任务。6公式节点是一个大小可变的方框,可以运用它直接在流程图中输入公式。从函数Functions的结构
21、Structures中选择公式节点就可以把它放到流程图中。当某个等式有很多变量或者非常复杂时,这个功能就非常有用。图3.2 公式节点三、实验设备 安装有LabVIEW的计算机。四、实验内容1A. 创建一个关于While循环的VI,实现在While循环内放置随机数对象,并在前面板上显示随机数及While循环的实时次数。并在前面板设立开关控制按钮,实现While循环的停止控制。前面板如图2.3,最后将该VI保存为While Loop.vi文献。图 2.3While Loop目的:用 While 循环和图表获得数据,并实时显示。B、创建一个可以产生并在图表中显示随机数的VI。 前面板有一个控制旋钮可
22、在0到10秒之间调节循环时间,尚有一个开关可以中止VI的运营。学习如何改变开关的动作属性,以便不用每次运营VI时都要打开开关。操作环节如下: 前面板图练习的流程图2A、创建一个关于For循环的VI,实现在For循环内放置随机数对象,并在前面板上显示随机数及For循环的实时次数。For循环的指定执行次数设为100次。前面板如图2.4,最后将该VI保存为For Loop.vi文献。图 2.4For LoopB、 目的:用For循环和移位寄存器计算一组随机数的最大值。3.练习使用移位寄存器:设计一个包含移位寄存器的While循环,该前面板有4个数字指示器,X(i)指示器用于显示当前循环的实时次数i值
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