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1、了解虚拟仪器的基本概念、特点和构成；了解LabVIEW 8.5简体中文版的工作环境；理解虚拟仪器程序（VI）的基本组成和设计步骤；掌握基于硬件采集卡的虚拟仪器的设计方法。第第8章虚拟仪器与章虚拟仪器与Labview编程基础编程基础 虚拟仪器的基本概念虚拟仪器的基本概念一、虚拟仪器的概念一、虚拟仪器的概念v虚拟仪器（虚拟仪器（Virtual InstrumentVirtual Instrument，简称，简称VIVI）是计算）是计算机技术与仪器技术深层次结合的产物，是对传统机技术与仪器技术深层次结合的产物，是对传统仪器概念的重大突破，是仪器领域内的一次革命。仪器概念的重大突破，是仪器领域内的一次
2、革命。v虚拟仪器是继第一代仪器（模拟式仪器）、第二虚拟仪器是继第一代仪器（模拟式仪器）、第二代仪器（数字式仪器）、第三代仪器（智能化仪代仪器（数字式仪器）、第三代仪器（智能化仪器）之后的新一代仪器，代表了当前测试仪器发器）之后的新一代仪器，代表了当前测试仪器发展的方向之一。展的方向之一。所谓虚拟仪器，是以计算机为基础，配以相应测试功能的硬件作为信号输入/输出的接口，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化仪器系统。它可代替传统的测量仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、频谱分析仪等，可集成于自动控制、工业控制系统，可自由构建成专有仪器系统。它由计算机、应用软件和仪器硬件
3、组成。图17-1 常见的虚拟仪器方案二、虚拟仪器的特点二、虚拟仪器的特点二、虚拟仪器的特点二、虚拟仪器的特点v v（1 1）在通用硬件平台确定后，由软件取代传统仪器中）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和扩展仪器的功能。的硬件来完成和扩展仪器的功能。v v（2 2）仪器的功能是用户根据需要由软件来设计和定义）仪器的功能是用户根据需要由软件来设计和定义的，而不是事先由厂家定义好的，因此可以灵活方便的，而不是事先由厂家定义好的，因此可以灵活方便地定制仪器，满足用户的特殊要求。地定制仪器，满足用户的特殊要求。v v（3 3）可以通过更新相关的软件设计来改进仪器的性能）可以通过更新
4、相关的软件设计来改进仪器的性能和扩展功能。和扩展功能。v v（4 4）研制周期较传统仪器大为缩短。）研制周期较传统仪器大为缩短。v v（5 5）虚拟仪器开放、灵活，可与计算机同步发展，可）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。与网络及其它周边设备互联。决定虚拟仪器具有传统仪器不可能具备的特点决定虚拟仪器具有传统仪器不可能具备的特点的根本原因在于：的根本原因在于：“虚拟仪器的关键是软件虚拟仪器的关键是软件”。三、虚拟仪器的构成三、虚拟仪器的构成虚拟仪器由通用仪器硬件平台虚拟仪器由通用仪器硬件平台(简称硬件平台简称硬件平台)和应和应用软件两大部分构成。用软件两大部分构
5、成。v v（1 1）通用仪器硬件平台）通用仪器硬件平台虚拟仪器是基于计算机的测量设备，其硬件由计算机及虚拟仪器是基于计算机的测量设备，其硬件由计算机及I/OI/O接口设备组成。接口设备组成。v v （2 2）软件结构）软件结构虚拟仪器软件由应用程序和虚拟仪器软件由应用程序和I/OI/O接口仪器驱动程序两大部接口仪器驱动程序两大部分构成。分构成。应用程序包含实现虚拟面板功能的前面板软件程序和定应用程序包含实现虚拟面板功能的前面板软件程序和定义测试功能的流程图软件程序等两个方面的程序。义测试功能的流程图软件程序等两个方面的程序。I/OI/O接口仪器驱动程序用来完成特定外部硬件设备的扩展、接口仪器驱
6、动程序用来完成特定外部硬件设备的扩展、驱动与通信驱动与通信 虚拟仪器的构成方式主要有五种类型 图17-2 虚拟仪器的构成方式vPCDAQPCDAQ系统是以数据采集卡系统是以数据采集卡/板、信号调理电板、信号调理电路和计算机作为仪器硬件平台组成的插卡式虚拟路和计算机作为仪器硬件平台组成的插卡式虚拟仪器系统。采用仪器系统。采用PCIPCI或或ISAISA等计算机本身的总线，等计算机本身的总线，故将数据采集卡故将数据采集卡/板插入计算机的空槽中即可。板插入计算机的空槽中即可。vGPIBGPIB系统是以系统是以GPIBGPIB标准总线仪器和计算机作为标准总线仪器和计算机作为仪器硬件平台组成的虚拟仪器系
7、统。仪器硬件平台组成的虚拟仪器系统。vVXIVXI系统是以系统是以VXIVXI标准总线仪器模块和计算机作为标准总线仪器模块和计算机作为仪器硬件平台组成的虚拟仪器系统。仪器硬件平台组成的虚拟仪器系统。vPXIPXI系统是以系统是以PXIPXI标准总线仪器模块和计算机作为标准总线仪器模块和计算机作为仪器硬件平台组成的虚拟仪器系统。仪器硬件平台组成的虚拟仪器系统。v串口系统是以串口系统是以SerialSerial标准总线仪器和计算机作为标准总线仪器和计算机作为仪器硬件平台组成的虚拟仪器系统。仪器硬件平台组成的虚拟仪器系统。知识链接二知识链接二 LabVIEW 8.5编程基编程基础础图17-3 Lab
8、VIEW启动窗口一、一、LabVIEW应用程序的构成应用程序的构成所有的所有的LabVIEWLabVIEW应用程序，即虚拟仪器（应用程序，即虚拟仪器（VIVI），），它包括前面板、程序框图以及图标它包括前面板、程序框图以及图标/连结器三部分。连结器三部分。（1 1）前面板）前面板图17-4 虚拟方波频谱分析仪的前面板（2）程序框图v程序框图是图形化源代码的集合，图形化源代码程序框图是图形化源代码的集合，图形化源代码又称又称GG代码，或程序框图代码，它决定了代码，或程序框图代码，它决定了VI VI 的运的运行方式。行方式。图17-5 虚拟方波频谱分析仪的框图程序（3 3）图标和连线板）图标和连线
9、板v vVIVI具有层次化和结构化的特征。一个具有层次化和结构化的特征。一个VIVI可以作为另一个可以作为另一个VIVI的子程序被调用，这里的子程序称为子的子程序被调用，这里的子程序称为子VIVI（subVIsubVI）。）。当一个当一个VIVI的前面板和框图程序设计完成之后，如果想把的前面板和框图程序设计完成之后，如果想把这个这个VIVI作为一个子作为一个子VIVI供其它供其它VIVI在程序中调用，并与其它在程序中调用，并与其它的子的子VIVI在外观上有所区别，就要创建图标和连线板。在外观上有所区别，就要创建图标和连线板。v v在默认状态下，每一个在默认状态下，每一个VIVI的图标都显示在其
10、前面板和程的图标都显示在其前面板和程序框图窗口的右上角，可以双击该图标进行编辑操作。序框图窗口的右上角，可以双击该图标进行编辑操作。图标可用于在主图标可用于在主VIVI的框图中标识被调用的子的框图中标识被调用的子VIVI。二、二、二、二、LabVIEW8.5LabVIEW8.5的操作选板的操作选板的操作选板的操作选板v vLabVIEWLabVIEW具有多个图形化的操作选板，用于创建和运行程序。具有多个图形化的操作选板，用于创建和运行程序。这些操作选板可以随意在屏幕上移动，并可以放置在屏幕的这些操作选板可以随意在屏幕上移动，并可以放置在屏幕的任意位置。操作选板共有三类：任意位置。操作选板共有三
11、类：v v（1 1）工具选板）工具选板 工具选板为编程者提供了各种用于创建、修改和调试工具选板为编程者提供了各种用于创建、修改和调试VIVI程序的工具。工具选板上的各种图标的含义和用途在表程序的工具。工具选板上的各种图标的含义和用途在表17-117-1中给出。中给出。图17-6 工具选板（2）控件选板v控件选板仅位于前面板。控件选板包括创建前控件选板仅位于前面板。控件选板包括创建前面板所需的输入控件和显示控件。根据不同输面板所需的输入控件和显示控件。根据不同输入控件和显示控件的类型，将控件归入不同的入控件和显示控件的类型，将控件归入不同的子选板中。子选板中。图17-7 控件选板（3）函数选板v
12、函数选板仅位于程序框图。函数选板中包含创建函数选板仅位于程序框图。函数选板中包含创建程序框图所需的程序框图所需的VIVI和函数。按照和函数。按照VIVI和函数的类型，和函数的类型，将将VIVI和函数归入不同子选板中。和函数归入不同子选板中。图17-8 函数选板三、三、LabVIEW中的中的Express VIsLabVIEWLabVIEW的最主要特性是其快捷性，主要体现在的最主要特性是其快捷性，主要体现在程序框图窗口的函数选板中包含了许多功能强大程序框图窗口的函数选板中包含了许多功能强大的的Express VIExpress VI（快速（快速VIVI）。它将过去的基本函数）。它将过去的基本函数
13、面向应用做了进一步的打包，把常用的测量功能面向应用做了进一步的打包，把常用的测量功能集成于一些简单易用、交互式的集成于一些简单易用、交互式的VIVI中。中。用户在程序开发过程中，只需在整个程序流程图用户在程序开发过程中，只需在整个程序流程图中简单地调用中简单地调用Express VIExpress VI程序，并使用属性设置程序，并使用属性设置页面配置系统的采集、分析与显示功能，实现应页面配置系统的采集、分析与显示功能，实现应用程序的快速开发与设计，极大地提高了程序开用程序的快速开发与设计，极大地提高了程序开发效率。发效率。（1）Express VI的属性配置图17-9 属性配置选项（2）Express VI应用示例图17-10 仿真信号Express VI属性配置对话框图17-11 三角波基波信号检测VI的前面板图17-12 三角波基波信号检测VI的框图程序