虚拟仪器技术实验指导深圳大学测控技术与仪器
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1..7实验三LabVIEW编程的结构实验2.....14实验四LabVIEW编程的图形图表、数组与簇..17实验五..21LabVIEW编程的数据采集实验..30实验六NIELVIS环境与数字温度计设计.实验七电路测试1一AC电路与滤波器特性测试....42实验八.47电路测试2一数字I/0电路测试实验九十字路口红绿灯LED控制.51
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 1. 7 实验三 LabVIEW 编程的结构实验 2. 14 实验四 LabVIEW 编程的图形图表、数组与簇. 17 实验五 LabVIEW 编程的数据采集实验. 21 实验六 NI ELVIS 环境与数字温度计设计. 30 实验七 电路测试 1－AC 电路与滤波器特性测试. 42 实验八 电路测试 2—数字 I/O 电路测试. 47 实验九 十字路口红绿灯 LED 控制. 51
虚拟仪器实验指导实验一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，并编制简单的程序。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（VirtualInstrument，简称VI）是基于计算机的软硬件测试平台。虚拟仪器技术的优势在于可由用户定义自已的专用仪器系统，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。它可以进行一些简单的数据采集，数据的后处理由计算机软件完成，这就是虚拟仪器技术的维形。1986年，美国NationalInstruments公司（简称NI公司）提出了“软件即仪器”的口号，推出了NI-LabVIEW开发和运行程序平台，以直观的流程图编程风格为特点，开启了虚拟仪器的先河。2.LabVIEWLabVIEW（LaboratoryVirtualinstrumentEngineering）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全部功能。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。利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“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流程图。(I)LabVIEW应用程序的构成L口区Eh.vi*所有的LabVIEW应用程序，EileEditOperateProjectWindowsHelp即虚拟仪器（VI)，它包括前面板图12ptApplicationFont2（frontpanel）、流程图（blockdiagram）一以及图标/连结器(icon/connector)三部分随机数控制对象显示对象1.0-(输入）前面板(输出)0.8-前面板是图形用户界面，也就是0.6-开VI的虚拟仪器面板，这一界面上有用0.4-关户输入和显示输出两类对象，具体表0.2现有开关、旋钮、图形以及其他控制0.0（control）和显示对象（indicator）。32897632902口图1.1随机信号发生器的前面板-1-
虚拟仪器实验指导 - 1 - 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，并编制简单的程序。 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。它可以进行一些简单的数据采集，数据的后处理由计算机软件完 成，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”的口号，推出了 NI-LabVIEW 开发和运行程序平台，以直观的流程图 编程风格为特点，开启了虚拟仪器的先河。 2．LabVIEW LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering）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全部功能。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。利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“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流程图。 (1)LabVIEW 应用程序的构成 所有的 LabVIEW 应用程序， 即虚拟仪器（VI），它包括前面板 （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）。 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
虚拟仪器实验指导框图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。框图中包括前面板上的控件的连线端子，还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；对象的删除：鼠标选择，按<退格>；前面板与框图并排：ctrl+T图1.2与图1.1对应的框图。口Ehl.vi Diagran*EileEditOperate Project Hindows Help四图m12ptApplicationFont与前面板控件对函数：随机数应的连线端子随机数发生器DBL与前面板控件对开关应的连线端子结构：循环TE图回团图1.2随机信号发生器的流程图图标/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：而连接器则表示节点数据的输入/输出口，就象函数的参数。用户必须指定连接器端口与连图标前面板的控制和显示一一对应。连接器一般情况下隐含不显示，除非用户选择打开观察它。(2)操作模板在LabVIEW的用户界面操作模板包括：工具（Tools）模板：在前面板或框图中按住<Shift>键并单击鼠标右键。控件（Controls）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。因为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-2-
虚拟仪器实验指导 - 2 - 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。框图中包括前面板上的控件的连线端子，还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； 对象的删除：鼠标选择，按<退格>； 前面板与框图并排：ctrl+T 图 1.2 与图 1.1 对应的框图。 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；而连接器则表示节点数 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对应。连接器一般情况下隐含不显示， 除非用户选择打开观察它。 (2)操作模板 在 LabVIEW 的用户界面操作模板包括： 工具（Tools）模板：在前面板或框图中按住<Shift>键并单击鼠标右键。 控件（Controls）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。因为 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 函数：随机数 发生器 结构：循环 与前面板控件对 应的连线端子 与前面板控件对 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
虚拟仪器实验指导a)找出语法错误如果一个VI程序存在语法错误，则在面板工具条上的运行按钮会变成一个折断的箭头，表示程序不能被执行。点击它，LabVIEW弹出错误清单窗口，点击其中任何一个所列出的错误，选用Find功能，则出错的对象或端口就会变成高亮。b)设置执行程序高亮在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，再点击运行按钮，VI程序就以较慢的速度运行，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，点击你希望设置或者清除断点的地方。断点的显示对于节点或者图框表示为红框，对于连线表示为红点。当VI程序运行到断点被设置处，程序被暂停在将要执行的节点，以闪烁表示。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）相当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作为另一个VI的子程序。4.LabVIEW编程常用的两个公共帮助选项：Context(上下文本）和LabVIEWHelp(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（dataflowprogramming）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。步骤如下：1)选择File>New，打开一个新的前面板窗口。2)从Controls》Numeric中选择Tank放到前面板中。3)在标签文本框中输入“容积”，然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置为0.0到1000a.使用文本编辑工具（TextEditTool)，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VisibleIterms>DigitalDisplay即可。6)从Controls>Numeric中选择一个温度计，将它放到前面板中。设置其标签为“温度”-3-
虚拟仪器实验指导 - 3 - a)找出语法错误 如果一个 VI 程序存在语法错误，则在面板工具条上的运行按钮会变成一个折断的箭头， 表示程序不能被执行。点击它，LabVIEW 弹出错误清单窗口，点击其中任何一个所列出的错 误，选用 Find 功能，则出错的对象或端口就会变成高亮。 b)设置执行程序高亮 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，再点击运行按钮，VI 程序就以较慢的速度运行，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，点击你希望设置或者清除断点的地方。断点的显示对于节点或者图框表示为红框，对于 连线表示为红点。当 VI 程序运行到断点被设置处，程序被暂停在将要执行的节点，以闪烁 表示。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）相当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 作为另一个 VI 的子程序。 4．LabVIEW 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。步骤如下： 1)选择 File»New，打开一个新的前面板窗口。 2)从 Controls»Numeric 中选择 Tank 放到前面板中。 3)在标签文本框中输入“容积” ，然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置为 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 Iterms»Digital Display 即可。 6)从 Controls»Numeric 中选择一个温度计，将它放到前面板中。设置其标签为“温度