LabVIEW的生疏與應(yīng)用設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)一、設(shè)計(jì)目的和要求〔一〕設(shè)計(jì)目的通過(guò)使用LabVIEW完成對(duì)信號(hào)的處理，電路的仿真及算法的實(shí)現(xiàn)，對(duì)《核電子學(xué)與核儀器》所學(xué)內(nèi)容有更進(jìn)一步的理解，加深印象，使所學(xué)學(xué)問(wèn)得以穩(wěn)固和提高。全面把握《核電子學(xué)與核儀器》的各局部?jī)?nèi)容的關(guān)鍵，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、模擬仿真的技術(shù)環(huán)節(jié)，提高分析問(wèn)題解決問(wèn)題的力量；培育學(xué)生的動(dòng)手力量和遵守紀(jì)律的高尚情操還有對(duì)待工作嚴(yán)峻認(rèn)真、一絲不茍、實(shí)事求是、不畏艱辛的優(yōu)良作風(fēng)，為今后從事技術(shù)工作奠定堅(jiān)實(shí)的根底?！捕吃O(shè)計(jì)要求1、把握LabVIEW的使用方法；2、把握信號(hào)的處理方法、電路的仿真技術(shù)及各種算法的實(shí)現(xiàn)；3、把握LabVIEW前面板界面的設(shè)計(jì)；4、根本把握使用LabVIEW進(jìn)展程序設(shè)計(jì)與仿真。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容〔一〕軟件的生疏1、虛擬儀器的概念虛擬儀器的概念最早是由美國(guó)國(guó)家儀器公司〔NationalInstrument，NI公司〕在1986年提出的。2080年月中期微軟公司W(wǎng)indows到了很大提高。1986年，NI公司推出了圖形化的虛擬儀器編程環(huán)境LabVIEW，這標(biāo)志著虛擬儀器1988年開(kāi)頭間續(xù)有虛擬儀器產(chǎn)品面市。虛擬儀器是一種基于計(jì)算機(jī)的數(shù)字化自動(dòng)測(cè)試儀器系統(tǒng)，它通過(guò)軟件將計(jì)算機(jī)硬件資源〔如微處理器、內(nèi)存和顯示器等〕與儀器硬件資源〔如A/D、D/A、I/O和信號(hào)調(diào)理等〕結(jié)合起來(lái)，使操作人員可以通過(guò)友好的圖形界面及圖形化編程語(yǔ)言掌握儀器運(yùn)行，完成對(duì)被測(cè)試量的采集、分析、判VI通過(guò)把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算處理力量和儀器硬件的測(cè)量、掌握力量結(jié)從而實(shí)現(xiàn)各種測(cè)量和測(cè)試。虛擬儀器的“虛擬”主要包含以下兩方面的含義：“控件”與傳統(tǒng)儀器面板上的各種“器件”所完成的功能是一樣的，如由各種開(kāi)關(guān)、按鍵和顯示器圖標(biāo)等實(shí)現(xiàn)儀器電源的“通”、“斷”，實(shí)現(xiàn)被測(cè)信號(hào)的“輸入通道”、“放大倍數(shù)”等參數(shù)的設(shè)置，以及實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果的“數(shù)值顯示”、“波形顯示”等。傳統(tǒng)一起面板上的器件都是“實(shí)物”，而且通過(guò)“手動(dòng)”和“觸摸”進(jìn)展操作；而虛擬儀器前面板是外形與實(shí)物想像的“圖標(biāo)”，每個(gè)圖標(biāo)的“通”、“斷”及“放大”等動(dòng)作通過(guò)用戶(hù)操作計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)或鍵盤(pán)來(lái)完成的。因此，設(shè)計(jì)虛擬一起的前面板就是在前面板設(shè)計(jì)窗口中擺放所需的圖標(biāo)，然后對(duì)圖標(biāo)的屬性就行設(shè)置。擬儀器通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)儀器的測(cè)試功能，而且它可以通過(guò)實(shí)現(xiàn)不同測(cè)試功能的軟件模塊的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)多種測(cè)試功能。因此，在硬件平臺(tái)確定后，就有“軟件就是儀器”的說(shuō)法。軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵，當(dāng)硬件確定以后，就可以通過(guò)不同的軟件實(shí)現(xiàn)不同的功能。2、虛擬儀器的構(gòu)成與特點(diǎn)虛擬儀器依據(jù)其模塊化功能硬件的不同，有多種構(gòu)成方式，其根本框圖如圖1所示。從圖中可以看出，虛擬儀器的構(gòu)成需要一些特定的硬件接口來(lái)與被測(cè)對(duì)象進(jìn)展數(shù)據(jù)通信。這些接口有一些已經(jīng)形成了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，例如通用接口總線(xiàn)GPIB〔GeneralPurposeInterfaceBusANSI/IEEE488.2-1987標(biāo)準(zhǔn)的被廣泛承受的接口。無(wú)論承受哪種虛擬儀器系統(tǒng)，都要通過(guò)應(yīng)用軟件將一起硬件與通用計(jì)算機(jī)結(jié)合起來(lái)。信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理數(shù)據(jù)采集卡RS-232/IEEE-488接口儀器被測(cè)對(duì)象傳感器GPIB總線(xiàn)儀器GPIB電纜GPIB接口卡計(jì)算機(jī)及軟件網(wǎng)絡(luò)VXI總線(xiàn)儀器VXI電纜VXI接口卡PXI總線(xiàn)儀器PXI電纜PXI接口卡FieldBus總線(xiàn)儀器1虛擬儀器系統(tǒng)構(gòu)成的根本框圖虛擬儀器的軟件將可選硬件〔RS-232、GPIB、VXI和PXI等〕和可以重復(fù)使用源碼庫(kù)函數(shù)的軟件結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)模塊間的通信。虛擬儀器軟件包括應(yīng)用程序和I/O借口設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，如圖2所示。其中，應(yīng)用程序包括兩方面的程序：實(shí)現(xiàn)虛擬面板功能的前面板軟件程序和定義儀器測(cè)試功能的流程圖軟件程序。而I/O借口設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序用來(lái)完成特定外部硬件設(shè)備的擴(kuò)展、驅(qū)動(dòng)與通信。應(yīng)用程序應(yīng)用程序I/O接口設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序2虛擬儀器的軟件構(gòu)成虛擬儀器集傳統(tǒng)儀器與計(jì)算機(jī)之長(zhǎng)，并完全“繼承”了PC技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器比較1比較了二者的優(yōu)缺點(diǎn)。通過(guò)比較覺(jué)察，虛擬儀器在智能化程序、處理力量、性能價(jià)格比和可操作性等方面都具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)為：。用戶(hù)完全可以依據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需求，將先進(jìn)的信號(hào)處理算法、人工智能技術(shù)和專(zhuān)家系統(tǒng)應(yīng)用于儀器設(shè)計(jì)與集成，從而將智能儀器水平提高到一個(gè)的層次。測(cè)試器，可設(shè)計(jì)出數(shù)字示波器、規(guī)律、計(jì)數(shù)器等多種儀器。這樣形成的測(cè)試儀器系統(tǒng)功能更敏捷、系統(tǒng)費(fèi)用更低。它通過(guò)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，還可以實(shí)現(xiàn)分布式共享，從而更好地發(fā)揮儀器的使用價(jià)值。。使用計(jì)算機(jī)的多媒體處理力量可以使儀器操作更加直觀、簡(jiǎn)便易于理解，而且測(cè)量結(jié)果可以直接進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。測(cè)量完后還可以打印，顯示所需的報(bào)表曲線(xiàn)。這些都使得儀器的可操作性大大提高。工程開(kāi)發(fā)維護(hù)費(fèi)用技術(shù)更周期系統(tǒng)升級(jí)價(jià)格儀器功能構(gòu)造開(kāi)放性互聯(lián)性能操作界面通用性

1虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的比較虛擬儀器軟件使得其開(kāi)發(fā)與維護(hù)費(fèi)用降至最低技術(shù)更周期短〔1～2年〕由于是軟件，所以系統(tǒng)性能升級(jí)便利，下載升級(jí)程序即可用用戶(hù)能夠依據(jù)自己的需要定義儀器的功能，并可以敏捷多變開(kāi)放式的構(gòu)造，敏捷，可與計(jì)算機(jī)技術(shù)保持同步，有眾多支持廠家應(yīng)用的儀器系統(tǒng)圖形化界面，操作簡(jiǎn)便故障診斷

傳統(tǒng)儀器開(kāi)發(fā)與維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)高技術(shù)更周期長(zhǎng)〔5～10年〕高，且升級(jí)須上門(mén)效勞互利用只有廠商能定義儀器功能能單一，不能轉(zhuǎn)變封閉、固定，兼容性差備顯示功能單一，操作不便3、LabVIEW概述LabVIEW〔LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench〕的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是美國(guó)國(guó)家儀器公司的一個(gè)創(chuàng)型軟件產(chǎn)品，也是目前應(yīng)用最廣泛、進(jìn)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。LabVIEW自1986年問(wèn)世以來(lái)，已經(jīng)成為虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)事實(shí)上的LabVIEW所開(kāi)創(chuàng)的圖形化語(yǔ)言編程方法成為虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用與進(jìn)展的重要根底，得到了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。LabVIEW計(jì)環(huán)境，利用它設(shè)計(jì)者可以像搭積木一樣，輕松組建一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并可以任意構(gòu)造儀器面板，而無(wú)須進(jìn)展任何繁瑣的計(jì)算機(jī)程序代碼的編寫(xiě)，從而可以大大簡(jiǎn)化程序的設(shè)計(jì)LabVIEWVisualC++、VisualBasicLabWindows/CVI等編程語(yǔ)言不同，后者承受的是基于文本語(yǔ)言的程序代碼，而LabVIEW則是使用圖形化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言G，它用方框圖代替了傳統(tǒng)的程序代碼。LabVIEWLabVIEW設(shè)計(jì)的虛擬儀器可以脫離LabVIEW的是和實(shí)際的硬件儀器相像的操作面板。LabVIEWVI。VI有一個(gè)人機(jī)對(duì)話(huà)的用戶(hù)界面—前面板〔FrontPanel〕和相當(dāng)于源代〔DiagraVI模擬了儀器的輸入裝置并把數(shù)據(jù)供給應(yīng)VI的框圖程序；而指示器〔Indicators〕則是模擬了儀器的輸出裝置并顯示由框圖程序獲得或產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。當(dāng)把一個(gè)控件或指示器放置到前面板上時(shí)，LabVIEW便在框圖程序中相應(yīng)的產(chǎn)生了一個(gè)終端Terminal，這個(gè)附屬于控件或指示器的終端不能隨便的被刪除，只有刪除它對(duì)應(yīng)的控件或指示器時(shí)它才會(huì)隨之一起被刪除。用LabVIEW開(kāi)發(fā)的程序一般由一個(gè)或多個(gè)后綴名為vi的文件組成，這些文件可被稱(chēng)為VIVirtualInstrumenLabVIEW即VIPane、框圖BlockDiagra〕及圖標(biāo)和連線(xiàn)板IconandConnecto。前面板前面板是圖形用戶(hù)界面，用戶(hù)可以在前面板上操作一臺(tái)設(shè)計(jì)好的虛擬儀器。該界面上有一個(gè)控件選板，有輸入和顯示兩種控件。輸入控件主要有開(kāi)關(guān)、按鈕和其他各種輸入設(shè)備，用于交互式輸入；顯示控件主要包括圖形圖表，指示燈和其他的一些輸出對(duì)象，用于交互式輸出。圖3所示為L(zhǎng)abVIEW的前面板界面圖。3LabVIEW前面板示意圖輸入型控件一般是指旋鈕、按鈕、轉(zhuǎn)盤(pán)等輸入裝置，它模擬儀器的輸入裝置，可為VI的程序框圖供給輸入數(shù)據(jù)，或者輸出結(jié)果。顯示型控件一般是指圖表、指示燈等顯示裝置，它模擬儀器的輸出裝置，用于顯示程序框圖獵取或生成的數(shù)據(jù)。程序框圖程序框圖供給了VI的圖形化源程序，程序開(kāi)發(fā)完成后在運(yùn)行時(shí)程序框圖是不行見(jiàn)的，它和文本開(kāi)發(fā)平臺(tái)如VC++、VB等編程語(yǔ)言類(lèi)似，只不過(guò)LabVIEW開(kāi)發(fā)語(yǔ)言是基于圖形的，簡(jiǎn)潔直觀。在程序框圖中，通過(guò)連線(xiàn)將一些函數(shù)或子VI連接起來(lái)，并結(jié)合肯定的程序構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)所需要的各種功能。前面板上的控件在程序框圖中有其對(duì)應(yīng)的圖標(biāo)和端口，除此之外，程序框圖中還有函數(shù)節(jié)點(diǎn)、常量和構(gòu)造等，這些往往不會(huì)消滅在前面板窗口中。圖4所示為L(zhǎng)abVIEW的后面板界面圖。4LabVIEW的后面板示意圖程序框圖是由節(jié)點(diǎn)、端點(diǎn)、圖框和連線(xiàn)四種元素構(gòu)成的。①節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)類(lèi)似于文本語(yǔ)言程序的語(yǔ)句、函數(shù)或者子程序。LabVIEW有二種節(jié)點(diǎn)類(lèi)型——函數(shù)節(jié)點(diǎn)和子VI節(jié)點(diǎn)。兩者的區(qū)分在于：函數(shù)節(jié)點(diǎn)是LabVIEW以編譯好了的機(jī)器代碼供用戶(hù)使用的，而子VI節(jié)點(diǎn)是以圖形語(yǔ)言形式供給應(yīng)用戶(hù)的。用戶(hù)可以訪問(wèn)和修改任一子VI節(jié)點(diǎn)的代碼，但無(wú)法對(duì)函數(shù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)展修改。上面的框圖程序所示的VI程序有兩個(gè)功能函數(shù)節(jié)點(diǎn)，一個(gè)函數(shù)使兩個(gè)數(shù)值相加，另一個(gè)函數(shù)使兩數(shù)相減。②端點(diǎn)。端點(diǎn)是只有一路輸入/LabVIEW有三類(lèi)端點(diǎn)——前面板對(duì)象端點(diǎn)、全局與局部變量端點(diǎn)和常量端點(diǎn)。對(duì)象端點(diǎn)是數(shù)據(jù)在框圖程序局部和前面板之間傳輸?shù)慕涌凇Ｒ话銇?lái)說(shuō)，一個(gè)VI的前面板上的對(duì)象〔掌握或顯示〕都在框圖中有一個(gè)對(duì)象端點(diǎn)與之一一對(duì)應(yīng)。當(dāng)在前面板創(chuàng)立或刪除面板對(duì)象時(shí)，可以自動(dòng)創(chuàng)立或刪除相應(yīng)的對(duì)象端點(diǎn)。掌握對(duì)象對(duì)應(yīng)的端A和BVI程序框圖中作為數(shù)據(jù)流源點(diǎn)。顯示對(duì)象對(duì)應(yīng)的端點(diǎn)在框圖中是用細(xì)框框住的。如例子中的A+B和A-B端點(diǎn)。它們只能在VI程序框圖中作為數(shù)據(jù)流終點(diǎn)。常量端點(diǎn)永久只能在VI程序框圖中作為數(shù)據(jù)流源點(diǎn)。③圖框。圖框是LabVIEW實(shí)現(xiàn)程序構(gòu)造掌握命令的圖形表示。如循環(huán)掌握、條件分支掌握和挨次掌握等，編程人員可以使用它們掌握VI程序的執(zhí)行方式。代碼接口節(jié)點(diǎn)〔CIN〕是框圖程序與用戶(hù)供給的C語(yǔ)言文本程序的接口。端口向一個(gè)或多個(gè)目的端口流淌。不同的線(xiàn)型代表不同的數(shù)據(jù)類(lèi)型。在彩顯上，每種數(shù)據(jù)類(lèi)型還以不同的顏色予以強(qiáng)調(diào)。連線(xiàn)板連線(xiàn)板則用來(lái)定義輸入和輸出，用戶(hù)可在界面右上角的VI圖標(biāo)上用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊，選擇“顯示連線(xiàn)板”，調(diào)出當(dāng)前VI的連線(xiàn)板進(jìn)展設(shè)置。LabVIEW編程中，用戶(hù)要做的工作就是恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置參數(shù)，并連接各個(gè)子VI。編程一般步驟就是使用鼠標(biāo)取適宜的模塊、連線(xiàn)和設(shè)置參數(shù)的過(guò)程，這與煩瑣的文本編程相比更為簡(jiǎn)潔、生動(dòng)和直觀。假設(shè)將VI與真實(shí)儀器相比較，那么前面板就像是儀器的操作和顯示面板，供給各種參數(shù)的設(shè)置和數(shù)據(jù)的顯示，框圖就像是儀器內(nèi)部的印刷電路板，是儀器的核心運(yùn)算局部，對(duì)儀器用戶(hù)來(lái)講則是透亮的，而圖標(biāo)和連線(xiàn)板可以比作電路板上的電子元器件和集成電路，保證了儀器正常的規(guī)律和運(yùn)算功能。〔三〕LabVIEW的應(yīng)用1、LabVIEW的啟動(dòng)安裝成功后，在工作名目下雙擊執(zhí)行文件LabVIEW.exe就可啟動(dòng)LabVIEW。2、LabVIEW的應(yīng)用舉例下面給出的是一個(gè)虛擬信號(hào)發(fā)生器的程序設(shè)計(jì)例子。設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬信號(hào)發(fā)生器首先要進(jìn)展前面板的設(shè)計(jì)，前面板的設(shè)計(jì)主要需要考慮到所設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生器要實(shí)現(xiàn)什么功能，再依據(jù)這些功能，在控件選板中選擇相應(yīng)的控件，放在前面板相應(yīng)的位置上，其擺放也有肯定的講究，在函數(shù)選板中選擇相應(yīng)的函數(shù)，由于程序不是只執(zhí)行一次，所以要涉及到循環(huán)構(gòu)造，所設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生器程序用到的循環(huán)構(gòu)造有while循環(huán)構(gòu)造、條件構(gòu)造。程序調(diào)試成功后就完成了一個(gè)虛擬信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，56所示。面板上啟動(dòng)按鈕的狀態(tài)，推斷用戶(hù)是否啟動(dòng)了兩者之一，假設(shè)是，則關(guān)閉另一信號(hào)源。4并在前面板上設(shè)置了相應(yīng)的可以調(diào)整的參數(shù)，如頻率、幅度等。息(幅度聽(tīng)從高斯分布、時(shí)間間隔聽(tīng)從負(fù)指數(shù)分布)的高斯脈沖信號(hào)。在前面板上設(shè)置了幅度值等。該模塊仿真結(jié)果(在示波器上顯示)7所示，從圖中可以看出該信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生的信號(hào)已到達(dá)所需要求。5虛擬信號(hào)發(fā)生器的程序框圖6虛擬信號(hào)發(fā)生器的前面板界面圖〔a〕正弦波〔b〕隨機(jī)信號(hào)7虛擬信號(hào)發(fā)生器仿真結(jié)果〔四〕設(shè)計(jì)內(nèi)容1、虛擬信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)要求運(yùn)用LabVIEW〔包括程序與前面板界面設(shè)計(jì)〔能仿真的信號(hào)種類(lèi)越多越好，調(diào)試出最正確工作狀態(tài)并給出調(diào)試結(jié)果。2、虛擬濾波器的設(shè)計(jì)要求運(yùn)用LabVIEW完成某種核信號(hào)數(shù)字濾波器〔準(zhǔn)高斯、雙極性濾波成形等〕的設(shè)計(jì)〔包括程序與前面板界面設(shè)計(jì)〔最終能夠得到與理論全都的輸出信號(hào)并給出調(diào)試結(jié)果。3、虛擬示波器的設(shè)計(jì)要求運(yùn)用LabVIEW完成某種示波器的設(shè)計(jì)〔包括程序與前面板界面設(shè)計(jì)〕及模擬仿真〔示波器能夠給出的信息量越多越好，調(diào)試出最正確工作狀態(tài)并給出調(diào)試結(jié)果。4、虛擬線(xiàn)性放大器的設(shè)計(jì)要求運(yùn)用LabVIEW〔包括程序與前面板界面設(shè)計(jì)〔最好與試驗(yàn)室常用的NIM插件相像，調(diào)試出最正確工作狀態(tài)并給出調(diào)試結(jié)果。5、虛擬單道脈沖幅度分析器的設(shè)計(jì)要求運(yùn)用LabVIEW完成某種單道脈沖幅度分析器的設(shè)計(jì)〔包括程序與前面板界面設(shè)計(jì)〕及模擬仿真〔最好與試驗(yàn)室常用的NIM插件相像，使得所設(shè)計(jì)的單道脈沖幅度分析器與真實(shí)的單道功能一樣。6、虛擬定標(biāo)器的設(shè)計(jì)要求運(yùn)用