【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)等多種形式。無(wú)論哪種VI系統(tǒng)，都是將儀器硬件搭載到筆記本電腦、臺(tái)式PC或工作站等各種計(jì)算機(jī)平臺(tái)加上應(yīng)用軟件而構(gòu)成的。因此，VI的發(fā)展已經(jīng)完全跟上計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展步伐，同時(shí)也顯示出VI的靈活性與強(qiáng)大生命力。[7] LabVIEW LabVIEW簡(jiǎn)介L(zhǎng)abVIEW (laboratory virtual instrument engineering wokbench——實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái))的概念,是直觀的前面板與流程圖式的編程方法的結(jié)合,是構(gòu)建虛擬儀器的理想工具。LabVIEW和儀器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、分析、顯示部分一起協(xié)調(diào)工作, 是簡(jiǎn)化了而又更易于使用的基于圖形化編程語(yǔ)言G的開(kāi)發(fā)環(huán)境。[2]前面板是一個(gè)傳統(tǒng)的儀器概念,而軟件前面板其實(shí)是自動(dòng)化的拓展,因?yàn)樗鼈儽３至藗鹘y(tǒng)直觀的視覺(jué)和感覺(jué)效果。同時(shí),軟件前面板創(chuàng)建了一個(gè)真正的接口,無(wú)論用戶(hù)使用什么類(lèi)型的硬件,并且,不像硬件前面板,軟件前面板只包含了對(duì)于一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)合很重要的參數(shù),用戶(hù)能夠很容易地從一個(gè)單一前面板控制多臺(tái),并把整個(gè)系統(tǒng)作為一臺(tái)虛擬儀器來(lái)看待。流程圖式的程序設(shè)計(jì)與科技工程人員較為熟悉的數(shù)據(jù)流和方塊圖的概念是一致的,而且由于流程圖與傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的語(yǔ)法細(xì)節(jié)無(wú)關(guān),構(gòu)建和測(cè)試程序就可以少費(fèi)時(shí)間。使用流程圖方法可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部的自我復(fù)制,采用前面板、流程圖、圖標(biāo)等,用戶(hù)就對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖形化描述,同時(shí),用戶(hù)還能夠重用虛擬儀器,可以隨時(shí)改變虛擬儀器來(lái)滿(mǎn)足自己的需要。LabVIEW集成了很多儀器硬件庫(kù),如GPIB/VXI/PXI/基于計(jì)算機(jī)的儀器、RS232/485協(xié)議、插入式數(shù)據(jù)采集、模擬/數(shù)字/計(jì)數(shù)器Ｉ/Ｏ、信號(hào)調(diào)理、分布式數(shù)據(jù)采集、圖像獲取和機(jī)器視覺(jué)、運(yùn)動(dòng)控制、PLC/數(shù)據(jù)日志等。與傳統(tǒng)的編程方式相比,使用LabVIEW設(shè)計(jì)虛擬儀器,可以提高效率4～10倍。同時(shí),利用其模塊化和遞歸方式,用戶(hù)可以在很短的時(shí)間內(nèi)構(gòu)建、設(shè)計(jì)和更改自己的虛擬儀器系統(tǒng)。[6] LabVIEW應(yīng)用程序的構(gòu)成所有的LabView應(yīng)用程序，即虛擬儀器（VI），它包括前面板（front panel）、流程圖（block diagram）以及圖標(biāo)/連結(jié)器(icon/connector)三部分。 前面板是圖形用戶(hù)界面，也就是VI的虛擬儀器面板，這一界面上有用戶(hù)輸入和顯示輸出兩類(lèi)對(duì)象，具體表現(xiàn)有開(kāi)關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制（control）和顯示對(duì)象（indicator）。圖4－1所示是一個(gè)虛擬示波器的前面板。顯然，并非簡(jiǎn)單地畫(huà)兩個(gè)控件就可以運(yùn)行，在前面板后還有一個(gè)與之配套的流程圖。 VI的使用前面板流程圖提供VI的圖形化源程序。在流程圖中對(duì)VI編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能。流程圖中包括前面板上的控件的連線端子，還有一些前面板上沒(méi)有，但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等。 如果將VI與標(biāo)準(zhǔn)儀器相比較，那么前面板上的東西就是儀器面板上的東西，而流程圖上的東西相當(dāng)于儀器箱內(nèi)的東西。在許多情況下，使用VI可以仿真標(biāo)準(zhǔn)儀器，不僅在屏幕上出現(xiàn)一個(gè)惟妙惟肖的標(biāo)準(zhǔn)儀器面板，而且其功能也與標(biāo)準(zhǔn)儀器相差無(wú)幾。VI具有層次化和結(jié)構(gòu)化的特征。一個(gè)VI可以作為子程序，這里稱(chēng)為子VI（subVI），被其他VI調(diào)用。圖標(biāo)與連接器在這里相當(dāng)于圖形化的參數(shù) LabVIEW中的操作模板LabVIEW具有多個(gè)圖形化的操作模板，用于創(chuàng)建和運(yùn)行程序[1]。這些操作模板可以隨意在屏幕上移動(dòng)，并可以放置在屏幕的任意位置。操縱模板共有三類(lèi)，為工具（Tools）選板、控制（Controls）選板和函數(shù)（Functions）選板。工具選板 工具模板用于創(chuàng)建、修改和調(diào)試VI程序的工具。如果該模板沒(méi)有出現(xiàn)，則可以在【查看(V)】菜單下選擇【工具選板（T）】命令以顯示該模板。當(dāng)從模板內(nèi)選擇了任一種工具后，鼠標(biāo)箭頭就會(huì)變成該工具相應(yīng)的形狀。當(dāng)從【查看(V)】菜單下選擇了【工具選板（T）】功能后，把工具選板內(nèi)選定的任一種工具光標(biāo)放在流程圖程序的子程序（Sub VI）或圖標(biāo)上，就會(huì)顯示相應(yīng)的幫助信息。與工具模板不同，控制和功能模板只顯示頂層子模板的圖標(biāo)。這些頂層子模板中包含許多不同的控制或功能子模板。通過(guò)這些控制或功能子模板可以找到創(chuàng)建程序所需的面板對(duì)象和框圖對(duì)象。用鼠標(biāo)點(diǎn)擊頂層子模板圖標(biāo)就可以展開(kāi)對(duì)應(yīng)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頭針就可以把對(duì)這個(gè)子模板變成浮動(dòng)板留在屏幕上。控制選板用控制選板可以給前面板添加輸入控制和輸出顯示。每個(gè)圖標(biāo)代表一個(gè)子模板。如果控制選板不顯示，可以用【查看(V)】菜單的【控制選板（T）】功能打開(kāi)它，也可以在前面板的空白處，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，以彈出控制選板。函數(shù)選板函數(shù)選板是創(chuàng)建框圖程序的工具。該模板上的每一個(gè)頂層圖標(biāo)都表示一個(gè)子模板。若功能選板不出現(xiàn)，則可以用【查看(V)】菜單下的【功能選板（T）】功能打開(kāi)它，也可以在框圖程序窗口的空白處點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵以彈出功能選板。 注：只有打開(kāi)了框圖程序窗口，才能出現(xiàn)功能選板。 、控制選板和函數(shù)選板第2章 信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì) 信號(hào)發(fā)生器作為科學(xué)實(shí)驗(yàn)必不可少的裝置，被廣泛地應(yīng)用到教學(xué)、科研等各個(gè)領(lǐng)域。高等學(xué)校特別是理工科的教學(xué)、科研需要大量的儀器設(shè)備，例如信號(hào)源、示波器等，常用儀器都必須配置多套，但是有些儀器設(shè)備價(jià)格昂貴，如果按照傳統(tǒng)模式新建或者改造實(shí)驗(yàn)室投資巨大，造成許多學(xué)校儀器設(shè)備缺乏或過(guò)時(shí)陳舊，嚴(yán)重影響教學(xué)科研。如果運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建系統(tǒng)，代替常規(guī)儀器、儀表，不但可以滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要、節(jié)約大量的經(jīng)費(fèi)、降低實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的成本，而且能夠提高教學(xué)科研的質(zhì)量與效率 信號(hào)發(fā)生器是生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究中應(yīng)用十分廣泛的電子測(cè)量?jī)x器，早在20年代電子設(shè)備剛出現(xiàn)時(shí)它就產(chǎn)生了。隨著通信和雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，40年代出現(xiàn)了主要用于測(cè)試各種接收機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器，使信號(hào)發(fā)生器從定性分析的測(cè)試儀器發(fā)展成定量分析的測(cè)量?jī)x器。同時(shí)還出現(xiàn)了可用來(lái)測(cè)量脈沖電路或用作脈沖調(diào)制器的脈沖信號(hào)發(fā)生器。由于早期的信號(hào)發(fā)生器外型笨重，功能單一；數(shù)字信號(hào)發(fā)生器雖然有一定的功能擴(kuò)展，但價(jià)格昂貴，維護(hù)升級(jí)成本高，短時(shí)間內(nèi)難以普及應(yīng)用。直到1964年才出現(xiàn)第一臺(tái)全晶體管的信號(hào)發(fā)生器。自60年代以來(lái)信號(hào)發(fā)生器有了迅速的發(fā)展，出現(xiàn)了函數(shù)發(fā)生器，這個(gè)時(shí)期的信號(hào)發(fā)生器多采用模擬電子技術(shù)，由分立元件或模擬集成電路構(gòu)成，其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且僅能產(chǎn)生正弦波、方波、鋸齒波和三角波等幾種簡(jiǎn)單波形，由于模擬電路的漂移較大，使其輸出的波形的幅度穩(wěn)定性差，而且模擬器件構(gòu)成的電路存在著尺寸大、價(jià)格貴、功耗大等缺點(diǎn)，并且要產(chǎn)生較為復(fù)雜的信號(hào)波形則電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。自從70年代微處理器出現(xiàn)以后，利用微處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，硬件和軟件使信號(hào)發(fā)生器的功能擴(kuò)大，產(chǎn)生比較復(fù)雜的波形。這時(shí)期的信號(hào)發(fā)生器多以軟件為主，實(shí)質(zhì)是采用微處理器對(duì)DAC的程序控制，就可以得到各種簡(jiǎn)單的波形。軟件控制波形的一個(gè)最大缺點(diǎn)就是輸出波形的頻率低，這主要是由CPU的工作速度決定的，如果想提高頻率可以改進(jìn)軟件程序減少其執(zhí)行周期時(shí)間或提高CPU的時(shí)鐘周期，但這些辦法是有限度的，根本的辦法還是要改進(jìn)硬件電路。隨著現(xiàn)代電子、計(jì)算機(jī)和信號(hào)處理等技術(shù)的發(fā)展，極大促進(jìn)了數(shù)字化技術(shù)在電子測(cè)量?jī)x器中的應(yīng)用，使原有的模擬信號(hào)處理逐步被數(shù)字信號(hào)處理所代替，從而擴(kuò)充了儀器信號(hào)的處理能力，提高了信號(hào)測(cè)量的準(zhǔn)確度、精度和變換速度，克服了模擬信號(hào)處理的諸多缺點(diǎn)，數(shù)字信號(hào)發(fā)生器隨之發(fā)展起來(lái)。鍵盤(pán)顯示控制芯片D/A轉(zhuǎn)換電路波形發(fā)生器I/O控制信號(hào)采集信號(hào)輸出控制 信號(hào)發(fā)生器基本原理框圖 信號(hào)發(fā)生器的應(yīng)用非常廣泛，種類(lèi)繁多。首先，信號(hào)發(fā)生器可以分通用和專(zhuān)用兩大類(lèi)，專(zhuān)用信號(hào)發(fā)生器主要為了某種特殊的測(cè)量目的而研制的，如電視信號(hào)發(fā)生器、脈沖編碼信號(hào)發(fā)生器等，這種發(fā)生器的特性是受測(cè)量對(duì)象的要求所制約的。其次，信號(hào)發(fā)生器按輸出波形又可分為按信號(hào)波形可分為正弦信號(hào)、函數(shù)（波形）信號(hào)、脈沖信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器等四大類(lèi)。信號(hào)發(fā)生器又稱(chēng)信號(hào)源或振蕩器，在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來(lái)表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱(chēng)為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。[8] 信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì) 在labview中信號(hào)的發(fā)生方法總體上可以分成兩種，一種是通過(guò)外部硬件發(fā)生信號(hào)，用labview編寫(xiě)程序控制計(jì)算機(jī)的A/D數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集而獲取信號(hào)；另一種方式是用labview程序本身產(chǎn)生波形信號(hào)，即用軟件產(chǎn)生信號(hào)。 用labview程序進(jìn)行信號(hào)的發(fā)生主要依靠一些可以產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)的函數(shù)、VIs以及Express VIs來(lái)完成，另外一些數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)也可以用以產(chǎn)生波形信號(hào)。可以用以產(chǎn)生信號(hào)的函數(shù)、VIs以及Express VIs主要位于函數(shù)模板中的信號(hào)處理子模板以及數(shù)字子模板中如下圖： Labwiew中的Waveform Generation子模板 labview中數(shù)學(xué)子模板中的三角函數(shù)子模板 labview中數(shù)學(xué)子模板中的雙曲函數(shù)子模板 基本函數(shù)發(fā)生器（Basic Function ）是labview中常用的用以產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)的VI，它可以產(chǎn)生四種基本信號(hào)：正弦波、方波、三角