【文章內容簡介】 樣點程序流程圖 應用層程序設計 LabVIEW名詞和函數(shù)程序設計之前，先介紹LabVIEW的幾個名詞和函數(shù)。1）數(shù)組 在LabVIEW中，數(shù)組中的元素是同一類型的數(shù)據(jù)集合，而且必須都是控件或者都是指示控件。這些數(shù)據(jù)的類型可以是數(shù)值型、布爾型、字符串型等。一個數(shù)組可以是一維、二維或者多維，每維最多可以有個元素。數(shù)組的索引是從0開始的，范圍介于0到之間，其中是數(shù)組中元素的個數(shù)。2）For循環(huán)For循環(huán)將連接到總數(shù)N接線端的值作為執(zhí)行次數(shù)的子程序框圖。計數(shù)接線端可提供當前的循環(huán)總數(shù)，取值范圍是0到。創(chuàng)建For循環(huán)后，可使用移位寄存器將值從上一個循環(huán)傳遞到下一個循環(huán)。如將數(shù)組連接到For循環(huán)，啟用自動索引可讀取和處理數(shù)組中的各個元素。也可配置For循環(huán)使其返回由循環(huán)生成的值所組成的數(shù)組，啟用啟用自動索引。循環(huán)框外面的數(shù)據(jù)可以通過數(shù)據(jù)通道進入循環(huán)框內，同樣，循環(huán)框內的數(shù)據(jù)也可以通過數(shù)據(jù)通道傳送到循環(huán)框外。數(shù)據(jù)通道是用連線工具連接循環(huán)框內外的數(shù)據(jù)端口時，在框架上自動形成方形通道圖標，圖標空心表明此時數(shù)據(jù)通道具有自動索引功能，實心圖標不能索引，F(xiàn)or循環(huán)的數(shù)據(jù)通道默認為能自動索[16]。本次設計中將采集到的數(shù)組送入For循環(huán)進行處理。For循環(huán)結構如圖32所示。 圖32 For循環(huán)結構 圖33 移位寄存器函數(shù)3）移位寄存器 移位寄存器可用于將上一次循環(huán)的值傳遞至下一次循環(huán)。移位寄存器以一對接線端的形式出現(xiàn)，分別位于循環(huán)兩側的邊框上，位置相對。右側接線端含有一個向上的箭頭，用于存儲每次循環(huán)結束時的數(shù)據(jù)。LabVIEW將數(shù)據(jù)從移位寄存器右側接線端傳遞到左側接線端。循環(huán)將使用左側接線端的數(shù)據(jù)作為下一此循環(huán)的初始值。該過程在所有循環(huán)執(zhí)行完畢后結束。循環(huán)執(zhí)行后，右側接線端將返回移位寄存器保存的值。移位寄存器可以傳遞任何數(shù)據(jù)類型，并和與其連接的第一個對象的數(shù)據(jù)類型自動保持一致。連接到各個移位寄存器接線端的數(shù)據(jù)必須屬于同一種數(shù)據(jù)類型。循環(huán)中可添加多個移位寄存器。如循環(huán)中的多個操作都需使用之上一次循環(huán)的值，可以通過多個移位寄存器保存結構中不同操作的數(shù)據(jù)值。本次設計中移位寄存器傳遞的是一個初始化的數(shù)組，將滿足條件的存入到該數(shù)組一次循環(huán)時，將該數(shù)組傳遞到左側接線端，作為下一次循環(huán)的初始值。移位寄存器函數(shù)如圖33所示。 4）條件結構條件結構包括一個或多個子程序框圖，或分支，結構執(zhí)行時，僅有一個子程序框圖或分支在執(zhí)行。連接至選擇器接線端的值可以是布爾、字符串、整數(shù)，或枚舉類型，用于確定要執(zhí)行的分支。右鍵單擊結構邊框，可添加或刪除分支?？墒褂脴撕灩ぞ邅磔斎霔l件選擇器標簽的值，并配置每個分支處理的值。當控制條件為布爾型數(shù)值時，有Ture和False兩種選擇框架，這是LabVIEW默認的選擇框架方式。當控制條件為數(shù)值型時，選擇器標簽值為整數(shù)0、2，選擇框架的個數(shù)可根據(jù)實際需要確定，最多可包含個條件。本次設計中如果有滿足條件的i則將其存入數(shù)組中，如果沒有，進行下一次循環(huán)。條件結構面板如圖34所示。 圖34 條件結構 圖35 初始化數(shù)組5）初始化數(shù)組該函數(shù)的作用是創(chuàng)建維數(shù)組，其中的每個元素都被初始化為“元素”的值。通過定位工具可調整函數(shù)的大小，增加輸出數(shù)組的維數(shù)。連線板可顯示該多態(tài)函數(shù)的默認數(shù)據(jù)類型?！霸亍笔怯糜诔跏蓟俺跏蓟臄?shù)組”中所有元素的值?！霸亍笨梢允侨我忸愋偷臉肆繑?shù)據(jù)?！熬S數(shù)大小”須為數(shù)值。如維數(shù)大小為0，函數(shù)將創(chuàng)建空數(shù)組。維數(shù)組的“維數(shù)大小”接線端必須為。“初始化的數(shù)組”的數(shù)據(jù)類型與“元素”一致[17]。本次設計中，初始化一個數(shù)組，用來存放滿足條件的。初始化數(shù)組函數(shù)面板如圖35所示。6）索引數(shù)組索引數(shù)組函數(shù)通過設定索引值得到 維數(shù)組的元素或子數(shù)組，該函數(shù)功能為訪問數(shù)組中的某個元素或子數(shù)組。數(shù)組是一個一維數(shù)組，索引功能為設定某一具體數(shù)值。如果數(shù)組是一個二維數(shù)組，則索引功能增添為索引行和索引列，索引后的結果是數(shù)組的某一子數(shù)組。本次設計中，用該函數(shù)來索引找到的離過零點前后兩個點后計算頻率。索引數(shù)組函數(shù)面板如圖36所示。圖36 索引數(shù)組 應用層程序設計根據(jù)程序流程圖31，從數(shù)據(jù)采集卡中讀取關于的一維數(shù)組，讀取的采樣數(shù)為個，將一維數(shù)組送入循環(huán)中求得滿足條件的，所以循環(huán)次數(shù)為次。初始化一個一維數(shù)組，將滿足條件的的索引存入該初始化的數(shù)組。這里用條件結構來判斷是否滿足條件，如果滿足，將存入初始化的數(shù)組，不滿足，則進行下一次循環(huán)。循環(huán)結束后得到一個關于的新的一維數(shù)組。確定過由正到負過零點前后兩個采樣點程序框圖如圖所示37所示。圖37 確定過由正到負過零點前后兩個采樣點程序框圖用關于的一維數(shù)組中兩個連續(xù)的元素索引關于的一維數(shù)組，就得到了和，關于的一維數(shù)組中，的下一個數(shù)就是，的下一個數(shù)就是。為在時間內的采樣數(shù)，關于的一維數(shù)組中兩個連續(xù)的元素之間的差就是時間內的采樣數(shù)。根據(jù)實驗原理，采樣頻率由數(shù)據(jù)采集卡確定的，是一個已知的定量，此時如果根據(jù)公式（27）將采樣頻率直接代入計算，就可以得到正弦波的頻率。頻率計算程序框圖如圖38(a)所示。 圖38(a) 頻率計算程序框圖為了設計結果更加精確，這里將圖38(a)的程序放入循環(huán)，可以計算多次求平均值。用“數(shù)組大小”函數(shù)求關于的一維數(shù)組的大小，用作循環(huán)次數(shù)。初始化一個數(shù)組，用來存放每次循環(huán)后計算得到的頻率。這里用移位寄存器將關于頻率的一維數(shù)組函數(shù)保留下來。最后用一維數(shù)組求和函數(shù)求關于頻率的一維數(shù)組的元素的和，求平均值，得到頻率。頻率計算程序框圖如圖38(b)所示。圖38(b) 頻率計算程序框圖 DAQmx仿真 NI數(shù)據(jù)采集卡的驅動軟件在基于DAQ插卡的虛擬儀器系統(tǒng)中，驅動軟件起著非常重要的作用。他將DAQ插卡和計算機有效的融合成為一個DAQ儀器系統(tǒng)，完整的實現(xiàn)了儀器的數(shù)據(jù)采集、分析處理和顯示輸出等三大功能。目前，大多數(shù)DAQ插卡生產商都向用戶提供了驅動軟件或驅動程序（驅動函數(shù)庫），驅動程序將底層的、復雜的硬件操作隱蔽起來，為用戶提供了更方便的軟件調用接口，應用程序只需要調用隨DAQ插卡提供方的現(xiàn)成驅動函數(shù)即可。同時還提供書記采集演示程序及其源代碼。提到虛擬儀器軟件的組成。大多數(shù)人首先想到的就是應用程序層，就是主要的開發(fā)環(huán)境。它包括諸如LabVIEW、LabWindows/CVI(ANSIC)和Measurement Studio（Visual Studio 編程語言）之類的軟件。測試執(zhí)行層結合了應用程序層所開發(fā)的功能。接下去一層通常很容易被忽視，但它對于軟件開發(fā)效率來說卻是至關重要的。測和控制服務層包括與硬件通信的驅動程序。測量和控制服務必須能訪問并發(fā)揮硬件功能和性能，它們也必須與所有其他的驅動和已成為解決方案一部分的眾多模塊化I/O 協(xié)同工作[18]。數(shù)據(jù)采集(DAQ)是虛擬儀器獲取信息必不可少的基本功能，DAQ是LabVIEW的核心，使用LabVIEW必須要掌握DAQ軟件的開發(fā)和使用。，將DAQ分為傳統(tǒng)DAQ和DAQmx，使得原本十分強大的DAQ功能變得更加完善。它包含有很多DAQ卡的驅動，分別有各自的API函數(shù)。NI在20世紀90年代首次發(fā)布了傳統(tǒng)NIDAQ驅動。傳統(tǒng)NIDAQ通過提供對各種設備的擴展功能對已有的DAQ庫進行了許多改進，這些改進包括雙緩沖采集、對特定傳感器類型提供內置標度，例如熱電偶和應變計、信號調理、以及一個單一的且可與多種設備和操作系統(tǒng)(OS)協(xié)同工作的函數(shù)庫。90年代后期，NIDAQ團隊意識到保持API與以前版本的兼容性的這個要求增加了向傳統(tǒng)NIDAQ添加新特性和設備的難度。此外，在長期的發(fā)展過程中，傳統(tǒng)NIDAQ的API產生了許多需要解決的問題。NIDAQ開發(fā)者難以直觀地擴展API而且難以優(yōu)化不斷增長的客戶應用范圍。因此NI認為一個全新的API設計和體系結構可以幫助NIDAQ開發(fā)者更輕松地添加新特性和新設備，解決許多現(xiàn)有的驅動問題，并且同時可以優(yōu)化性能。DAQmx驅動軟件功能遠強于基本的數(shù)據(jù)采集驅動，它在數(shù)據(jù)采集和控制應用的開發(fā)中，體現(xiàn)出更高的效率和性能。DAQmx控制DAQ系統(tǒng)（包括NI信號調理設備）的每一方面，從配置，在LabVIEW中編程，直到低層操作系統(tǒng)和設備控制。通過具有即測即用功能的虛擬通道和DAQ助手(DAQ Assistant)快速收集實際數(shù)據(jù)。利用測量VI、函數(shù)、數(shù)據(jù)類型和分析功能集成，建立應用程序。借助優(yōu)化的DMA數(shù)據(jù)傳輸和單點I/O，測量更快、更穩(wěn)定[19]。 DAQmx驅動函數(shù)運用DAQmx的VI和DAQ助手，建立模擬設備，通過模擬設備產生正弦波，編寫數(shù)據(jù)采集通道，進行頻率測量，并和LabVIEW自帶的頻率測量函數(shù)相比較。 DAQmx驅動函數(shù)介紹介紹函數(shù)之前，先明確幾個名詞：物理通道：連接被測信號的實際端子（對差分輸入方式而言，每個物理通道對應兩個端子）。虛擬通道：是一組屬性設置的集合，包含虛擬通道名、對應的物理通道、輸入接線方式（差分、RSE、NRSE）、輸入范圍、縮放比例等。虛擬通道分為兩種：局部和全局虛擬通道。局部虛擬通道。局部虛擬通道僅存在于某個DAQmx定義任務中；而全局虛擬通道可以長期保存在MAX中且可被多個任務所使用。DAQmx任務：它是一個或多個虛擬通道的集合，此外，它還包含了定時、觸發(fā)等屬性。它代表了所要實施的一次信號測量或信號的發(fā)生操作。DAQmx任務分為兩種：一種是獨立于程序而存在、可以被各個程序所使用，且可長期保存到的任務。另一種是僅存在于某程序使用的所謂臨時任[20]。1）DAQmx數(shù)據(jù)采集選板。DAQmx所有的VI都位于All Functions模板的NI Measurement子模板的DAQmx—Data Acquistion子模板內，如圖39所示。 圖39 DAQmx數(shù)據(jù)采集選板 圖310 DAQ Assistant選板2）DAQ助手由于DAQmx將傳統(tǒng)DAQ VI進行了整合，因此他的VI雖然總數(shù)上精簡很多，但數(shù)量數(shù)上仍然相當可觀，NI公司由此專門設計了圖形化的設置工具——DAQ Assistant，用于簡化用戶操作?？梢栽贒AQmxData Acquisition子模板內選擇DAQ Assistant，如圖310所示。DAQ助手可通過圖形化界面讓用戶交互式地創(chuàng)建、編輯、運行NIDAQmx虛擬通道和任務。每個NIDAQmx虛擬通道由DAQ設備上的一個物理通道以及該物理通道的配置信息，比如輸入范圍和自定義縮放。一個NIDAQmx任務就是一個包含虛擬通道、定時、觸發(fā)信息、以及其他與采集和生成相關的屬性集合[21]。DAQ助手函數(shù)面板如圖311所示。3）NIDAQmx虛擬通道創(chuàng)建NIDAQmx虛擬通道創(chuàng)建函數(shù)可以創(chuàng)建一個虛擬通道并將它添加至任務，也可用于創(chuàng)建多個虛擬通道，并將它們都添加至一個任務中。如果沒有指定某個任務，則該函數(shù)自動創(chuàng)建一個任務。NIDAQmx虛擬通道創(chuàng)建函數(shù)包含無數(shù)個的例程，這些例程對應虛擬通道執(zhí)行的特定測量或生成。NIDAQmx虛擬通道創(chuàng)建函數(shù)面板如圖312所示。 圖311 DAQ助手 圖312 NIDAQmx虛擬通道創(chuàng)建4）NIDAQmx觸發(fā) NIDAQmx觸發(fā)函數(shù)可用于對觸發(fā)進行配置來執(zhí)行指定操作。最常用的操作是開始觸發(fā)和參考觸發(fā)。開始觸發(fā)用于啟動采集或生成，參考觸發(fā)則用于在一組采集樣本中創(chuàng)建預觸發(fā)數(shù)據(jù)結束后和后觸發(fā)數(shù)據(jù)開始前的位置?？蓪@兩個觸發(fā)進行配置，使其發(fā)生在數(shù)字邊沿、模擬邊沿、或模擬信號進入或離開窗口時。NIDAQmx觸發(fā)函數(shù)面板如圖313所示。5）NIDAQmx定時NIDAQmx定時函數(shù)用于對硬件定時的數(shù)據(jù)采集操作進行定時配置，包括指定操作是連續(xù)執(zhí)行還是有限執(zhí)行、選擇采集或生成的樣本數(shù)量以進行有限操作、以及需要時創(chuàng)建緩沖區(qū)。對于需要采樣定時（模擬輸入，模擬輸出，計數(shù)器）的操作，NIDAQmx定時函數(shù)的采樣時鐘例程可用于設置采樣時鐘源和采樣速率，采樣時鐘源可以是內部也可以是外部的信號源。采樣時鐘能夠控制采集或生成樣本的速率。每個時鐘脈沖將啟動任務中每個虛擬通道的樣本采集或生成。NIDAQmx定時函數(shù)面板面板如圖314所示。圖313 NIDAQmx觸發(fā) 圖314 NIDAQmx定時6）NIDAQmx開始任務NIDAQmx開始任務函數(shù)可以將一個任務顯式轉換成運行狀態(tài)。在運行狀態(tài)下，任務將進行指定的采集和生成。當NIDAQmx讀取函數(shù)運行而NIDAQmx開始任函數(shù)未運行時，任務將隱式轉換成運行狀態(tài)或自動啟動。這種隱式轉換也會發(fā)NIDAQmx寫入函數(shù)在指定的自動開始輸入驅動下運行但NIDAQmx開始任務函數(shù)未運行時。雖然不一定需要，但包含硬件定時的采集或生成的任務最好使用NIDAQmx開始任務函數(shù)來顯式啟動。而且，如果需要多次執(zhí)行NIDAQmx讀取函數(shù)或NIDAQmx寫入函數(shù)（比如在一個循環(huán)中），則應使用NIDAQmx開始任務函數(shù)。否則任務會由于不斷重復開始和停止而影響執(zhí)行性能。 圖315 NIDAQmx寫入7）NIDAQmx寫入NIDAQmx寫入函數(shù)用于將樣本寫入指定的生成任務中。針對不同的函數(shù)例程可選擇不同的生成類型（模擬或數(shù)字）、虛擬通道數(shù)量、采樣數(shù)量和數(shù)據(jù)類型NIDAQmx寫入函數(shù)將樣本從應用程序開發(fā)環(huán)境（ADE）寫入到PC緩存中。然后這些樣本從PC緩存?zhèn)鬏數(shù)紻AQ板卡FIFO以進行生成。每個NIDAQmx寫入函數(shù)的例程包含一個自動開始輸入，用于在任務沒有顯式啟動時判定該函數(shù)是否隱式啟動任務。如果需要多次執(zhí)行