【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 工具包括給程序設(shè)置斷點(diǎn)、探針等，在實(shí)際的程序調(diào)試過(guò)程中這些工具將起到關(guān)鍵的作用。② 控制模板(Controls Palette)控制摸板用于創(chuàng)建前面板的過(guò)程中，它也只是在前面板作為當(dāng)前頁(yè)面顯示時(shí)才出現(xiàn)。用控制模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。通過(guò)這些控制子模板可以找到創(chuàng)建程序所需的面板對(duì)象。③ 功能模板(Functions Palette)功能模板是創(chuàng)建程序框圖的工具，只是在程序框圖作為當(dāng)前頁(yè)面顯示時(shí)才出現(xiàn)。該模板上的每一個(gè)頂層圖標(biāo)都表示一個(gè)子模板。通過(guò)這些功能子模板可以找到創(chuàng)建程序所需的程序框圖工具，比如運(yùn)算符號(hào)、各種類(lèi)型的常數(shù)等，通過(guò)連線把在前面板中創(chuàng)建的對(duì)象連成一個(gè)完整的程序流程。與傳統(tǒng)程序語(yǔ)言不同，LabVIEW 采用強(qiáng)大的圖形化語(yǔ)言（G 語(yǔ)言）編程，面向測(cè)試工程師而非專業(yè)程序員，編程非常方便，人機(jī)交互界面直觀友好，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)可視化分析和儀器控制能力等特點(diǎn)。LabVIEW 的強(qiáng)大功能歸因于它的層次化結(jié)構(gòu)，用戶可以把創(chuàng)建的 VI 程序當(dāng)作子程序調(diào)用，以創(chuàng)建更復(fù)雜的程序，而這種調(diào)用的層次是沒(méi)有限制的。LabVIEW這種創(chuàng)建和調(diào)用的子程序的方法，使創(chuàng)建的程序結(jié)構(gòu)模塊化，更易于調(diào)試、理解和維護(hù)。 LabVIEW 具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)：① 提供大量的儀器面板中的控制對(duì)象，如各種開(kāi)關(guān)、表頭、旋鈕、圖表、刻度桿、指示燈等，而且用戶可以方便地設(shè)計(jì)庫(kù)中沒(méi)有的儀器。② 使用圖標(biāo)表示功能模塊，使用連線表示各模塊間的數(shù)據(jù)傳遞，使用數(shù)據(jù)流程圖式的語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)程序源代碼，這樣使得編程過(guò)程與思維過(guò)程非常相近。③ 提供程序調(diào)試功能?？梢栽谠创a中設(shè)置斷點(diǎn)，單步執(zhí)行源代碼，連線上設(shè)置探針，觀察程序運(yùn)行過(guò)程中數(shù)據(jù)流的變化，可以直觀地對(duì)程序進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試并實(shí)時(shí)地記錄調(diào)試結(jié)果。④ 采用編譯方式運(yùn)行 32 位應(yīng)用程序，運(yùn)行速度快。應(yīng)用程序生成器可以將LabVIEW 編寫(xiě)的文件轉(zhuǎn)化為可在 Windows 下獨(dú)立執(zhí)行的軟件包，保護(hù)應(yīng)用程序被修改，也增強(qiáng)了程序運(yùn)行的靈活性。⑤ 提供了大量的函數(shù)庫(kù)供用戶直接調(diào)用。除包括基本的數(shù)學(xué)函數(shù)、字符串處理函數(shù)、數(shù)組運(yùn)算函數(shù)和文件 I/O 函數(shù)外，還有：高級(jí)分析函數(shù)庫(kù)，具有信號(hào)生成、時(shí)域和頻域分析、信號(hào)加窗、濾波等數(shù)字處理和數(shù)理統(tǒng)計(jì)、線性分析、曲線擬合、線性代數(shù)等數(shù)值分析計(jì)算能力；工具箱庫(kù)，包括結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言工具箱、統(tǒng)計(jì)過(guò)程工具箱、PID 控制工具箱、測(cè)試運(yùn)行工具箱、圖形控制工具箱等；綜合時(shí)頻分析控制箱，具有快速頻變信號(hào)的實(shí)時(shí)譜/圖分析、語(yǔ)音處理、振動(dòng)信號(hào)分析和動(dòng)態(tài)信號(hào)監(jiān)控等功能；儀器驅(qū)動(dòng)函數(shù)庫(kù)，提供了包含 500 多種、40 多個(gè)儀器廠家制造的硬件驅(qū)動(dòng)程序。⑥ 提供 DLL（Dynamic Link Library,動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)）接口和 CIN（Code Interface Node，外部代碼接口節(jié)點(diǎn)）節(jié)點(diǎn)，使用戶能在它的平臺(tái)上使用其它軟件平臺(tái)譯的模塊。能調(diào)用 C、BASIC 語(yǔ)言程序。支持 ActiveX 技術(shù)，可以直接使用 VB、VC 生成的控件，可以在控件和程序之間交換數(shù)據(jù)。⑦ 支持 TCP/IP 協(xié)議，可以通過(guò) INTERNET 調(diào)用遠(yuǎn)程機(jī)上的 LabVIEW 程序。使用 LabVIEW 的 VI Server 可以很容易地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。 LabVIEW 的實(shí)際應(yīng)用 LabVIEW 自 1986 年正式推出以來(lái)，經(jīng)過(guò)20多年的時(shí)間，已經(jīng)發(fā)展到最新版本 LabVIEW ，包括控制與仿真、高級(jí)信號(hào)數(shù)字處理、統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制、模糊控制和 PID 控制等眾多附加軟件包，運(yùn)行于 Windows、Unix、Macintosh、Sun、Linux 和 HPUX 等多種平臺(tái)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。在美國(guó)，許多工科大學(xué)已經(jīng)將 LabVIEW 作為課堂或者實(shí)驗(yàn)室教學(xué)內(nèi)容，作為工程師素質(zhì)培養(yǎng)的一個(gè)方面。不同領(lǐng)域的科學(xué)家和工程師都借助這個(gè)易用的軟件包來(lái)解決工作中的各種應(yīng)用課題。LabVIEW 在包含航空、航天、通信、汽車(chē)、半導(dǎo)體和生物醫(yī)學(xué)等世界范圍的眾多領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，從簡(jiǎn)單的儀器控制、數(shù)據(jù)采集到尖端的測(cè)試和工業(yè)自動(dòng)化，從大學(xué)實(shí)驗(yàn)室到工廠，從探索研究到技術(shù)繼承，都可以發(fā)現(xiàn)應(yīng)用 LabVIEW的成果和開(kāi)發(fā)產(chǎn)品。① LabVIEW 應(yīng)用于測(cè)試和測(cè)量 LabVIEW 已成為測(cè)試與測(cè)量領(lǐng)域的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò) GPIB﹑VXI﹑PLC﹑串行設(shè)備和PCI 數(shù)據(jù)采集板可以工程實(shí)際的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它提供工業(yè)界最大的儀器驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)，同時(shí)還支持通過(guò) Internet、ActiveX、DDE 和 SQL 等交互通信方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，它提供的眾多開(kāi)發(fā)工具使復(fù)雜的測(cè)試和測(cè)量任務(wù)變得簡(jiǎn)單。② LabVIEW 應(yīng)用于過(guò)程控制和工業(yè)自動(dòng)化 LabVIEW 強(qiáng)大的硬件驅(qū)動(dòng)﹑圖形顯示能力和便捷的快速程序設(shè)計(jì)為過(guò)程控制和工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用提供了優(yōu)秀的解決方案。對(duì)于更復(fù)雜、更專業(yè)的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，在 LabVIEW 基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的 BridgeVIEW 是更好的選擇。③ LabVIEW 應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室研究與自動(dòng)化LabVIEW 為科學(xué)家和工程師提供了功能強(qiáng)大的高級(jí)數(shù)學(xué)分析庫(kù)，包括統(tǒng)計(jì)、估計(jì)、回歸分析、線性代數(shù)、信號(hào)生成算法、時(shí)域和頻域算法等眾多科學(xué)領(lǐng)域，可滿足各種計(jì)算和分析需要。即使在聯(lián)合時(shí)域分析、小波和數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)等高級(jí)或特殊分析場(chǎng)合，LabVIEW 也為此提供了專門(mén)的附加軟件包。LabVIEW 是計(jì)算機(jī)處理分析系統(tǒng)軟件之一。在 PC 機(jī)為基礎(chǔ)測(cè)量和工控軟件中，LabVIEW 的市場(chǎng)普及率僅次于 C++/C 語(yǔ)言。LabVIEW 開(kāi)發(fā)環(huán)境具有一系列優(yōu)點(diǎn)，從流程式的編程、不需預(yù)先編譯就存在語(yǔ)法檢查、調(diào)試過(guò)程使用的數(shù)據(jù)探針，到豐富的函數(shù)功能、數(shù)值分析、信號(hào)處理和設(shè)備驅(qū)動(dòng)等功能，都令人稱道。 本章小結(jié) 本章詳細(xì)介紹了虛擬儀器的概念以及虛擬儀器的構(gòu)成,通過(guò)傳統(tǒng)儀器和虛擬儀器的比較,著重的闡述了虛擬儀器的優(yōu)勢(shì)以及發(fā)展前景。介紹了LabVIEW 圖形編程語(yǔ)言的特點(diǎn)以及相對(duì)于文本編程語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)，論證了本課題采用 LabVIEW 平臺(tái)的可行性。第三章： 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集卡的硬件參數(shù) 數(shù)據(jù)采集（Data Acquisition，DAQ）是對(duì)多路模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化測(cè)量，從而獲得大量數(shù)據(jù)以便進(jìn)行分析和處理。虛擬儀器的硬件平臺(tái)由PC計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)采集卡（PCI8333）組成。其中，數(shù)據(jù)采集卡又由以下幾個(gè)部分組成：① 多路開(kāi)關(guān)。如前所述，并不是每塊數(shù)據(jù)采集卡都可以實(shí)現(xiàn)所有通道的并行采集的，大多數(shù)數(shù)據(jù)采集卡上只有一個(gè)ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換），要實(shí)現(xiàn)多個(gè)通道的采集只能是通過(guò)多路開(kāi)關(guān)將各路信號(hào)將各路信號(hào)輪流切換到放大器的輸入端，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)多路信號(hào)的分時(shí)采集。如果多路開(kāi)關(guān)在各個(gè)通道之間的切換時(shí)間與信號(hào)的周期相比非常短，那么不會(huì)影響到多通道采集時(shí)對(duì)信號(hào)實(shí)時(shí)性產(chǎn)生太大的影響。② 放大器。將一級(jí)多路開(kāi)關(guān)切換進(jìn)入待采集信號(hào)進(jìn)行放大（或衰減）至采樣環(huán)節(jié)的量程范圍內(nèi)。③ 采樣/保持器。取出待測(cè)信號(hào)在某一瞬時(shí)的值（即實(shí)現(xiàn)信號(hào)的離散化），并在A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中保持信號(hào)不變。④ A/D轉(zhuǎn)換器。將輸入模擬信號(hào)量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出，并完成信號(hào)幅值的量化。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，目前通常將采樣/保持器同A/D轉(zhuǎn)換器集成在一塊芯片上。以上四個(gè)部分都處在PC計(jì)算機(jī)的前向通道，是組成數(shù)據(jù)采集卡的主要環(huán)節(jié)，與其它有關(guān)電路如定時(shí)/計(jì)數(shù)器、總線接口電路等做在一塊電路板上，即構(gòu)成了數(shù)據(jù)采集的基本功能配置，完成對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)的采集、放大及模/數(shù)轉(zhuǎn)換任務(wù)。當(dāng)對(duì)多路通道進(jìn)行采樣時(shí)，如果多路開(kāi)關(guān)以某一頻率輪換將各個(gè)通道連入ADC，以獲取信號(hào)，則這種采樣方式叫做循環(huán)采樣。循環(huán)采樣的缺點(diǎn)是，不能對(duì)多個(gè)通道進(jìn)行同步采樣。這是由于多路開(kāi)關(guān)要在通道間進(jìn)行切換，這種切換需要時(shí)間，于是就產(chǎn)生了不同通道采樣時(shí)刻的延遲。下面來(lái)分析這個(gè)延遲會(huì)不會(huì)對(duì)信號(hào)采集產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響。假設(shè)相鄰?fù)ǖ篱g的建立時(shí)間為10μS（微秒），現(xiàn)在設(shè)計(jì)一個(gè)有兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，待采集的信號(hào)頻率是100Hz，那么信號(hào)的周期是1/100==10MS（毫秒）=10000μS；由于建立通道時(shí)間需要10μS，那么第二個(gè)通道實(shí)際是在第一個(gè)通道獲得數(shù)據(jù)10μS后才獲得數(shù)據(jù)的，但是可以看到，這一個(gè)延遲要遠(yuǎn)遠(yuǎn)的低于信號(hào)的周期，兩個(gè)通道的循環(huán)采集完全可以看作是同步采集。所以，對(duì)于一個(gè)通道建立時(shí)間為10μS的數(shù)據(jù)采集卡來(lái)說(shuō)，完成100Hz頻率的信號(hào)的采集是毫無(wú)問(wèn)題的。本文所用的PCI8333數(shù)據(jù)采集卡的硬件指標(biāo)如下：1)模入部分： 輸入通道數(shù)：?jiǎn)味?6路 * ( 標(biāo)*為出廠標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，下同 ) 雙端8路 輸入信號(hào)范圍：0V～10V*；5V～+5V 輸入阻抗：≥ 10MΩ A/D轉(zhuǎn)換分辨率：12位 A/D轉(zhuǎn)換速度：10μS A/D啟動(dòng)方式：程序啟動(dòng)/定時(shí)觸發(fā)啟動(dòng)/外觸發(fā)啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束識(shí)別：程序查詢/中斷方式 A/D轉(zhuǎn)換非線性誤差：177。1LSB A/D轉(zhuǎn)換輸出碼制：?jiǎn)螛O性原碼*/雙極性偏移碼 系統(tǒng)綜合誤差：≤ ％ 2)模出部分： 輸出通道數(shù)：2路 輸出范圍： 電壓方式：0～5V；0～10V*；5V～+5V；～+； +1V～+5V 電流方式：0～10mA；4～20mA 輸出阻抗：≤ 2Ω ( 電壓方式 ) D/A轉(zhuǎn)換分辨率：12位 D/A轉(zhuǎn)換輸入碼制：二進(jìn)制原碼 ( 單極性輸出方式時(shí) ) * 二進(jìn)制偏移碼 ( 雙極性電壓輸出方式時(shí) ) D/A轉(zhuǎn)換綜合建立時(shí)間：≤ 2μS D/A轉(zhuǎn)換綜合誤差：電壓方式：≤ ％ 電流方式：≤ ％ 電壓輸出方式負(fù)載電流：≤ 5mA 電流輸出方式負(fù)載電阻范圍： 使用機(jī)內(nèi)＋12V電源時(shí)：0～250Ω 外加＋24V電源時(shí)：0～750Ω 3)數(shù)字量輸入輸出部分： DI：16路/DO：16路；TTL電平 定時(shí)/計(jì)數(shù)器部分： 16位字長(zhǎng)計(jì)數(shù)/定時(shí)器：3路 基準(zhǔn)時(shí)鐘：1MHz，占空比50％ 電源功耗： + 5V(177。10％) ≤ 800mA +12V(177。10％) ≤ 50mA ( D/A 電流方式輸出，并使用機(jī)內(nèi)電源時(shí) ) 使用環(huán)境要求：工作溫度：10℃～40℃ 相對(duì)濕度： 40％～80％ 存貯溫度：55℃～+85℃4)外型尺寸：( 不含檔板 )外型尺寸：長(zhǎng)高＝ ( )本文要實(shí)現(xiàn)的是一個(gè)雙通道的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)XY函數(shù)記錄儀的功能；而實(shí)際的低周期反復(fù)加載實(shí)驗(yàn)的周期要遠(yuǎn)低于1Hz，因此，由以上的數(shù)據(jù)采集卡的硬件參數(shù)來(lái)看，在采樣頻率上是完全滿足要求的。 本課題使用的是PCI8333數(shù)據(jù)采集卡前端的信號(hào)調(diào)理的功能，其輸出的電壓范圍都是可調(diào)的。一般來(lái)說(shuō)，傳感器傳入信號(hào)調(diào)理設(shè)備的信號(hào)都是毫伏級(jí)的，只要信號(hào)調(diào)理設(shè)備的增益調(diào)整合適，其輸出的電壓信號(hào)不會(huì)超過(guò)數(shù)據(jù)采集卡的最大電壓輸入范圍。所以，從輸入數(shù)據(jù)采集卡的電壓信號(hào)的幅度來(lái)看，也是很容易滿足要求的。 數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng)程序接口函數(shù) 數(shù)據(jù)采集卡要裝上驅(qū)動(dòng)程序才能使用。由于本課題是基于LabVIEW的平臺(tái)開(kāi)發(fā)的，所以要想辦法在LabVIEW中能調(diào)用數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng)程序才能在LabVIEW中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。NI 公司推出圖形化虛擬儀器 LabVIEW 的同時(shí)，為其所有的DAQ 接口卡也都配備了相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，但是，由于本課題中所使用的數(shù)據(jù)采集卡是北京中泰研創(chuàng)公司生產(chǎn)的PCI8333 數(shù)據(jù)采集卡，LabVIEW 程序中沒(méi)有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序接口，所以必須設(shè)計(jì)一套驅(qū)動(dòng)程序接口函數(shù)使 LabVIEW 和數(shù)據(jù)采集卡之間達(dá)成通訊。通過(guò)對(duì)各種通用數(shù)據(jù)采集卡的接口方法的分析，通用數(shù)據(jù)采集卡和 LabVIEW之間的接口方法主要有三種：① 直接用 LabVIEW 中的 In Port、Out Port 圖標(biāo)對(duì)端口操作LabVIEW 的 Functions 模板內(nèi) Advanced、Memory 中的 In port、Out Port圖標(biāo)。在 C 語(yǔ)言中的選擇信號(hào)通道 ch 的指令是_outp、_inp 功能相同。在采樣速率要求較低的情況下，這不失為最方便，直觀的方法而且可以隨時(shí)修改，但如果采樣速率要求較高，則容易失真。② 用 LabVIEW 的 CIN 圖標(biāo)生成 A/D 插卡驅(qū)動(dòng)程序的子 VI。LabVIEW的Functions模板內(nèi)Advanced中有一個(gè)CIN(Code Interface Node)圖標(biāo)，用來(lái)在 LabVIEW 程序方框圖中直接調(diào)用其他編程語(yǔ)言(如 VC)寫(xiě)的代碼。當(dāng) CIN被執(zhí)行的時(shí)候，LabVIEW 就調(diào)用被編譯好的可執(zhí)行代碼，從框圖中傳遞輸入?yún)?shù)，并從可執(zhí)行的代碼中返回?cái)?shù)據(jù)到框圖中。CIN 的主要特點(diǎn)是運(yùn)行速度快、可同步執(zhí)行、使用靈活，CIN 與 VC++有著相同的數(shù)據(jù)類(lèi)型，只是定義的關(guān)鍵字不一樣。用 CIN 節(jié)點(diǎn)生成 A/D 插卡驅(qū)動(dòng)程序的子 VI 的方法可較充分發(fā)揮 A/D 的高轉(zhuǎn)換速度，獲得高的采樣速率。但編程較繁雜，而且不能由 LabVIEW 直接修改。③ 用 LabVIEW 的 CLF 圖標(biāo)， 庫(kù)函數(shù)所謂 “動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)”指生成 EXE 文件時(shí)，并沒(méi)有將 DLL 文件直接包含到程序中；只是在程序中記錄了函數(shù)的入口點(diǎn)和接口，在程序執(zhí)行時(shí)才將庫(kù)代碼裝入內(nèi)存。不管多少程序適用 DLL，內(nèi)存中都只有一個(gè) DLL 的副本，當(dāng)沒(méi)有程序使用它時(shí)，系統(tǒng)就將它移出內(nèi)存，減少了對(duì)內(nèi)存與磁盤(pán)的要求。，用戶可以使用某種DLL 鏈接庫(kù)編程工具，如 VC﹑VB 編寫(xiě)應(yīng)用程序來(lái)調(diào)用它。LabVIEW 也提供了一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)函數(shù)的圖標(biāo) Call Library Function，放在 Functions 模板內(nèi)的 Advanced子模板中。在 example/DLL 目錄中有使用該圖標(biāo)的例子。 庫(kù)函數(shù)的調(diào)用