【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 使用專(zhuān)用軟件開(kāi)發(fā)虛擬儀器系統(tǒng)編程容易，開(kāi)發(fā)周期短。 LabVIEW 不僅為測(cè)試、測(cè)量以及過(guò)程控制領(lǐng)域提供了大量?jī)x器面板對(duì)象，而且用戶(hù)還可以方便地將現(xiàn)有的控制 對(duì)象改成適合自己工作領(lǐng)域的控制對(duì)象。LabVIEW 基于數(shù)據(jù)流編譯型圖形編程環(huán)境，解決了其它按解釋方式工作的圖形編程環(huán)境速度慢的問(wèn)題。 LabVIEW 提供了功能強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù)，從低層的 I/O接口控制子程序，到大量的儀器驅(qū)動(dòng)程序，從基本的數(shù)學(xué)函數(shù)、字符串處理函數(shù)到高級(jí)的分析庫(kù)，均可供用戶(hù)直接調(diào)用。此外， LabVIEW 還支持Windows95/98NT,Macintosh， HP 等操作系統(tǒng)平臺(tái)，在不同平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序可直接進(jìn)行移植提供了 DLL 接口和 CIN 接口，使用戶(hù)在 LabVIEW 平臺(tái)上能調(diào)用其他軟件平臺(tái)編譯的模塊 。提供對(duì) OLE 的支持。 正是由于 LabVIEW 的眾多優(yōu)點(diǎn)，使得它已經(jīng)成為在數(shù)據(jù)采集、檢測(cè)、數(shù)據(jù)分析等方面領(lǐng)先的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。 虛擬儀器的功能 不管是傳統(tǒng)的還是虛擬的儀器，它們的功能都是相同的：采集數(shù)據(jù)，對(duì)采集來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，然后顯示處理的結(jié)果。它們之間的不同主要體現(xiàn)在靈活性方面。虛擬儀器由用戶(hù)自己定義，這意味著你可以自由地組合計(jì)算機(jī)平臺(tái)、硬件、軟件、以及各種應(yīng)用系統(tǒng)所需要的附件。這一創(chuàng)新，使得用戶(hù)能夠根據(jù)自己的需要定義儀器功能，而不像傳統(tǒng)儀器那樣，受到儀器廠(chǎng)商的限制。 虛擬儀器包括硬件和軟件兩個(gè)基本要素。硬件的主要功能是獲取真實(shí)世界中的被測(cè)信號(hào)，可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是滿(mǎn)足一般科學(xué)研究與工程領(lǐng)域測(cè)試任務(wù)要求的虛擬儀器。最簡(jiǎn)單的是基于 PC總線(xiàn)的插卡式儀器，也包括帶 GPIB 接口和串行接口的儀器；另一類(lèi)是用于高可靠性的關(guān)鍵任務(wù)，如航空、航天、國(guó)防等應(yīng)用的高端 VXI 儀器。虛擬儀器系統(tǒng)將不同功能、不同特點(diǎn)的硬件構(gòu)成為一個(gè)新的儀器系xxx 第 8 頁(yè) 共 52 頁(yè) 統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)統(tǒng)一管理、統(tǒng)一操作。軟件的功能在于定義了儀器的功能。虛擬儀器最重要、最核心的技術(shù)是虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。作為面向儀器的軟件環(huán)境應(yīng)具備以下特點(diǎn)：一是 針對(duì)測(cè)試工程師而非專(zhuān)業(yè)程序員，編程必須簡(jiǎn)單，易于理解和修改；二是具有強(qiáng)大的人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)功能，容易實(shí)現(xiàn)模擬儀器面板；三是具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力和數(shù)據(jù)可視化分析功能，提供豐富的儀器總線(xiàn)接口硬件驅(qū)動(dòng)程序。在一定配置的計(jì)算機(jī)和儀器硬件確定之后，軟件成為了構(gòu)造和使用虛擬儀器的關(guān)鍵。虛擬儀器的主要開(kāi)發(fā)環(huán)境有 BASIC、 C(C＋＋ )、 VB、 VC、 Delphi、Labview、 Labwindows/CAI 等。其中 BASIC 和 C語(yǔ)言等都是基于文本的傳統(tǒng)編程語(yǔ)言，而 Labview、 Labwindows/CAI 是美國(guó) NI 公司 提供的虛擬儀器圖形化軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。另外，儀器驅(qū)動(dòng)程序與用戶(hù)接口開(kāi)發(fā)工具軟件也是組建虛擬儀器軟件的重要組成部分，它們是在特定環(huán)境下開(kāi)發(fā)出來(lái)的，主要用于實(shí)現(xiàn)儀器硬件的通信和控制功能。 圖形化編程語(yǔ)言 LabVIEW及其應(yīng)用 LabVIEW（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench） 是NI 推出的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，它們能夠以直觀簡(jiǎn)便的編程方式、眾多的源碼級(jí)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、多種多樣的分析和表達(dá)功能支持，為用戶(hù)快捷地構(gòu)筑自己在實(shí)際生產(chǎn)中所需要的 儀器系統(tǒng)創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件。 LabVIEW 采用圖形化編程語(yǔ)言G 語(yǔ)言，產(chǎn)生的程序是框圖的形式，易學(xué)易用，特別適合硬件工程師、實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員、生產(chǎn)線(xiàn)工藝技術(shù)人員的學(xué)習(xí)和使用，可在很短的時(shí)間內(nèi)掌握并應(yīng)用到實(shí)踐中去。特別是對(duì)于熟悉儀器結(jié)構(gòu)和硬件電路的硬件工程師、現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員及測(cè)試技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，編程就像設(shè)計(jì)電路圖一樣。因此，硬件工程師、現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員及測(cè)試技術(shù)人員們學(xué)習(xí) LabVIEW 駕輕就熟，在很短的時(shí)間內(nèi)就能夠?qū)W會(huì)并應(yīng)用 LabVIEW。也不必去記憶那眼花繚亂的文本式程序代碼。 像 C 或 C++等其它計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言 一樣， LabVIEW 也是一種通用編程系統(tǒng)，具有各種各樣、功能強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù)，包括數(shù)據(jù)采集、 GPIB、串行儀器控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，甚至還有目前十分熱門(mén)的網(wǎng)絡(luò)功能。 LabVIEW 也有完善的仿真、調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、單步等。 LabVIEW 的動(dòng)態(tài)連續(xù)跟蹤方式，可以連續(xù)、動(dòng)態(tài)地觀察程序中的數(shù)據(jù)及其變化情況，比其它語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)環(huán)境更方便、更有效。而且 LabVIEW 與其它計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相比，有一個(gè)特別重要的不同點(diǎn)：xxx 第 9 頁(yè) 共 52 頁(yè) 其它計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼行，而 LabVIEW 采用圖形化編程語(yǔ)言 G語(yǔ)言。 LabVIEW 程序又稱(chēng)為虛擬儀器，它的表現(xiàn)形式和功能類(lèi)似于實(shí)際的儀器；但LabVIEW 程序很容易改變?cè)O(shè)置和功能。因此， LabVIEW 特別適用于實(shí)驗(yàn)室多品種小批量的生產(chǎn)線(xiàn)等需要經(jīng)常改變儀器和設(shè)備的參數(shù)和功能的場(chǎng)合，及對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析研究、傳輸?shù)葓?chǎng)合。 由于 LabVIEW 能夠?yàn)橛脩?hù)提供簡(jiǎn)明、直觀、易用的圖形編程方式，能夠?qū)⒎爆崗?fù)雜的語(yǔ)言編程簡(jiǎn)化成為以菜單提示方式選擇功能，并且用線(xiàn)條將各種功能連接起來(lái)，十分省時(shí)簡(jiǎn)便。與傳統(tǒng)的編程語(yǔ)言比較， LabVIEW 圖形編程方式能夠節(jié)省 85％以上的程序開(kāi)發(fā)時(shí)間，其運(yùn)行速度卻幾乎不受 影響，體現(xiàn)出了極高的效率。使用虛擬儀器產(chǎn)品，用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要重新構(gòu)筑新的儀器系統(tǒng)。例如，用戶(hù)可以將原有的帶有 RS232 接口的儀器、 VXI 總線(xiàn)儀器以及 GPIB 儀器通過(guò)計(jì)算機(jī)，聯(lián)接在一起，組成各種各樣新的儀器系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一管理和操作。 LabVIEW 開(kāi)發(fā)環(huán)境使用簡(jiǎn)介 LabVIEW 開(kāi)發(fā)環(huán)境分為三部分：前面板（ Front Panel）、程序框圖（ Block Diagram）、圖標(biāo)和連接端口（ Icon and Connector Pane）。前面板和程序框圖如圖 所示。 （ a）前 面板 xxx 第 10 頁(yè) 共 52 頁(yè) （ b）前面板 圖 前面板和程序框圖例子 前面板是由控件構(gòu)成的圖形化用戶(hù)界面，用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量。在前面板中，輸入量控件被稱(chēng)為控制件（ Control），輸出量控件被稱(chēng)為顯示件（ Indicator），它們通過(guò)各種圖標(biāo)如按鈕、旋鈕、開(kāi)關(guān)、圖表等形式出現(xiàn)在前面板上。每個(gè)控件在程序框圖中以端口圖標(biāo)的形式出現(xiàn)。如圖 （ a）中所示，名為“ STOP”的按鈕為控制件，名為“ Sine”的 Waveform Graph 波形圖顯示框?yàn)轱@示件。程序框圖由節(jié)點(diǎn)（ Node）、端口（ Terminal）和連線(xiàn)（ Wire）組成，它利用圖形語(yǔ)言對(duì)前面板上的控制對(duì)象即輸入量和輸出量進(jìn)行控制。節(jié)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)函數(shù)功能的基本單元，在程序運(yùn)行時(shí)完成一定的操作；端口是程序框圖中傳遞數(shù)據(jù)的起點(diǎn)和終點(diǎn)；連線(xiàn)是程序框圖中各個(gè)對(duì)象之間傳遞數(shù)據(jù)的通道，定義了程序框圖內(nèi)數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向，控制圖形語(yǔ)言程序執(zhí)行的順序。如圖 （ b）中所示，Simulate Signal 函數(shù)和外層 While 循環(huán)框?yàn)楣?jié)點(diǎn)， Waveform Graph 波形顯示框和 STOP 按鈕為端口， Simulate Signal 函數(shù)和 Waveform Graph 波形顯示框之間有連線(xiàn)相接 。圖 中程序的功能是在前面板上顯示正弦波圖形，直到按下 STOP按鈕為止。 圖標(biāo)和連接端口用于把 LabVIEW 程序定義為一個(gè)子程序，從而實(shí)現(xiàn)模塊化編程，圖標(biāo)是子程序在其它程序框圖中被調(diào)用的節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)形式，連接端口則表示節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的輸入、輸出口。圖標(biāo)和連接端口可以讓用戶(hù)把 VI程序變成一個(gè)對(duì)象 (VI子程序 )，然后在其他程序中像子程序一樣地調(diào)用它。圖標(biāo)表示在其他程序中被xxx 第 11 頁(yè) 共 52 頁(yè) 調(diào)用的子程序，而接線(xiàn)端口則表示圖標(biāo)的輸入 /輸出口，就像子程序的參數(shù)端口對(duì)應(yīng)著 VI 程序前面板控件和指示器的數(shù)值。 LabVIEW 具有三個(gè)可移動(dòng)的圖形化 工具模板：工具模板（ Tools Palette）、函數(shù)模板（ Functions Palette）和控件模板（ Controls Palette），如圖 所示，這三個(gè)模板集中反映了該軟件的功能與特征。 （ a） 工具模版 （ b）函數(shù)模版 （ c）控件模版 圖 工具模板、函數(shù)模板和控件模板 工具模板提供用于圖形操作的各種工具，比如定位、標(biāo)注、斷點(diǎn)、連線(xiàn)、文字注釋等；函數(shù)模板提供一些基本的數(shù)學(xué)函數(shù)和其他功能函數(shù)；控件模板提供前面板編輯所需的圖像圖標(biāo) 和一些特殊的圖形。這三個(gè)模板是 LabVIEW 編程的主要工具。 （ 1） 工具圖標(biāo)有如下幾種： xxx 第 12 頁(yè) 共 52 頁(yè) 表 工具圖標(biāo) 圖標(biāo) 名稱(chēng) 功能 1 Operate Value（操作值） 用于操作前面板的控制和顯示。用它向數(shù)字或字符串控制中鍵入值時(shí)，工具會(huì)變成標(biāo)簽工具 2 Position/Size/Select（選擇） 用于選擇、移動(dòng)或改變對(duì)象的大小。當(dāng)它用于改變對(duì)象的連框大小時(shí)，會(huì)變成相應(yīng)形狀。 3 Edit Text（編輯文本） 用于輸入標(biāo)簽文本或者創(chuàng)建自由標(biāo)簽。當(dāng)創(chuàng)建自由標(biāo)簽時(shí)它會(huì)變成相應(yīng)形狀。 4 Connect Wire（連線(xiàn)） 用在流程圖程序上連接對(duì)象。若聯(lián)機(jī)幫助的窗口被打開(kāi)時(shí)，把該工具放在任一條連線(xiàn)上，就會(huì)顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)類(lèi)型。 5 Object Shortcut Menu（對(duì)象菜單） 用鼠標(biāo)左鍵可以彈出對(duì)象的彈出式菜單。 6 Scroll Windows（窗口漫游） 使用該工具就可不要使用滾動(dòng)條而在窗口中漫游。 7 Set/Clear Breakpoint（斷點(diǎn)設(shè)置／清除） 使用該工具在 VI的流程圖對(duì)象上設(shè)置斷點(diǎn)。 8 Probe Data（數(shù)據(jù)探針） 可在框圖 程序內(nèi)的數(shù)據(jù)流線(xiàn)上設(shè)置探針。通過(guò)控針窗口來(lái)觀察該數(shù)據(jù)流線(xiàn)上的數(shù)據(jù)變化狀況。 9 Get Color（ 顏色提取） 使用該工具來(lái)提取顏色用于編輯其他的對(duì)象。 10 Set Color（顏色設(shè)置） 用來(lái)給對(duì)象定義顏色。它也顯示出對(duì)象的前景色和背景色。 （ 2）控制模版包括如下所示的一些子模板。子模板中包括的對(duì)象，我們?cè)诠δ苤杏梦淖趾?jiǎn)要介紹。 表 控制模版圖標(biāo) 圖標(biāo) 子模板名稱(chēng) 功能 1 Numeric（數(shù)值量） 數(shù)值的控制和顯示。包含數(shù) 字式、指針式顯示表盤(pán)及各種輸入框。 2 Boolean（布爾量） 邏輯數(shù)值的控制和顯示。包含各種布爾開(kāi)關(guān)、xxx 第 13 頁(yè) 共 52 頁(yè) 按鈕以及指示燈等。 3 String amp。 Path（字符串和路徑） 字符串和路徑的控制和顯示。 4 Array amp。 Cluster（數(shù)組和簇） 數(shù)組和簇的控制和顯示。 5 List amp。 Table（列表和表格） 列表和表格的控制和顯示 6 Graph（圖形顯示） 顯示數(shù)據(jù)結(jié)果的趨勢(shì)圖和曲線(xiàn)圖 7 Ring amp。 Enum（環(huán)與枚舉） 環(huán)與枚舉的控制和顯示 8 I/O（輸入 /輸出功能） 輸入 /輸出功能。于操作 OLE、 ActiveX 等功能。 9 Refnum 參考數(shù) 10 Digilog Controls（數(shù)字控制） 數(shù)字控制 11 Classic Controls（經(jīng)典控制） 經(jīng)典控制，指以前版本軟件的 面板圖標(biāo)。 12 Activex 用于 ActiveX 等功能。 13 Decorations（裝飾） 用于給前面板進(jìn)行裝飾的各種圖形對(duì)象 14 Select a Controls（控制選擇） 調(diào)用存儲(chǔ)在文件中的控制和顯示的接口 15 User Controls（用戶(hù)控制） 用戶(hù)自定義的控制和顯示。 （ 3）功能模板是創(chuàng)建流程圖程序的工具。該模板 上的每一個(gè)頂層圖標(biāo)都表示一個(gè)子模板。 若功能模板不出現(xiàn)，則可以用 Windows 菜單下的 Show Functions Palette 功能打開(kāi)它，也可以在流程圖程序窗口的空白處點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵以彈出功能模板。功能模板如右圖所示，其子模塊如下所示。（個(gè)別不常用的子模塊未包含） xxx 第 14 頁(yè) 共 52 頁(yè) 表 子模塊 圖標(biāo) 子模板名稱(chēng) 功 能 1 Structure（結(jié)構(gòu)） 包括程序控制結(jié)構(gòu)命令，例如循環(huán)控制等，以及全局變量和局部變量。 2 Numeric（數(shù)值運(yùn)算） 包括各種常用的數(shù)值運(yùn)算， 數(shù)制轉(zhuǎn)換、 三角函數(shù)、對(duì)數(shù)、復(fù)數(shù)等運(yùn)算，以及各種數(shù)值常數(shù)。 3 Boolean（布爾運(yùn)算） 包括各種邏輯運(yùn)算符以及布爾常數(shù)。 4 String（字符串運(yùn)算） 包含各種字符串操作函數(shù)、數(shù)值與字符串之間的轉(zhuǎn)換函數(shù)，以及字符 (串 )常數(shù)等。 5 Array（數(shù)組） 包括數(shù)組運(yùn)算函數(shù)、數(shù)組轉(zhuǎn)換函數(shù)，以及常數(shù)數(shù)組等。 6 Cluster（簇） 包括簇的處理函數(shù)，以及群常數(shù)等。這里的群相當(dāng)于 C 語(yǔ)言中的結(jié)構(gòu)。 7 Comparison（比較） 包括比較運(yùn)算函數(shù)，如大于、小于、等于。 8 Time amp。 Dialog（時(shí)間和對(duì)話(huà)框