【文章內(nèi)容簡介】 系統(tǒng)的構成 虛擬儀器由硬件設備與接口、設備驅動軟件和虛擬儀器面板組成。其中，硬件設備與接口可以是各種以 PC 為基礎的內(nèi)置功能插卡、通用接口總線接口卡、串行口、 VXI 總線儀器接口等設備，或者是其它各種可程控的外置測試設備， 設備驅動軟件是直接控制各種硬件接口的驅動程序，虛擬儀器通過底層設備驅動軟件與真實的儀器系統(tǒng)進行通訊，并以虛擬儀器面板的形式在計算機屏幕上顯示與真實儀器面板操作元素相對應的各種控件。用戶用鼠標操作虛擬儀器的面板就如同操作真實儀器一樣真實與方便。 基于 LabVIEW的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設計 4 硬件系統(tǒng) 虛擬儀器的硬件系統(tǒng)主要由傳感器、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集設備（包括各種 I/O 接口設備、通信適配器、模塊化儀器機箱等）以及計算機組成。其中，計算機是虛擬儀器硬件平臺的核心； 傳感器是虛擬儀器系統(tǒng)中的前置部件，將被測的非電量轉化為電量；信號調(diào)理電路的主 要功能是對傳感器輸出的模擬信號進行放大、濾波、隔離等；數(shù)據(jù)采集設備的主要作用是對被測信號進行采樣、放大、模數(shù)轉換等。 根據(jù)所使用的儀器硬件不同，虛擬儀器硬件系統(tǒng)可以分為 PCDAQ 系統(tǒng)， GPIB 系統(tǒng)、 VXI/PXI/LXI 系統(tǒng)、串口系統(tǒng)、現(xiàn)場總線系統(tǒng)等。 軟件系統(tǒng) 與虛擬儀器硬件模塊在世界范圍內(nèi)的開放與標準化相適應，虛擬儀器的軟件結構也要求具有開放的、統(tǒng)一的、格式和標準。為此， 1993 年 VPP(VXI Plugamp。Play）聯(lián)盟成立，其目的在于補充和發(fā)展 VXI 總線規(guī)范中對虛擬儀器軟件結構的定義。目 前， VPP 規(guī)范已被廣大的儀器生產(chǎn)廠家所接受和使用。 根據(jù) VPP 系統(tǒng)規(guī)范的定義， 虛擬儀器的軟件結構從底層到頂層分別為：輸入輸出接口層、儀器驅動程序層和應用軟件層。 基于 LabVIEW的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設計 5 第二章 LabVIEW 簡介 LabVIEW（ Laboratory Virtual instrument Engineering）是一種圖形化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學術界和研究實驗室所接受，視為一個標準的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。 LabVIEW 集成了與滿足 GPIB、 VXI、 RS232 和 RS485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采 集卡通訊的全部功能。 它還內(nèi)置了便于應用 TCP/IP、 ActiveX等軟件標準的庫函數(shù)。 這是一個功能強大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動有趣。 圖形化的程序語言，又稱為“Ｇ”語言。使用這種語言編程時，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖。它盡可能利用了技術人員、科學家、工程師所熟悉的術語、圖標和概念，因此， LabVIEW 是一個面向最終用戶的工具。 它可以增強你構建自己的科學和工程系統(tǒng)的能力，提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進行原理研究、設 計、測試并實現(xiàn)儀器系統(tǒng)時，可以大大提高工作效率。 利用 LabVIEW，可產(chǎn)生獨立運行的可執(zhí)行文件，它是一個真正的３２位編譯器。 像許多重要的軟件一樣， LabVIEW 提供了 Windows、 UNIX、 Linux、 Macintosh 的多種版本。 LabVIEW 應用程序的構成 所有的 LabVIEW 應用程序，即虛擬儀器（ VI），它包括前面板（ front panel）、流程圖（ block diagram）以及圖標 /連結器 (icon/connector)三部分。 前面板 前面板是圖形用戶界面，也就是 VI 的虛擬儀器 面板，這一界面上有用戶輸入和顯示輸出兩類對象，具體表現(xiàn)有開關、旋鈕、圖形以及其他控制（ control）和顯示對象（ indicator）。 圖 21 所示是一個隨機信號發(fā)生和顯示的簡單 VI 的前面板，上面有一個顯示對象，以曲線的方式顯示了所產(chǎn)生的一系列隨機數(shù)。還有兩個控制對象：控制開關 —— 可以啟動和停止工作；循環(huán)延時 —— 能夠控制隨機信號發(fā)生的循環(huán)時間。顯然，并非簡單地畫兩個控件就可以運行， 在前面板后還基于 LabVIEW的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設計 6 有一個與之配套的流程圖。 圖 21 前面板 流程圖 流程圖提供 VI 的圖形化源程序。在流程圖中對 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有，但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結構和連線等。圖 22是與圖 21 對應的流程圖。我們可以看到流程圖中包括了前面板上的控制開關、循環(huán)延時和隨機數(shù)顯示器的連線端子，還有一個隨機數(shù)發(fā)生器的函數(shù)及程序的循環(huán)結構。隨機數(shù)發(fā)生器通過連線將產(chǎn)生的隨機信號送到顯示控件，為了使它持續(xù)工作下去，設置了一個 While Loop 循環(huán)，由開關控制這一循環(huán)的結束。 基于 LabVIEW的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設計 7 圖 22 流程圖 如果將 VI 與標準儀器相比較，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于儀器箱內(nèi)的東西。在許多情況下，使用 VI可以仿真標準儀器，不僅在屏幕上出現(xiàn)一個惟妙惟肖的標準儀器面板，而且其功能也與標準儀器相差無幾。 圖標 /連接器 圖標 /連接器是子 VI 被其它 VI 調(diào)用的接口。圖標是子 VI 在其他程序框圖中被調(diào)用的節(jié)點表現(xiàn)形式；而連接器則表示節(jié)點數(shù)據(jù)的輸入 /輸出口，就象函數(shù)的參數(shù)。 用戶必須指定連接器端口與前面板的控制和顯示一一對應。連接器一般情況下隱含不顯示，除非用戶選擇打開觀察它。 基于 LabVIEW的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設計 8 LabVIEW 中的操作模板 LabVIEW 具有多個圖形 化的操作模板，用于創(chuàng)建和運行程序。這些操作模板可以隨意在屏幕上移動，并可以放置在屏幕的任意位置。操縱模板共有三類，為工具（ Tools）選板、控制（ Controls）選板和函數(shù)（ Functions）選板。 工具選板（ Tools Palette） 圖 23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。當從模板內(nèi)選擇了任一種工具后，鼠標箭頭就會變成該工具相應的形狀。當從【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放在流程圖程序的子程序（ Sub VI）或圖標上，就會顯示相應的幫助信息。 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。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象和框圖對象。用鼠標點擊頂層子模板圖標就可以展開對應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這個子模板變成浮動板留在屏幕上。 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。每個圖標代表一個子模板。 如果控制 選板不顯示，可以用【查看 (V)】菜單的【控制選板（ T）】功能打開它，也可以在前面板的空白處，點擊鼠標右鍵，以彈出控制選板。 基于 LabVIEW的虛擬函數(shù)信號發(fā)生器的設計 9 圖 24 控制選板 函數(shù)選板 (Functions Palette) 函數(shù)選板是創(chuàng)建框圖程序的工具。 該模板上的每一個頂層圖標都表示一個子模板。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）】功能打開它，也可以在