LabVIEW编程及虚拟仪器设计(第一讲 绪论;虚拟仪器、LabVIEW概述)

教学大纲（二）
四、图形显示 4.1 波形图控件 4.2 波形图表控件 4.3 XY图控件 4.4 强度图表控件 4.5 数字波形图控件 4.6 三维图形控件
4.7 Express VI 4.8局部变量、全局变量、属性节点 五、字符串和文件I/O 5.1 字符串 5.2 文件的输入/输出（I/O） 5.3 数据记录文件 六、 数据采集 6.1 数据采集卡简介 6.2 模拟输入 6.3 模拟输出 6.4 采样应遵循的相关原则
• 练习题4：自己尝试构建一、两个较简单的VI，如
求5次测量结果的平均值；生成一 个正弦电压信号
并显示出来，等等。
《完》
虚拟仪器举例——虚拟示波器
何谓虚拟仪器？
• 虚拟仪器（Virtual Instrument——VI）——计算机 化的测量仪器；是计算机与相关面向仪器的软、硬 件产品的有机结合。使用者通过友好的图形界面即 虚拟仪器的前面板操作计算机，就像在操控自己定 义、设计的测量仪器一样，并可以方便地组合、更 新和扩展它，从而更快捷、更经济、更灵活地解决 各个领域的测量和自动控制等应用问题。
何谓LabVIEW？（1）
• LabVIEW（ Laboratory Virtual Instrument Engineering）， 1992年由美国国家仪器公司（即National Instrument Cop. —— NI公司）推出，之后不断翻新，是用于计算机化的仪器设计用 的编程工具软件，具有图形化编程语言特征，人机界面友好， 功能函数库丰富、强大 ，被工业界、学术界和高校科研教学实 验室等广泛认同，被视为一个标准的数据采集、仪器设计及控 制的优秀工具软件。是多种计算机化仪器设计工具软件中最成 功的一种。
• 断点——用工具模板上的断点工具为程序中的子VI、节点或连线等添加 断点。程序运行到断点处会自动中止，可在此处开始作单步运行、使用
探针探测即时数据，等等。
何谓LabVIEW？（14）
修改图标和建立连接器（用于构建子VI）
修改图标：为构建子程序，可对默认图标进行修改，以获 得更能说明子VI功能的图标。具体地，用鼠标右键单击前面板 或框图面板右上角的默认图标，在弹出的快捷菜单中选择“编 辑图标…”，即打开了图标编辑器窗口（其中，左为工具；中 是编辑窗；右是黑白、16色、256色；确定/取消键）。
课，请自带安装好软件的笔记本）。
课程安排
第一次（3学时）：绪论，教材第3、4、5章内容，练习一 第二次（3学时） ：教材第6章内容，练习二 第三次（3学时） ：教材第7章内容，练习三 第四次（4学时） ：教材第8、12章内容，并介绍Express VI，
练习四 第五次（3学时） ：教材第9章内容，练习五（综合练习） 第六次（4学时） ：教材第10章前半部分内容，练习六 第七次（4学时） ：教材第10章后半部分内容，练习七 第八次（4学时） ：教材第11章内容；安排大作业选题 第十七周之前：完成一个虚拟仪器的设计（大作业） 第十八周（2学时） ：大作业完成情况交流（具体时间待定）
连线
“波形图”指示器对 应框图端子
“停止”控制器 对应框图端子
何谓LabVIEW？（5）
图标/连接器(icon/connector)
基于LabVIEW编制的虚拟仪器程序即VI，具 有层次化、结构化、模块化特征。VI也可作为子程 序，被称作子VI，被其他VI调用。每个VI的前面板 和框图面板的右上角都显示了一个默认的图标。
物理化学
计算机软硬件
机械力学车船 信号处理
电工电子技术
虚拟仪器设计
测量技术
传感器技术
网络技术
本课程的特点——设计与创新
ຫໍສະໝຸດ Baidu• 传统仪器
功能已由生产厂家完全确 定；需要另外仪器功能，就要 更新、购置新的仪器
• 虚拟仪器
用户自己可据需求确定功能 ✓ 有较大设计、优化空间 ✓ 更灵活，可满足自己需求
本课程知识特点——应用广泛（1）
教学大纲（一）
一、 虚拟仪器及LabVIEW基础 1.1 虚拟仪器概述 1.2 何谓LabVIEW？ 1.3 LabVIEW的运行机制 1.4 LabVIEW的初步操作
二、 程序结构 2.1 循环结构 2.2 条件结构 2.3 顺序结构和公式节点
三、 数据类型：数组、簇和波形 3.1 数组和簇 3.2 数组的创建及自动索引 3.3 数组功能函数 3.4 多态化（Polymorphism） 3.5 簇和波形
何谓LabVIEW？（13）
VI的调试技术：
• 执行加亮——单击框图面板上的加亮按钮；节点间的数据流动便以在连 线上移动的气泡来表示。
• 单步执行——单击框图面板上的“单步步入”或“单步步过”钮，以观 察VI运行的每一步动作；与执行加亮结合使用效果更好。
• 探针工具——检查VI运行时的即时数据。必须在数据流动之前加设—— 在希望探查的数据连线上弹出快捷菜单、选择“探针”或用工具模板上 的探针工具，单击数据连线，均可增加探针。
• 适合几乎所有理工科专业的测量应用，包 括：电工电子、机械、力学、物理、化学、 生物、化工、水利、汽车、环境等。
• 在实际应用中，传感器和信号调理器会因 应用领域不同而不同，但虚拟仪器所依托 的计算机等硬件的差异很小；软件要由用 户根据自己需求，利用LabVIEW编制。
本课程知识特点——应用广泛（2）
数值数据类型
何谓LabVIEW？（16）
各种类型数据的图标及连线的可视化特征
课堂练习一：
• 练习题1：打开工具选板的各工具选项，进行结识性 操作训练，以了解它们的功能和基本操作方法。
• 练习题2：打开控件选版，选择各种控制器和各种显 示器，了解它们的功能、特点及外观特征等。
• 练习题3：打开函数选板（只能在框图面板）；打开 其中的一些子选板，初步了解LabVIEW提供的功能 函数的丰富性，熟悉它们层次化、模块化的结构特 点。
被 测 对 象
传 感 器
信 号 调 理
数 据 采 集
信 号 处 理
仪 器 面 板
虚拟仪器的主要特点：
• 尽可能采用通用的硬件，各种虚拟仪器 之间的差异主要是软件。
• 充分发挥计算机的能力，具有强大的数 据分析和处理功能，可以创造出功能更 多、更强的测量或测控仪器及系统。
• 用户可根据自己的实际需求，很便利地 自主构建新的虚拟仪器。
• 前面板
前面
• 框图
板窗
• 图标/连接器
口
控
件
模
框图：也称“框图面板”或“框图窗口”或“后面 板
何谓LabVIEW？（3）
前面板（front panel）：
前面板
波形 Graph指 示器
stop 布尔控 制器
何谓LabVIEW？（4）
框图（框图面板；后面板）
Whlie 循环结构
自由注释标签
生成仿真信号
教学大纲（三）
七、信号的数字化分析与处理 7.1 快速傅里叶变换FFT 7.2 加窗 7.3 Chirp信号及其频谱 7.4 数字滤波 7.5 相关分析及处理 7.6 曲线拟合
注： 教材中，后几章的部分内容技巧性、 应用性较强，不在本课程讲授之列；感 兴趣者可自学。
教学实施方式
在学习了LabVIEW语言基本
《LabVIEW编程及虚拟仪 器设计》
第一讲 绪论；虚拟仪器、LabVIEW概述
本课程教学计划（课内32学时）
• 讲授30学时、上交操作10学时； • 完成随堂作业7次，WORD完成，考前统
一封面、打印上交； • 完成大作业一次（计算机仿真实验室或自
带笔记本）； • 虚拟仪器设计总结交流2学时（最后一堂
建立连接器：用鼠标右键单击前面板的图标窗格，从其快 捷菜单中选“显示连接板”即可打开连接器窗格，从而可设置 连接器端子的连接模式（36种，默认）；利用鼠标指针在连接 器端子与前面板上的控件建立连接，并在连接器左端口弹出快 捷菜单，选择“接线端类型”子菜单下的“必需”选项。
何谓 LabVIEW ？
（15）
何谓LabVIEW？（9）
C) 函数选板
是为VI编程提供图形化的 各种功能函数的选择模板。只 有打开了框图窗口（即框图面 板/后面板），才能显示函数 选板。
何谓LabVIEW？（10）
前面板上的工具条
中止执行 运行 连续运行 暂停 文本设置 列出警告 编辑时
调整对象大小 对齐对象 分布对象 重新排序 显示即时帮助窗口
• NI公司的奋斗目标：不断朝着全面图形化方向发展，即希望将 设计、制造、测试、质量管理等全部集成在同一个LabVIEW 软件平台上实施、完成，以不断提高各个应用领域的工程（设 计、制造、测试）实现全过程的效率。
何谓LabVIEW？（2）
图
标
LabVIEW应用程序
（虚拟仪器VI）的
框 图
构成：
窗
口
列出错误
顶层 VI 运行时 顶层 VI 连续运行时 子 VI 运行时 在编辑模式下出现编辑错误，不能运行
何谓LabVIEW？（11）
框图面板（窗口、后面板）上的工具条
单步步入 编辑时 高亮显示执行过程 保存连线值
单步步过
单步步出
运行时
高亮显示执行过 程且暂停
何谓LabVIEW？（12）
编写程序（VI）举例——求平均数。
图标是VI或子VI在程序框图上的图形化表示； 而连接器定义了子VI与主程序（VI）之间的参数形 式和接口。
启动LabVIEW（1）
启动LabVIEW（2）
启动LabVIEW （3）
启动LabVIEW （4）
在前面板上， 只能看到输入控 制量和程序运行 结果即输出；而 虚拟仪器程序即 VI的图形化设计 则在框图面板上 进行。
灵活运用LabVIEW编程 语言工具
知识之后：
尽你所能 获取信息
提出方案并讨论
选择自己感 兴趣的课题
辅导老师参与
完成课题设计和 书面报告
本课程特点——多学科知识综合
• 多门课程知识的综合运用；理论与实际相结 合。重点非LabVIEW编程语言掌握水平， 而是数据采集、实际信号分析处理、测量方 案设计及调试等相关知识的学习及运用。
• 应用领域
声学测试 军工设备测试 设备的自动测试ATE 自动光学检验 汽车性能测试 生物医学信号测量 计量校准 电子测试 光纤校准 光学度量和测定 功率测量与谐波分析 半导体器件性能测试 电子通信测试 振动测试
工厂生产线自动化测控 食品质量监测 电工电子实验平台构建 实验室管理自动化 机械测控 机器视觉 石油和天然气信号处理 制药生产质量监控 工业机器人 过程自动化 SCADA系统 统计流程控制 晶片传送手臂 电机特性参数检测
何谓LabVIEW？（6）
LabVIEW的编程环境——操作选板
• 工具选板 • 控件选板 • 函数选板
何谓LabVIEW？（7）
A) 工具选板
在LabVIEW的图形化 编程环境下，工具选板提 供了用于创建、修改和调 试程序即VI的多种工具。
何谓LabVIEW？（8）
B) 控件选板
用于向前面板添加各 种输入控制对象和各种输 出显示对象。
本课程知识特点——应用广泛（3）
• 运动控制
本课程知识特点——应用广泛（4）
• 无损检测领域
本课程知识特点——应用广泛（5）
• 油气管道外磁场测量系统
前端四芯 连接线
五段管筒
传感器
集线器
后端八芯 连接线
内装采集卡和数据采集软 件的计算机
虚拟仪器举例——虚拟电压表
虚拟仪器举例——虚拟谐波分析仪