《电子测量仪器》第9章：虚拟仪器技术

本章重点：1.虚拟仪器基本知识;2.图形化软件编程平台LabVIEW介绍;3.LabVIEW模板(工具模板、控制模板、功能模板);4.LabVIEW的数据类型;5.LabVIEW的程序结构;6.LabVIEW的显示功能;7.LabVIEW编程入门。

第9章 虚拟仪器技术第9章 虚拟仪器技术 9.1 虚拟仪器的基本知识 9.1.1 虚拟仪器的一般概念 9.1.2 虚拟仪器的组成 9.1.3 虚拟仪器的特点 9.2 图形化软件编程平台-LabVIEW 9.2.1 LabVIEW简介 9.2.2 LabVIEW编程环境 9.2.3 基本VI简介 9.3 LabVIEW模板 9.3.1 工具模板(Tools Palette) 9.3.2 控制模板(Controls Palette) 9.3.3 功能模板(Functions Palette) 9.4 LabVIEW数据类型 9.5 LabVIEW程序结构 9.5.1 For循环 9.5.2 While循环 9.5.3 选择结构

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第9章 虚拟仪器技术9.6 LabVIEW 图形显示功能 9.6.1 事后记录波形图控件 (Waveform Graph) 9.6.2 实时趋势图控件(Waveform Chart) 9.6.3 XY 波形记录控件(XY Graph) 9.7 LabVIEW编程入门 9.7.1 虚拟正弦波仿真信号发生器的功能描述 9.7.2 创建一个新的VI 9.7.3 设计VI前面板 9.7.4 设计框图程序 9.7.5 运行和调试VI程序 9.7.6 创建VI图标和保存VI 9.7.7 编辑VI 9.8 本章小结 9.9 本章实训：编制一个函数信号产生程序 习题

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第9章 虚拟仪器技术本章重点1.虚拟仪器基本知识 2.图形化软件编程平台LabVIEW介绍 图形化软件编程平台LabVIEW介绍 LabVIEW bVIEW模板(工具模板、控制模板、功能模板) LabVIEW模板(工具模板、控制模板、功能模板) 模板 bVIEW的数据类型 LabVIEW的数据类型 bVIEW的程序结构 LabVIEW的程序结构 bVIEW的显示功能 LabVIEW的显示功能 bVIEW编程入门 LabVIEW编程入门 本章难点 LabVIEW的程序结构控制和显示功能。 LabVIEW的程序结构控制和显示功能。 的程序结构控制和显示功能

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第9章 虚拟仪器技术9.1 虚拟仪器的基本知识 9.1.1 虚拟仪器的一般概念 所谓虚拟仪器(Virtual Instrument,简称VI) VI), 所谓虚拟仪器(Virtual Instrument,简称VI),是在计 算机硬件平台上，配以I/O接口设备， I/O接口设备 算机硬件平台上，配以I/O接口设备， 由用户自行设计虚拟控制面板和测试功能的一种计算机 仪器系统。 仪器系统。 虚拟仪器是利用计算机显示器的显示功能模拟传统仪器 的控制面板， 的控制面板， 以多种形式表达输出检测结果， 以多种形式表达输出检测结果， 利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析、 利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析、 处理， 处理， I/O接口设备完成信号的采集 测量与调理， 接口设备完成信号的采集、 由I/O接口设备完成信号的采集、测量与调理，从而完成 各种测试功能的一种计算机仪器系统。 各种测试功能的一种计算机仪器系统。

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第9章 虚拟仪器技术20多年前，美国国家仪器公司NI(National Instruments)提出了虚拟仪器 (VI)概念，由此引发了传统仪器领域的一场重大变革，从而开创了“软件即 是仪器”的先河。虚拟仪器通过

软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机的融合 为一体，从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合 在一起，大大缩小了仪器硬件的成本和体积，并通过软件实现对数据的显示、 存储以及分析处理。 电子测量仪器经历了由模拟仪器、智能仪器到虚拟仪器， 在高速度、高带宽和专业测试领域，独立仪器具有无可替代的优势。 在中低档测试领域，虚拟仪器可取代一部分独立仪器的工作，但完成复杂环境 下的自动化测试是虚拟仪器的拿手好戏，是传统的独立仪器难以胜任的。

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第9章 虚拟仪器技术9.1.2 虚拟仪器的组成虚拟仪器由硬件和软件组成 构成虚拟仪器的硬件平台包括两部分： 构成虚拟仪器的硬件平台包括两部分： 1.计算机：一般为一台PC机或者工作站，它是硬件平台的核心。 2.I/O接口设备：主要完成被测输入信号的采集、放大、模/数转 换。可根据实际情况采用不同的I/O接口硬件设备，如数据采集卡 / 板(DAQ)、GPIB总线仪器、VXI总线仪器模块、串口仪器等。虚 拟仪器的构成方式主要有五种类型，如图9.1所示。

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第9章 虚拟仪器技术(1)PC–DAQ系统：是以数据采集板、信号调理电路和计算机为仪器硬件平台 组成的插卡式虚拟仪器系统。 (2)GPIB系统：GPIB标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器 测试系统。 (3)VXI系统：以VXI标准总线仪器模块与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟 仪器测试系统。 (4)PXI系统：以PXI标准总线仪器模块与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟 仪器测试系统。 (5)串口系统：以Serial标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟 仪器测试系统。

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第9章 虚拟仪器技术

图9.1 虚拟仪器组成

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第9章 虚拟仪器技术虚拟仪器软件由两大部分构成。 虚拟仪器软件由两大部分构成。 1.应用程序。它包含两个方面的程序： (1)实现虚拟面板功能的前面板软件程序。 (2)定义测试功能的流程图软件程序。 2.I/O接口仪器驱动程序。这类程序用来完成特定外部硬件设备的扩展、驱 动与通信。 开发虚拟仪器，必须有合适的软件工具。目前已有多种虚拟仪器的软件开发 工具。 (1)文本式编程语言：如C、Visual C++、Visual Basic、 Labwindows/CVI等。 (2)图形化编程语言：如LabVIEW、HPVEE等。 这些软件开发工具为用户设计虚拟仪器应用软件提供了最大限度的方便条件 与良好的开发环境。本书要介绍的是LabVIEW图形化编程语言。

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第9章 虚拟仪器技术9.1.3 虚拟仪器的特点 虚拟仪器与传统仪器有着很大差别，传统仪器主要由硬件 组成，需要操作者操作面板上的开关旋钮完成测量工作。

其测试功能是由具体的电子电路来实现的。而在虚拟仪器 中，其测试功能主要有软件完成，其操作面板变成了与实 物控件对应的图标。所以，虚拟仪器具有以下特点：

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第9章 虚拟仪器技术1.虚拟仪器的面板是虚拟的。 虚拟仪器面板上的各种“控件”与传统仪器面板上的各种“器 件”所完成的功能是相同的，它的外形是与实物相像的“图 标”。对虚拟仪器的操作只需用鼠标点击相应图标即可，设计 虚拟面板的过程就是在前面板窗口中选取、摆放所需的图形控 件的过程。所以，虚拟仪器具有良好的人机交互界面，使用 LabVIEW图形化编程语言，可在短时间内轻松完成一个美观而又 实用的“虚拟仪器前面板”的设计，使整个设计过程变得轻松 而有趣。

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第9章 虚拟仪器技术2.虚拟仪器测量功能是由软件编程实现的 在以PC计算机为核心组成的硬件平台支持下，通过软件编程 设计来实现仪器的测试功能，而且可以通过不同测试功能的软 件模块的组合来实现多种测试功能，因此，虚拟仪器具有很强 的扩展功能和数据处理能力。 3.开发研制周期短，技术更新速度快。传统仪器的技术更新周 期大约是5至10年，而虚拟仪器的更新周期是1至2年。 4.软件、硬件具有开放性、模块化、可重复使用的特点。 5.通过使用标准接口总线和网卡，极易实现测量自动化、智能 化和网络化。

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第9章 虚拟仪器技术9.2 图形化软件编程平台LabVIEWLabVIEW简介 9.2.1 LabVIEW简介 LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench,实验室虚拟仪器工程平台)是美国国家仪器公 司(National Instrument Company,NI公司)开发的一种基 于G语言(Graphics Language,图形化编程语言) 的虚拟仪 器软件开发工具。

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第9章 虚拟仪器技术LabVIEW是一种用图标代码来代替编程语言创建应用程序的开 发工具。它以数据流编程的方法描述程序的执行。LabVIEW用 图形语言(图标和连线)代替文本的形式编写程序，它所具有 的扩展函数库包括数据采集、GPIB和串口仪器控制、数据显示、 分析与存储等内容。为了便于程序的开发调试，LabVIEW还带 有传统的开发调试工具，可设置断点、单步执行，也可以激活 程序的执行过程，以动画的形式查看数据流的运行情况。

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第9章 虚拟仪器技术LabVIEW为虚拟仪器设计者提供了一个便捷、轻松的设计环 境，利用它，设计者可以像搭积木一样，轻松组建一个测量 系统和构造自己的仪器面板，而无需进行任何繁琐的计算机 代码的编写。LabVIEW还带有专门的函数库和数学分析程序 包，可以满足复杂的工程计算和分析要求。 在LabVIEW环境下开发的程序称为虚拟仪器VI(Virtual Instruments).

开发成功的虚拟仪器可脱离LabVIEW环境， 用户最终使用的是和实际的硬件仪器相似的操作面板。

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第9章 虚拟仪器技术综上所述，LabVIEW具有如下特点： 综上所述，LabVIEW具有如下特点： 具有如下特点 (1)图形化的编程方式，设计者无需写任何文本格式的代码，是真正的工 程师的语言。 (2)提供了丰富的数据采集、分析及存储的库函数。 (3)既提供了传统的程序调试手段，如设置断点、单步运行，同时提供有 独到的高亮执行工具，使程序动画式运行，利于设计者观察程序运行的细 节，使程序的调试和开发更为便捷。 (4)提供大量与外部代码或软件进行连接的机制，诸如DLLs (动态连接 库)、DDE (共享库)、ActiveX等。 (5)强大的Internet功能，支持常用网络协议，方便网络、远程测控仪器 的开发。

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第9章 虚拟仪器技术9.2.2 LabVIEW编程环境 以LabVIEW 7 Express为例，介绍LabVIEW系统安装、基本组 成、编程环境。 bVIEW系统安装 将LabVIEW 7 Express光盘插入CD驱动器后，只需运行安装 光盘中的Setup程序，按照屏幕提示，选择必要的安装选项 即可完成。为了控制DAQ、VXI、GPIB等硬件设备，在 LabVIEW系统安装完成后，还必须安装NI公司提供的仪器驱 动程序。

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第9章 虚拟仪器技术bVIEW启动 双击LabVIEW快捷方式图标即可启动LabVIEW。启动后的界面如 图9.2所示。界面右侧有4个按钮，每个按钮都包含按钮主体和 下拉菜单。单击按钮主体则 弹出相应的对话框，单击右侧下拉按钮则弹出下拉菜单。 当用户单击New VI 按钮右侧下拉按钮，并在下拉菜单中选择 Blank VI,LabVIEW会生成一个空VI,空VI包括两个窗口，一个 是前面板窗口，用于设计和编辑前面板对象，另一个是框图程 序窗口，用于设计和编辑框图程序。

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第9章 虚拟仪器技术

图9.2 LabVIEW 7 Express启动界面

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第9章 虚拟仪器技术3.窗口工具条 在前面板和框图程序窗口，设有编辑对象用的工具条，工具条 各图标的功能如表9.2.1所示。

连续运行按钮，单击此按钮可重复运行I。执行按钮，单击此按钮运行VI 中断按钮，当执行按钮变为此形状时，表明VI有错误，不能编译运行， 单击该按钮，可弹出Error List对话框，提示VI中的错误。

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第9章 虚拟仪器技术单步(出)按钮 ，单击此按钮，退出单步， 进入暂停状态。 单步(跳)按钮，单击此按钮，按节点顺序单步 执行程序(不进入循环、SubVI内部), 单步(入)按钮，单击此按钮，按节点顺序单步执行程序， 每单击一次，程序执行一步。 指示灯按钮 ，单击此按钮，可动态显示VI执行时数据流动动画。 暂停按钮，单击此按钮可暂停VI执行，再次单击此 按钮，VI又

续执行。 停止运行按钮，单击此按钮可停止运行VI。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/uv24.html