《虚拟仪器技术》实验指导书

虚拟仪器技术 实验指导书

董介春

青岛大学自动化工程学院

2014.9

LabVIEW实验指导书

说明

1、注意：在实验之前，首先在计算机的F盘下面创建一个以班级+姓名+实验几命名的目录，如电子1班张三实验一，所有的实验程序都保存到该目录中。

2、实验箱底板功能说明

（1）本系统所用NI PCI-6221数据采集卡，含有24路双向数字I/O，16路模拟输入、2路模拟输出，2路定时计数器，底板上68针插座接口为采集卡68-pin VHDCI母头接口。采集卡用法详见NI-DAQmx帮助。

（2）《压力测量》与《步进电机控制与霍尔元件位置检测》两个实验模块集成在实验箱板底上。使用NI PCI-6221数据采集卡实验时，需拔下XT1全部跳线帽，然后通过IO1和IO2将采集卡相应端子与XT2连接起来。

LabVIEW实验指导书

目 录

第一篇 LabVIEW基础单元 ····················································································· 1

实验一 LabVIEW编程环境与基本操作 ................................................................................ 1 实验二 LabVIEW程序结构——循环结构 ............................................................................ 7 实验三 LabVIEW程序结构——顺序结构与条件结构 ...................................................... 11 实验四 LabVIEW程序结构——事件结构与状态机 .......................................................... 14 实验五 LabVIEW编程的数组与簇 ...................................................................................... 18 实验六 LabVIEW编程的图形显示 ...................................................................................... 21 实验七 LabVIEW字符串和文件I/O编程 .......................................................................... 24 实验八 LabVIEW信号分析与处理 ...................................................................................... 27

第二篇 LabVIEW数据采集单元 ··········································································· 29

实验九 模拟信号的采集与输出 ........................................................................................... 29 实验十 温度采集与控制系统设计 ....................................................................................... 32 实验十一 红外数据传输系统设计 ....................................................................................... 35 实验十二 湿度测量计设计 ................................................................................................... 37 实验十三 电子秤设计 ........................................................................................................... 39 实验十四 光强检测与控制系统设计 ................................................................................... 41 实验十五 自动控制窗帘系统设计 ....................................................................................... 42 实验十六 模拟电梯超重报警系统设计 ............................................................................... 45 实验十七 遥控电风扇系统设计 ........................................................................................... 48

第三篇 LabVIEW信号处理单元 ··········································································· 50

实验十八 典型信号频谱分析 ............................................................................................... 50 实验十九 信号的采样与恢复 ............................................................................................... 52 实验二十 数字FIR滤波器 ................................................................................................... 54 实验二十一 数字IIR滤波器 ................................................................................................ 56 实验二十二 信号的分解与合成 ........................................................................................... 58

第四篇 LabVIEW虚拟仪器单元 ··········································································· 62

实验二十三 虚拟信号发生器 ............................................................................................... 62

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LabVIEW实验指导书

第一篇 LabVIEW基础单元

实验一 LabVIEW编程环境与基本操作

一、实验目的

1．了解LabVIEW的编程与运行环境。

2．掌握LabVIEW的基本操作方法，并编制简单的程序。

3．掌握使用调试工具调试VI程序。 4．掌握VI子程序的建立和调用过程。 二、实验原理

虚拟仪器系统的概念不仅推进了以仪器为基础的测控系统的改造，同时也影响了以数据采集为主的测控系统的传统构造方法。过去独立分散、互不相干的许多传统仪器，在虚拟仪器系统的概念之下，正在逐渐靠拢、相互影响，并形成新的技术方法和技术规范。

虚拟仪器系统的概念是测控系统的抽象。不管是传统的还是虚拟的仪器，它们的功能都是相同的：采集数据，对采集来的数据进行分析处理，然后显示处理的结果。它们之间的不同主要体现在灵活性方面。虚拟仪器由用户自己定义，这意味着用户可以自由地组合计算机平台、硬件、软件以及各种完成应用系统所需要的附件。而这种灵活性在由制造商定义、功能固定、独立的传统仪器上是达不到的。常用的数字万用表、示波器、信号发生器、数据记录仪以及温度和压力监控器就是传统仪器的代表。

基于计算机的虚拟仪器得益于PC技术的发展。由于直接将仪器模块插入到计算机中，我们就可以直接享用到台式或便携式计算机上出众的处理能力、显示、数据存储以及连接性能等方面的优势，使测量以最有效的方式从使用传统的仪器过渡到使用通用计算机。基于计算机的仪器不仅继承了传统仪器的标准测量能力，更增加了扩展仪器概念的灵活性，使我们能够更加直接、更加有效地面对当今测量应用的挑战。更有意义的是，利用诸如LabVIEW、LabWindows/CVI等应用开发环境，可以方便地使多台仪器的测量能力结合并同步工作，以建立功能强大的仪器系统。更进一步，我们也可以开发自己的分析程序，实现那些有别于其它仪器或系统的功能。

虚拟仪器系统技术的基础是计算机系统，核心是软件技术。因此，美国国家仪器公司（NI）提出其著名的口号：The Software is the Instrument。为了使―软件就是仪器‖这句口号成为现实，NI公司在软件体系结构的各个层次上，形成了完整的设备驱动程序、系统开发平台、实用支持软件、应用软件包相互支撑的格局，使虚拟仪器系统的概念不再―虚拟‖。其中，LabVIEW就是美国NI公司推出的一套著名的虚拟仪器开发软件平台。

1．LabVIEW与虚拟仪器（VI）程序

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室虚拟仪器集成环境）是一个高效的图形化程序设计环境，也是一个功能强大的仪器和分析软件应用开发工具。它结合了简单易用的图形式开发环境与灵活强大的G语言，提供了一个直觉式的环境，与测量紧密结合，能迅速开发出有关数据采集、测量控制、数据分析、存储及显示的解决方案。

像C一样，LabVIEW也是通用的编程系统，有一个庞大的函数库，包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储等。LabVIEW也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其通过程序（子VI）的结果、单步执行等，便于程序的调试。

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使用LabVIEW开发平台编制的程序称为虚拟仪器程序，简称为VI。VI包括三个部分：程序前面板、框图程序和图标/连接器。如图1-1和图1-2所示。

图1-1 LabVIEW程序前面板 图1-2 与前面板对应的框图程序

程序前面板用于设置输入数值和观察输出量，用于模拟真实仪表的前面板，其大小、外观、功能布局均可以由用户根据自己的需要进行定制。在程序前面板上，输入量被称为控制（Controls），输出量被称为显示（Indicators）。控制和显示是以各种图标形式出现在前面板上，如旋钮、开关、按钮、图表等，这使得前面板直观易懂。

2．LabVIEW的操作模板

LabVIEW具有多个图形化的操作模板，用于创建和运行程序。该模板可以随意在屏幕上移动，并可以放置在屏幕的任意位置。操纵模板有三类：工具（Tools）模板、控制（Controls）模板和功能（Functions）模板。

1）工具模板（Tools Palette）

工具模板提供了用于创建、修改和调试VI程序的工具。如果该模板没有出现，则可在Windows菜单下选择Show Tools Palette命令以显示。

操作工具：使用该工具来操作前面板的控制和显示。

选择工具：用于选择、移动或改变对象的大小。

标签工具：用于输入标签文本或创建自由标签。创建自由标

签时它会变成相应形状。

连线工具：用于在框图程序上连接对象。

对象弹出菜单工具：用左鼠标键可以弹出对象的弹出式菜

单。

漫游工具：可以不需要使用滚动条而在窗口中漫游。 断点工具：使用该工具在VI的框图对象上设置断点。 探针工具：在框图程序内的数据流线上设置探针，来观察

该线上的数据变化状况。

颜色提取工具：用来提取颜色用于编辑其他的对象。 颜色工具：用来给对象定义颜色。显示前景色和背景色。 2）控制模板(Controls Palette)

用控制模板可以给前面板添加输入控制和输出显示。每个图标代表一个子模板。如果控制模板不显示，可以用Windows菜单的Show Controls Palette功能打开它，也可以在前面板的空白处，点击鼠标右键，以弹出控制模板，如图1-4所示。

注：只有当打开前面板窗口时才能调用控制模板。

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图1-4 控制模板

图1-3 工具模板 图1-5 功能模板

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