虚拟仪器实验教案.docx

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虚拟仪器实验教案

课程教案

课程名称：

虚拟仪器实验

任课教师：

王晓丽

所属院部：

电气与信息工程学院

教学班级：

通信1101-02

教学时间：

2014—2015学年第1学期

湖南工学院

课程基本信息

课程

名称

虚拟仪器实验

课程代码

G0291164

总计：

16学时

讲课：

0学时

实验：

16学时上机：

0学时

课程设计：

周

学分

1

类别

必修课（√）选修课（）理论课（）实验课（√）

任课

教师

王晓丽

职称

专职教师

授课

对象

专业班级：

通信1101、02共2个班

课

程

简

介

（不超过1000字）

虚拟仪器技术是测试技术和计算机技术相结合的产物，是两门学科的最新技术的结晶，融合了测试理论、仪器原理和技术、计算机接口技术、高速总线技术以及图形化软件编程技术于一身，实现了测量仪器的集成化、智能化、多样化及可编程化，在实验教学中，虚拟仪器软件编程环境给学生提供了一个充分发挥自己才能和想象力的空间，有利于学生能力的培养。

本课程的任务是让学生学习和了解虚拟仪器的原理及开发技术，掌握虚拟仪器软件平台LabVIEW的基本的编程方法及调试技术，并结合多功能数据采集卡来完成一种虚拟仪器的程序设计。

本实验主要有软件和硬件两部分组成，通过一系列实验加深和巩固学生对所学专业课的理解和认识，扩展知识面，学会一些实用的技术和实验技能。

基本

教材

和主

要参

考资

料

 1．教材：

　《虚拟仪器实验指导书》，自编

 2．参考资料：

[1]刘君华编著，《虚拟仪器图形化编程语言》,西安：

西安电子科技大学出版社，2001

[2]李刚编著，《LabVIEW易学易用的计算机图形化编程语言》,北京：

北京航空航天大学出版社，2001

[3]王磊等编著，《精通LabVIEW8.0》，北京：

电子工业出版社，2007

[4]NationalInstruments.LabVIEWHelp,2006

[5]NationalInstruments,LabVIEWUsermanual,2006

湖南工学院教案用纸p.1

实验一LabVIEW软件基本操作

（一）（设计性实验）

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、实验原理与说明

LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench，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，也是一个功能强大而又灵活地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编程语言，提供了一个直觉式的环境，与测量紧密结合，能让工程师与科学家们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。

现今数以万计的工程师、科学家以及技术人员正在使用LabVIEW来构建测量与自动化系统。

LabVIEW的基本编程环境，包括启动界面，前面板，程序框图，图标/连线板、菜单、工具栏、三大操作选板（工具选板，控件选板，函数选板）等。

在编程环境中可以创建、调试和调用VI，完成虚拟仪器的设计。

三、实验内容及任务

1、创建自己的第一个VI。

创建一个VI，该VI功能：

输入3个参数后，求其和，再开方。

2、子VI的创建与调用

将上述VI创建成一个子VI，再编一个VI调用上述子VI。

湖南工学院教案用纸p.2

四、实验报告要求

1．调试编辑以上VI，按顺序打印以上VI的前面板与程序框图后，贴在实验报告上；实验报告中要求详细说明设计步骤要点。

2．理解基于数据流编程的基本编程思路。

3．总结VI基本编程的快捷操作。

4．简述VI程序有什么构成，其各部分的功能是什么。

5．思考：

在前面板和框图程序中，如何区分控制器和指示器。

6．心得体会及其它。

五、实验仪器与器材

安装有LabVIEW的计算机

湖南工学院教案用纸p.3

实验二LabVIEW软件基本操作

（二）（设计性实验）

一、实验目的

1．熟悉VI的数据类型；

2．掌握顺序结构和循环结构（For循环、While循环）的编程；

3．学习并掌握如何创建、使用数组、簇函数的功能和应用，掌握它们的区别以及相应操作。

二、实验原理与说明

LabVIEW顺序结构功能：

强制程序按一定的顺序执行。

顺序结构包含一个或多个按顺序执行的子程序框图或帧。

两种顺序结构：

平铺式顺序结构和层叠式顺序结构。

在各个子程序框图之间传递数据时，平铺顺序结构可以直接连线，但层叠顺序结构要借助于顺序局部变量。

While循环和For循环在函数（Function）的结构（Structures）选项板中可以找到。

创建循环的具体方法是，选择该循环后，先在欲放入循环内执行的对象左上方单击，然后按下鼠标，拖曳出一个矩形框包围执行对象。

释放鼠标时就创建了一个指定大小和位置的循环。

While循环可以反复执行循环体的程序，直至到达某个边界条件。

它类似于普通编程语言中的Do循环和Repeat-Until循环。

While循环的框图是一个大小可变的方框，用于执行框中的程序，直到条件端子接收到的布尔值为FALSE。

字符串、数组和簇是LabVIEW中的三种数据类型。

字符串是可显示的或不可显示的ASCII字符序列。

字符串有4种显示类型：

正常显示、”\”代码显示、密码显示、十六进制显示。

LabVIEW的字符串子选板中有多个字符串处理函数。

数组是相同类型数据的组合。

一个数组可以是一维、二维或者多维，每一维最多可有231-1个元素。

可以通过数组索引访问数组的每个元素，索引的范围是0到n–1（其中n是数组中元素的个数）。

创建数组有两种方法：

前面板上创建和程序框图上创建。

LabVIEW的数组函数子选板中有多个数组函数。

簇是由不同类型的数据元素组成的一种数据类型，类似于C语言中的结构体。

簇的创建方法与数组类似。

LabVIEW的簇函数子选板中有多个簇函数。

三、实验内容及任务

1、数据操作。

编写一个温度监测器，如右图所示，当温度超过报警上限，而且开启报警时，报警

灯点亮。

温度值可以由随即数发生器产生。

湖南工学院教案用纸p.4

2、循环结构。

利用顺序结构和循环结构写一个跑马灯，如下图所示，5个灯从左到右不停的轮流点亮，闪烁间隔由滑动条调节。

3、字符串、数组、簇和矩阵。

利用簇模拟汽车控制，如右图所示，控制面板可以对显示面板中的参量进行控制。

油门控制转速，转速＝油门*100，档位控制时速,时速＝档位*40，油量随VI运行时间减少。

湖南工学院教案用纸p.5

四、实验报告要求

1．调试编辑以上VI，按顺序打印以上VI的前面板与程序框图后，贴在实验报告上；实验报告中要求详细说明设计步骤要点。

2．说明For循环与While循环的区别。

3．心得体会及其它。

五、实验仪器与器材

安装有LabVIEW的计算机

湖南工学院教案用纸p.6

实验三LabVIEW软件基本操作（三）（设计性实验）

一、实验目的

1．学习并掌握图表和图形的使用，理解它们的区别；

2．掌握Express技术来快速简便地搭建专业的测试系统；

3．学习并掌握LabVIEW中的文件I/O操作。

二、实验原理与说明

LabVIEW图形显示控件主要包括：

波形图表、波形图、XY图、强度图/图表、数字波形图、三维图形等。

波形图和波形图表——显示采样率恒定的数据。

波形图通常先将数据采集到数组中，再将数据绘制到图形中（逐块绘制）；波形图表将新的数据点追加到已显示的数据点上以形成历史记录（逐点绘制）。

XY图——显示采样率非均匀的数据及多值函数的数据。

强度图/图表——在二维图上以颜色显示第三个维度的值，在二维图上显示三维数据。

数字波形图——以脉冲或成组的数字线的形式显示数据。

三维图形——在前面板ActiveX对象的三维图上显示三维数据。

ExpressVI面板包含大量的ExpressVI函数，主要分为六大类：

信号输入、信号分析、输出、信号操作、执行控制和程序结构体、算数和比较。

通过这六大类函数基本上就能实现测试系统所需要的各种常用功能。

LabVIEW可读写的文件格式主要有：

文本文件、二进制文件、数据记录文件。

LabVIEW中的“文件I/O”子选板有多个文件操作函数（比如写入/读取电子表格文件、写入/读取文本文件、写入/读取二进制文件、写入/读取数据记录文件等），合理选用将可以实现新建、打开、关闭、读/写、删除、复制、移动等各种文件操作。

三、实验内容及任务

1、图形化显示数据——图表和图形。

利用随机数发生器仿真一个0到5V的采样信号，每200ms采一个点，共采集50个点，采集完后一次性显示在WaveformGraph上。

湖南工学院教案用纸p.7

在上例基础上再增加1路电压信号采集，此路电压信号的范围为5到10V，采样间隔是50ms，共采100个点。

采样完成后，将两路采样信号显示在同一个WaveformGraph中。

2、ExpressVI——快速搭建专业测试系统。

利用ExpressVI产生一个带白噪声的正弦信号，然后用功率谱分析ExpressVI对其进行功率谱分析，并将原信号与分析结果写入测量文件。

湖南工学院教案用纸p.8

3、文件I/O。

有一个测量程序，采集两路信号，每1s采集一次，要求每采集一次，就将采集结果写入文本文件尾部，即使重新运行程序，仍能保证数据添加到文件尾部，而不会覆盖原有数据。

格式为a保留4位小数，b为整数，如右图所示。

湖南工学院教案用纸p.9

四、实验报告要求

1．调试编辑以上VI，按顺序打印以上VI的前面板与程序框图后，贴在实验报告上；实验报告中要求详细说明设计步骤要点。

2．总结Chart和Graph的使用区别。

3．心得体会及其它。

五、实验仪器与器材

安装有LabVIEW的计算机

湖南工学院教案用纸p.10

实验四NIELVISII平台工作环境（验证性实验）

一、实验目的

1．了解NIELVISII平台工作环境；

2．熟悉软前面板（SFP）工具；

3．熟悉LabVIEW应用程序编程接口（API）；

4．熟悉Multisim应用程序编程接口（API）；

二、实验原理与说明

NIELVISII环境由以下几部分组成：

硬件工作区用于创建电路及接口实验NIELVISII软件（在NILabVIEW软件中实现），包括以下：

•软前面板（SFP）工具

•LabVIEW应用程序编程接口（API）

•Multisim应用程序编程接口（API）

通过API，用户可使用在Multisim内编写的LabVIEW程序及仿真程序实现NIELVISII工作站的自定义控制及访问。

三、实验内容及任务

1、量器件值。

（1）使用提供的USB线将NIELVISII工作站与计算机连接。

USB一端连接于NIELVISII工作站，USB方口端与计算机相连。

打开计算机并启动NIELVISII（接通工作站背面的开关）。

USBACTIVE（橘色）LED显示ON。

稍等一会儿后，ACTIVATELED将显示OFF，USBREADY（橘色）

湖南工学院教案用纸p.11

LED显示ON。

（2）在计算机