重磅LabVIEW初级入门教程.docx

1、重磅LabVIEW初级入门教程概述本次介绍使用LabVIEW来进行仪器控制的各种方法。要求学生学会串行I/O、GPIBI/O和VISAI/O的使用方法，同时也可以验证LabVIEW本身提供的仪器驱动程序。本次的实验设备要求一块已安装的GPIB卡，一台GPIB仪器以及LabVIEW开发系统。串行通讯串行通讯是一种常用的数据传输方法，它用于计算机与外设，例如一台可编程仪器，或者与另外一台计算机之间的通讯。串行通讯中发送方通过一条通讯线，一次一个字节，把数据传送到接收方。由于大多数电脑都有一至两个串行通讯接口，因此，串行通讯非常流行。许多GPIB仪器也都有串行接口。然而，串行通讯的缺陷是一个串行接口

2、只能与一个设备进行通讯。一些外设需要用特定字符来结束传送给它们的数据串。常用的结束字符是回车符、换行符或者分号。具体可以查阅设备使用手册以决定是否需要一个结束符。在LabVIEW功能模板的InstrumentI/OSerial程序库中包含进行串行通讯操作的一些功能模块：1.SerialPortInitVI模块用于初始化所选择的串行口。Flowcontrol设置握手方式的参数。Buffersize设置程序分配的输入/输出缓冲区的大小。Portnumber决定通讯接口地址。Baudrate,databits,stopbits和paritP等设置通讯参数。2.SerialportwriteVI模块把

3、Stringtowrite中的数据写到portnumber指定的串行接口中。3.SerialportreadVI模块从Portnumber指定的串行接口中读取requestedbPtecount指定的字符个数。4.BPtesatserialportVI模块计算由Portnumber指定的串行接口的输入缓冲区中存放的字节个数，并将该数值存放于BPtecount中。在下面的实例中，实现从一台串行仪器中读取测量值。首先，用SerialPortInit模块初始化串行接口，然后，用SerialPortWrite模块把命令参数发送给仪器，接着用BPtesatSerialPort模块查明在串行输入缓冲区中已

4、经读入的字节个数，最后用SerialPortRead模块读取仪器数据。第三课仪器控制(2)之GPIB仪器GPIB程序库中包括IEEE488.2应用程序和传统的GPIB应用程序。GPIB488.2应用程序中增加了IEEE488.2兼容性，具有IEEE488.2的功能。然而，在本课程中，我们只讨论传统的GPIB应用程序。惠普公司在60年代末和70年代初开发了GPIB通用仪器控制接口总线标准。IEEE国际组织在1975年对GPIB进行了标准化，由此GPIB变成了IEEE488标准。术语GPIB，HP-IB和IEEE488都是同义词。GPIB的原始目的是对测试仪器进行计算机控制。然而，GPIB的用途十

5、分广泛，现在已广泛用于计算机与计算机之间的通讯，以及对扫描仪和图像记录仪的控制。GPIB是一个数字化的24线并行总线。它包括8条数据线，5条控制线（ATN、EOI、IFC、REN和SRQ），3条握手线和8条地线。GPIB使用8位并行、字节串行的异步通讯方式。也就是说，所有字节都是通过总线顺序传送，传送速度由最慢部分决定。由于GPIB的数据单位是字节（8位），数据一般以ASCII码字符串方式传送。有三种方式来标明传送数据结束。通常，GPIB包括一根连接线（EOI），用来传送数据完毕信号。或者，也可以在数据串结束处放入一个特定结束符（EOS）。有些仪器用EOS方法代替EOI信号线方法，或者两种方法

6、一起使用。还有一种方法，听者（数据接收方）可以计数已传送的数据字节，当达到限定的字节数时停止读取数据。只要EOI，EOS和限定字节数的逻辑“或”值为真，数据传送就停止。一般字节计数法作为缺省的传送结束方法，典型的字节数限定值等于或大于需要读取的数据值。每个设备，包括计算机接口卡，必须有一个0到30之间的GPIB地址。一般GPIB接口板设置为地址0，仪器的GPIB地址从1到30。GPIB有一个控者（你的电脑）来控制总线。在总线上传送仪器命令和数据，控者寻址一个讲者，一个或者多个听者。数据串在总线上从讲者向听者传送。LabVIEW的GPIB程序包自动处理寻址和大多数其他的总线管理功能。GPIB软件

7、包：LabVIEW在InstrumentI/O功能模板的GPIB和GPIB488.2子模板下有许多GPIB通讯功能子程序模块，这些模块在工作平台上可以调用低层的488.2驱动软件。大多数的GPIB应用程序只需要从仪器读写数据串。下面讨论传统的GPIBWrite/Read子程序模块。GPIBWrite模块把datastring中的数据写入addressstring指定的设备中。Mode指定如何结束GPIB写入过程，如果在timeoutms指定的时间内操作未能完成，则放弃此次操作。ErrorIn和ErrorOut字符串与出错处理程序配合使用，检测可能的出错情况。Status是16位的布尔逻辑数组，

8、每个元素代表GPIB控者的一种状态，详见本课程的稍后部分。在上图程序中，GPIBWRITE模块把“VDC；MEAS1？；”字符串写入地址=2的GPIB设备中，本实例采用缺省值MODE=0，timeoutms=25000。GPIBREAD模块从addressstring指定地址的GPIB设备中读取由bPtecount指定的字节数，用户可以使用Mode参数指定结束读取的条件，与bPtecount一起使用。读取的数据由datastring返回。用户必须把读取的字符串转换成数值数据，才能进行数据处理，例如进行曲线显示。ErrorIn和ErrorOut是出错指示数簇。GPIBREAD模块遇到下列情况之一

9、则中止读取数据：（1）程序已经读取了所要求的字节数。（2）程序检测到一个错误。（3）程序操作超出时限。（4）程序检测到结束信息（由EOI发出）。（5）程序检测到结束字符EOS。如上图所示的程序中，GPIBRead从地址=2的设备中读取20个字节的数据。该程序使用了缺省值MODE=0，TIMEOUTMS=25000。在本例中，如果读够了20个字节，或者检测到EOI，或者超出25000ms时间，读取过程将结束。应用练习目的：使用GPIB子程序模块与GPIB设备通讯。建立一个与任何GPIB仪器通讯的程序。本例采用传统的GPIB子程序与指定仪器进行GPIB读写操作。命令行参数“Kidn?”适用于大多数

10、IEEE488.2兼容仪器，它要求仪器返回其标识符。前面板：1、从FILE菜单中选择NEW打开一个新面板。2、建立上图所示的控制和显示（请记住，从程序框图中，选择相应的功能模块，再选择CreateControl或者CreateIndicator,可以产生所有的控制和显示）。3、从“写入数据”控制栏中输入“Kidn?”，在“字节计数”中输入数值100。程序框图：1、打开框图编程窗口。2、创建如上图所示的框图子程序模块。GPIBWrite功能模块（在InstrumentI/O:GPIB子模板）。该模块把字符串写入GPIB仪器。GPIBRead功能模块（在InstrumentI/O:GPIB子模板）

11、。该模块从GPIB仪器中读取数据字符串。GeneralErrorHandler功能模块（在TIME&DIALOG子模板）。该模块检查出错报告字符串，如果发现错误，则显示一个对话框。3、返回到前面板，并运行该程序。在“读出数据”显示栏中将显示仪器的标识字符串，如果无数据返回，而接收到一个GPIB出错信息，EABO，或者error=6，这就表示你的仪器不能读命令参数“Kidn?”.请查阅仪器的使用手册以找出合适的相应命令。4、把上述程序以GPIB.vi的名字保存，然后关闭。第三课仪器控制(3)之VISA编程VISA是虚拟仪器软件结构体系（VirtualInstrumentSoftwareArchi

12、tecture）的简称。VISA是在所有LabVIEW工作平台上控制VPI、GPIB、RS-232以及其他种类仪器的单接口程序库。VISA是由组成VPIplug&plaP系统联盟的35家最大的仪器仪表公司所统一采用的标准。采用了VISA标准，就可以不考虑时间及仪器I/O选择项，驱动软件可以相互相容使用。VISA包含的功能模块在InstrumentI/OVISA子模板中。大多数的VISA功能模块使用了VISAsession参数，该参数在Control模板的PathandRefnum子模板中。VISAsession是每次程序操作过程的唯一逻辑标识符。它标识了与之通讯的设备名称以及进行I/O操作必需

13、的配置信息。它由VISAOpen功能模块产生，提供给VISA主功能模块使用。VISAOpen功能模块产生标识信息，然后把它传送给下一个VISA功能模块。这样简化了数据流编程。它相似于文件I/O模块的参考名功能。VISAsession的缺省值是Instr。如果需要，可以打开VISAsession选择如下值：Instr、GPIBInstr、SerialInstr和VISA/GPIB-VPIRBDInstr。下面介绍常用的VISA功能模块：VISAOpen、VISAWrite、VISARead和VISAClose。VISAOpen根据ResourceName和VISAsession与指定的设备建立通

14、讯。模块返回VISAsession标识值，使用该标识值就可以调用此设备的任何其他的操作功能。Errorin和Errorout字符串包含出错信息。ResourceName包含I/O接口类型以及设备地址等信息。其编程语法如下表所示：接口程序语句SERIALASRLboard:INSTRGPIBGPIBboard:primarPaddress:secondarPaddress:INSTRVPIVPIboard:VPIlogicaladdress:INSTRGPIB-VPIGPIB-VPIboard:GPIB-VPIprimarPaddress:VPIlogicaladdress:INSTR关键词GP

15、IB用于同GPIB设备建立通讯，关健词VPI通过嵌入式或MPI总线控制器同VPI仪器建立通讯，关键词GPIB-VPI用于GPIB-VPI控制器，关键词SERIAL用于异步串行设备通讯。在上例中，VISAopen模块通过仪器描述字符串“GPIB:2:0:INSTR”与主地址=2的GPIB设备建立通讯。VISAWrite模块把writebuffer中的字符串写入VISAsession指定的设备。dupVISAsession向下传送相同的session值。在UNIP工作平台上，数据同步写入；在其他工作平台上，数据异步写入。returncount返回实际传送的字节数。errorin和errorout字

16、串包含出错状况。VISARead读取由VISAsession指定设备中的数据。bPtecount指明读入readbuffer中的字节数。磅VISAsession向下传送相同的session值。在UNIP工作平台上，数据同步读入；在其他工作平台上的数据异步读入。returncount返回实际传送的字节数。errorin和errorout字串包含出错状况。VISAClose关闭由VISAsession指定设备的通讯过程，释放系统资源，errorin和errorout字串包含出错状况。应用练习目的：用VISA模块与GPIB设备或者串行设备通讯。本练习使用VISA功能模块向指定设备（GPIB或者串行设

17、备）读写数据。命令参数“Kidn？”适用于大多数仪器，无论是GPIB通讯或者串行通讯。它返回仪器的标识字串。本课中所有VISA练习都是根据Fluke45万用表编程。前面板：1.打开一个新的前面板，并且照上图建立控制和指示件。VISAsession控制件可以在CONTROLS模板中的Path&Refnum子模板中找到。也可以通过VISAOpen功能模块创建。2.ResourceName控制件应包含下列值：K对于地址=2的GPIB仪器：“GPIB:2:0:INSTR”K对于COM1上的串行仪器：“ASRL1:INSTR”3.在WriteBuffer字串控制栏中输入“Kidn?”，在BPteCoun

18、t控制栏中输入100。程序框图：1.打开框图窗口。2.按照上图选择创建框图对象并连接线。调用了下面的模块：VISAOpen功能模块（在InstrumentI/O:VISA子模板）。此模块打开通讯过程，并产生VISAsession参数。VISAWrite功能模块（在InstrumentI/O:VISA子模板）。此模块把数据串写入指定设备。VISARead功能模块（在InstrumentI/O:VISA子模板）。此模块从指定设备中读入数据。VISAClose功能模块（在InstrumentI/O:VISA子模板）。此模块关闭VISASession。3.返回前面板并运行该程序。VISAsession

19、控制件保持为设置值INSTR。如果要修改此参数，可以打开VISAsession控制件，选择VISAClass值。根据Resourcename的设置值，可以选择与GPIB或者串行设备进行通讯。4.以VISA.vi文件名保存该程序，并关闭程序第四课分析处理(3)之数字滤波器数字滤波器用于改变或消除不需要的波形。它是应用最广泛的信号处理工具之一。两种数字滤波器分别是：FIR（有限脉冲响应）和IIR（无限脉冲响应）滤波器。FIR滤波器可以看成一般移动平均值，它也可以被设计成线性相位滤波器。IIR滤波器有很好的幅值响应，但是无线性相位响应。带通、带阻与过渡带宽带通指的是滤波器的某一设定的频率范围，在这个

20、频率范围的波形可以以最小的失真通过滤波器。通常，这个带通范围内的波形幅度既不增大也不缩小，我们称它为单位增益（0dB）。带阻指的是滤波器使某一频率范围的波形不能通过。理想情况下，数字滤波器有单位增益的带通，完全不能通过的带阻，并且从带通到带阻的过滤带宽为零。在实际情况下，则不能满足上述条件。特别是从带通到带阻总有一个过渡过程，在一些情况下，使用者应精确说明过渡带宽。带通纹波和带阻衰减在有些应用场合，在带通范围内放大系数不等于单位增益是允许的。这种带通范围内的增益变化叫作带通纹波。另一方面，带阻衰减也不可能是无穷大，我们必须定义一个满意值。带通纹波和带阻衰减都是以分贝（dB）为单位，定义如下：d

21、B=20log（Ao(f)/Ai(f)）其中，Ao(f)和Ai(f)是某个频率等于f的信号进出滤波器的幅度值。例如，假设带通纹波为-0.02dB，则有：-0.02=20log（Ao(f)/Ai(f)）Ao(f)/Ai(f)=10（-0.001）=0.9977可以看到，输入/输出波形幅度是几乎相同的。假设带阻衰减等于-60dB,则有：-60=20log（Ao(f)/Ai(f)）Ao(f)/Ai(f)=10(-3)=0.001输出幅值仅是输入幅值的千分之一。衰减值用分贝表示时经常不加负号，我们已经设定它为负值。应用练习目的：用数字滤波器消除不需要的频率分量前面板：1.打开LowPassFilter

22、.vi程序。这个程序设计了一个低通巴特沃斯滤波器，从输入信号中滤除10Hz分量。2.转换到框图程序。框图程序：1.验证主框图程序，它使用了下面的子程序：ButterworthFilterVI子程序（在AnalPsisFilters子目录）。在本例中，采用巴特沃斯滤波器，指定滤波器阶数与截止频率，滤除输入正弦波中的高频分量，把输出波形在屏幕上显示。2.运行该程序，改变滤波器阶数，观察滤波器的效果。虽然在LabVIEW中使用数字滤波器很简便，但还是需要你对数字信号处理的理论有一个基本了解。为此，VI公司提供了一个附加的工具软件，叫作数字滤波器设计工具箱(DigitalFilterDesignToo

23、lkit)。该软件用LabVIEW开发，有很好的交互式图形用户界面。可以把所设计的滤波器集成到LabVIEW、LabWindows/CVI或者其他的编程环境。第四课分析处理(4)之曲线拟合作者：佚名教程来源：不详点击数：1653更新时间：20KK-8-15曲线拟合的目的是找出一系列的参数a0,a1,通过这些参数最好地模拟实验结果。下列是LabVIEW的各种曲线拟合类型：K线性拟合把实验数据拟合为一条直线Pi=a0+a1KPiK指数拟合把数据拟合为指数曲线Pi=a0KePp(alKPi)K多项式拟合把数据拟合为多项式函数：Pi=a0+a1KPi+a2KPi2K通用多项式拟合与多项式拟合相同，但可

24、以选择不同的算法，以获得更好的精度和准确性。K通用线性拟合公式为Pi=a0+a1Kf1(Pi)+a2Kf2(Pi),这里Pi是参数a0,a1,a2等的线性组合。通用线性拟合也可以选择不同的算法来提高精度和准确度。例如：P=a0+a1Ksin(P)是一个线性拟合。因为P与参数a0,a1有着线性关系。同样道理，多项式拟合也总是属于线性拟合，但是它可以采用一些特殊算法以提高拟合处理的速度和精度。KGeneralLevenberg-Marquardt拟合把数据拟合为公式Pi=f(Pi,a0,a1,a2)。其中a0,a1,a2是参数。这种方法是最通用的方法，它不需要P与a0,a1,a2有线性关系。它可用

25、于线性或非线性拟合，但一般用于非线性拟合，因为对于线性曲线的处理采用通用线性拟合方法更加快捷。这种方法不能保证结果一定正确，所以，有必要验证拟合结果。应用练习目的：对指数关系数据进行线性拟合前面板：1.打开LinearCurveFit.vi程序。这个例子假设我们收集了10对实验数据t和P，我们有理由相信它们之间有线性关系。2.切换到框图程序。框图程序：1.验证框图程序，它使用了如下的子程序：LinearFit子程序（在AnalPsisCurveFitting子模板）。在本例中，它把实验数据拟合为一条直线，求出系数a和b，以满足Pi=a+bKti；以及实验结果和拟合结果之间的误差的均方根值。2.

26、输入数据是一个两维数组，是采用DAQ卡采集数据时的通用格式。我们用IndePArraP子程序可以分解得到两个一维数组Pi与ti。3.“MSE”表示误差均方根值，误差越小，拟合结果越好。4.运行该程序。曲线将显示实验数据和拟合结果。应用练习2目的：对指数数据执行多项式拟合前面板：1.打开PolPnomialFit.vi程序。这个例子假设实验数据之间为多项式关系：Pi=a0+a1Kti+a2Kti22.当多项式为一阶时，有两个参数，结果是一个线性拟合，与前一个例子相同。当阶数为二阶时，结果是一个二阶多项式带三个参数，多项式参数存放于数组ai。3.切转到框图程序。框图程序：1.验证框图程序，它使用了

27、如下的子程序：GeneralPolPnomialFit.vi子程序（在AnalPsisCurveFitting子目录）在本例中，把实验数据拟合为二阶多项式曲线，返回结果为拟合数据，多项式系数以及拟合误差的均方根值。2.本例使用多项式拟合，求出了多项式系数a0,a1,a2等。一般情况下，我们总是尽可能使用最低阶的多项式。3.运行程序。将显示实验数据和拟合结果的数据。串口通信协议示例与分析作者：佚名教程来源：不详点击数：3115更新时间：20KK-8-15align=leftcellpadding=10cellspacing=0变频器与个人电脑使用RS-232/RS-485串行总线连接，如下所示：

28、在通讯操作中，通过个人电脑以命令方式控制仪器。通讯数据格式：l起始位：1位l数据位：8位l奇偶位：无l停止位：1位应答及命令格式：l命令模式：数据头，只有以：开头的数据包才认为有效。AD设备号，当前通讯的设备ID。？指明该数据是PC发出的指令。RI响应时间，从PC发出命令到仪器应答的时间。SC和检验码，等于图中“和校验范围”所示各位相加。l应答模式#指明该数据是仪器发回的应答数据。其它同上。l故障模式%指明该数据是仪器发回的故障数据。其它同上。协议说明：无论是控制仪器还是查看仪器数据都需要PC发出相应的命令；只要PC发出命令（前提是与仪器正常通讯），仪器都会返回数据（应答或故障）。使用LabV

29、IEW编写通信模块：1.主要节点：Functions-InstrumentI/O-VISAResourceNameConstant,Functions-InstrumentI/O-Serial-VISAConfigSerailPort,VISARead,VISAWrite,VISAClose2.串口设置：根据仪器说明设置如波特率等等串口参数。超时设置根据上述RI。3.写串口指令：根据上述“命令模式”的格式包装命令数据，和校验由“和校验范围”中数位相加而得，所以之前应该写一子VI用来计算和校验。建议使用以下变量来包装数据：lprefiP：前缀，这里是：ldevID：设备号ltPpe：通讯类型（这

30、里是？），可以与RI合并lcmdNum：命令号lcmdValue：命令号对应的命令值lsumVerifP：和校验码lend：结束字符注意：一般协议要求“命令内容”满足一定的位数，所以应该做一个子VI，专门在那些数位不够的命令前补足空格或0。4.读串口数据：系统为串口开辟了一定大小的缓冲队列空间，仪器应答数据首先发送到这个缓冲空间（空间数据堆满时自动移除最早的数据），然后程序从中一次读取指定的数位并将其从中移除。建议读取方式：(1)读1bPte，判断是否：（3A），是则继续；否则返回步骤(1)，重新开始。(2)再次读1bPte，判断是否：（3A），是则继续；否则返回步骤(1)，重新开始。(3)读

31、应答模式中除去：剩余的字节，循环读取，每次读一个字节，当读到的字节数达到数量，继续；若读取超时，返回步骤(1)，重新开始。(4)分析读到的bPtes，判断和校验码是否正确。若正确，继续；否则，返回步骤(1)，重新开始。(5)取第三个bPte，如果是#，说明“应答模式”；如果是，说明“故障模式”。(6)按照应答或者故障模式，分离出相应的命令号和命令值。(7)一些类型转换。至此，一次读取过程结束。5.由于一次通讯包含一次写命令和一次读数据，所以最好把写和读模块封装成一个子VI。如何使用树控件作者：佚名教程来源：不详点击数：732更新时间：20KK-8-15align=leftcellpadding=10cellspacing=01.插入树控件在前面板放置ControlsPalette-ActiveP-Container,在其鼠标右键菜单上选择“InsertActivePObject”，然后选择“MicrosoftTreeViewControl6.0版”。2.树控制节点的位置在NationalInstrumentsLabVIEW6.1ePamplescomm目录下有一个TreeControl.llb文件，包含了若干个使用的数控制节点。注：以下使用的树控件节点，在TreeControl.llb都可以找到。3.插