虚拟仪器实验指导书1.docx

1、虚拟仪器实验指导书1虚拟仪器技术实验指导书一课程简介虚拟仪器技术是为测控、机械电子、机械工程及自动化等专业本科生开设的一门选修课。本课程主要介绍LabVIEW编程软件，如何创建虚拟仪器、进行数据采集、以及对所采集的信号进行分析，培养学生了解和掌握在计算机上建立自己的测控仪器的方法和技术，目的在于使学生了解和掌握国内外测控技术的发展趋势，培养学生解决工程实际问题的能力。二课程实验目的与要求实验目的：培养学生了解和掌握在计算机上建立自己的测控仪器的方法，掌握应用LabVIEW软件编程的技术。为保证实验顺利进行，要求学生初步掌握计算机软件编程技术。三实验方式与注意事项实验方式：学生独立在计算机上进行

2、LabVIEW软件编程，创建和编辑VI，运行和调试VI程序，进行数据采集和信号分析。四实验报告要求每个实验均应撰写实验报告。实验报告内容应包括：实验名称、目的、内容、实验结果分析等。设计性实验鼓励学生以小论文形式整理和撰写实验报告。实验（1-1）使用For循环目的：1了解虚拟仪器的编程过程，熟悉前面板和流程图的界面环境；2了解工具模板、控制模板和函数模板的使用；3掌握For循环及其移位寄存器使用方法。内容： 用For循环和移位寄存器计算正整数的阶乘。步骤：打开一个新的前面板，按照下图创建对象。a. 将一个数字显示对象放在前面板，设置它的标签为“乘积”。b. 将一个控制对象放在前面板，设置它的标

3、签为“正整数”；将另一个控制对象的标签设置为初始值。 图11实验11的面板和流程图打开流程图按照上图对其创建。在流程图中放置一个For循环（FunctionsStructures）。在For循环的边框处单击鼠标右键，在快捷菜单中选择Add Shift Register。将下列对象添加到流程图。a （FunctionsNumeric）在这个练习中需要将移位寄存器的初始值设成1。b 由于循环数i是从0至n-1，所以程序中要有模块，从而进入乘法器的数值是从1n。c 正整数（FunctionsNumeric）For循环需要知道需要执行的次数。本练习中是要求阶乘的正整数。按照上图连接各个端子。运行该VI

4、。将该VI保存为LabVIEWActivity 目录下。实验（1-2）用While循环设计平均数滤波器目的：1了解虚拟仪器的编程过程，熟悉前面板和流程图的界面环境；2了解工具模板、控制模板和函数模板的使用；3掌握While循环及其移位寄存器使用方法。内容：利用While循环及其移位寄存器进行数据滤波。在While循环框架中产生一个随机数，然后将这个随机数与前三次循环所产生的随机数求平均值，最后将平均值送到前面板上显示。利用移位寄存器可得到前三次循环产生的随机数。步骤： 1在前面板上创建各个控件如图。 图1-2 实验1-2的前面板2用工具模板中的文字编辑控件将图形纵坐标的范围改为从0到1。 3创

5、建流程图如下： 图1-3 实验1-2的流程图1 在流程图中添加While循环并创建移位寄存器。a） 右键单击While循环的左边或右边边框，在弹出的菜单中选择Add Shift Register。b） 右键单击While循环的左边框，在弹出的菜单中选择Add Element，重复一次，又添加了两个寄存器元素。Compound Arithmetic function (FunctionsNumeric)为增加输入，右键弹击并在弹出的菜单中选择Add Input 从而得到注意VI用随机数对寄存器进行初始化，如果不对寄存器的终值进行初始化，它包含的是默认值或前面运行的结果值，所以最初的几个平均值没意

6、义。5运行该VI观察结果。6保存VI为Random Average.vi，路径 LabVIEWActivity。实验（1-3）顺序结构的使用目的：了解和掌握顺序结构的使用方法内容：用FOR循环产生长度为2000的随机波形，并计算所用时间。步骤：这是典型的顺序结构应用。第一步确定FOR循环开始前的系统时间；第二步运行FOR循环；第三步确定FOR循环结束后的系统时间；最后两式相减即得FOR循环的运行时间。创建流程图如下： 图1-4 实验1-3的流程图前面板如下： 图1-5 实验1-3的前面板运行该VI，改变循环次数观察运行时间。实验（2-1）创建一个数组具有自动索引目的：1熟悉前面板和流程图的界面

7、环境；2熟悉工具模板、控制模板和函数模板的使用；3熟悉和掌握数组的创建方法及其使用。内容： 创建一个具有自动索引的波形数组。步骤：1打开一个前面板，放置一个数组的框架，标签写为Waveform Array。2然后往里放置一个数字显示控件，如图。3放置一个waveform graph，并用重新定尺寸的工具拖曳其角，扩大该图。4隐藏图例和模板。5右键单击Y轴，选择不自动标注Y轴。6使用文本工具，将Y轴标注为从-0.5到1.5。7建流程图如下： 图2-1 实验2-1的流程图其中Generate Waveform VI (FunctionsSelect a VI from the LabVIEWAct

8、ivity directory)8在前面板运行该VI，能够自动索引。初始X值为0，Delta X为1。9将Delta X改为0.5，X为20，重新运行该程序。10通过在索引显示中输入索引，你能观察波形数组中的任意元素。若你输入的数大于数组的尺度，显示会变暗。（也可以拖曳数组显示的大小，同时观察多个元素） 图2-2 拖曳数组显示的大小11返回到流程图，删除打包函数和与其相连的常数。完成重新连线如下图 图2-3 修改后的流程图12运行该VI。注意VI的初始X值为0，增量Delta X为1。 图2-4 再次修改的流程图13重建你的程序框图如前。其中(FunctionsNumericTrigonome

9、tric)， (FunctionsArray)， Pi constant (FunctionsNumericAdditional Numeric Constants)14返回前面板，运行VI。15保存该VI作为 Graph Waveform Arrays.vi 路径LabVIEWActivity directory.实验（2-2）簇的创建和解包目的：学习创建簇、分解簇，再捆绑簇并且在另一个簇中显示其内容。实验内容和步骤如下：图25实验22的面板和框图打开前面板，创建一个簇壳（Array & Cluster palette），标签改为Input Cluster，拖曳至适当大小。在这个簇壳中放置一

10、个数字Control，两个布尔开关，和一个串Control。仿照以上步骤，创建Output Cluster如上。注意将各Control改为相应的indicator。用快速菜单查看两个簇的序是否一致，若有差别，改之。在前面板上设置一个STOP按钮。注意其缺省值为FALSE，不要改变它的状态。建立如上面所示的流程图。注意在STOP按钮与循环条件端子之间接入了一个NOT函数，因为按钮缺省值为FALSE，经NOT函数后变为TRUE，这就意味着当按钮状态不变时，循环继续执行，相反一旦按钮动作，则循环终止。返回前面板并运行VI。在输入簇中输入不同的值观察输出。关闭并保存程序。Cluster Exercis

11、e.vi实验3-1 数据的图形显示实验目的：创建一个VI程序，以便以后作为子VI程序使用。实验内容和步骤如下：假设现有一个可以测量温度的传感器,并假设传感器的输出电压和温度和正比。学生将要使用LabVIEWActivity目录中的某个VI仿真温度测量和电压测量（单位是伏特）。还要创建一个VI来仿真电压测量，然后把所测得的电压值转换成摄氏或华氏温度读数。选择FileNew，打开一个新的前面板窗口。如果已经关闭了所有的VI窗口，那么就从LabVIEW对话框中选择NEW VI。如果没有显示控制模板（Control Palette），选择WindowsShow Controls Palette可以打开

12、它，也可以通过在前面板的空白区域单击鼠标右键弹出控制模板。从ControlsNumeric中选择Tank，再将它放到前面板中。在标签文本中输入Volume，然后在前面板中的其他任何位置单击一下。如果在文本框中不输入任何文本就单击文本框以外的区域，标签会自动消失。要再次显示标签，只需要在控制对象上单击鼠标右键，在弹出菜单中选择ShowLabel。把容器显示对象的显示范围设置0.0到1000.0。a.使用标签工具（Labeling Tool），双击容器坐标的10.0标度，将它高亮显示。b.在座标中输入1000，再在前面板中的其它任何地方单击一下。这时0.0到1000.0之间的增量将被自动测出。前斜

13、面板中，从ControlsNumeric中选择一个温度计，再将它放到前面板中。设置它的显示范围为0到100。6. 程序的前面板如下图所示： 图3-1 前面板7. 选择WindowsShow Diagram打开流程图窗口。从功能模板中选择下列对象，再将它们放到流程图上。(如果没有显示功能函数模板，选择WindowsShow Functions Palette可以打开它，也可以通过在前面板的空白区域单击鼠标右键弹出功能函数模板。)8. 把下列对象放到流程图上。 进程监视器（Process Monitor）（在LabVIEEWActivity 目录中选择FunctionSelect a VI）如果要

14、查看或某个功能函数或者VI的输入输出。需要从Help菜单中选择Show Help，再把光标置于这个功能函数或者VI上。进程监视器VI的Help窗口显示如下图所示：10. 使用连线工具把所有对象按照下图连接起来。 图3-2 温度和容量仿真的流程图要想在流程图中移动对象，首先要单击工具模板中的移位工具。11. 选择 FileSave，把该VI保存为LabVIEWActivity目录中的Temp&Vol.vi。12. 在前面板中，单击Run（运行）按钮，运行该VI。注意电压和温度的数值都显示在前面板中。13. 选择FileClose，关闭该VI。实验（3-2）趋势分析图实验目的：使用一个条件循环结构

15、和一个被测波形图表实时地采集数据。内容：创建一个VI程序，进行温度测量，并把结果在波形图表上显示。该VI程序使用我们前面创建的温度计程序（Thermometer VI）作为子程序。前面板：1. 打开一个新的前面板窗口，在里面放一个竖直开关（在Boolean逻辑部件子模板），给该开关标注为“Enable”。你可以用该开关来开始/停止数据采集。2. 在前面板内再放置一个趋势图（Graph子模板中的Waveform Chart），标注为“温度历史趋势”。该图表将实时地显示温度值。3. 由于趋势图将它的图标注解plot自动地标注为“plot 0”，你可以用标注工具将其重新标注为“Temp”。4. 因为

16、趋势图用于显示室内温度,需要对它的标尺进行重新定标。将Y轴的“10”改为“90”，而将“0.0”改为“20”。5. 此时暂时不要创建模式转换开关，我们将尝试从框图程序窗口创建前面板的部件。框图程序：1. 打开框图程序窗口。2. 条件循环结构是一种无限循环结构，只要条件满足，它就一直循环运行下去。在本例中，只要允许开关（Enable Switch）是ON状态，该VI程序就一直运行，采集温度测量值，并在图表上显示。从结构（Structures）工具模板选择条件循环结构“While Loop”放入框图程序窗口，调整该条件循环框的大小，把先前从前面板创建的两个节点放入循环框内。3. 放入其它的框图程序

17、对象。Thermometer VI，这个VI程序是你在上个练习中创建的，从Seminar.LLB中调出(从Select a VI子模板)。4. 按照上图的框图程序连好线。5. 创建模式开关。把连线工具放在Thermometer VI的Mode输入端口上，按鼠标右键并选择Creat Control，这样就可以自动创建模式转换开关，并将它与Thermometer VI子程序相连线，再转换到前面板窗口，将模式转换开关的位置重新调整。6. 在前面板窗口，使用标注工具，双击模式开关的“OFF”标签，并把它转换成“华氏”，再把“ON”标签转换民“摄氏”。要转换开关状态，使用操作工具（Operating T

18、ool）。7. 将模式开关设置为ON状态，运行该VI程序。8. 要停止数据采集，点击Enable开关，使其状态变为OFF，循环结束。9. 修改Enable开关缺省设置，使你运行VI程序时不必每次打开该开关。a. 若程序在运行状态，则关闭程序运行。b. 把开关设置为ON状态。c. 点击开关，从弹出菜单中选择Data OperationsMake Current Value Default选项，这将使ON状态变为缺省值。d. 再点击开关，从弹出菜单中选择Mechanical ActionLatch When Pressed选项。10. 运行该程序，把开关点击为Stop状态以停止数据采集。开关将变为

19、OFF状态，但当条件循环结构再次读取其数值时，它又会变成ON状态。增加定时器控制：当你运行程序时，它将会尽可能快地运行。但是你也许希望以一定的时间间隔，例如一秒钟一次或者一分钟一次来采集数据。你可以用Wait Until Next ms Multiple功能（在Time & Dialog子模板）来满足上述条件。该功能模块可以保证循环间隔时间不少于指定的毫秒数。如右图所示，使VI程序采样间隔为500毫秒。使用Time & Dialog子模板中的Wait Until Next ms Multiple功能，再加上时间常数Numeric Constant，把它设置为500。11. 运行上述程序，试用不

20、同的时间间隔值。12. 关闭并保存上述程序，文件名为Temperature Monitor.vi。实验3-3 使用Graph图形目的：创建一个VI测量温度并实时显示该值，同时能够显示温度的平均值、最大值和最小值。1 创建一个前面板如图所示。2创建一个程序框图如图所示。 Digital Thermometer VI (FunctionsSelect a VI from theLabVIEWActivity directory)。 Wait Until Next ms Multiple function (FunctionsTime & Dialog) Numeric constant (Func

21、tionsNumeric) Array Max & Min function (FunctionsArray) Mean VI (FunctionsAnalyzeMethemeticsProbability and Statistics or FunctionsBase Analysis for LabVIEW Base Package users) Bundle function (FunctionsCluster)3返回前面板，运行该VI。.4保存该VI 文件名为： Temperature Analysis.vi 路径：LabVIEWActivity directory。实验4 构建正弦波

22、信号发生器实验目的：进一步熟悉数字控件和显示件的用法。实验内容和步骤如下：要求正弦波信号发生器的频率0.110kHz，可选；初始相位：0180，可选；幅值：0.15V，可选。 前面板设计1 五个输入型数字控件：信号频率、初相位、幅值、采样点数、采样频率。2 一个输出显示型图形控件：图形控件Graph。3 两个开关控件流程图设计注意正弦波信号的控件调入是在流程图中的执行FunctionAnalyzeSignal ProcessingSignal GenerationSine Wave.ie实验5-1 向Excel写数据实验目的：了解LabVIEW的DDE功能。实验内容和步骤如下：动态数据交换（D

23、ynamic Data Exchange）是Windows应用程序之间通讯的协议。LabVIEW对DDE客户与服务器两者都支持。建立VI流程图如下打开Excel建立文件名为fdde.xls的文件。运行VI，观察结果。DDE Open Conversation VI 首先建立与Microsoft Excel的对话，给这个VI的service参数输入要求服务的名称，给它的topic参数输入交换数据的文件名fdde.xls。这个VI产生一个对话参考数Conversation refnum，传递给后面的VI。第一个DDE Poke VI 向fdde.xls 电子表文件写入第一列数据，即序号，for循环

24、的循环数i加1变为自然数，再由Number to Decimal String 函数转换为字符串，输入DDE Poke VI的data参数。这个字符串再经过Concatenate Strings函数与其它字符常量合成一个字符串RiC1。i是112的自然数。字符串RiC1输入DDE Poke VI的item参数，指定数据写在fdde文件112行、第1列的位置。其中所有字符串转换函数都在StringString/Number Conversion 函数子模板中。字符串RiC1经过Search and Replace String函数替换后成为字符串RiC2。随机数经过Number to Fractional String 函数转换成一个带小数的字符串。再次调用DDE Poke VI将数据写入fdde文件112行、第2列的位置。实验5-2 由Excel读数据实验目的：了解LabVIEW的DDE功能。实验步骤：创建LabVIEW程序作为客户程序从Excel电子表文件读回前面程序写的数据。这个程序与前面程序不同之处在于它调用了两次DDE Request VI，分别读出fdde.xls文件的两列数据，再转换为数值型数据。