虚拟仪器及labview第三章

虚拟仪器程序课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解虚拟仪器的概念、原理及其在工程测试中的应用；2. 掌握虚拟仪器软件LabVIEW的基本操作与编程方法；3. 学会使用虚拟仪器进行数据采集、处理、分析及展示。

技能目标：1. 能够运用LabVIEW软件设计简单的虚拟仪器程序；2. 能够独立进行虚拟仪器的搭建与调试，解决实际测试问题；3. 能够通过虚拟仪器实验，培养实际操作能力及创新能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对虚拟仪器技术的兴趣，激发学习热情；2. 培养学生严谨的科学态度，注重实验数据的准确性和可靠性；3. 培养学生团队协作精神，提高沟通与表达能力。

课程性质：本课程为实践性较强的课程，结合理论知识，注重培养学生的实际操作能力和创新能力。

学生特点：学生具备一定的计算机操作基础，对新技术充满好奇，具有一定的探索精神。

教学要求：结合学生特点，采用案例教学、任务驱动等方法，引导学生主动参与，提高教学效果。

通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续相关课程及实际工作打下基础。

二、教学内容1. 虚拟仪器概述- 虚拟仪器定义、特点及发展历程- 虚拟仪器与传统仪器的区别与联系2. LabVIEW软件基础- LabVIEW软件安装与界面认识- 基本操作：创建、保存、打开、运行VI- 数据类型、控件与函数3. 虚拟仪器程序设计- 前面板设计：控件布局、属性设置- 框图程序设计：结构、循环、条件、事件结构- 数据采集、处理与分析4. 虚拟仪器应用实例- 搭建简单虚拟仪器系统，进行数据采集与显示- 结合实际测试需求，设计相应虚拟仪器程序5. 虚拟仪器实验- 实验一：虚拟温度计设计- 实验二：虚拟信号发生器设计- 实验三：虚拟频率计设计教学内容安排与进度：第一周：虚拟仪器概述、LabVIEW软件安装与界面认识第二周：LabVIEW基本操作与数据类型第三周：虚拟仪器程序设计（一）第四周：虚拟仪器程序设计（二）第五周：虚拟仪器应用实例分析与讨论第六周：虚拟仪器实验（一）第七周：虚拟仪器实验（二）第八周：虚拟仪器实验（三）教材章节关联：本教学内容与教材第3章“虚拟仪器技术”和第4章“LabVIEW编程及应用”相关。

labwiew课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握LabVIEW编程基础，包括数据类型、结构、控件的使用和编程逻辑。

2. 使学生了解LabVIEW在科学数据采集与处理中的应用。

3. 帮助学生理解虚拟仪器概念，掌握通过LabVIEW创建虚拟仪器的方法。

技能目标：1. 培养学生运用LabVIEW进行数据采集、分析、处理的能力。

2. 培养学生通过LabVIEW解决实际问题的编程能力。

3. 提高学生团队协作、沟通表达的能力，能够共同完成一个简单的虚拟仪器项目。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对LabVIEW编程的兴趣，激发学习热情。

2. 培养学生具有创新意识和实践精神，敢于尝试新方法解决问题。

3. 培养学生严谨的科学态度，注重实验数据的真实性和准确性。

课程性质：本课程为实践性较强的学科，结合实际操作，使学生掌握LabVIEW 编程技能。

学生特点：学生具备一定的计算机操作基础，对编程有一定了解，但LabVIEW 编程技能尚需培养。

教学要求：结合LabVIEW教材，以实践操作为主，注重培养学生的实际编程能力，将理论知识与实际应用相结合。

在教学过程中，关注学生的个体差异，提供个性化的指导。

通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续相关课程和实际应用打下坚实基础。

二、教学内容本课程教学内容围绕以下几方面展开：1. LabVIEW基本概念与操作环境：介绍LabVIEW的基本组成、操作界面及常用工具，使学生熟悉LabVIEW编程环境。

教材章节：第一章 LabVIEW概述2. 数据类型与控件：讲解LabVIEW中的基本数据类型、控件使用方法，以及数据类型的转换。

教材章节：第二章 数据类型与控件3. 程序框图设计：教授程序框图的基本构成、节点、连线等概念，培养学生设计程序框图的能力。

教材章节：第三章 程序框图设计4. 数据采集与处理：介绍数据采集卡的使用、数据采集与处理的基本方法，以及相关函数和子VI。

基于LabVIEW的虚拟传递函数仪的研究设计基于 LabVIEW 的虚拟传递函数仪的研究设计第一章前言11 研究背景当前社会正是一个信息化的社会要求在有限的时间和空间范围内实现大量的信息交换而传统的电子测试仪器由于在测试功能系统扩展价格通用性方面都有不足之处从而人们开始考虑利用计算机的强大功能实现传统电子测试仪器的部分或全部功能在这种背景下美国国家仪器公司National Instrument在 20 世纪 80 年代最早提出虚拟仪器 Virtual Instrument 的概念同时推出了用于虚拟仪器开发的工程软件包 LabVIEW自20 世纪 90 年代以来在计算机技术的推动下以虚拟仪器为标志的通用化智能化和网络化测量仪器及测试系统得到了迅猛发展新的测试理论测试方法测试领域以及新的仪器结构不断出现在许多方面已经突破了传统仪器的概念电子测量仪器的功能和作用已经发生了质的变化由于微电子技术计算机技术软件技术网络技术的高度发展及其在电子测量技术与仪器上的应用虚拟仪器利用现有的计算机加上特殊设计的仪器硬件和专用软件形成既有普通仪器的基本功能又有一般仪器所没有的特殊功能的高档低价的新型仪器虚拟仪器的出现是仪器发展史上的一场革命代表着仪器发展的最新方向和潮流对科学技术的发展和工业生产的进步将产生不可估量的影响[1] 在控制系统中时域分析法传递函数是经典控制理论的重要组成部分广泛各个行业成为分析线性定常系统的基本方法之一系统特性中包含了系统动态特性的信息它通过分析系统对于不同谐波输入时系统的稳态响应经过一个传递函数来获得系统的动态特性从时域特性中可以方便地得出系统结构和参数的变化对系统性能的影响例如输入波形的频率幅值研究系统的稳定性进而选择系统的参数或对系统进行校正使系统尽可能达到预期的性能指标从输入的特性到输出的响应就表示了系统的特性在控制工程基础或自动控制理论知识学习当中当输入为阶跃函数正弦波三角波脉冲函数加速度等等类型时在一阶系统二阶系统的响应过程中都是经过拉氏变换之后再经过拉氏反变化的这一复杂的过程才能在时域图形中显示出输出函数的性质[2]本文所设计的传递函数仪器是在计算机技术信号处理技术自动控制技术高速发展而传统的观察输出函数则是人工的根据输入信号经过传递函数所计算得出的这已落后了信息时代和工程实际的需要既耗费时间而且得出的信号特1基于 LabVIEW 的虚拟传递函数仪的研究设计性不准确可用于信号的采集分析存储和读取可以广泛应用于工业当中本文的课题背景知识包括信号处理知识工程测试技术控制工程基础知识以及虚拟仪器技术等12 研究意义随着测试技术及大规模集成电路技术的发展传统的电子测试仪器已从模拟技术向数字技术发展从单台仪器向多种功能仪器的组合及系统型发展从完全由硬件实现仪器功能向软硬件结合方向发展从功能组合向以个人计算机为核心构成通用测试平台功能模块及软件包形式的自动测试系统发展同时随着计算机技术的不断提高现代自动测试系统正向仪器的自动化智能化小型化和综合化方向发展虚拟仪器的出现给现代测试技术带来了一场革命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于一身实现了测量仪器的智能化多样化模块化和网络化体现出多功能低成本应用灵活操作方便等优点在很多领域大有取代传统仪器的趋势成为当代仪器发展的一个重要方向并受到各国企业界的高度重视所谓虚拟仪器就是在以通用计算机为核心的硬件平台上利用虚拟仪器软件开发平台在计算机的屏幕上虚拟出仪器的面板以及相应的功能人们通过鼠标或键盘操作虚拟仪器面板上的旋钮开关和按键去选用仪器功能设置各种工作参数启动或停止一台仪器的工作在计算机软件控制下对输入的信号进行采集分析处理测量结果数据波形和仪器工作状态都可从虚拟仪器面板上读出用户在屏幕上通过虚拟仪器面板对仪器的操作如同在真实仪器上的操作一样直观方便灵活[3]作为设计的课题------传递函数仪来说其意义相当重大只需通过前面板改变输入函数的种类特性经过一个一阶二阶甚至高阶的传动系统便可从输出的响应曲线GRAPH 中得到输出函数的特性时域分析或频域分析超调量上升时间等等特性其研究意义相对于传统仪器来说有以下优点1在通用硬件平台确定后由软件取代传统仪器中的硬件来完成仪器的功能2仪器的功能是用户根据需要由软件来定义的而不是事先由生产厂家定义好的3仪器性能的改进和功能的扩展只需进行相关软件的设计更新而不需要购买新的仪器2基于 LabVIEW 的虚拟传递函数仪的研究设计4研制周期较传统仪器大为缩短且成本低廉5虚拟仪器具有开放性和灵活性可与计算机同步发展与网络及其它周边设备互联LabVIEW 作为虚拟仪器开发系统的杰出代表在我国由于引进的时间不长了解和熟悉它的人还不多还远远没有被认识和推广应用13 研究内容在本设计中要用到很多东西先要熟悉开发的环境---- 图形化编程语言LabVIEW 信号的采集和模拟输入信号的连接以及信号的发生器的设计以及分析与处理知识将其输入到传递函数得出输出函数的特性最后图形显示利用 LabVIEW 软件进行仿真分析程序调试本文主要阐述如何在 LabVIEW 环境下开发虚拟传递函数仪器第二章叙述了近年来在仪器测试领域内出现的新型仪器----虚拟仪器的组成功能及特点同时介绍了用于虚拟仪器开发的软件------LabVIEW第三章首先简要介绍了信号处理知识信号的产生与处理然后详细叙述了基于 LabVIEW 虚拟传递函数仪的开发过程仪器的主要功能及特点各软件功能模块的设计与实现包括信号发生器传递函数部分的设计以及最后图形显示并介绍了传递函数仪的实验原理和仪器功能第四章简要介绍测量系统的组成数据采集卡 DAQ 的介绍数据采集卡的基本性能指标数据采集系统的组成以及 LabVIEW 数据采集模块的分类最后说明国内外的现状以及结论与展望3基于 LabVIEW 的虚拟传递函数仪的研究设计第二章虚拟仪器及LabVIEW本章介绍了虚拟仪器的基本概念以及当今在测控领域内的虚拟仪器开发软件LabVIEW虚拟仪器的出现是仪器领域的一个突破和传统仪器相比虚拟仪器的最大特点是能够充分发挥计算机性能打破了以往由厂商定义仪器功能的模式使得用户能够根据自己的需要更改和重新定义仪器的功能LabVIEW则是虚拟仪器开发环境中图形化语言的杰出代表之一它是一种面向对象的模块化编程语言使用面向对象技术使程序的复用性达到最佳LabVIEW 是 Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench 的缩写即实验室虚拟仪器工程平台是美国 NI 公司 National Instrument Company 推出的一种基于 G 语言 Graphics Language 图形化编程语言的虚拟仪器软件开发工具最初它是基于苹果公司的 Macintosh 微机的后来 NI 公司不断推出基于各种操作系统的 LabVIEW 版本1998 年 NI 公司推出了基于 Windows 95Windows NT40 的最新版本LabVIEW 5 0 和它的姊妹软件包 Lab WindowsCVI 50 正是由于LabVIEW 的出现开创了的仪器研究新方法虚拟仪器如下框图 2-1 反映了常见的虚拟仪器方案[3]信虚拟仪号数据器面板被测处采集数据对象理卡处理图 21 虚拟仪器方案21 虚拟仪器的组成虚拟仪器一般由通用仪器硬件平台简称硬件平台和应用软件两大部分组成com 通用仪器硬件平台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虚拟仪器使用的个人计算机中微处理器和总线成为最重要的因素其中微处理器的发展是最迅速的它使虚拟仪器的能力极大地提高80 年代末制造的虚拟频率分析仪完成一个 1 024 点的快速傅立叶变换需要 1 秒种的时间今天4基于 LabVIEW 的虚拟传递函数仪的研究设计的系统可以在 1 毫秒内完成同样的运算速度提高了一千倍这意味着如果以前人们是用虚拟仪器来做快速傅立叶变换观察信号那么今天可以利用它进行高速的实时运算并将之应用于过程控制和其它控制系统中2 I0 接口设备主要完成被测信号的采集放大摸数转换可根据不同情况采用不同的 I0 接口硬件设备如数据采集卡 DAQ GPIB总线仪器VXI 总线仪器模块串口仪器等虚拟仪器构成方式有五种类型1PC-DAQ 2 GPIB 仪器 3 串口仪器 4 VXI 模块 5 PXI 模块无论哪种 VI 系统都是通过应用软件将仪器硬件与通用计算机相结合[4]com 软件软件包括应用软件和 10 驱动软件1应用程序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 I0 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和通信[4]22 虚拟仪器的功能与特点com 虚拟仪器的功能虚拟仪器利用个人计算机强大的图形环境和在线帮助功能建立虚拟仪器面板完成对仪器的控制数据分析与显示代替传统仪器改变传统仪器的使用方式提高仪器的功能和使用效率大幅度降低仪器价格使用户可以根据自己的需要定义仪器的功能虚拟仪器广泛应用于电子测量电力工程物矿勘探医疗振动分析声学分析故障诊断及教学科研等诸多领域虚拟仪器最常见的应用是取代传统的台式仪器随着插入式数据采集板速率的提高和触发技术的改进插入式数据采集板技术使台式仪器获得了新生在虚拟仪器所取代的仪器中最常见的是示波器通过利用虚拟仪器开发软件编制出的虚拟仪器程序用户可以调整数据采集板的动作使软件就象一台示波器一样显示输出波形同时虚拟示波器还可以进行许多分析工作com 虚拟仪器的特点现代化生产要求电子仪器品种多功能强精度高自动化程度高而且要求测试速度快实时性好具有良好的人机界面虚拟仪器正可以实现这些要求5基于 LabVIEW 的虚拟传递函数仪的研究设计与传统仪器相比虚拟仪器具有如下优点1仪器本身的功能可以由用户自己定义可方便与网络外设及仪器连接2 价格低廉积数更新快大大节省技术开发的费用3 界面图形化计算机直接读取数据并分析处理4 模块可构成多种仪器而且输出显示的数据可编辑存储和打印5软件是其关键部分23 虚拟仪器的发展前景虚拟仪器依靠其自身的优势使它在仪器市场的竞争力不断增强许多大型仪器公司均在虚拟仪器市场上占有一席之地1988 年国际上开始有虚拟仪器产品面市当时只有五家制造商推出的 30 种产品此后虚拟仪器产品每年成倍增加到 1994 年底虚拟仪器制造厂已达 95 家共生产 1000 多种虚拟仪器产品销售额达 293 亿美元占整个仪器销售额 73 亿的 4目前我国正处于科学技术和教育事业蓬勃发展的新时期对仪器设备的需求将更加强劲虚拟仪器赖以生存的 PC 计算机近几年正以迅猛的势头席卷全国这为虚拟仪器的发展奠定了基础虚拟仪器作为传统仪器的替代品市场容量巨大据统计1995 年我国进口电子测量仪器 735 万台价值 32 亿美元据专家预测到本世纪初我国将有 50的仪器为虚拟仪器以上统计数字表明虚拟仪器具有广阔的发展前景但同时也应认识到现在我国的科学技术水平还相对落后每年需要花费大量的外汇进口电子仪器产品如何发展我国自己的仪器产业尤其是具有广阔发展前景的虚拟仪器是我们应该迫切解决的问题[1]24 LabVIEW 开发平台介绍LabVIEW 是一个开放式的虚拟仪器开发系统应用软件它为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象搭积木一样轻松组建一个测量系统或数据采集系统并任意构造自己的仪器面板而无需进行任何繁琐的计算机程序代码的编写从而可以大大简化程序的设计LabVIEW 与 Visual CVisual Basic LabWindowsCVI 等编程语言不同后者采用的是基于文本语言的程序代码而 LabVIEW 则是使用图形化程序设计语言 G用方框图代替了传统的程序代码LabVIEW 所运用的设备图标与科学家工程师们习惯的大部分图标基本一致这使得编程过程和思维过程非常相似用 LabVIEW 设计的虚拟仪器6基于 LabVIEW 的虚拟传递函数仪的研究设计可以脱离 LabVIEW 开发环境最终用户看见的是和实际的硬件仪器相似的操作面板LabVIEW 包含有专门用于设计数据采集程序和仪器控制程序的功能库和开发工具库LabVIEW 的程序设计实质上就是设计一个个的虚拟仪器即VIs在计算机显示屏幕上利用功能库和开发工具库产生一个前面板 front panel 在后台则利用图形化编程语言编制用于控制前面板的程序程序的前面板具有与传统仪器类似的界面可接受用户的鼠标指令一般来说每一个 VI 都可以作为其它 VI 的调用对象其功能类似于文本语言的子程序LabVIEW 的核心是VI VI 有一个人机对话的用户界面前面板 front panel和类似于源代码功能的方框图 diagram 前面板接受来自方框图的指令在VI的前面板中控件 controls 模拟了仪器的输入装置并把数据提供给 VI 的方框图而指示器 indicators 则模拟了仪器的输出装置并显示由方框图获得或产生的数据当把一个控件或指示器放置到前面板上时LabVIEW 在方框图中相应地放置了一个端口 terminals 这个从属于控件或指示器的端口不能随意删除只有删除它对应的控件或指示器时它才随之一起被删除用 LabVIEW 编制方框图程序时不必受常规程序设计语法细节的限制首先从功能菜单中选择需要的功能方框将之置于面板上适当的位置然后用导线 wires 连接各功能方框在方框图中的端口用来在功能方框之间传输数据这些方框包括了简单的算术功能高级的采集和分析 VI 以及用来存储图形化程序设计编程简单直观开发效率高随着虚拟仪器技术的不断发展图形化的编程语言必将成为测试和控制领域内最流行的发展趋势[5]7基于 LabVIEW 的虚拟传递函数仪的研究设计第三章基于 LabVIEW 虚拟传递函数仪设计与实现所要开发的虚拟传递函数仪由硬件平台和应用软件两部分组成有关硬件平台的配置和安装将在第五章进行了介绍在此且不复述而实际上虚拟仪器的开发最重要的是应用软件的开发正所谓软件就是仪器因此本章的主要任务就是设计出满足测出输出函数图象的软件完成典型仿真周期信号非周期信号的产生如正弦波阶跃函数三角波函数方波函数等然后根据传递函数的性质得到输出的函数波形存储并分析结果美国国家仪器公司开发的 LabVIEW 图形化实验室虚拟仪器工程平台以其强大的功能为虚拟仪器的开发提供了一个理想的平台LabVIEW 的使用者不需要将注意力放在程序代码上而是要将注意力放在程序的编程思想上应用必要的专业理论知识和测试理论基础建立科学准确的数学模型并将其转化为计算机的过程描述开发应用程序就象是在编写程序流程图一样自然流畅我们只需要将一个个功能模块按照希望的方式用导线连接起来而不需要考虑语法规则就可以编制出功能强大的应用程序这正是图形化编程语言的优势所在确立科学的软件开发方法借助于 LabVIEW 开发平台开发出的虚拟传递函数仪是本章也是本课题的重点内容当然由于 LabVIEW 高度的集成化也会使它在编程中产生一些其它语言所不会出现的问题本章也将加以讨论希望能够对读者有所帮助31 LabVIEW 软件应用介绍首先介绍一下LabVIEW软件的使用com 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这些操作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共有三类为工具Tools模板控制Controls模板和功能Functions模板工具模板Tools Palette工具模板为编程者提供了各种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以在 Windows 菜单下选择 Show Tools Palette 命令以显示该模板当从模板内选择了任一种工具后鼠标箭头就会变成该工具相应的形状当从 Windows 菜单下选择了 Show Help Window 功能后把工具模板内选定的任一种工具光标放在框图程序的子程序Sub VI或图标上就会显示相应的8基于 LabVIEW 的虚拟传递函数仪的研究设计帮助信息如图31工具图标有如下几种操作工具使用该工具来操作前面板的控制和显示使用它向数字或字符串控制中键入值时工具会变成标签工具的形状选择工具用于选择移动或改变对象的大小当它用于改变对象的连框大小时会变成相应形状图 31 工具模板标签工具用于输入标签文本或者创建自由标签当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如果联机帮助的窗口被打开时把该工具放在任一条连线上就会显示相应的数据类型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使用该工具就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可以在框图程序内的数据流线上设置探针程序调试员可以通过控针窗口来观察该数据流线上的数据变化状况颜色提取工具使用该工具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它也显示出对象的前景色和背景色与上述工具模板不同控制和功能模板只显示顶层子模板的图标在这些顶层子模板中包含许多不同的控制或功能子模板通过这些控制或功能子模板可以找到创建程序所需的面板对象和框图对象用鼠标点击顶层子模板图标就可以展开对应的控制或功能子模板只需按下控制或功能子模板左上角的大头针就可以把对这个子模板变成浮动板留在屏幕上控制模板 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 9基于 LabVIEW 的虚拟传递函数仪的研究设计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注只有当打开前面板窗口时才能调用控制模板控制模板如右图 32 所示它包括如图所示的几个子模板数值子模板包含数值的控制和显示布尔值子模块逻辑数值的控制和显示字符串子模板字符串和表格的控制和显示图 32 控制模板列表和环Ring子模板菜单环和列表栏的控制和显示数组和群子模板复合型数据类型的控制和显示图形子模板显示数据结果的趋势图和曲线图其余一些子模板在设计过程中用到之处再一一介绍功能模板 Functions Palette功能模板是创建框图程序的工具该模板上的每一个顶层图标都表示一个子模板若功能模板不出现则可以用Windows菜单下的Show Functions Palette功能打开它也可以在框图程序窗口的空白处点击鼠标右键以弹出功能模板注只有打开了框图程序窗口才能出现功能模板图 33 功能模板 10基于 LabVIEW 的虚拟传递函数仪的研究设计功能模板如上图33所示结构子模板包括程序控制结构命令例如循环控制等以及全局变量和局部变量数值运算子模板包括各种常用的数值运算符如-等以及各种常见的数值运算式如1 运算还包括数制转换三角函数对数复数等运算以及各种数值常数布尔逻辑子模板包括各种逻辑运算符以及布尔常数字符串运算子模板包含各种字符串操作函数数值与字符串之间的转换函数以及字符串常数等数组子模板包括数组运算函数数组转换函数以及常数数组等比较子模板包括各种比较运算函数如大于小于等于仪器控制子模板包括 GPIB 4884882 串行VXI 仪器控制的程序和函数以及VISA的操作功能函数仪器驱动程序库用于装入各种仪器驱动程序数据采集子模板包括数据采集硬件的驱动程序以及信号调理所需的各种功能模块信号处理子模板包括信号发生时域及频域分析功能模块数学模型子模块包括统计曲线拟合公式框节点等功能模块以及数值微分积分等数值计算工具模块应用程序控制子模块包括动态调用VI标准可执行程序的功能函数其它几个子模板是LabVIEW的附加Toolkit安装上去的在LabVIEW完全版中不包括这些子模板例如在本设计中用到的PID软件包[6]11基于 LabVIEW 的虚拟传递函数仪的研究设计com 创建一个VI程序VI程序具有三个要素前面板框图程序和图标连接器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在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图形等这使得前面板直观易懂易于操作框图程序是程序的图形化源代码他由端口节点图框和连线构成其中端口被用来同程序前面板的控制和显示传递数据节点被用来实现函数和功能调用图框被用来实现结构化程序控制命令而连线代表程序执行过程中的数据流定义了框图内的数据流动方向图标连接器是子VI被其他VI调用。

第1章虚拟仪器概述1．测试测量仪器发展至今经过了那些阶段？答：经历了4个阶段，即：第一代模拟式仪器（或指针式仪器）、第二代数字式仪器、第三代智能仪器、第四代虚拟仪器。

2．什么是虚拟仪器，它有哪些特点?答：虚拟仪器是指在以计算机为核心的硬件平台上，其功能由用户设计和定义，具有虚拟仪器面板，其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。

特点：虚拟含义主要有两点：1、仪器面板是虚拟的，通过调用控件选板中的控件实现3．简述虚拟仪器的系统组成？答：虚拟仪器系统由硬件平台和软件平台两大部分完成：硬件平台：计算机、I/O接口设备；软件平台：4．简述虚拟仪器的软件层次结构？答：测试管理层：用户及仪器设备等管理。

应用程序开发层：用户根据仪器功能需求开发设计的虚拟仪器程序。

仪器驱动层：完成对特定仪器的控制和通信的程序集合。

I/O总线驱动层：完成对仪器寄存器进行直接存储数据操作，并为仪器设备与仪器驱动程序提供信息传递的底层软件。

第2章一个简单VI的设计1．输入两个数，求两个数的和差运算，并显示结果。

2．程序运行中，用旋钮控件改变图形曲线的颜色。

建立波形图表的属性节点，改为可写，并指定为曲线Plot的颜色Color属性。

第3章几种常用的程序结构1.创建一个VI产生100个随机数，求其最小值和平均值。

2.创建一个VI，每秒显示一个0到1之间的随机数。

同时，计算并显示产生的最后四个随机数的平均值。

只有产生4个数以后才显示平均值，否则显示0。

每次随机数大于0.5时，使用Beep.vi产生蜂鸣声。

3.求X的立方和（使用For和While循环）。

4.编程求1000内的“完数”。

“完数”指一个数恰好等于它本身的因子之和。

例如28＝14+7+4+2+1。

5.创建一个VI ，实现加、减、乘、除四种运算方式。

6.编写一个程序测试输入以下字符所用的时间：LabVIEW is a graphical programming language.7.使用公式节点创建VI ，完成下面公式计算，并将结果显示在同一个屏幕上。

《LabVIEW编程及虚拟仪器设计》课程说明一、概要课程编号：80220142开设学期：春季对象：全校研究生人数：３0二、课程内容虚拟仪器是当前仪器与测量发展的一个重要方向，它为各学科提供了一个通用的测量及仪器的设计研究环境，同时它也是学生多门理论课程融合、理论与实践结合的一个很好的环节。

LabVIEW是当前用于数据采集、信号处理和虚拟仪器开发的一个标准工具。

本课程将介绍虚拟仪器的概况，LabVIEW语言、数据采集和虚拟仪器设计。

课程２／３的时间用来在教师指导下完成一到两个虚拟仪器或数据采集系统的设计。

学生所完成的设计成果及技术文档是评定成绩的主要依据。

鼓励学生在设计过程中的创造性工作。

该课程的教学在虚拟仪器实验室进行，每个实验组都配备NI公司的数据采集卡、LabVIEW开发环境及必要的外部设备。

学生可以带自选的设计选题参加。

课程面向全校各系学生开设。

选修该课的学生应当有计算机、数据采集、电工电子和信号处理以及各自研究方向有关测试技术的的基本知识。

三、教学大纲第一章虚拟仪器及LabVIEW入门１．１虚拟仪器概述１．２LabVIEW是什么？１．３LabVIEW的运行机制１．４LabVIEW的初步操作１．５图表（Chart）入门第二章程序结构２．１循环结构２．２分支结构：Case２．３顺序结构和公式节点第三章数据类型：数组、簇和波形（Waveform）３．１数组和簇３．２数组的创建及自动索引３．３数组功能函数３．４什么是多态化（Polymorphism）?３．５簇３．６波形（Waveform）类型第四章图形显示４．１概述４．２Graph控件４．３Chart的独有控件４．４XY图形控件（XY Graph）４．５强度图形控件（Intensity Graph）４．６数字波形图控件（Digital Waveform Graph）４．７3D图形显示控件（3D Graph）第五章字符串和文件I/O５．１字符串５．２文件的输入/输出（I/O）５．３数据记录文件（datalog file）第六章数据采集６．１概述６．２模入（Analog Input）６．３模出（Analog Output）６．４采样注意事项６．５附：PCI-MIO-16E-4数据采集卡简介第七章信号分析与处理７．１概述７．２信号的产生７．３标准频率７．４数字信号处理第八章LabVIEW程序设计技巧８．１局部变量８．２全局变量８．３属性节点８．４程序流控制８．５触发与同步第九章数字IO和计数器９．１基本知识９．２数字I/O简介９．３计数器第十章测量专题四、上课及实验地点：西主楼１－３０１五、实验室环境共１７组，每组提供：计算机一台，其中配有NI公司MIO-16E-4采集卡一块，LabVIEW等语言。

虚拟仪器相关课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解虚拟仪器的概念、原理及其在工程测试中的应用。

2. 掌握虚拟仪器软件LabVIEW的基本操作、编程方法及数据采集、处理与分析技巧。

3. 了解虚拟仪器在不同领域的实际应用案例，拓展知识视野。

技能目标：1. 培养学生运用LabVIEW软件设计简单的虚拟仪器系统，进行数据采集与处理的能力。

2. 能够独立完成虚拟仪器的搭建、调试与优化，提高实际操作技能。

3. 学会查阅相关资料，对虚拟仪器系统进行改进与创新，培养解决问题的能力。

情感态度价值观目标：1. 激发学生对虚拟仪器技术的学习兴趣，培养主动探索、勇于实践的精神。

2. 培养学生的团队合作意识，学会与他人共同解决问题，提高沟通能力。

3. 通过课程学习，使学生认识到虚拟仪器在现代工程技术中的重要性，树立正确的价值观。

课程性质：本课程为专业选修课，以实践为主，理论联系实际，注重培养学生的动手能力和创新能力。

学生特点：学生具备一定的电子技术、计算机编程基础，对新技术具有较强的好奇心，喜欢实践操作。

教学要求：结合学生特点，采用任务驱动、案例教学等方法，引导学生主动参与实践，提高综合运用知识的能力。

在教学过程中，注重分层教学，满足不同层次学生的学习需求。

通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，为未来从事相关领域工作打下基础。

二、教学内容1. 虚拟仪器概述：介绍虚拟仪器的定义、发展历程、分类及其在现代工程测试中的应用。

教材章节：第一章 虚拟仪器概述2. LabVIEW软件基础：学习LabVIEW软件的安装、界面、操作方法、编程基本概念和流程。

教材章节：第二章 LabVIEW编程基础3. 数据采集与处理：学习虚拟仪器的数据采集原理、硬件接口、数据采集卡的使用及数据处理方法。

教材章节：第三章 数据采集与处理4. 虚拟仪器设计实例：分析不同领域的虚拟仪器应用案例，学习虚拟仪器的搭建、调试与优化。

教材章节：第四章 虚拟仪器设计实例5. 创新设计与实践：结合所学知识，指导学生进行虚拟仪器创新设计，提高实际操作和创新能力。

虚拟仪器实验指导书3虚拟仪器是现代⾃动化控制与测量重要的技术之⼀，被越来越多的学习与应⽤，虚拟仪器测量在科研设计平台及⽣产⼀线中也较为普遍，因此把虚拟检测技术综合实验作为⾃动化⼯程系学⽣所必须掌握的⼀项课程。

检测是⼀个复杂的系统，学⽣们需要检测技术的综合知识和相关实验技能，通过本实验的学习和实践，可以使学⽣在检测⽅⾯的技能得到提⾼，具备虚拟仪器检测的应⽤能⼒。

加深理论的理解，提⾼动⼿的能⼒。

实验周期内完成的基本任务包括：基LabVIEW 软件安装与基本操作，虚拟信号发⽣器，LabVIEW 软件程序实现，数据采集虚拟仪器设计，教学实验虚拟仪器设计等试验。

车辆现代检测技术综合实验主要包括以下⼏个⽅⾯的内容：⼀、课前预习及实验准备实验前，⼀定要提前预习各种应具备的基础知识，以便顺利进⾏实验。

⼆、理论讲解，观摩实验通过教师地讲解与演⽰，学⽣能够了解实验的原理与步骤。

三、进⾏实验能够按照步骤进⾏检测并得出数据。

1．LabVIEW 软件安装与基本操作。

了解LabVIEW 软件安装与基本操作；掌握LabVIEW安装⽅法；熟悉LabVIEW软件的基本操作。

2．虚拟信号发⽣器设计实验。

熟悉labview及ELEVIS；掌握使⽤数字万⽤表、阻抗分析仪、函数发⽣器、⽰波器及波特图分析仪的⽅法。

3．LabVIEW 软件程序实现实验。

熟悉LabVIEW的程序结构；应⽤程序结构设计实现对温度的检测和简单控制。

4．数据采集虚拟仪器设计实验——⽤数据采集卡实现多路数据（温度、压⼒/差压、流量、电压、频率等）采集，具有数据存储、显⽰、报警等功能。

了解多路数据采集的⼏种⽅法；掌握数据存储的⽅法。

5．教学实验虚拟仪器设计实验。

利⽤模拟信号发⽣器，设计⼀个数据的分析处理程序，包括滤波、幅值及频率测量等功能。

，训练学⽣⼯程研究创新的能⼒。

通过实验，理解这些设备的功能与检测⼯作原理。

四、完成实验报告虚拟仪器综合实验报告包括以下基本内容和要求：1.实验名称2.专业名称，班级代码、学号，实验者姓名，实验⽇期，同实验者3.实验⽬的4.实验设备5. 实验步骤可以截图，说明实验步骤。

提纲第一章虚拟仪器及LabVIEW入门１．１虚拟仪器概述１．２LabVIEW是什么？１．３LabVIEW的运行机制１．３．１LabVIEW应用程序的构成１．３．２LabVIEW的操作模板１．４LabVIEW的初步操作１．４．１创建VI和调用子VI１．４．２程序调试技术１．４．３子VI的建立１．５图表（Chart）入门第二章程序结构２．１循环结构２．１．１While 循环２．１．２移位寄存器２．１．３For循环２．２分支结构：Case２．３顺序结构和公式节点２．３．１顺序结构２．３．２公式节点第三章数据类型：数组、簇和波形（Waveform）３．１数组和簇３．２数组的创建及自动索引３．２．１创建数组３．２．２数组控制对象、常数对象和显示对象３．２．３自动索引３．３数组功能函数３．４什么是多态化（Polymorphism）?３．５簇３．５．１创建簇控制和显示３．５．２使用簇与子VI传递数据３．５．３用名称捆绑与分解簇３．５．４数组和簇的互换３．６波形（Waveform）类型第四章图形显示４．１概述４．２Graph控件４．３Chart的独有控件４．４XY图形控件（XY Graph）４．５强度图形控件（Intensity Graph）４．６数字波形图控件（Digital Waveform Graph）４．７3D图形显示控件（3D Graph）第五章字符串和文件I/O５．１字符串５．２文件的输入/输出（I/O）５．２．１文件 I/O 功能函数５．２．２将数据写入电子表格文件５．３数据记录文件（datalog file）第六章数据采集６．１概述６．１．１采样定理与抗混叠滤波器６．１．２数据采集系统的构成６．１．３模入信号类型与连接方式６．１．４信号调理６．１．５数据采集问题的复杂程度评估６．２缓冲与触发６．２．１缓冲（Buffers）６．２．２触发（Triggering）６．３模拟I/O（Analog I/O）６．３．１基本概念６．３．２简单 Analog I/O６．３．３中级Analog I/O６．４数字I/O（Digital I/O）６．５采样注意事项６．５．１采样频率的选择６．５．２６．５．３多任务环境６．６附：PCI-MIO-16E-4数据采集卡简介第七章信号分析与处理７．１概述７．２信号的产生７．３标准频率７．４数字信号处理７．４．１FFT变换７．４．２窗函数７．４．３频谱分析７．４．４数字滤波７．４．５曲线拟合第八章LabVIEW程序设计技巧８．１局部变量和全局变量８．２属性节点８．３VI选项设置第九章测量专题９．１概述９．１．１模入信号类型与连接方式９．１．２信号调理９．２电压测量９．３频率测量９．４相位测量９．５功率测量９．６阻抗测量９．７示波器９．８波形记录与回放９．９元件伏安特性的自动测试９．１０扫频仪９．１１函数发生器９．１２实验数据处理９．１３频域分析９．１４时域分析第十章网络与通讯第十一章仪器控制仿真实验一基于Labview的电压测量仿真实验一、实验目的1、了解电压测量原理；2、通过该仿真实验熟悉虚拟仪器技术——LABVIEW的简单编程方法；3、通过本次实验了解交流电压测量的各种基本概念。