1、1第四章 LabVIEW 编程基础4.1 LabVIEW 简介1. LabVIEW 的发展状况及特点LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种图形化的编程语言和开发环境。自 NI 公司于 1986 年正式推出 LabVIEW1.0 以来，经过 20 多年的不断改进和完善，现已发展至 LabVIEW 2010 版本，我们做实验时就用这个版本。目前，LabVIEW 在测控领域的影响越来越大，逐步奠定了 NI 在虚拟仪器方面的领导地位。目前，该软件已广泛应用于航空、航天、通信、电力、汽车、电子半导体、生物医学等众多领
2、域。LabVIEW 把复杂、繁琐、费时的语言编程简化成“用图标提示的方法选择功能块，用线条将各种功能连接起来”的编程方式。用户利用 LabVIEW 编程就好像在“绘制”程序流程图。正由于 LabVIEW 面向的是广大普通工程师而不是编程专家，因而其已经成为目前应用最广、发展最快、功能最强、最流行的虚拟仪器开发平台。概括起来，LabVIEW 编程语言具有以下特点：实现了仪器控制与数据采集的完全图形化编程，设计者无需编写任何文本形式的代码。提供了大量面向测控领域应用的库函数，如面向数据采集的 DAQ 库函数；面向分析的高级分析库；面向显示的大量仪器面板等。提供了大量与外部代码或应用软件进行连接的机
3、制，如动态链接库（DLL） 、动态数据交换（DDE ） 、各种 ActiveX 等。具有强大的网络连接功能，支持常用网络协议，便于用户开发各种网络测控、远程虚拟仪器系统。LabVIEW 应用程序具有可移植性，适用于多种操作系统。能生成可执行文件，脱离 LabVIEW 开发环境运行。2.启动 LabVIEW图 4-1 LabVIEW 窗口2从 National Instruments LabVIEW “启动 LabVIEW”按钮 “启动”对话框从开始菜单运行 National Instruments LabVIEW,在计算机屏幕上将出现如图 4-1 所示的LabVIEW 窗口。点击“启动 Lab
4、VIEW”按钮，将进入如图 4-2 所示的“启动”对话框。从启动对话框可以看出，我们使用的是 LabVIEW2009 版本。图 4-2 启动对话框本对话框用于启动需要进行的内容。在“新建”选项栏中， “VI”选项用于建立一个新程序；“项目”选项用于集合 LabVIEW 文件和非 LabVIEW 文件、创建程序生成规范，以及在终端部署或下载文件；“基于模板的 VI”选项中，按类型列出了 LabVIEW 系统提供的程序模板，用户可以以这些模板为基础建立自己的程序；“更多”选项中除了包含以上文档类型外，还列出了其它文档类型。在“打开”选项栏中，可以打开最近编辑过的各种 LabVIEW 文件。单击“浏
5、览”按钮，将弹出标准的 Windows 打开文件对话框，可以打开计算机上所有的 LabVIEW 文件。右侧的选项栏共有四项内容：“ 最新消息” 、 “在线支持” 、 “帮助”及“范例” 。主要用于对 LabVIEW 软件使用中的技术帮助。在图 4-2 左上角有四个下拉菜单： “文件”菜单用于新建或打开各种 LabVIEW 文件；“操作”菜单用于连接远程前面板，以及调试应用程序或共享库；“工具”菜单用来对LabVIEW 进行各种配置；“帮助”菜单用来打开各种 LabVIEW 帮助窗口。3. LabVIEW 程序的基本构成LabVIEW 是虚拟仪器的开发工具，在 LabVIEW 中开发的应用程序都
6、被称为 VI（虚拟仪器） ，其扩展名均默认为 vi。所有的 VI 都包括前面板、框图、图标和连接器窗格三部分。前面板和框图前面板前面板窗口见图 4-3 所示，它是图形用户界面，在该界面上可以创建交互式的输入控件和输出显示控件。输入控件如开关、旋钮、按钮等；输出显示控件如波形图、波形图表、3指示灯等。框图框图窗口见图 4-4 所示，框图是 VI 程序的图形化源代码，相当于标准电子仪器的功能部件。在框图中对 VI 编程的主要工作，就是从前面板上的输入控件获得输入信号，然后进行计算和处理，最后在输出控件中把处理结果显示出来。框图上的编程元素，有连线端子、函数、子 VI、常量、结构和连线等。图 4-3
7、 LabVIEW 前面板图 4-4 程序框图4前面板、框图与各种 LabVIEW 对象的关系下面举例说明前面板、框图与各种 LabVIEW 对象的关系。在“新建”选项栏中选择“VI”选项，出现前面板窗口和框图窗口。在前面板上创建信号波形输出控件，见图 4-5(a)所示；这个控件同时在框图上形成一个连线端子,见图(b)。在框图上调用“正弦函数” ，并用连线将正弦函数与信号波形输出控件的连线端子相连接。这时正弦信号的发生、显示程序就编辑完成(图(b)。单击工具条左侧的白色箭头，程序运行，可以看到信号波形控件中显示出正弦信号波形。（a）前面板5(b) 程序框图图 4-5 前面板、框图与 LabVIE
8、W 对象的关系举例在图 4-5 的程序中，前面板的控件用于显示信号波形；框图中的正弦函数用于发生正弦信号；显示控件的连线端子，用于接收信号。实际上，显示控件与它对应的连线端子是同一对象在前面板和框图中的不同形式。框图中的连线，用于传递数据。图标和连接器图标和连接器也是 VI 的重要组成部分。VI 具有层次化和结构化的特征，一个程序可以作为另一个 VI 的子程序被调用。一个 VI 作为子 VI 后，在主程序框图中往往以功能块的形式出现，并通过代表这个功能块的图标对其进行标识。所以说，图标是子 VI 在程序框图中的图形化表示。如图 4-6(a)是一个 的运算程序，图(b)是将这个程序作为一个功能块
9、来使用，为了标识这个功能块，把其编辑成一个图标形式。这个功能块就是一个子VI,它可以像图 4-5 中的正弦函数一样，作为一个整体，以图标的形式被调用。(a) 程序(b) 把图(a)的 VI 编辑成子 VI图 4-6 图标和连接器概念的讲解示意图标识子 VI 的图标，并非常规意义上的图标，子 VI 图标可以实现它所表示的程序的功能，如图(b)的子程序图标仍然可以实现图(a)程序的功能。既然如此，那么子程序与主程序之间必然要设置参数接口；连接器就是定义子 VI 与主 VI 之间的参数接口。4. LabVIEW 的选板LabVIEW 提供了三种选板：工具选板、控件选板和函数选板。工具选板6图 4-7
10、 工具选板LabVIEW 的工具选板如图 4-7 所示。工具选板提供了用于创建、修改和调试 VI 程序的各种工具。如果该选板不可见，则在“查看”菜单下选择“工具选板”选项，可以显示该选板。工具选板顶端的绿色长方形，为“自动选择工具” ，使用自动选择工具可以提高编程的速度。当从工具选板中选择了任一种工具后，鼠标箭头就会变成与该工具对应的形状。当鼠标在工具选板的图标上停留 2 秒后，会弹出提示框以说明该工具的用途。控件选板控件选板如图 4-8 所示。只有打开前面板时，才能显示控件选板。如果选板不可见，可以选择“（前面板的）查看”“控件选板”菜单项，以使其显示出来；也可以在前面板上单击鼠标右键，弹出
11、临时控件选板。控件选板用来给前面板添加各种输入控件和输出控件。图 4-8 控件选板函数选板7图 4-9 函数选板函数选板如图 4-9 所示。只有打开框图窗口，才能显示函数选板。若函数选板不可见，则可以用“（程序框图的）查看”“函数选板”来打开它；也可以在框图窗口下单击鼠标右键，以弹出临时函数选板。函数选板里有创建程序框图需要的对象，该选板上的每一个顶层图标都表示一个子选板。5. LabVIEW 的基本数据类型表 4-1 数值数据类型框图端子 数值数据类型 存储位数 数值范围单精度浮点数 32 1.40e-45 3.40e+38；-1.40e-45 -3.40e+38双精度浮点数 64 4.94
12、e-3241.79e+308；-4.94e-324-1.79e+308扩展精度浮点数 128 6.48e-4961.19e+493；-6.48e-496-1.19e+493单精度浮点复数 64 实部和虚部分别与单精度浮点数相同双精度浮点复数 128 实部和虚部分别与双精度浮点数相同扩展精度浮点复数 256 实部和虚部分别与扩展精度浮点数相同带符号字节整数 8 -128 127带符号字整数 16 -32768 32767带符号长整数 32 -2147483648 2147483647带符号长整数 64 -9.223372e+18 9.223372e+18无符号字节整数 8 0 255无符号字整数
13、 16 0 65535无符号长整数 32 0 4294967295无符号长整数 64 0 1.8446744e+19和许多高级编程语言一样，LabVIEW 中有一些基本数据类型，这些基本数据类型是使8用 LabVIEW 编写程序的基础，也是构成复合数据类型的基础。数值数据图 4-10 数值输入控件快捷菜单的“表示法”子菜单数值数据的类型数值数据类型可以分为浮点数、整数和复数三种基本形式，从这三种基本形式可以衍生出更多的具体数据类型。表 4-1 给出了 LabVIEW 提供的所有数值数据类型；表中第一列为数值数据类型的输入控件在框图上的端子图标，第二列为数值数据类型名称，第三列为数值数据类型在存
14、储器中占用的位数，第四列给出了相应类型所能表示的数据范围。数值类型控件的数据类型转换一般情况下，前面板上数值类型的输入控件或显示控件可以被指定为任意数值数据类型。例如，把“控件选板”“数值”子选板上的“数值输入控件”添加到前面板上时，其数据类型为双精度浮点数。在这个数值输入控件或其对应的框图端子上弹出快捷菜单， “表示法”子菜单的选项如图 4-10 所示。DBL 选项方框边缘的粗线框表示数值输入控件的当前数据类型是双精度浮点数。在“表示法”子菜单上进行选择可以改变数值输入控件的数值数据类型。数值数据类型的 LabVIEW 对象图 4-11 数值显示控件的三种形式数值数据类型的 LabVIEW
15、对象有两种：一种是前面板上的数值输入控件和数值显示控件；另一种是框图上的数值常量。数值类型控件9图 4-12 数值输入控件的快捷菜单(a) (b)图 4-13 控件端子的两种显示形式数值类型控件的完整列表在“控件选板”“数值”子选板上。不同外观的数值控件在编程上没有任何实质的区别，设置众多外观不同的数值控件仅仅是为了增强虚拟仪器面板的视觉效果。例如图 4-11 给出了从“控件选板”“数值 ”子选板上添加的三种不同的数值显示控件：“数值” 、 “量表”及“温度计” 。它们的用途可能有所区别，温度计只用于温度数据的显示，而“量表”可用于多种物理量的显示；但是，它们在框图上的编程没有任何区别。在数值
16、输入控件上弹出的快捷菜单如图 4-12 所示，我们可以根据需要选择选项。在输入控件和显示控件的框图端子上打开快捷菜单， “显示为图标”菜单项默认为当前面板添加控件时在框图上生成的方形端子图标，如图 4-13(a)所示；取消该菜单项的选中状态，端子图标变为图(b) 形式。数值常量数值常量在“函数选板”上的位置是“函数选板”“编程”“数值”“数值常量” 。添加到框图上的数值常量默认为带符号长整数类型（123） ，在快捷菜单的“表示法”子菜单内进行适当选择，可以把数值常量设置为其他数值数据类型。可以为数值常量手工输入任意数值，作为数据源出现在框图上，在程序运行过程中该数值不能改变。此外，在“函数选板
17、”“编程”“数值”“数学与科学”子选板上有其他数值类型常量可供选用，例如 等。e、10一些运算操作图标，如加、减、乘、除等，位于“函数选板” “编程”“数值”子选板上。在“函数选板”“数学”子选板上，给出了各种数学运算图标，如三角函数、对数函数等。布尔数据布尔数据类型和布尔数据的 LabVIEW 对象布尔数据类型只有“真”和“假”两种取值。布尔数据的 LabVIEW 对象有布尔类型控件和布尔类型常量。布尔类型控件在“控件选板”“新式”“布尔”子选板上。布尔输入控件和显示控件的快捷菜单内容与数值输入控件的基本相同，故这里不再介绍。布尔类型常量 “真常量”和“假常量”都在“函数选板”“编程”“布尔
18、”子选板上。使用操作工具单击布尔常量，可以把布尔常量值取反。图 4-14 布尔输入控件的机械动作布尔输入控件的机械动作，布尔输入控件的一个重要属性是机械动作，正确配置布尔输入控件的这一属性，将有助于更精确地模拟电子仪器上的开关器件。在布尔输入控件的快捷菜单里， “机械动作”子菜单中给出了所有可能的机械动作选项，如图 4-14 所示；但对于布尔显示控件，该菜单项被禁用。在图 4-14 中，出现在“单击时转换”选项方框边缘的粗线框表示该选项为布尔输入控件当前使用的机械动作。表 4-2 给出了布尔输入控件的六种机械动作的说明。在布尔输入控件的属性对话框的“操作”选项卡里，也可以设置机械动作，而且还有
19、详尽的说明和动作效果预览。布尔数据的运算对布尔数据可以进行的运算操作，位于“函数选板”“编程”“布尔”子选板上。典型的布尔数据运算包括：与、或、非和异或等。 “函数选板”“编程”“比较”子选板上的各种比较运算，一般也返回布尔值。数值和布尔数据类型的特征颜色及连线样式在程序框图上，各种数据类型都有自己的特征颜色，该特征颜色表现在输入控件和输出控件的框图端子以及数据线上。表 4-3 给出了常见数据类型的连线样式和特征颜色。以上介绍了 LabVIEW 的两种数据类型：数值数据类型和布尔数据类型，另外还有数组和簇类等数据类型。数组和簇都是复合数据类型，等有了一定的编程基础后再做介绍。表 4-2 布尔输入控件的六种机械动作
