毕业设计（论文）基于labview的双通道数字示波器设计.doc

摘 要虚拟仪器是现代计算机软硬件技术飞速发展的产物，它正逐步取代传统的电子仪器，是现代电工电子测量仪器的发展方向。虚拟仪器主要由数据采集、数据分析处理、数据输出与显示三部分模块组成。 本文是以美国NI公司的虚拟仪器开发环境labview设计的虚拟示波器，介绍虚拟示波器的实现过程。该仪器是用基于图形化编程语言labview而编写的, 本虚拟示波器涉及主要功能包括：双通道信号输入、触发控制、通道控制、时基控制、波形显示、参数自测量等。本虚拟示波器的数据采集的功能与普通示波器一样；波形显示模式：通道 A或B 、A+B及A-B等。经测试，本虚拟示波器可实现数据采集，并可对采集信号进行运算。关键词: 虚拟仪器； 示波器； labview； 波形显示； 双通道信号输入AbstractThe hypothesized instrument is the modern computer software and hardware technology rapid development product, it is substituting for traditional gradually the electronic instrumentation, is the modern electrician electronic surveying instrument development direction. The hypothesized instrument mainly by the data acquisition, data analysis processing, the data output and demonstrated three parts of modules compose. This article using American NI Corporation's hypothesized instrument development environment LabVIEW, the introduction hypothesized oscilloscope realization process. This instrument is with, this hypothesized oscilloscope which compiles based on presente in figures and diagrams programming language LabVIEW8i involves the main function to include: Double channel signal input, triggering control, channel control, time base control, profile demonstration, parameter from survey and so on. This hypothesized oscilloscope data acquisition function and the ordinary oscilloscope are same; Profile demonstration pattern: Channel A or B, A+B and A-B and so on. Been tested. This virtual oscilloscope Can be achieved Data acquisition，And can be Computing for Signal acquisitionKey word: Virtual instrument；Oscilloscope； LabVIEW；Waveform display；Dual-channel signal input目 录第一章 虚拟仪器基本介绍11.1 虚拟仪器介绍11.1.1 虚拟仪器的基本概述.31.1.2 虚拟仪器的构成.31.1.3 虚拟仪器的优点.41.2 虚拟仪器的发展现状和方向41.2.1 虚拟仪器的现状.41.2.2 虚拟仪器的发展及特点.51.2.3 虚拟仪器的展望.6第二章 虚拟示波器的介绍82.1 什么是虚拟示波器.82.2 虚拟示波器的软件和硬件介绍82.3 软件开发平台102.3.1 labview的操作模板112.3.2 创建一个VI122.3.3 程序的调试技术132.3.4 虚拟仪器的基本设计步骤152.4 数据采集卡162.4.1 数据采集卡主要组成172.4.2 数据采集卡参数设置18第三章 双通道虚拟示波器的设计193.1 设计目标及要求193.1.1 主要功能模块193.1.2 主要控制模块203.2 虚拟示波器的设计步骤203.2.1 数据采集模块213.2.2 波形显示模块223.2.3 参数测量模块233.2.4 频谱分析模块243.2.5 数据写盘模块253.2.6 数据读盘模块263.2.7 波形打印模块273.2.8 自动手动切换模块283.2.9 自动扫描模块283.2.10 主要控制结构293.3 前面板与程序框图30总 结32参考文献34致 谢35第一章 虚拟仪器基本介绍1.1虚拟仪器介绍由于电子技术、计算机技术的高速发展及其在电子测量技术和仪器领域中的应用，新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新的仪器结构不断出现。电子测量仪器的功能和作用已经发生质的变化。在先进的测控系统中，不仅希望设备能够单独进行测试，还希望他们之间能够互相通信，构成测试系统，甚至是测试网络系统，实现信息共享，以便对众多的被测信号进行对比、综合和自动分析、从而得出准确的判断。这是电子行业本身给测试设备提出的要求，传统的测试仪器在此方面受到很大的限制。由于上述原因，并且随着电子技术和计算机技术的快速发展以及价格不断下降，改变了传统的电子技术设计观念，使原来部由硬件完成的功能，现在能由软件实现。例如仪器面板和数字滤波等，实现硬件软件化。而不少硬件难以实现的功能，例如复杂的信号分析，数据统计和三维图像显示等，在计算机中则较容易实现。在市场的需求和相关技术支持下，促使了基于个人计算机的测控仪器虚拟仪器的发展。虚拟仪器利用计算机强大的处理能力，使得它成为了一种很好的工具，其应用范围也越来越广泛。与传统仪器相比，虚拟仪器在智能化程度、处理能力和可操作性等方面均具有明显的技术优势。 虚拟仪器技术是测试技术和计算机技术相结合的产物，是以计算机为基础，配以相应测试功能的硬件作为信号输入输出的接口，利用虚拟仪器软件开发平台（如LabVIEW、LabWindows/CVI）在计算机的屏幕上虚拟出仪器的面板并实现相应的功能，使得使用者在操作计算机时就像在操作一台自己设计得测试仪器。虚拟仪器的出现，打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变的工作模式，使得用户可以根据自己的需求，设计自己的仪器系统，给用户提供了一个充分发挥自己才能和想象力的空间，实质上代表了一种创新的仪器设计思想。与传统仪器相比，虚拟仪器具有性价比高、开放性好、智能化程度高、界面友好、使用方便、模块化和网络化的优点，在很多领域大有取代传统仪器的趋势。虚拟仪器包括硬件和软件两个基本要素，硬件功能是获取被测的物理信号，提供信号传输的通道；软件则是实现数据采集、分析、处理、显示等功能，并将其集成为仪器操作与运行的一体化环境。总体而言，虚拟仪器硬件以VXI、PXI等先进的计算机接口总线发展为标志，而软件技术则是以VISA、SCPI、IVA等标准和LabVIEW、LabWindows/CVI等先进开发平台为核心，构成一个完整的虚拟仪器技术体系。1示波器是在科学研究和工程设计中广泛应用的一种通用仪器。目前研制一种结构简单、操作方便、生产技术要求不高、费用低的数字示波器是非常必要的。本文介绍了一种新型的示波器：虚拟数字存储示波器。虚拟数字存储示波器是虚拟仪器技术的一种具体应用。该虚拟仪器基于计算机平台，将虚拟仪器硬件和软件紧密结合，实现比传统仪器更强大的功能。虚拟数字存储示波器系统由数据采集、数据分析和结果输出显示三个主要功能部分组成。其中，数据分析和结果输出显示完全由计算机软件系统来完成，只有数据采集是在软件的控制下由硬件来完成。本文主要完成对软件系统的设计。本文设计的虚拟数字存储示波器的系统工作原理是，对模拟信号进行数据采集后，根据使用者的不同要求由软件对数据进行相应的分析、处理，并在屏幕上显示处理结果。本设计采用模块化的软件设计思想编写，每个功能的实现由一个模块完成。我们所设计的虚拟数字存储示波器主要由数据采集、参数测量、频谱分析、滤波和波形存储和读取模块组成。将这些子模块在虚拟仪器的框图程序中按照一定的逻辑关系组合起来，就形成了完整的虚拟数字存储示波器。它具有传统仪器所没有的许多优点，如波形可以存储为数据文件，可以长久保存并随时调用，波形显示可以进行单、双通道的切换、成本低廉，可以根据需要进行功能拓展。本设计所采用的软件是美国NI公司推出的LabVIEW。LabVIEW是一种基于图形化编程语言的开发环境，具有十分强大的数据库。它为虚拟仪器设计者提供了一个便捷、轻松的设计环境。是目前应用最广泛的虚拟仪器开发平台软件之一。本文利用LabVIEW2011图形编程语言，借助计算机强大功能，设计了一种方便、实用的虚拟示波器，并在实际运用中取得较好的效果。它的主要性能指标是双通道波形显示，波形可存储读取，具有谱分析和滤波功能以及电压、时间、频率等参数的测量。在传统仪器的基础上扩展了部分功能。充分发挥了计算机强大的功能和软件设计的灵活性。2电子测量仪器发展至今，大体可以分为四代：即模拟仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器。虚拟仪器(Virtual Instrument，简称VI)是现代仪器技术和计算机技术深层次结合的产物，是当今计算机辅助测试(ComputerAided Test，CAT)的重要技术。1.1.1 虚拟仪器的基本概述虚拟仪器就是在通用仪器硬件平台上定义和设计仪器的功能,用户在操作虚拟仪器的同时就是在使用一台专门的电子仪器。首先,虚拟仪器使用软件实现。软件就是仪器,一个机房就可以是一个多功能实验室;其次,虚拟仪器人机界面好,内容丰富,借助虚拟仪器的功能,可以直观生动地展示其物理实质,减轻实验人员的教学负担,加深学生的理解;再次,使用虚拟仪器,可以提高实验效率,降低教学成本。在教学中,调试和校准往往比较费时,而虚拟仪器恰好可以避免这一点,参数输入简便,结果显示明确,且仪器不会有任何损坏。实际设备的更新只是软件的更新而已;最后,利用网络教学,可以实现教学手段现代化。借助虚拟仪器技术,可以把仪器技术与计算机技术相结合,可以充分利用计算机资源。在实验过程中,通过声、光、动画等手段的结合,教学将会更加生动形象,实验结果将会更加精确。将来进入网络教学时代,虚拟仪器将更加显示出其优越性。1.1.2 虚拟仪器的构成虚拟仪器从构成要素上讲，由计算机、应用软件和仪器硬件等构成；从构成方式上讲，则由以DAQ板和信号调理为仪器硬件而组成的PCDAQ测试系统，或以GPIB，VXI、Sedal和Field bus等标准总线仪器为硬件组成的GPIB系统、串口系统和现场总线系统等多种形式。无论哪种vI系统，都是将仪器硬件搭载到笔记本电脑、台式微机或工作站等各种计算机平台加上应用软件而构成的。虚拟仪器的构成方式如图1.1所示：测控对象信号调理GPIB接口仪器串行口仪器/PLCVXI仪器现场总线数据采集卡GPIB接口卡LabVIEW 图1.1 虚拟仪器结构示意图1.1.3 虚拟仪器的优点与传统仪器相比虚拟仪器主要有以下优点：(1)传统仪器的面板只有一个，其上布置着种类繁多的显示与操作元件，易于导致许多识别与操作错误。虚拟仪器与之不同，它可以通过在几个分面板上的操作来实现比较复杂的功能。这样，在每个分面板上就可以实现功能操作的单纯化与面板布置的简捷化，从而提高操作的正确性与便捷性。同时，虚拟仪器面板上的显示元件和操作元件的种类与形式不受“标准件”和“加工工艺”的限制，它们是由编程来实现的，设计者可以根据用户的认知要求和操作要求，设计仪器面板。(2)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。(3)仪器的功能是用户根据需要由软件来定义的，而不是事先由厂家定义好的。(4)仪器性能的改进和功能扩展只需要更新相关软件设计而不需要购买新的仪器。(5)研制周期较传统仪器大为缩短。(6)虚拟仪器开放、灵活，可与计算机同步发展，与网络及其他周边设备互联。31.2 虚拟仪器的发展现状和方向1.2.1 虚拟仪器的现状虚拟仪器的概念，是美国国家仪器公司(National Instruments Corp，简称NI)于1986年提出的。80年代以来，NI公司研制和推出了许多总线系统的虚拟式仪器，成为这类新型仪器世界第一生产大户。此后，美国的惠普(HP)公司，Tektronix公司，Racal公司等也相继推出了许多此类仪器，并在短短的lO余年便占有了世界仪器市场的10左右。虚拟仪器技术目前在国外发展很快，以NI公司为代表的一批厂商已经在市场上推出了基于虚拟仪器技术而设计的商品化仪器产品。在美国，虚拟仪器系统及其图形编程语言，已作为各大学理工科学生的一门必修课程。美国的斯坦福大学的机械工程系要求三、四年级的学生在实验时应用虚拟仪器进行数据采集和实验控制。据“世界仪表及自动化”杂志预测，2l世纪初叶，世界虚拟仪器的生产厂家将超过千家，其品种将达到数千种，市场占有率将达到50左右。虚拟仪器将成为本世纪仪器发展的方向，而且有逐步取代传统硬件化电子仪器的趋势。近年来，世界各国的虚拟仪器公司开发了不少虚拟仪器开发平台软件，以便使用者利用这些仪器公司提供的开发平台软件组建自己的虚拟仪器或测试系统，并编制测试软件。最早和最具影响的开发软件，是NI公司的LabVIEW软件和LabWindowsCVI开发软件。LabVIEW采用图形化编程方案，是非常实用的开发软件。LabWindowsCVI是为熟悉c语言的开发人员准备的、在Windows环境下的标准ANSIC开发环境。除了上述的优秀开发软件之外，美国HP公司的HPVEE和HPTIG平台软件，美国Tektronis公司的Ez-Test和Tek-TNS软件，以及美国HEM Data公司的Snap-Marter平台软件，也是国际上公认的优秀虚拟仪器开发平台软件。 专家预测：未来的几年内，国内将有大批企业使用虚拟仪器系统对生产设备的运行状况进行实时监测。随着微型计算机的发展，虚拟仪器将会逐步取代传统的测试仪器而成为测试仪器的主流。1.2.2 虚拟仪器的发展及特点电子测量仪器发展至尽，大体可分为四代：模拟仪器、分立元件式仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟化仪器。 仪器的发展过程： 第一代模拟仪器。这类仪器在某些实验室仍能看到，是以电磁感应基本定律为基础的指针式仪器，如指针式万用表、指针式电压表、指针式电流表等。这类指针式仪表借助指针来显示最终结果。 第二代分立元件式仪器。当20世纪60年代出现晶体管时，便产生了以电子管或晶体管电子电路为基础的第二代测试仪器分立元件式仪器。 第三代数字化仪器。20世纪70年代，随着集成电路的出现，诞生了以集成电路芯片为基础的第三代仪器数字化仪器。这类仪器目前相当普及，数字电压表、数字频率计等。这类仪器将模拟信号的测量转化为数字信号的测量，并以舒数字方式输出最终结果，适用于快速响应和较高准确度的测量。 第四代智能仪器。随着微电子技术的发展和微处理器的普及，以微处理器为核心的第四代仪器智能仪器迅速普及。这类仪器内置微处理器，既能进行自动测试，又具有一定的数据处理能力，可取代部分脑力劳动，习惯上称其为智能仪器。其缺点是它的功能块全部都以硬件（或固化的软件）的形式存在，无论对开发还是针对应用，都缺乏灵活性。 目前，微电子技术和计算机技术飞速发展，测试技术与计算机深层次的结核症引起测试仪器领域里的一场新的革命，一种全新的仪器结构概念导致了新一代仪器虚拟仪器的出现。它是现代计算机计术、通信技术和测量技术相结合的产物，是传统仪器观念的一次巨大的变革，是传统仪器仪器观念的一次巨大变革，是仪器产业发展的一个重要方向。它的出现使得人类的测试技术进入一个新的发展纪元。 国际上从1988年开始陆续有虚拟仪器产品面市。当时有5家制造商推出了30种产品，此后，虚拟仪器产品成倍增加。1.2.3 虚拟仪器的展望虚拟仪器技术经过十几年发展，而今正沿着总线与驱动程序标准化、硬软件模块化、编程平台图形化和硬件模块的即插即用方向前进，以开放式模块化仪器标准为基础的虚拟仪器标准正Et趋完善，加上计算机技术和网络技术的迅猛发展，建立在虚拟仪器技术上的各种功能强大、性能优良的先进仪器将层出不穷，价格也会越来越低，使用虚拟仪器进行研究、设计、测试将成为一种趋势，同样，虚拟仪器及技术也将成为学校未来教学科研的重要方法和手段，特别是在理工科学校其应用前景非常广阔。虚拟仪器可以取代测量技术传统领域的各类仪器，“没有测量就没有鉴别，科学技术就不能前进”。虚拟仪器将会在科学技术的各个领域得到广泛应用，对科学技术的发展和工业生产将产生不可估量的影响。与以PC为核心的虚拟仪器相比，网络化将对虚拟仪器的发展产生一次革命，网络化虚拟仪器是仪器发展史上的又一次革命。网络化虚拟仪器将由单台虚拟仪器实现的三大功能（数据获取、数据分析及图形化显示）分开处理，分别使用独立的基本硬件模块实现传统仪器的三大功能，以网线相连接，实现信息资源的共享。4 第二章 虚拟示波器的软硬件介绍虚拟仪器由仪器硬件和功能模块软件两部分组成。虚拟仪器的硬件主体是电子计算机，通常是个人计算机，也可以是任何通用计算机。所设计的虚拟数字存储示波器主要是有一块PCI总线的多功能数据采集卡和用LabVlEW开发的功能模块软件组成。将他们安装在一台运行Windows系统的PC 机上,即构成一个功能强大的数字示波器。2.1 什么是虚拟数字示波器虚拟数字示波器是把模拟信号转换成数字形式( 一串二进制数) , 进行显示或进行存储的存储式示波器.由它的波形是用数字方式存储的。该数字示波器的软件是以LabVIEW开发环境为平台，采用的是自顶而下的设计方法，首先，有要实现的目标功能来制定一个整体框架。由一个采集开关启动整个仪器采集过程，在采集状态下，可以进行参数的测量显示；同时，还可以进行时基的设置、触发通道的设置、触发模式的设置等；对于显示面板上的波形可以任意地进行位置的调整、缩放；对于当前的波形能够保存到硬盘上或U盘上；同样，也能把硬盘或U盘上的数据读到显示面板上（这是将停止数据的采集）并还能进行参数的测量；还可以把当前的波形打印出来。此外，应用高效数字信号处理技术，还可实现FFT算法，对频域信号进行分析。该示波器的主要控制结构有：自动/手动设置扫描率的控制结构，写盘/读盘控制结构，采集控制结构，测量控制结构，打印控制结构，通道选择控制结构，以及频谱分析控制结构。在这个总体框架的基础上来进行各个模块的具体设计，并分别测量，测试通过后再把它们连接起来，构成一个完整的系统，最后进行整个系统性能的调试，直到调试结果符合要求为止。 其优点是( 1) 测量形进行一次存储, 就可以长期保存, 多次显示, 掉电不会丢失;( 2) 便于观察单次变化过程和缓慢变化信号;( 3) 多种显示方式, 便于数据处理, 可用字符示测量结果;( 4) 便于程控和多种方式输出。2.2 虚拟示波器的软件硬件介绍软件介绍：具备基本的硬件条件之后，构成和使用虚拟仪器的关键在于软件。这是因为应用软件为用户构造或使用vI提供了集成开发环境、高水平的仪器硬件接口和用户接口。与传统程序语言不同，这类软件一般采用强大的图形化语言编程，面向测试工程师而非专业程序员，编程非常方便；人机交互界面友好；具有强大的数据可视化分析和仪器控制能力等特点。这些软件可能是由高级编程语言编写的，也可能是用专门的开发工具开发的。显然用高级语言开发虚拟仪器将会是比较复杂而且开发周期也长。为此，美国国家仪器公司在软件体系结构的各个层次上形成了完整的设备驱动程序、系统开发平台、实用支持软件、应用软件包互相支撑的格局，使虚拟仪器系统的概念不再“虚拟”。在几种主要国外虚拟仪器系统开发平台中(LabV|EW,VEE，IPG)，以美国国家仪器公司的LabVIEW (laboratory virtual instrument engineering workbench)影响最大。美国国家仪器公司提出的“软件即仪器(The Software is the Instrument)形象地概括了软件在虚拟仪器技术中的重要作用。所以正确选择软硬件对程序开发和设计起着非常重要的作用。只有选择了合适的软硬件才能快速开发出应用软件，才能事半功倍。对于虚拟仪器应用软件的编写，我们采取了图形化的编程语言LabVlEW。硬件介绍：计算机与数据采集卡组成了虚拟示波器的硬件平台的基础。数据采集卡是虚拟示波器的重要组成部件，其性能指标直接影响虚拟示波器的采样速率、精度等主要指标。CPU的速度及计算机的内存影响示波器处理数据的速度；计算机的硬盘决定了数据存储的容量。LabVIEW中数据采集库包含了许多有关采样和生成数据的函数，它们与NI的插卡式或远程数据采集产品协同工作。数据采集卡价格低廉、操作携带方便，因此大大的降低了每个通道的成本。数据采集系统的任务是采集原始信号，其主要指标有采样精度、采样速度。采样精度由转换器的位数来决定，而采样速度是与采样频率不可分的。从提高精度的角度出发，模数转换器的位数与采样频率之间是相互制约的。数据采集卡的选择主要与采样率、测量通道、分辨率和测量精度有关。采样率即在单位时间内的测量次数，一般用Hz即采样频率来表示，也有的用Ss表示。采样率的选择，取决于被测量的信号的变化速度，根据奈奎斯特采样定理，所需的采样频率应为所测信号的最高频率分量的两倍以上，即应选用100kHz的板卡才能完成最高频率为50kHz的被测信号的测量工作。52.3 软件开发平台 本虚拟数字存储示波器是在对传统示波器进行分析后，基于多功能DAQ采集卡和LabVIEW开发平台来设计的具有数字存储示波器、数字万用表、数字频率计三者功能与一体的一个功能强大的电子测试仪器，主要由数据采集部分、数据处理部分、波形显示部分、波形存储和回放以及频谱分析等部分组成，可以完成对信号的输入及获取、信号电压参数及时间频率参数的自动测量、信号的波形显示及存储回放和信号的频谱分析等功能。该示波器主要由数据采集DAQ（Data Acquisition）、接口总线、硬件驱动程序和虚拟数字示波器软件构成。图2.1所示为虚拟数字示波器的整体组成结构图。信号检测电路时信号调理辅助电路，接收传感器传送过来的物理信号，并从混合信号中提取出待测的微弱信号，输出的多路信号时已经放大滤波和电平变换后的标准信号，送入数据采集卡板（由硬件程序驱动工作），通过系统总线送进计算机进行处理。在使用DAQ卡之前必须对DAQ卡的硬件进行配置，这些控制程序用到了相应的底层DAQ驱动程序。 传感器信号检测电路DAQ数据采集板卡 计算机系统硬件驱动程序软件示波器 接口总线 图2.1 虚拟示波器结构图 该虚拟仪器的软件是以LabVIEW开发环境为平台，采用的是自顶而下的设计方法，首先，有要实现的目标功能来制定一个整体框架。由一个采集开关启动整个仪器采集过程，在采集状态下，可以进行参数的测量显示；同时，还可以进行时基的设置、触发通道的设置、触发模式的设置等；对于显示面板上的波形可以任意地进行位置的调整、缩放；对于当前的波形能够保存到硬盘上或U盘上；同样，也能把硬盘或U盘上的数据读到显示面板上（这是将停止数据的采集）并还能进行参数的测量；还可以把当前的波形打印出来。此外，应用高效数字信号处理技术，还可实现FFT算法，对频域信号进行分析。该示波器的主要控制结构有：自动/手动设置扫描率的控制结构，写盘/读盘控制结构，采集控制结构，测量控制结构，打印控制结构，通道选择控制结构，以及频谱分析控制结构。在这个总体框架的基础上来进行各个模块的具体设计，并分别测量，测试通过后再把它们连接起来，构成一个完整的系统，最后进行整个系统性能的调试，直到调试结果符合要求为止。主程序流程图及模块条用如图2.2所示。7另外，主面板的设计要力求简单、方便、实用、美观。YYNNY初始化设频率率采集？功能按键按下？波形显示执行相应功能模块读入波形数据N 图2.2 主程序流程图2.3.1 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。操作模板共有三类，工具(Tools)模板、控制(controls)模板和功能(Functions)模板【19】。工具模板(Tools Palette)为编程者提供了各种用于创建、修改和调试vI程序的工具，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。控制模板(Controls Palette)可以为前面板添加输入控制和输出显示。功能模板(Functions Palette)是创建框图程序的工具。前面板和程序框图如图2.3所示。8 图2.3 前面板和程序框图1.3.2 创建一个VI1前面板使用输入控制和输出显示来构成前面板。控制是用户输入数据到程序的接口。而显示是输出程序产生的数据接口。控制和显示有许多种类，可以从控制模板的各个子模板中选取。两种最常用的前面板对象是数字控制和数字显示。若想要在数字控制中输入或修改数值，只需要用操作工具f见工具模板)点击控制部件和增减按钮，或者用操作工具或标签工具双击数值栏进行输入数值修改。2程序框图框图程序是由节点、端点、图框和连线四种元素构成的。节点是程序执行元素，类似于文本语言程序的语句、函数或者子程序。LabVlEW有二种节点类型函数节点和子节点。两者的区别在于：函数节点是LabVIEW以编译好了的机器代码供用户使用的，而子节点是以图形语言形式提供给用户的。用户可以访问和修改任一子VI节点的代码，但无法对函数节点进行修改。上面的框图程序所示的程序有两个功能函数节点，一个函数使两个数值相加，另一个函数使两数相减。端点是只有路输入输出，且方向固定节点。LabVIEW有三类端点前面板对象端点、全局与局部变量端点和常量端点。对象端点是数据在框图程序部分和前面板之间传输的接口。一般来说，一个vI的前面板上的对象f控制或显示1都在框图中有一个对象端点与之一一对应。当在前面板创建或删除面板对象时，可以自动创建或删除相应的对象端点。控制对象对应的端点在框图中是用粗框框住的，如例子中的a和b端点。它们只能在VI程序框图中作为数据流源点。显示对象对应的端点在框图中是用细框框住的。如图2-1中的a+b和6*(a+b)端点。它们只能在vI程序框图中作为数据流终点。常量端点永远只能在VI程序框图中作为数据流源点。图框是LabVIEW实现程序结构控制命令的图形表示。如循环控制、条件分支控制和顺序控制等，编程人员可以使用它们控制VI程序的执行方式。代码接口节点(CIN)是框图程序与用户提供的c语言文本程序的接口。连线是端口问的数据通道。它们类似于普通程序中的变量。数据是单向流动的，从源端口向一个或多个目的端口流动。不同的线型代表不同的数据类型。在彩显上，每种数据类型还以不同的颜色予以强调。1.3.3 程序的调试技术1找出语法错误如果一个VI程序存在语法错误，则在面板工具条上的运行按钮会变成一个折断的箭头，表示程序不能被执行。这时该按钮被称作错误列表。点击它，则LabVIEW弹出错误清单窗口，点击其中任何一个所列出的错误，选用Find功能，则出错的对象或端口就会变成高亮。2设置执行程序高亮在LabVlEW的工具条上有一个画着灯泡的按钮，这个按钮叫做“高亮执行”按钮。点击这个按钮使它变成高亮形式，再点击运行按钮，VI程序就以较慢的速度运行，没有被执行的代码灰色显示，执行后的代码高亮显示，并显示数据流线上的数据值。这样，就可以根据数据的流动状态跟踪程序的执行。3断点与单步执行为了查找程序中的逻辑错误，有时希望流程图程序一个节点一个节点地执行。使用断点工具可以在程序的某一地点中止程序执行，用探针或者单步方式查看数据。使用断点工具时，点击你希望设置或者清除断点的地方。断点的显示对于节点或者图框表示为红框，对于连线表示为红点。当VI程序运行到断点被设置处，程序被暂停在将要执行的节点，以闪烁表示。按下单步执行按钮。闪烁的节点被执行，下一个将要执行的节点变为闪烁，指示它将被执行。也可以点击暂停按钮，这样程序将连续执行直到下一个断点。4探针可用探针工具来查看当流程图程序流经某一根连接线时的数据值。从Tools工具模板选择探针工具，再用鼠标左键点击所希望放置探针的连接线。这时显示器上会出现一个探针显示窗口。该窗口总是被显示在前面板窗口或流程图窗口的上面。在流程图中使用选择工具或连线工具，在连线上点击鼠标右键，在连线的弹出式菜单中选择“探针”命令，同样可以为该连线加上一个探针。用LabVlEW编制出的图形化VI是分层次和模块化的。每个VI既可以单独运行，也可以被其他vI调用。一个vI用在其它vI中，称之为SubVI，SubVI在调用它的程序中同样是以一个图标的形式出现的。LabVIEW依附并发展了模块化程序设计的概念。用户可以把一个应用题目分解为一系列的子任务，每个子任务还可以进一步分解成许多更低一级的子任务，直到把一个复杂的题目分解为许多子任务的组合。首先设计SubVl完成每个子任务，然后将之逐步组合成能够解决最终问题的Vl。归纳起来LabVIEW软件开发平台具有以下优点(1)图形化的编程方式，设计者无需写任何文本格式的代码，是真正的工程师的语言。(2)提供了丰富的数据采集、分析及存储的库函数。(3)既提供了传统的程序调试手段，如设置断点、单步运行，同时提供有独到的高亮执行工具，使程序动画式运行，利于设计者观察程序运行的细节，使程序的调试和开发更为便捷。(4)32bit的编译器编译生成32bit的编译程序，保证用户数据采集、测试和测量方案的高速执行。(5)囊括了DAQ，GPIB，PXI，VXI，RS一232485在内的各种仪器通信总线标准的所有功能函数，使得不懂总线标准的开发者也能够驱动不同总线标准接口设备与仪器。(6)提供大量与外部代码或软件进行连接的机制，诸如DLLs(动态连接库)、DDE(共享库1、ActiveX等。(7)强大的Internet功能，支持常用网络协议，方便网络、远程测控仪器的开发。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。92.3.4 虚拟仪器的基本设计步骤 在LabVIEW平台下，一个VI有两部分组成：前面板和流程图（或称后面板），前面板的功能等效于传统测试仪器的前面板；流程图的功能等效于传统测试仪器与前面板相联系的硬件电路。在设计时，要考虑硬件部分。虚拟仪器的设计方法包括I/O接口仪器驱动程序的设计、仪器面板的设计与仪器功能算法的设计三部分。（1） 确定程序设计的总体方案在编制虚拟仪器程序前，必须首先对程序进行总体设计分析：一是要确定程序要实现的功能、要显示的图形对象、要输出的报表；二是确定程序的层次关系，如主程序和子程序之间的关系等、虚拟仪器程序与硬件的连接关系等。（2） I/O接口仪器驱动程序的设计 根据仪器的功能要求，确定仪器的接口标准。如果仪器设备具有RS-232串行接口，则直接用连线将仪器设备与计算机机的RS-232串行接口连接即可；如果仪器是GPIB接口，则需要额外配备一块GPIB-488接口板，建立计算机与仪器设备之间的通信渠道；如果使用计算机来控制VXI总线设备，则也需要配备一块GPIB接口卡，通过GPIB总线与VXI总线、VXI主机箱零槽模块通信，零槽模块的GPIB-VXI翻译器将GPIB命令，并把各模块返回的数据以一定的格式传回主控计算机。I/O接口仪器驱动程序是控制硬件设备的驱动程序，是连接主控计算机与仪器设备的纽带。如果没有设备驱动程序，则必须针对I/O接口仪器设备编写驱动程序。（3） 确定虚拟仪器程序前面板 仪器前面板的设计指在虚拟仪器开发平台上，利用各类子摸板图标创建用户界面，即在前面板上布置实现所需功能的显示对象，这些对象包括开关旋钮控制、相量图、频谱