1、虛擬儀器課程設計 - 基于LabVIEW的利用TCP協議進行雙機通信 學 院：電子與信息工程學院 班 級： 測控技術與儀器 姓 名： 學 號： 指導教師： 利用TCP協議進行雙機通信摘要：LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是當前最流行的圖形化虛擬儀器集成開發環境，同時它也是一種功能強大的編程語言。與一般的編程語言（如VB，VC等）不同的是，LabVIEW采用基于流程圖的圖形化編程方式，因此也被成為G語言（Graphical Language）。LabVIEW首先提出了虛擬儀器（Virtual Instrume

2、nt，簡稱VI）這一創新概念，這一概念將儀器技術與計算機技術緊密結合起來，將傳統儀器由硬件實現的數據分析處理與顯示功能，改由功能強大的PC機及顯示器來完成，儀器功能完全由軟件編程來實現，只要由I/O接口設備完成信號的采集、測量與調理，就能完成各種測試功能的計算機儀器系統。虛擬儀器概念的提出使得測量儀器的功能可以由用戶根據需要自行設計軟件來定義和擴展，而不是只能由廠家事先定義且固定不可變更。這樣，用戶不必購買多臺不同功能的傳統儀器，不必購買昂貴的集多種功能于一身的傳統儀器，也不必不斷購買新儀器。因為虛擬儀器可與計算機同步發展，與網絡和其它周邊設備互聯，用戶只需要改變軟件就可以賦予它或擴展、增強它

3、的測量功能。用LabVIEW開發虛擬儀器主要分兩個部分：前面板的設計和框圖程序的編寫。前面板的功能等效于傳統測試儀器的前面板；框圖程序等效于傳統測試儀器與前面板相聯系的硬件電路。本文主要介紹怎樣用LabVIEW完成局域網雙機通信。Abstract: the LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) is the most popular graphical virtual instrument integrated development environment, it is also a powerful pr

4、ogramming language. With the general programming language (such as VB, VC etc.) is different, LabVIEW by flow chart based on graphical programming mode, so also known as the G language (Graphical Language). LabVIEW first proposed the virtual instrument (Virtual Instrument, referred to as VI) the def

5、inition of innovation, the concept of a combination of instrument technology and computer technology, the traditional instrument consists of hardware realization of data processing and display functions, PC and display by the powerful instrument to complete, fully functional by software programming,

6、 as long as the I/O interface equipment acquisition, signal conditioning, computer instrument system can complete a variety of test function. Put forward the concept of virtual instrument makes the measuring instruments can be implemented by the user according to the needs of software designed to de

7、fine and expansion, not only by the factory defined in advance and is fixed and can not be changed. In this way, the user does not have the traditional instrument purchase different function, not the traditional instrument purchase multiple functions of expensive in a body, also does not need to kee

8、p buying new equipment. Because the virtual instrument can be synchronized with the development of computer and network, and other peripheral equipment of the Internet, users only need to change the software can give it or expand it, enhanced measurement function. The development of virtual instrume

9、nt is mainly divided into two parts: written by LabVIEW front panel design and block diagram of the program. Functional equivalent of front panel in the traditional test instrument front panel; the hardware circuit diagram program is equivalent to the traditional test instrument and the front panel

10、connection. This paper mainly introduces how to use LabVIEW to complete the LAN communication. 關鍵詞：虛擬儀器 雙機通信 LabVIEWKeywords:virtual instrument communication LabVIEW 1、 虛擬儀器1.1 虛擬儀器的概述 虛擬儀器（Virtual Intrument，簡稱VI）是20世紀90年代初期出現的一種新型儀器，它在計算機的顯示屏上虛擬傳統儀器面板，并盡可能多地將原來由硬件電路完成的信號調理和信號處理功能，用計算機程序來完成。這種硬件功能的軟

11、件化，是虛擬儀器的一大特征。操作人員在計算機顯示屏上用鼠標和鍵盤控制虛擬儀器程序的運行，就像操作真實的儀器一樣，從而完成測量和分析任務。 虛擬儀器是計算機技術與儀器技術深層次結合產生的產物，是對傳統儀器概念的重大突破，是儀器領域內的一次革命。虛擬儀器是繼第一代儀器模擬式儀表、第二代儀器分立元件式儀表、第三代儀器數字式儀器、第四代儀器智能化儀器之后的新一代儀器，代表了當前測試儀器發展的方向之一。1.2 虛擬儀器的發展 虛擬器的起源可以追朔到20世紀70年代，那時計算機測控系統在國防、航天等領域已經有了相當的發展。PC機出現以后，儀器級的計算機化成為可能，甚至在Microsoft公司的Window

12、s誕生之前，NI公司已經在Macintosh計算機上推出了LabVIEW2.0以前的版本。對虛擬儀器和LabVIEW長期、系統、有效的研究開發使得該公司成為業界公認的權威。虛擬儀器從概念的提出到目前技術的日趨成熟，體現了計算機技術對傳統工業的革命。大致說來，虛擬儀器發展至今，可以分為三個階段，而這三個階段又可以說是同步進行的。 第一階段:利用計算機增強傳統儀器的功能。由于GPIB總線標準的確立，計算機和外界通信成為可能，只需要把傳統儀器通過GPIB和RS-232同計算機連接起來，用戶就可以用計算機控制儀器。隨著計算機系統性能價格比的不斷上升，用計算機控制測控儀器成為一種趨勢。這一階段虛擬儀器的

13、發展幾乎是直線前進。 第二階段:開放式的儀器構成。儀器硬件上出現了兩大技術進步：一是插入式計算機數據處理卡 ( plug-in PC-DAQ )；二是VXI儀器總線標準的確立。這些新的技術使儀器的構成得以開放，消除了第一階段內在的由用戶定義和供應商定義儀器功能的區別。 第三階段:虛擬儀器框架得到了廣泛認同和采用。軟件領域面向對象技術把任何用戶構建虛擬儀器需要知道的東西封裝起來。許多行業標準在硬件和軟件領域以產生，幾個虛擬儀器平臺已經得到認可并逐漸成為虛擬儀器行業的標準工具。發展到這一階段，人們也認識到了虛擬儀器軟件框架才是數據采集和儀器控制系統實現自動化的關鍵。1.3虛擬儀器的組成 虛擬儀器是

14、計算機化儀器，由計算機、信號測量硬件模塊和應用軟件三大部分組成。根據虛擬儀器所采用的信號測量硬件模塊的不同，虛擬儀器可以分為下面幾種形式： (1) PC-DAQ測試系統：以數據采集卡(DAQ卡)、計算機和虛擬儀器軟件構成的測試系統。(2) GPIB系統：以GPIB標準總線儀器、計算機和虛擬儀器軟件構成的測試系統。 (3) VXI系統： 以VXI標準總線儀器、計算機和虛擬儀器軟件構成的測試系統。 (4) 串口系統：以RS232標準串行總線儀器、計算機和虛擬儀器軟件構成的測試系統。 (5) 現場總線系統：以現場總線儀器、計算機和虛擬儀器軟件構成的測試系統。其中PC-DAQ測試系統是最常用的構成計算

15、機虛擬儀器系統的的形式。目前針對不同的應用目的和環境，已設計了多種性能和用途的數據采集卡，包括低速采集板卡、高速采集卡、高速同步采集板卡、圖象采集卡、運動控制卡等。2、 Labview應用軟件開發環境是設計虛擬儀器所必須的軟件工具。編制虛擬儀器軟件時，有兩種方法：1、傳統的編程方法，采用VC+、VB等高級語言；另一種則是采用流行的圖形化編程方法，采用NI公司的Labview軟件。Labview是實驗室虛擬儀器集成環境（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）的簡稱，是美國國家儀器公司創新的軟件產品，也是目前應用最廣泛，發展最快、功

16、能最強的圖形化軟件集成開發環境，又稱為G語言。Labview作為目前國際上唯一的編譯型圖形化編程語言，把復雜、繁瑣、費時的語言編程簡化成用菜單或圖標提示的方法選擇功能（圖形），使用線條把各種功能連接起來的簡單圖形編程方式。Labview編程環境主要由啟動窗口、控件選板、函數選板、工具選板、菜單欄、工具欄、項目瀏覽器窗口構成。2.1 Labview打開面板2.2Labview的前面板2.3 Labview的程序框圖三、 LabVIEW的TCP/IP通信 3.1 TCP/IP概述 Internet中使用最為廣泛的網絡協議為TCP/IP協議集。 TCP(Transfer Control Protoc

17、ol)是TCP/IP協議集中的隸屬于傳輸層的傳輸控制協議。IP(Internet Protocol)是Internet網絡中隸屬于網絡層的基礎協議，由IP控制傳輸協議的協議單元稱為IP數據。IP數據中含有發送或接收方的IP地址。IP提供可靠的、無連接的、具有時間限制的自動重試機制的數據投遞服務，構成了Internet網絡數據傳輸的基礎。TCP以此為基礎增加了連接管理和確認重發等機制，向更高層的應用程序提供面包連接的、可靠的傳輸服務。TCP/IP協議族共分為四層：鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層。TCP/IP協議的傳輸層，包括TCP、UDP協議，可以被LabVIEW直接應用。UDP(User Da

18、tagram Protocol)是TCP/IP中與TCP同層的通信協議，二者間的不同點在于，UDP直接利用IP進行UDP數據的傳輸，提供無連接的、不可靠的數據投遞服務。但是UDP在實時數據流傳輸過程中有獨特的優勢。在TCP對話中通過三次握手建立點對點的連接，雙機TCP通信的流程圖如圖所示。雙機TCP通信流程圖在Windows環境下使用TCP/IP進行數據傳輸，需要對Windows中相關組件進行設置。3.2 LabVIEW中的TCP功能函數 在Labview中可以利用TCP進行網絡通信，并且，Labview對TCP的編程進行了高度集成，用戶通過簡單的編程就可以在Labview中實現網絡通信。在L

19、abview中，可以采用TCP節點，其位于函數(Functions)選板->"數據通信"->"協議"->"TCP"子選板中，如圖所示四、實習目的1. 了解虛擬儀器的發展及其應用。2. 使用LabVIEW實現網絡虛擬儀器。3. 運用TCP傳輸數據的方式完成服務器和客戶端的雙機通信。5、 實習內容在兩臺PC上分別建立客戶端與服務器端，由服務器端采集波形信號作相應處理后可以被客戶端訪問。5.1、服務器程序：1、 首先打開LabVIEW2011，點擊到程序框圖，在“函數選板”-“編程”-“結構”-“while”循環函數，插入

20、“while”函數，并調整大小。2、 在“函數選板”-“信號處理”-“波形生成”-“基本函數發生器”，如圖3、插入“波形發生器”，并右鍵插入“輸入控件”，分別插入“幅值”“頻率”“型號類型”控件，并右鍵取消“顯示為圖標”。如圖4、在“函數選板”-“波形”-“獲取波形成分”，將圖標放在“while”循環中。在“函數選板”-“編程”-“數值”-“數據操作”中選擇“強制數據類型轉”，放入循環體內。5、在“函數選板”-“編程”-“字符串”中選擇“字符串長度”放入循環體。在“函數選板”-“數據通信”-“協議”-“TCP”中分別選擇“TCP偵聽”“寫入TCP數據”“關閉TCP連接”，并將圖標放在適當的位置。6、 插入“等待時間”，為“端口”，“循環條件”，“等待時間”創建輸入控件，并且取消顯示圖標。然后單擊“整理程序框圖”按鈕。得到如圖7、 切換到“前面板”，合理調制控件位置，在空白處編輯文字，并修飾文字，如圖8、 在“編輯”-“當前值設為默認值”，另存為文件到適當位置。5.2、客戶端程序：9、 回到原文件，刪除部分控件，連線。將“TCP偵聽”替換為“打開TCP連接”，并為其創建“地址”