虛擬儀器技術及應用LabVIEW程序設計基礎2.1LabVIEW特點及應用LabVIEW是一種包括控制與仿真、高級數字信號處理、統計過程控制、模糊控制和PID控制等眾多附加軟件包，運行于WindowsNT/XP、Linux、Macintosh等多種平臺的工業標準軟件開發環境。2.1.2LabVIEW應用LabVIEW在包括航空、航天、通信、汽車、半導體和生物醫學等世界范圍的眾多領域內得到了廣泛應用，從簡單的儀器控制、數據采集到尖端的測試和工業自動化，從大學實驗室到工廠，從探索研究到技術集成，都有LabVIEW應用的成果。1.應用于測量與試驗

LabVIEW已成為測試與測量領域的工業標準，通過GPIB、VXI、串行設備和插卡式數據采集板可以構成實際的數據采集系統。提供工業界最大的儀器驅動程序庫以及眾多的開發工具，簡化測量與試驗任務。2.應用于過程控制與工業自動化

LabVIEW強大的硬件驅動、圖形顯示能力和便捷的快速程序設計為過程控制和工業自動化應用提供了優秀的解決方案。3.應用于實驗室研究與計算分析

LabVIEW提供了功能強大的高級數學分析庫，包括統計、估計、回歸分析、線性代數、信號生成算法、時域和頻域算法等眾多計算方法，可滿足各種計算和分析需要。2.2LabVIEW編程環境啟動窗口：啟動LabVIEW時將出現啟動窗口。在這個窗口中可單擊選擇創建項目、打開現有文件、查找驅動程序和附加文件、社區和支持，同時還可查看LabVIEW新聞、搜索功能信息等。圖2-1LabVIEW2015的啟動窗口安裝LabVIEW2015后，會自動生成啟動LabVIEW2015的快捷方式。單擊該快捷方式啟動后的窗口如圖2-1所示。圖2-2“創建項目”對話框在啟動窗口單擊“創建項目”按鈕，彈出“創建項目”對話框，如圖2-2所示。“創建項目”對話框主要分為文件和資源左右兩部分。在這里用戶可以選擇新建空白VI、新建空的項目、簡單狀態機等，并且可以打開已有的程序。同時用戶可以從這個界面獲得幫助支持。圖2-3“新建”對話框單擊啟動窗口中“文件”菜單下的“新建...”命令，將打開如圖2-3所示的“新建”對話框，在這里，可以選擇多種方式來建立文件。利用“新建”對話框，可以創建三種類型的文件，分別是VI、項目和其他文件。其中，新建VI包括新建空白VI、創建多態VI以及基于模板創建VI。新建項目包括空白項目文件和基于向導的項目。其他文件則包括庫、類、全局變量、運行時菜單以及自定義控件等。2.2.2菜單欄當用戶新建一個空白VI后就進入LabVIEW的編程環境，這時將出現兩個無標題窗口。一個是前面板窗口，用于編輯和顯示前面板對象，如圖2-4所示。圖2-4LabVIEW的前面板窗口另一個是程序框圖窗口，用于編輯和顯示流程圖（程序代碼），如圖2-5所示。兩個窗口擁有基本相同的菜單：包括文件、編輯、查看、項目、操作、工具、窗口、幫助8大項。圖2-5LabVIEW的程序框圖窗口2.2.3工具欄工具欄按鈕用于運行、中斷、終止、調試VI、修改字體、對齊、組合、分布對象等。前面板工具欄：前面板窗口和程序框圖窗口都有各自的工具欄，工具欄包括用于控制VI的命令按鈕和狀態指示器。圖2-6所示是前面板窗口的工具欄。表2-1為工具欄中各按鈕的作用。圖2-6前面板工具欄表2-1前面板窗口的工具欄各按鈕功能簡介圖標名稱功能運行按鈕單次運行程序。連續運行按鈕連續重復執行程序/停止程序連續運行終止執行按鈕立即停止程序的運行暫停/繼續按鈕暫停執行VI程序/繼續執行VI程序文本設置按鈕設置字體格式，如字體類型、大小、形狀和顏色等對齊對象按鈕設置選定對象的對齊方式，如豎直對齊、上邊對齊、左邊對齊等分布對象按鈕設置選定對象的排列方式，如間距、緊縮等調整對象大小按鈕設置對象的最大、最小寬度、高度等重新排序按鈕當幾個對象重疊時，可以重新排列每個對象的疊放次序，如前移、后移等程序框圖工具欄：程序框圖窗口的工具欄按鈕與前面板工具欄大致相同，額外增加了4個調試按鈕，圖2-7所示為程序框圖工具欄。表2-2為新增調試按鈕的作用。圖2-7程序框圖工具欄圖標名稱功能高亮顯示執行過程按鈕以一種緩慢的節奏一步一步地執行，所執行到的節點都以高亮方式顯示，并顯示VI運行時的數據流動。開始單步（入）執行按鈕以單步方式運行，如果節點為一個子程序或結構，則進入子程序或結構內部執行單步運行方式開始單步（跳）執行按鈕以節點為單位，單步運行。如果節點為一個子程序或結構，一次執行完，不會進入節點內部執行單步步出按鈕當在一個節點（如子程序或結構）內部執行單步運行方式時，可一次執行完該節點，并直接跳出該節點轉到下一個節點表2-2程序框圖窗口的工具欄各調試按鈕功能簡介2.2.4操作選板操作選板分為工具選板、控件選板和函數選板。工具選板提供用于創建、修改和調試程序的基本工具；控件選板涵蓋各種輸入控件和顯示控件；函數選板提供編寫程序的過程中用到的函數和VI程序。在前面板和程序框圖中都有工具選板，LabVIEW的工具選板如圖2-8所示。利用工具選板可以創建、修改LabVIEW中的對象，并對程序進行調試。1.工具選板圖2-8工具選板控件選板位于前面板，包括用于創建前面板對象所需的輸入控件和顯示控件。輸入控件是指按鈕、旋鈕、轉盤等輸入裝置，用來模擬儀器的輸入，為VI的程序框圖提供數據；顯示控件是指圖表、指示燈等顯示裝置，用來模擬儀器的輸出，顯示程序框圖獲取或生成的數據。2.控件選板在控件選板中，按照所屬類別，各種輸入控件和顯示控件被分門別類地安排在不同的子選板中。LabVIEW2015中的控件選板如圖2-9所示。圖2-9控件選板函數選板位于程序框圖，包含了編寫程序過程中用到的函數和VI程序，主要用于構建程序框圖中的節點，對VI程序框圖進行設計。3.函數選板LabVIEW2015的函數選板如圖2-10所示。按照功能類型將各種函數、VIs和ExpressVIs放入不同的子選板中。圖2-10函數選板2.3LabVIEW編程基本概念LabVIEW是一個功能完整的程序設計語言，具有區別于其他程序設計語言的一些獨特結構和語法規則。LabVIEW編程的關鍵是掌握LabVIEW的基本概念和圖形化編程的基本思想。2.3.1VI與子VI用LabVIEW開發的應用程序稱為VI。一個最基本的VI是由節點、端口以及連線組成的應用程序。VI運行采用數據流驅動，具有順序、循環、條件等多種程序結構控制。在LabVIEW中的子程序被稱為子VI（SubVI）。子VI由3部分組成，除前面板對象、程序框圖外，還有圖標的連接端口。連接端口的功能是與調用它的V1交換數據。在使用子VI時，需要定義其數據輸入和輸出的端口，然后就可以將其當作一個普通的VI來使用。2.3.2前面板前面板：圖形化用戶界面，用于設置輸入數值和觀察輸出量，是人機交互的窗口。前面板對象：按照功能可以分為控制、指示和修飾三種。控制是用戶設置和修改VI程序中輸入量的接口，如旋鈕；指示則用于顯示VI程序產生或輸出的數據，如儀表。如果將一個VI程序比作一臺儀器的話，那么控制就是儀器的數據輸入端口和控制開關，而指示則是儀器的顯示窗口，用于顯示測量結果。圖2-11所示是一個調壓器程序的前面板。圖2-11調壓器程序的前面板2.3.3程序框圖程序框圖用圖形化編程語言編寫，由節點、端口和連線組成。節點：VI程序中的執行元素，LabVIEW共有4種類型的節點，具體見表2-3。節點類型節點功能功能函數內置節點，提供基本的數據與對象操作，例如，數值計算、文件I/O操作、字符串運算、布爾運算、比較運算等結構用于控制程序執行方式的節點，包括順序結構、條件結構、循環結構及公式節點等代碼接口節點LabVIEW與C語言文本程序的接口。通過代碼接口節點，用戶可以直接調用C語言編寫的源程序子VI將創建的VI以SubVI的形式調用。通過功能選板中的SelectVI子選板可以添加一個SubVI節點表2-3程序框圖窗口的工具欄各調試按鈕功能簡介端口：數據在程序框圖部分和前面板對象之間傳輸的通道接口以及數據在程序框圖的節點之間傳輸的接口。端口有輸入/輸出端口和節點端口兩種類型。一般情況下，LabVIEW中的每個節點至少有一個端口，用于向其他圖標傳遞數據。連線：端口間的數據通道，節點之間由數據連線按照一定的邏輯關系相互連接，以定義程序框圖內的數據流動方向。調壓器的程序框圖如圖2-12所示。程序的功能是通過調壓旋鈕產生數值，送到電壓表顯示，當數值大于等于8時，上限燈改變顏色。圖2-12調壓器的程序框圖2.3.4數據流驅動由于程序框圖中的數據是沿數據連線按照程序中的邏輯關系流動的，因此，LabVIEW編程又稱之為“數據流”編程。“數據流”控制LabVIEW程序的運行方式。2.4VI前面板設計前面板是LabVIEW的重要組成部分，是用LabVIEW編寫的應用程序的界面。LabVIEW提供非常豐富的界面控件對象，可以方便地設計出生動、直觀、操作方便的用戶界面。2.4.1前面板對象創建設計應用程序界面所用到的前面板對象全部包含在控件選板中。放置在前面板上的每一個控件都具有很多屬性，其中多數與顯示特征有關，在編程時就可以通過在控件上右擊（即右鍵單擊，以下同）更改其屬性值。2.4.2前面板對象屬性配置前面板對象的配置方法適用于輸入控件和顯示控件。右擊前面板對象如滑動桿控件，彈出快捷菜單，如圖2-13所示。圖2-13改變控件的屬性顯示項：顯示一個對象可以顯示/隱藏的部分，如標簽、標題等。查找接線端：在代碼窗口中高亮顯示前面板對象。轉換為顯示控件/轉換為輸入控件：將指定的對象改變為顯示控件或輸入控件。4.創建：針對選擇的對象創建局部變量、引用和屬性節點等。5.替換：選擇其他的控件來代替當前的控件。6.高級：包含控件高級編輯選項的子菜單。主要包括：快捷鍵、同步顯示、自定義和隱藏輸入控件/隱藏顯示控件選項7.數據操作：包含一個編輯數據選項的子菜單。主要包括以下選項：重新初始化默認值和當前值設置為默認值。設置控件默認值如圖2-14所示。圖2-14設置控件的默認值2.4.3前面板對象裝飾設置前面板對象的顏色：對于前面板對象的顏色的編輯需要用到工具選板里的取色工具和顏色設置工具，如圖2-15所示。圖2-15設置控件顏色設置前面板對象的文字風格：用戶可設置文字的字體、顏色、大小和風格。也可以設置字體的常用屬性。字體設置對話框如圖

2-16所示。圖2-16字體設置對話框前面板對象的位置與排列：修改多個對象位置關系，可調整多個對象的對齊關系以及調整對象之間的距離，如圖2-17所示。圖2-17字體設置對話框調整前面板對象的大小：按照一定的規則調整對象的尺寸，也可以用按鈕來指定控件的高度和寬度，進而設置對象的大小。設置對象大小的工具如圖2-18所示。圖2-18調整對象大小的工具用修飾控件裝飾前面板：修飾控件中的界面元素對程序不產生任何影響，僅僅是為了增強界面的可視化效果。修飾控件如圖2-19所示。圖2-19修飾控件前面板對象的顯示和隱藏：控件具有是否可見的屬性，可在程序開發時設定，也可以在程序運行時通過代碼來控制。設計時隱藏控件方法如圖2-20所示，使隱藏控件方法可見如圖2-21所示。圖2-20設計時隱藏控件圖2-21使隱藏的控件可見2.6VI調試方法在編寫LabVIEW程序代碼后，需要對程序進行調試。保證程序沒有語法錯誤，并且能夠按照用戶的目的正確運行，得到正確的結果。本節將主要介紹LabVIEW提供的用于調試程序的手段以及調試技巧。2.6.1找出語法錯誤LabVIEW能夠自動識別程序中存在的基本語法錯誤。如果一個VI程序存在語法錯誤，可通過錯誤列表進行查看，如圖2-22所示。圖2-22錯誤列表方法：單擊錯誤列表中的某一錯誤，列表中的“詳細信息”欄中會顯示有關此錯誤的詳細說明，以幫助用戶更改錯誤。單擊“顯示警告”復選框，可以顯示程序中的所有警告。技巧：使用錯誤列表功能時，雙擊錯誤列表中的某一錯誤時，LabVIEW會自動定位到發生該錯誤的對象上，并高亮顯示該對象，如圖

2-23所示，可以便于用戶查找錯誤，并更正錯誤。圖2-23高亮顯示程序中的錯誤2.6.2設置斷點調試查找程序中的邏輯錯誤，使用斷點工具可以在程序的某一地點暫時中止程序執行，用單步方式查看數據。設置斷點后，程序每當運行到斷點位置時會停下來，并高亮顯示數據流到達的位置，用戶可以在這個時候查看程序的運算是否正常，數據顯示是否正確。設置斷點：通過工具選板選取斷點工具，如圖2-24所示。斷點的顯示對于節點或者圖框表示為紅框，對于連線表示為紅點。設置斷點后的程序框圖如圖2-25所示。圖2-24設置斷點圖2-25設置斷點后的程序框圖程序停止在斷點位置時的程序框圖如圖2-26所示。從圖中可以看出，程序停止在斷點位置，并高亮顯示數據流到達的對象。圖2-26運行帶有斷點的程序2.6.3設置探針