基于LabVIEW的虚拟仪器设计研究 与传统的文本式程序设计一样，LabVIEW也有控制流程图功能执行的部分，它们包括Sequence Case Statement、For Loop、While Loop，它们被图形化地描述成边界结构，像在传统的线形化程序设计中可以插入代码段一样，可以把图标放在LabVIEW图形结构的界限内部。LabVIEW有一个图形编辑器来产生最优化编辑代码，虚拟仪器执行他们相当编译C的速度。利用应用程序生成器，用户能够产生虚拟仪器，就像独立的执行程序一样。下面按步骤说明进行图形化的程序设计。

1、建立方案：选用LabVlEW软件，可以构建虚拟仪器，而不是编写程序。有了交互式控制的软件系统，用户可以很方便地建立其前面板接口。为了实现具体的功能，用户利用向导把流程图组合在一起。

2、建立前面板：从控制模块上选择你需要的对象，放在虚拟仪器的前面板上。控制模板上的对象包括数字显示、表头、压力计、热敏计外壳、表、图片等。当你的虚拟仪器完成以后，就能在虚拟仪器工作时利用前面板去控制整个系统，如移动滑动片、在图像中变向、从键盘输入等。

3、构建图形化的流程图：对虚拟仪器进行程序设计，你不必担心很多传统程序设计所需的语法细节，而可自己构建流程图。从功能模板上选择对象(用图标表示)，并用线将它们连接起来以便数据进行传递。功能模块上的对象包括简单的数学运算、高级数据采集和分析方法、以及网络和文件输入输出操作。

4、数据流程序设计：LabVlEW用一种精巧的数据流程序设计模式把用户从文本式语言的线性化方式构建程序的办法中解放出来。因为在LabVlEW软件中程序的执行顺序由各方块中的数据流决定。你也可以建立同步操作的流程图。LabVlEW软件是一个多任务系统——具有多线程功能并运行多个虚拟仪器。

5、模块化和层次：LabVlEW虚拟仪器实行模块化设计，因而任何虚拟仪器既能独立运行，又能被用作其他虚拟仪器的一部分。甚至可以创建自己的虚拟仪器图标，因而可以设计由虚拟仪器构成的多层系统，并可以改变它，同其他虚拟仪器交换和连接以满足不断变化的应用需要。

6、图形编辑器：在许多场合，程序运行速度都很关键。LabVIEW软件是唯一的带有编辑器的图形化编程环境、可以产生最优化的代码，其运行速度与编译C的速度相当。利用内置的绘图器，甚至能够对和时问很关键的代码部分进行分析和优化。因而，不会因为图形化编程降低了效率。图形化程序设计编程简单、直观、开发效率高。

基于LabVIEW的虚拟仪器设计研究 第三章 仪器硬件平台与LabVIEW信息采集

根据I／O接口设备总线类型的不同，虚拟仪器的构成方式主要有五种：PC—DAQ／PCI插卡式虚拟仪器系统，GPIB虚拟仪器测试系统、VXI总线虚拟仪器测试系统、串口总线虚拟仪器测试系统和PXI总线虚拟仪器测试系统。LabVIEW提供了各种图形化驱动程序，使用者不必熟悉PCI计算机总线、GPIB总线、VxI总线、串口总线，利用LabVIEW提供的图形化驱动程序就可以驱动上述各种总线的I／O接口设备，实现对被测信号的输入、数据采集、放大与模／数转换，进而供计算机进一步分析处理。

3.1五种类型的虚拟仪器总线

3.1.1 PC—DAQ／PCI插卡式虚拟仪器简述

这种方式借助于插入计算机内的数据采集卡与专用的软件,如LabVIEW相结合（注：美国NI公司的LabVIEW是图形化编程工具，它可以通过各种控件自己组建各种仪器。LabVIEW/CVI是基于文本编程的程序员提供高效的编程工具，通过三种编程语言Visual C++,Visual Basic, LabVIEW/CVI构成测试系统，它充分利用计算机的总线、机箱、电源及软件的便利。但是受PC机机箱和总线限制，且有电源功率不足，机箱内部的噪声电平较高，插槽数目也不多，插槽尺寸比较小，机箱内无屏蔽等缺点。

3.1.2 GPIB虚拟仪器简述

GPIB技术是IEEE488标准的虚拟仪器早期的发展阶段。它的出现使电子 测量独立的单台手工操作向大规模自动测试系统发展，典型的GPIB系统由一台PC机、一块GPIB接口卡和若干台BPIB形式的仪器通过GPIB电缆连接而成。在标准情况下，一块GPIB接口可带多达14台仪器，电缆长度可达40米。GPIB技术可用计算机实现对仪器的操作和控制，替代传统的人工操作方式，可以很多方便地把多台仪器组合起来，形成自动测量系统。GPIB测量系统的结构和命令简单，主要应用于台式仪器，适合于精确度要求高的，但不要求对计算机高速传输状况时应用。 3.1.3 VXI总线虚拟仪器简述

VXI总线是一种高速计算机总线VME总线在VI领域的扩展，它具有稳定的电源，强有力的冷却能力和严格的RFI/EMI屏蔽。由于它的标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块可重复利用、众多仪器厂家支持的优点，很

基于LabVIEW的虚拟仪器设计研究 快得到广泛的应用。经过多年的发展，VXI系统的组建和使用越来越方便，尤其是组建大、中规模自动测量系统以及对速度、精度要求高的场合。有其他仪器无法比拟的优势。然而，组建VXI总线要求有机箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造价比较高。

3.1.4 PXI总线方式虚拟仪器简述

PXI总线方式是PCI总线内核技术增加了成熟的技术规范和要求形成的，增加了多板同步触发总线的技术规范和要求形成的，增加了多板发总线，以使用于相邻模块的高速通讯的局总线。PXI的高度可扩展性。PXI具有8个扩展槽，而台式PCI系统只有3~4个扩展槽，通过使用PCI—PCI桥接器，可扩展到256个扩展槽，台式PC的性能价格比和PCI总线面向仪器领域的扩展优势结合起来，将形成未来的虚拟仪器平台。

3.1.5 串口(RS--232／485)虚拟仪器简述

RS--232总线是早期采用的通用单行总线，最初多用于数据通信上，但随着工业测控行业的发展，许多测量仪器都带有RS--232串口总线接口。将带有RS--232总线接口的仪器作为I／O接口设备通过RS--232串口总线与PC计算机组成虚拟仪器系统目前仍然是虚拟仪器的构成方式之一，主要适用于速度较低的测试系统，与GPIB总线、VXI总线PXI总线相比，它的接口简单，使用方便。由串口总线组成虚仪器测试系统，其I／O接口设备就是带有RS--232／485接口的测试仪器，通常可以直接和计算机上的串口相连。如果计算机的串口己被其它资源占用，则需要在计算机的PCI或ISA槽中插入一块串口卡。

3.2 LabVIEW数据采集卡

虚拟仪器的硬件平台由PC计算机与数据采集卡(DAQ卡)组成。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。

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S／s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

基于LabVIEW的虚拟仪器设计研究 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。

3.2.1 数据采集卡主要组成部分：

1、多路开关

多路开关将多路信号轮流切换到放大器的输入端，实现多参数多路信号的分时采集。

2、放大器

放大器将待采集信号放大或衰减至采样环节的量程范围内。通常实际系统中，放大器的增益是可调的，设计者可以根据输入信号幅值的大小选择不同的增益倍数。

3、采样／保持器

采样／保持器取出代测信号在某一瞬时的值，即实现信号的时间离散化，并在A／D转换过程中保持信号不变。如果被测信号变化很缓慢，也可以不用采样／保持器。

4、A／D转换器

A／D转换器将输入的模拟量转化为数字量输出，并完成信号幅值的量化。随着电子技术的发展，通常将采样，保持器同A／D转换器集成在一块芯片上。

以上四个部分都处在PC的前向通道，是组成数据采集卡的主要部分。其他相关电路，如定时／计数器、总线接口电路等也集成在一块电路板上，完成对信号数据的采集、放大及模／数转换任务。

很多数据采集卡电路板上，还装有数／模(D／A)，它处在PC的后向输出通道，用于将计算机输出的数字量转换为模拟量，从而实现控制功能。 3.2.2 数据采集卡参数设置

要使数据采集卡正确地实现数据采集功能，必须根据实际测量的需要对一些参数进行设置，这就是数据采集卡的软件驱动。待设置的参数主要有采集卡的设备号及地址码，此外还有如下设置项。

1、模拟输入部分的设置项

设置信号的输入方式：输入信号是单端输入还是双端输入，输入信号是单

极性信号还是双极性信号等。

选择增益：根据输入信号幅值变化范围和分辨率要求，选择增益。