LabVIEW虚拟仪器设计及应用程序设计、数据采集、硬件控制与信号处理

目录



第1章有用又有趣的虚拟仪器技术

1.1虚拟仪器技术的起源与发展

1.2什么是虚拟仪器

1.3虚拟仪器的构成

1.4虚拟仪器的种类

1.5虚拟仪器对测量观念及技术的影响

1.6虚拟仪器技术在各行业的应用情况

1.7掌握虚拟仪器技术需具备的条件和相关知识

本章习题

参考文献

第2章LabVIEW入门

2.1LabVIEW简介

2.2操作选板

2.3调试工具

2.4数据流的编程机制

2.5LabVIEW的初步操作

2.5.1创建第一个VI

2.5.2建立并调用子VI

2.5.3生成应用程序

2.5.4程序调试技术

2.6常用技巧

2.7本章小结

本章习题

参考文献

第3章基本数据类型

3.1数值

3.1.1数值控件

3.1.2数值的数据类型

3.1.3数值函数

3.2字符串

3.2.1字符串控件

3.2.2字符串的显示方式

3.2.3字符串函数

3.3布尔量

3.4枚举与下拉列表

3.5路径

3.6本章小结

本章习题

参考文献

第4章程序结构

4.1顺序结构

4.2条件结构

4.2.1条件选择器为布尔型

4.2.2条件选择器为非布尔型

4.2.3输入和输出隧道

4.2.4选择函数

4.3循环结构

4.3.1While循环

4.3.2For循环

4.3.3循环结构内外的数据交换

4.3.4自动索引

4.3.5移位寄存器

4.3.6反馈节点

4.3.7综合示例及补充

4.4事件结构

4.5局部变量

4.6属性节点

4.7公式节点

4.8MathScript节点

4.9MATLAB脚本节点

4.10本章小结

本章习题

参考文献

第5章复合数据类型

5.1数组

5.1.1数组的创建

5.1.2数组的索引

5.1.3数组函数

5.1.4利用循环结构创建数组

5.1.5函数的多态化功能

5.2簇

5.2.1簇的创建

5.2.2簇的顺序

5.2.3簇函数

5.2.4错误簇

5.3波形

5.3.1什么是波形

5.3.2波形函数

5.4DDT

5.5本章小结

本章习题

参考文献

第6章文件I/O

6.1文件I/O的基本概念

6.2底层文件I/O

6.3高层文件I/O

6.4本章小结

本章习题

参考文献

第7章图形显示及其他技巧

7.1图形显示

7.1.1波形图

7.1.2XY图

7.1.3波形图表

7.1.4强度图

7.2其他技巧

7.3本章小结

本章习题

参考文献

第8章数据采集

8.1基础知识

8.1.1数据采集系统的构成

8.1.2测量系统的信号输入方式

8.1.3采样定理

8.1.4数据采集卡

8.2LabVIEW中数据采集的基本概念

8.2.1任务和虚拟通道

8.2.2基本环节

8.2.3两种途径

8.2.4定时

8.2.5任务状态转换

8.3数据采集卡的连接和测试

8.4模拟输入

8.4.1单点模入

8.4.2有限模入(N个样本)

8.4.3连续模入

8.5模拟输出

8.5.1单点模出

8.5.2有限模出(N个样本)

8.5.3连续模出

8.6本章小结

本章习题

参考文献

第9章利用声卡实现数据采集

9.1声卡简介

9.1.1工作原理

9.1.2硬件结构

9.1.3基本参数

9.1.4声卡测试

9.2LabVIEW环境下利用声卡实现数据采集

9.2.1基本环节

9.2.2有关声卡的函数

9.3模拟输入

9.3.1有限模入（N个样本）

9.3.2连续模入

9.4模拟输出

9.4.1有限模出（N个样本）

9.4.2连续模出

9.5专用数据采集卡与声卡的比较

9.6本章小结

本章习题

参考文献

第10章利用摄像头实现图像采集

10.1基本原理

10.1.1图像采集的基本过程

10.1.2数字图像的表示

10.1.3图像采集参数

10.2LabVIEW中有关图像采集的基本概念

10.2.1利用摄像头实现图像采集的基本环节

10.2.2图像采集相关函数

10.3利用MAX检测摄像头的功能

10.4图像采集的实现

10.4.1采集单幅图像

10.4.2采集N幅图像

10.4.3连续采集图像

10.5图像和视频的保存与读取

10.5.1图像和视频的保存

10.5.2图像和视频的读取

10.6本章小结

本章习题

参考文献

第11章仪器控制

11.1仪器控制的基本原理

11.1.1硬件通路

11.1.2通信协议

11.2LabVIEW中“仪器控制”的基本概念

11.2.1总体介绍

11.2.2基本环节

11.2.3VISA函数

11.3利用MAX检测要通信的仪器

11.4仪器控制示例

11.4.1利用计算机控制串口仪器

11.4.2利用计算机控制USB口仪器

11.5跨界仪器(仪器控制+数据采集卡)

11.5.1一台具体功能的仪器

11.5.2仪器控制

11.5.3数据采集卡

11.6本章小结

本章习题

参考文献

第12章利用LabVIEW控制单片机

12.1基本概念

12.1.1单片机及其开发板

12.1.2接口或引脚

12.1.3将单片机与计算机相连

12.1.4开发板的使用步骤

12.2软件环境

12.2.1Arduino IDE

12.2.2LabVIEW中相关的函数

12.3示例

12.4本章小结

本章习题

参考文献

第13章算法及信号处理

13.1程序的灵魂——算法

13.1.1算法的效率

13.1.2LabVIEW中的算法函数

13.2信号处理

13.2.1仿真信号的生成

13.2.2波形测量

13.3本章小结

本章习题

参考文献

第14章实际应用1——函数发生器

14.1概述

14.2算法介绍

14.3程序说明

14.4函数发生器VI的使用说明及功能测试

14.5本章小结

本章习题

参考文献

第15章实际应用2——频率计

15.1概述

15.2算法介绍

15.2.1时域方法

15.2.2频域方法

15.3程序说明

15.4算法测试与结果分析

15.4.1利用仿真信号进行分析

15.4.2对实采波形进行测量

15.5本章小结

本章习题

参考文献

附录ALabVIEW软件和驱动程序的安装说明

附录BDIGILENT chipKIT WF32驱动及LINX的安装步骤

附录C在LabVIEW中如何运行MakerHub

第3章
CHAPTER 3


基本数据类型



在阐述本章内容之前，首先对LabVIEW中有关数据的3个概念进行梳理。
第1个概念是数据的组织形式。在LabVIEW中，数据的组织形式有3种，分别是输入控件、显示控件和常量。其中，输入控件和显示控件都在前面板上的控件选板上，而常量却是在程序框图面板的函数选板上。一般而言，输入控件是用来输入参数的，而显示控件是用来显示VI的测量、分析、计算及处理结果的。
第2个概念是数据的表现形式。以数值型数据为例，如图3.1所示，它可以表现为数值输入控件、仪表(表盘)、量表和滑动杆等多种形式，它们都是从实际需求中衍生而来的。实际生活和工作场景中，有各式各样的测量仪表，如温度计、速度计、电能表、水表，等等，虽然它们的外表很不相同，所反映的物理量也不同，但数据类型是相同的，即都是数值。
第3个概念是数据类型。LabVIEW中，除了基本的数据类型，例如数值、布尔量和字符串等之外，还提供有几种所谓复合数据类型，包括有数组、簇、波形和DDT［15］。本章主要学习LabVIEW中的基本数据类型，主要有数值、字符串、布尔量、枚举/下拉列表和路径。


图3.1数值的表现形式


3.1数值
在本节中，将介绍最基本的数据类型——数值。LabVIEW中的数值控件有很多种表现形式，并提供有很多对数值的操作函数。
3.1.1数值控件
数值控件又分为数值输入控件和数值显示控件，这些控件均位于“控件”选板→“新式”→“数值”子选板上。数值输入控件和数值显示控件各自都有很多种表现形式，如图3.1和图3.2所示。在控件选板上，它们又分为新式、银色、系统和经典等，即还具有不同的风格，使用者可根据自己的喜好选择使用。


图3.2数值输入控件和数值显示控件


3.1.2数值的数据类型
LabVIEW以浮点数、定点数、整数、无符号整数以及复数等不同数据类型表示数值数据。那么，LabVIEW中的数值数据类型是如何进行设置的呢？
下面，以一个数值输入控件为例进行介绍(显示控件以及常量是类似的)。首先，在前面板上创建一个数值输入控件，然后，经鼠标操作来到程序框图面板。这时，程序框图面板上已经出现了一个数值输入控件的图标，它与在前面板上生成的数值输入控件相对应，如图3.3所示。此情况下，LabVIEW默认生成的数值的数据类型为双精度64位实数。这个信息是如何得到的呢？一个办法是，通过查看该数值输入控件在程序框图面板上的显示图标来判断其当前的数据类型。因为在LabVIEW中，不同数据类型的数值控件的图标颜色和形式是不一样的，如图3.3所示的数值输入控件的图标是橙色的，而且下面有标识“DBL”，这表明，该数值输入控件中的数据当前的数据类型为双精度浮点数。LabVIEW中的数值数据类型有多种，除了实数(橙色)和整数(蓝色)通过颜色可以快速地辨识出来外，想要知道某数值输入控件中当前的具体数据信息，仅靠其图标上的标识来判断，还不能保证准确无误。鉴于此，一个简便、可靠的办法，是调用LabVIEW的即时帮助功能。具体地，在程序框图上，选中所关注的数值输入控件的图标，然后，同时按住Ctrl+H组合键，就会在程序框图面板上弹出一个即时帮助窗口，显示出该输入控件当前的数值数据类型，如图3.4所示。


图3.3在前面板和程序框图面板中的数值输入控件




图3.4即时帮助中显示的数值输入控件的数据类型信息


另外，数值输入控件当前的数据类型也是可以改变的。如图3.5所示，改变数值输入控件当前的数据类型的方法如下： 首先，在程序框图上选中所关注数值输入控件的图标，右击，选择“表示法”，可以看到共有15种数据类型，且当前选中的是“DBL”； 改为选择下方的“I32”，随即，程序框图中该输入控件的图标就变成了蓝色，即时帮助窗口中给出的信息也改为32位的整数，如图3.6所示。如此，就将输入控件中的双精度浮点数改成了整型数。LabVIEW中的15种数据类型各自的具体含义见表3.1。



图3.5改变数值输入控件的数据类型




图3.6输入控件的数据类型为整型




表3.1LabVIEW的15种数值数据类型



缩写
含义EXT
扩展精度浮点数，保存其到存储介质时，LabVIEW会将其保存为独立于平台的128位格式。内存中，数据的大小和精度会根据平台的不同而有所不同，只在确有需要时，才会使用扩展精度的浮点型数值。扩展精度浮点数的算术运行速度，会因所用平台的不同而有所不同

DBL
双精度浮点数，具有64位IEEE双精度格式，是双精度时数值对象的默认格式，即大多数情况下，应使用双精度浮点数

SGL
单精度浮点数，具有32位IEEE单精度格式。如所用计算机的内存空间有限，且实施的应用和计算等绝对不会出现数值范围溢出情况，应使用单精度浮点数

FXP
定点型
I64
64位整型(-1e19~1e19)
I32
有符号长整型(-2147483648~2147483647)
I16
双字节整型(-32768~32767)
I8
单字节整型(-128~127)U64
无符号64位整型(0~2e19)
U32
无符号长整型(0~4294967295)
U16
无符号双字节整型(0~65535)
U8
无符号单字节整型(0~255)
CXT
扩展精度浮点复数
CDB
双精度浮点复数
CSG
单精度浮点复数

数据类型是一个很基础的概念，不难懂，但是要学清楚，否则VI运行中出现问题时，可能很难找到出错的原因。在进行VI编程时，特别要注意对数据类型的正确使用。下面以例3.1进行说明。