了得網計算機/網絡_LabVIEW程序設計與應用

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編輯推薦

《LabVIEW程序設計與應用》本書分為兩篇，上篇為基礎篇（第1~6章），介紹LabVIEW的基本編程方法，包括開發環境、VI的編程與調試、數據表達、程序結構、波形控件、網絡與通信、信號分析與處理等內容。下篇為應用篇（第7~13章），介紹LabVIEW的典型應用，包括信號處理、通信繫統、自動控制繫統仿真設計，數據采集基礎，基於Nextboard、TCP/IP、聲卡的數據采集繫統設計。內容豐富，結構合理，緊扣專業和課程要求，為電子信息類專業的課程設計、畢業設計提供參考方案。
? 圖文並茂，由淺入深，通俗易懂，在掌握基本理論、編程基礎的前提下，深入學習高級編程方法和技巧。
? 提供大量的仿真實例，覆蓋面廣，實用性強，充分講解編程技巧，使讀者能夠快速掌握程序設計方法。
? 提供課程配套的PPT課件，以及仿真實例的程序代碼，方便教學與自學。

內容簡介

本書分為上、下兩篇，上篇基礎篇（第1~6章）介紹LabVIEW的基本編程方法，包括開發環境介紹、VI的編程與調試、數據表達、程序結構、波形控件、網絡與通信等方面的內容。下篇應用篇（第7~13章）主要結合電子信息類專業的專業課，首先對“信號分析與處理”“通信原理”和“自動控制原理”課程的主要理論知識進行仿真設計；然後介紹數據采集基礎，結合工程教學的實驗平臺Nextboard進行溫度采集繫統的設計，並實現遠程繫統采集設計，*後一章介紹基於聲卡的數據采集繫統的設計。
編者結合多年教學經驗和學生的學習特點，對書中例題進行精心設計，反復測試。本書可作為高等學校電子信息類、儀器及相關專業課程的教材，也可供相關領域的工程技術人員學習和參考。

目錄

上篇基礎篇

目錄

上篇基礎篇

第1章LabVIEW概述

1.1LabVIEW簡介

1.2LabVIEW的安裝和啟動

1.2.1LabVIEW安裝

1.2.2LabVIEW啟動

1.3LabVIEW編程環境

1.3.1控件選板

1.3.2工具面板

1.3.3函數選板

1.3.4菜單欄和工具欄

1.4項目瀏覽器

1.5LabVIEW幫助信息

1.5.1幫助文檔

1.5.2查找範例

1.5.3網絡資源

第2章創建、編輯和調試VI

2.1創建和編輯VI

2.2運行和調試程序

2.2.1運行和停止VI

2.2.2糾正VI的錯誤

2.2.3高亮顯示程序執行過程

2.2.4單步運行VI

2.3創建和調用子VI

2.3.1通過圖標編輯創建子VI

2.3.2通過命令創建子VI

2.3.3調用子VI

第3章LabVIEW中的數據表達

3.1數值控件

3.1.1數值控件及顯示格式

3.1.2數值運算的常用函數

3.2布爾型控件

3.2.1布爾型控件及顯示格式

3.2.2布爾運算常用函數

3.3字符串與路徑控件

3.3.1字符串控件及顯示格式

3.3.2字符串控件常用函數

3.4下拉列表與枚舉控件

3.5數組控件

3.5.1數組的創建

3.5.2數組函數

3.6簇

3.6.1簇的創建

3.6.2簇函數

3.6.3錯誤簇

3.7波形數據

3.7.1波形控件

3.7.2波形函數

第4章程序流程和結構

4.1循環結構

4.1.1for循環

4.1.2移位寄存器

4.1.3while循環

4.2條件結構

4.3平鋪式順序結構

4.4事件結構

4.5公式節點

4.6局部變量和全局變量

4.6.1局部變量

4.6.2全局變量

第5章波形控件

5.1波形圖表

5.1.1波形圖表的右鍵快捷菜單

5.1.2波形圖表應用例題

5.2波形圖

5.3XY圖

5.4強度圖

5.5數字波形圖

5.6三維圖形

第6章網絡與通信

6.1數據通信

6.2隊列操作函數編程

6.2.1隊列操作函數

6.2.2隊列函數應用

6.3DataSocket編程

6.3.1DataSocket通信

6.3.2DataSocket功能函數

6.3.3DataSocket Server Manager

6.3.4DataSocket Server

6.3.5DataSocket通信實現

6.4協議

6.4.1TCP功能函數

6.4.2TCP/IP通信的實現

下篇應用篇

第7章信號分析與處理

7.1波形生成

7.2信號生成

7.3波形調理

7.4信號運算

7.5波形測量

7.6Express VI

7.6.1輸入函數

7.6.2信號分析

7.6.3信號操作模塊

7.6.4輸出函數

7.7綜合實例：信號發生器的制作

第8章LabVIEW在通信繫統中的應用

8.1模擬調制

8.1.1AM調制

8.1.2FM調制

8.2數字調制

8.2.1二進制幅移鍵控

8.2.2二進制頻移鍵控

8.2.3二進制相移鍵控

8.3綜合設計

第9章LabVIEW在自動控制繫統中的應用

9.1LabVIEW控制與仿真主要函數

9.2LabVIEW控制模型建立

9.3自動控制繫統的時域分析

9.4自動控制繫統的頻域分析

9.5自動控制繫統的動態性能分析

第10章數據采集

10.1數據采集基礎知識介紹

10.2配置管理軟件MAX的安裝與應用

10.2.1配置管理軟件MAX的簡介

10.2.2NIDAQmx的安裝

10.2.3配置管理軟件MAX的應用

10.3DAQmx API函數

10.4DAQ助手Express VI

第11章基於Nextboard的數據采集繫統設計

11.1Nextboard介紹

11.1.1Nextboard硬件介紹

11.1.2Nextpad軟面板介紹

11.2基於Nextboard溫度采集繫統的設計

11.2.1熱電偶工作原理

11.2.2熱電偶實驗面板介紹

11.2.3基於Nextpad軟件的熱電偶溫度采集

11.2.4基於LabVIEW程序設計的熱電偶溫度采集

11.3基於Nextboard數字信號產生與采集的設計

11.3.1前面板的設計

11.3.2程序框圖的設計

11.3.3程序調試

第12章基於TCP/IP的數據采集繫統設計

12.1nextkit信號萬用儀

12.1.1nextkit硬件介紹

12.1.2nextkit軟面板介紹

12.1.3nextkit示波器與信號發生器的使用

12.2基於LabVIEW的單機數據采集繫統的實現

12.2.1基於API函數的LabVIEW程序設計

12.2.2硬件連接與程序調試

12.3基於LabVIEW的TCP/IP的數據采集繫統的實現

12.3.1信號發送端程序設計

12.3.2信號接收端程序設計

12.3.3程序調試

第13章基於聲卡的數據采集繫統設計

13.1聲卡簡介

13.2聲卡的工作原理

13.3聲卡的主要技術參數

13.4基於聲卡的數據采集繫統的設計

13.4.1LabVIEW中有關聲卡的函數簡介

13.4.2聲音采集模塊LabVIEW程序設計

13.4.3根據文件播放聲音LabVIEW程序設計

13.4.4根據波形播放聲音LabVIEW程序設計

參考文獻

前言

前言

前言

美國國家儀器（National Instruments，NI）公司的創新軟件產品LabVIEW，采用圖形化編程語言，使計算機編程變得簡便，結合高效的數據采集設備，可以快速地構建虛擬測控繫統。隨著LabVIEW的發展，幾乎每隔一兩年，就會推出新的版本，其應用範圍覆蓋了工業自動控制、測量測試、計算機仿真、通信及遠程測控等眾多領域。LabVIEW已經走進了國內外很多高校的實驗室，國內外高校的工科專業大多也開設了相關的課程。學好LabVIEW編程設計，對專業理論課的學習也很有幫助。本書作者從事虛擬儀器教學多年，積累了很多程序開發的實踐經驗，都努力呈現在本書的大量例題中。
對LabVIEW初學者來說，掌握高效的學習方法是學好LabVIEW的重要因素。使用LabVIEW多動手編程，思考程序為什麼是這樣的運行結果至關重要。本書作者精心編寫了大量的例題，初學者盡可能地反復編寫和測試程序，以達到知其所以然的目的。
本書基礎篇主要由吉淑嬌和雷艷敏編寫，應用篇由吉淑嬌和商微微編寫，全書由吉淑嬌統稿。在本書的編寫過程中參考了大量的文獻，在此對這些文獻的作者表示衷心的感謝。同時，感謝NI公司駐中國院校合作經理劉洋工程師以及泛華公司技術人員提供的大力幫助。本書的責任編輯與作者進行的大量溝通對本書的出版也十分有益，在此一並表示感謝。同時感謝參與本書程序編寫和測試的學生，感謝長春大學對本書出版的大力支持。
作者本著交流學習的態度撰寫本書，由於自身水平有限，書中難免有不足之處，歡迎廣大讀者提出寶貴意見，有任何問題可以和作者聯繫（shujiaoji@163.com）。本書的出版，希望能夠為LabVIEW在國內尤其高校的推廣使用做一些貢獻，能夠對廣大的LabVIEW學習愛好者有所幫助。

作者

2018年6月

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第5章波形控件

本章學習目標
 熟練掌握波形圖和波形圖表的使用方法
 了解XY圖、強度圖和數字波形圖的使用方法
 熟練掌握三維圖形的使用方法
波形顯示控件是程序設計中前面板常用對像之一，其子選板位於“控件”→“新式”→“圖形”中，如圖5.1所示。本章先介紹波形圖表和波形圖的相關知識，再介紹XY圖、強度圖和數字波形圖的使用方法，後介紹三維圖形的表示方法。

圖5.1“圖形”子選板

5.1波形圖表
波形圖表作為顯示控件使用，主要由波形顯示區、橫縱坐標以及圖例構成。
波形圖表可以保存舊數據，所保存數據的長度可以自行指定。新傳給波形圖表的數據被接續在舊數據之後，這樣就可以在保存一部分舊數據顯示的同時顯示新數據。也可以把波形圖表這種工作方式想像為先進先出的隊列，新數據到來之後，會把同樣長度的舊數據從隊列中擠出去，這個長度默認為1024，用戶也可以右擊圖表，從彈出的快捷菜單中選擇“圖標歷史長度”設置大小。
5.1.1波形圖表的右鍵快捷菜單
1. 顯示項第5章波形控件

本章學習目標
 熟練掌握波形圖和波形圖表的使用方法
 了解XY圖、強度圖和數字波形圖的使用方法
 熟練掌握三維圖形的使用方法
波形顯示控件是程序設計中前面板常用對像之一，其子選板位於“控件”→“新式”→“圖形”中，如圖5.1所示。本章先介紹波形圖表和波形圖的相關知識，再介紹XY圖、強度圖和數字波形圖的使用方法，後介紹三維圖形的表示方法。

圖5.1“圖形”子選板

5.1波形圖表
波形圖表作為顯示控件使用，主要由波形顯示區、橫縱坐標以及圖例構成。
波形圖表可以保存舊數據，所保存數據的長度可以自行指定。新傳給波形圖表的數據被接續在舊數據之後，這樣就可以在保存一部分舊數據顯示的同時顯示新數據。也可以把波形圖表這種工作方式想像為先進先出的隊列，新數據到來之後，會把同樣長度的舊數據從隊列中擠出去，這個長度默認為1024，用戶也可以右擊圖表，從彈出的快捷菜單中選擇“圖標歷史長度”設置大小。
5.1.1波形圖表的右鍵快捷菜單
1. 顯示項

顯示項是設置波形圖表外觀顯示的，用於指明對像素是可觀的，如圖5.2所示，它提供了一種選擇顯示標簽、X滾動條、圖形工具選板及標尺圖例的方法。

圖5.2波形圖表顯示項菜單

圖5.3為除默認條件下的波形圖表之外選擇標尺圖例和圖形工具選板的顯示樣式。

圖5.3顯示標尺圖例和圖形工具選板的波形圖表(X標尺，Y標尺)

在圖例處，通過鼠標拖曳可以擴展出多條曲線，右擊曲線，彈出如圖5.4所示的對話框，可以設置曲線的樣式、顏色以及寬度等屬性，方便區分各個曲線。

2. 高級
在“高級”選項的子菜單中，選擇刷新模式，可以切換波形圖表在交互式數據顯示中三種刷新模式：示波器圖表、帶狀圖表和掃描圖表，如圖5.5所示。
帶狀圖表：從左到右連續滾動顯示運行數據，類似於紙帶表記錄器。
示波器圖表：當曲線到達繪圖區域的右邊界時，LabVIEW將擦除整條曲線並從左邊界開始繪制新曲線，類似於示波器。

圖5.4圖例對話框

圖5.5波形圖表刷新模式

掃描圖表：掃描圖中有一條垂線將右邊的舊數據和左邊的新數據隔開，類似於心電圖儀。
3. 屬性
屬性對話框如圖5.6所示，包含外觀、顯示格式、曲線以及標尺等屬性設置。用戶可以根據需要單擊需要設置的選項進行設置。
4. 分格顯示和層疊顯示設置
波形圖表中，當顯示多條曲線時，可以選擇“層疊式”重疊模式，即分格顯示曲線或層疊顯示曲線，如圖5.7所示。

圖5.6波形圖表屬性對話框

圖5.7層疊式顯示曲線

5.1.2波形圖表應用例題
例5.1利用波形圖表輸出隨機數乘以5和3的結果。
該程序的前面板和程序框圖如圖5.8和圖5.9所示，程序框圖中用到了捆綁函數，在前面板分別采用層疊和分格形式進行顯示。

圖5.8例5.1前面板

圖5.9例5.1程序框圖

例5.2用波形圖表同時顯示正弦和餘弦兩個波形。
程序框圖用到了2π，它位於“函數”→“數值”→“數學與科學常量”子選板中；用到的“正弦”和“餘弦”函數在“函數”→“數學”→“初等與特殊函數”子選板中。前面板和程序框圖如圖5.10和圖5.11所示。
在前面板的波形圖表上，右擊選擇“屬性”命令，在屬性設置界面標尺屬性內的“自動調整標尺”處設置值為359和小值為0，如圖5.12所示，則每次運行數據長度為360，一個周期，再運行一次程序，橫坐標的數值就會變為起始360，終止719，再次運行再依次增加。

圖5.10例5.2前面板圖

圖5.11例5.2程序框圖

圖5.12標尺設置對話框

5.2波形圖
波形圖和波形圖表大部分功能和顯示樣式都是一樣的，也可以接收多種數據類型，從而程度地降低數據在顯示為圖形前進行類型轉換的工作量。波形圖顯示波形是以成批數據一次刷新方式進行的，數據輸入基本形式是數組、簇或波形數據，其顯示默認狀態下含有主網絡和輔網絡。
例5.3利用創建波形函數創建波形，在波形圖中進行顯示。
具體步驟為：
(1) 新建VI，在程序框圖中按目錄“函數”→“編程”→“波形”子選板，找到“創建波形函數”，將其所素Y、t0以及dt顯示出來。
(2）添加for循環，輸出接至創建波形的Y輸入端，dt接數值常量10。
(3）按目錄“函數”→“編程”→“數值”→“轉換”子選板，選擇“轉換為時間標識”函數，其連線如圖5.13所示。
(4) 前面板添加波形圖，程序框圖接至創建波形的輸出端口，運行程序，顯示結果如圖5.14所示。這裡設置了波形圖顯示的圖例，以凸顯數值。
例5.4本例題給出了波形可以接收的所有數據格式。
波形數據來源於兩個雙精度數組，這兩個數組的數據來自“打開索引功能”邊框上的“輸出通道”。在for循環中，對0~2π均勻分布的100個點，連接至正弦和餘弦函數上，進行數據顯示，給出了7種波形圖可以接收的數據格式。圖5.15和圖5.16分別為例5.4的程序框圖和前面板。

圖5.13例5.3程序框圖

圖5.14例5.3前面板

圖5.15例5.4程序框圖

圖5.16例5.4前面板

使用Graph可以繪制一條或多條曲線，在這兩種情況下有著不同的數據組織格式。
當繪制一條曲線時，波形Graph可以接收如下兩種數據格式：
(1) 一維數組，對應於圖5.15和圖5.16中的單曲線波形圖。此時的時間默認為從0開始，而且數據點之間的時間間隔為1s，即在時刻0對應數組中的素，時刻1對應於數組中的素等。
(2) 簇數據類型。對應於圖5.15和圖5.16中的(Xo=10，dx=2，Y)單曲線。簇中應包括時間起點、時間間隔和數值數素。
當繪制多條曲線時，波形Graph可以接收如下數據格式：
(1) 二維數組，對應於圖5.15和圖5.16中的多曲線波形圖1。每一行可解釋為一條曲線數據，時間從0開始，每個數據點之間的間隔為1s。因為二維數組本身要求每一行的長度相同，所以這種數據格式要求每條曲線的數據長度相同。
(2) 把數組打包成簇，然後以素組成數組，對應於圖5.15和圖5.16中的多曲線波形圖2。每個簇裡包含的數組都是一條曲線。當多條曲線的數據點的個數不同時，可以使用這種數據組織方式。時間從0開始，每個數據點之間的間隔為1s。
(3) 由數素t0、dt以及數值類型二維數組Y組成的簇，對應於圖5.15和圖5.16中的(Xo=10，dx=0.5，Y)多曲線波形圖，其中，t0作為時間起點，dt為數據點之間的時間間隔，Y的每一行為一條曲線數據。
(4) 由素的一維數組，對應於圖5.15和圖5.16中(Xo=10，dx=2，Y)Multi Plot 1。素都由數素t0，dt和數值類型數素組成。t0作為時間起點，dt為數據點之間的時間間隔，數值數組代表一條曲線的數據點。這是通用的一種多曲線數據格式，因為允許每條曲線都有不同的起始時間、數據點時間間隔和數據點長度。
(5) 在由數素t0、dt以及素的數組,素組成的簇中素每素都由一個數組打包而成，每個數組都是一條曲線，對應於圖5.15和圖5.16中的(Xo=10，dx=5，Y)多曲線波形圖。所有曲線共用外層簇提供的起始時間t0和時間間隔dt參數。
5.3XY圖
“波形圖表”和“波形圖”隻能用於顯示一維數組中的數據或是一繫列單點數據，對於需要顯示橫坐標、縱坐標對的數據，它們就無能為力了。要想描繪X和Y的函數關繫，就需要用到“XY圖形”。
例5.5應用XY圖描述同心圓。
設計步驟如下：
(1) 新建一個VI，在前面板上放置一個XY圖，使曲線圖注顯示兩條曲線標識。
(2) 在程序框圖窗口放置一個for循環結構，給計數端口賦值360，按照路徑“數值”→“數學”→“初等與三角函數”→“三角函數”子選板的“正弦與餘弦”函數，分別求出一個周期0~2π數據的正弦值和餘弦值，選擇“捆綁”函數，將每次循環產生的一對正弦值和餘弦值組成一個簇，循環結束後將這360個簇組成一個簇數組。
(3) 因為XY圖的顯示機制決定了它的輸入必須是簇，所以添加兩個創建簇數組函數，後再用“建立數組”函數組成一個簇數組，創建數組函數選擇“連接輸入”。
完成連線，並運行程序，前面板和程序框圖如圖5.17和圖5.18所示。

圖5.17例5.5的前面板

圖5.18例5.5的程序框圖

5.4強度圖
“強度圖形”控件提供了一種在二維平面上表現三維數據的方法。例如可以用屏幕色彩的亮度反映一個二素值的大小。強度圖可以分為“強度趨勢圖”和“強度波形圖”。它們的大部分組件和功能都是相同的。
例5.6通過實例來說明使用強度波形圖顯素大小。
設計步驟如下：
(1) 新建一個VI，在前面板上放置一個“強度圖”，將它的X軸和Y軸的“刻度”標簽分別改為“行”和“列”。
(2) 另外在前面板上放置一個數值型的“二維數組”控件，右擊任一數組成員，在快捷菜單的“顯示類型”命令項中將數據類型改為I8型，用操作工具向二維數組中輸入4行3列的數據，切換到程序框圖編輯窗口，將“二維數組”與“強度圖”相連。
運行程序，前面板和程序框圖如圖5.19所示。
當改變二維數素值時，其對應的強度波形圖中的顏色值也跟著發生相應變化。

圖5.19例5.6的前面板和程序框圖

5.5數字波形圖
LabVIEW提供了“數字波形圖”來顯示0和1表示的數字信號。顯示數字信號首先要對數字信號用“捆綁函數”進行捆綁，數字捆綁的順序Xo，Delta X，輸入數據和采樣點數。這裡采樣點數反映了二進制的位數或字長，等於1時為8bit，等於2時為16bit，依次類推。
例5.7用數字波形圖顯示二進制的數組，1為高電平，0為低電平。
設計步驟：
(1) 新建一個VI，在前面板上放置一個“數字波形圖”。
(2) 在前面板放置一個數值型的“一維數組”，數據類型設為I8型，在“格式與設置”對話框中選擇“二進制顯示”，選擇一素，在工具欄上的“字體”設置下拉菜單中選擇“右對齊”，將二進制數字設為右對齊顯示。

圖5.20例5.7的程序框圖

(3) 切換到程序框圖，在“簇函數”子模板選擇“打包”函數，分別在“打包”函數的輸入端口添加為Xo=0，Delta X=1，輸入數組和采樣點數=1，將輸出簇送給數字波形顯示。
程序框圖如圖5.20所示。
運行程序，顯示運行結果如圖5.21所示。

圖5.21例5.7的前面板

從程序運行結果圖中可以看出，橫坐標X軸表示數據的序號，序號從0~5，縱坐標Y軸從上到下表示數字信號從位到位的電平變化，例如對序號為3的二進制數101(十進制5)，用數字波形圖表示就是00000101，行7代表位，行0代表位。
5.6三維圖形
在實際工程應用中，“三維圖形”通常是一種直觀的數據顯示方法，它可以很清楚地繪制出空間軌跡，給出X、Y和Z三個方向的依賴關繫。例如在非平穩隨機信號分析中，通常采用時域分析方法，這時就可以用三維圖形來描述，X軸表示時間，Y軸表示頻率，Z軸表示時域頻譜。
LabVIEW中包含的三維圖形如圖5.22所示。

圖5.22三維圖形子選板

主要模塊介紹如下：
1. 三維曲面圖形
前面板放置一個三維曲面圖形時，程序框圖將同時顯示兩個圖標，如圖5.23所示，分別為creat_plot_surface.vi和3D Graph，前一個用來三維作圖，後一個用來顯示圖形。
creat_plot_surface.vi的端口和定義如圖5.24所示，該端口依據x、y和z點繪制曲面，該VI有兩個一維數組(x，y)和一個二維數組(z)，指定圖上的各個點。

圖5.23三維曲面圖形

圖5.24creat_plot_surface.vi的端口

2. 三維參數圖形
前面板放置一個三維參數圖形時，程序框圖將同時顯示兩個圖標，如圖5.25所示，類似三維曲面圖形。

圖5.25三維參數圖形

creat_plot_parametric.vi的端口和定義如圖5.26所示，依據x、y和z點繪制曲面。該VI有三個二維數組，指定曲面上的各個點。
例5.8三維曲面圖形例程。
本例顯示z=sin(x)cos(y)的曲面圖，前面板和程序框圖如圖5.27和圖5.28所示，可以用鼠標任意拖動前面板三維圖形，以多角度觀察圖形。

圖5.26creat_plot_parametric.vi的端口

圖5.27例5.8前面板

圖5.28例5.8程序框圖

這裡，z變量為二維數組，但x和y為一維數組，因此個for循環輸出端要選擇“終值”，而非“索引”。
例5.9使用三維參數圖形來繪制空心球體。
空心球體的參數方程為：
x=(2 cosα)cosβ
y=(2 cosα)sinβ
z=sinα(51)
程序框圖和前面板分別如圖5.29和圖5.30所示。

圖5.29例5.9程序框圖

前面板的三維圖形，右擊都有一項三維圖形屬性設定，對話框如圖5.31所示，可以對三維圖形做進一步設置。

圖5.30例5.9的前面板

圖5.31“三維圖形屬性”對話框

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