第1部分　入门篇

第1章　初识LabVIEW

LabVIEW从诞生之初就致力于全面简化虚拟仪器系统的构建，使设计者能够以简单而有效的方式实现各种测控开发。其主要特点是采用图形化编程模式、使用灵活的数据表达方式、采用开放式开发环境并提供强大的分析处理能力。

【本章导读】

◆ LabVIEW与虚拟仪器

◆ LabVIEW的安装与启动

◆ VI与子VI

◆ 前面板与后面板

◆ 操作选板等

1.1　LabVIEW与虚拟仪器

虚拟仪器是计算机技术与仪器仪表技术结合的产物，它通过应用软件将计算机与各种硬件设备结合在一起，使用时用计算机的操作界面就可对测试设备进行管控，从而完成各种物理信号的采集、分析、处理、显示及数据存储。

LabVIEW是实验室虚拟仪器工程平台的英文缩写，由美国NI公司所开发。与传统的文本编程不同，LabVIEW采用图形化编程，以程序框图来组织程序设计，由程序框图中的节点来传递数据的流动。

LabVIEW提供了大量的与传统仪器（如表盘、按钮、示波器、万用表等）相类似的控件，便于高效地创建用户界面。此外，它有一个可以胜任各种编程任务的强大函数库，主要涉及数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储等。

LabVIEW与虚拟仪器有着密切的关系，这主要涉及以下几个方面。

① 虚拟仪器是基于计算机的仪器，两者的结合代表了仪器发展的重要方向。其呈现方式有两种，一种是将计算机装入仪器，即所谓智能化仪器。另一种则是将仪器装入计算机。以通用计算机的硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能，虚拟仪器主要是采用这种方式。

② 采用常规微机构建虚拟仪器或计算机测试系统时，需要用到一些插卡式的仪器来扩展其性能。由于这些卡式仪器没有自身的面板，因此需要以虚拟面板的方式来呈现，使用LabVIEW可以快速而有效地完成此类开发。

③ 虚拟仪器的研究涉及各种标准仪器的互连以及同计算机的连接，目前使用较多的是IEEE488或GPIB协议，而未来的仪器则是向网络化发展。

④ 在硬件相同的条件下，软件的变化能够充分发挥计算机的强大潜能和数据处理能力优势，为构造各种性能强大的虚拟仪器提供了有利的支持。

LabVIEW的应用领域十分广泛，除了测试测量领域，它还凭借其突出的特点在其他领域发挥着突出的作用。

在教学方面：由于LabVIEW具有极强的图形表现力，因而用它开发的教学软件，其界面效果非常美观极富吸引力。此外，图形及动画的讲述力也更容易被学习者接受和理解。

在仿真方面：LabVIEW以它丰富的数学运算函数，为模拟、仿真及原型设计等工作提供了有力的支持。在设计前期，可利用LabVIEW在计算机上搭建出仿真模型，以验证设计的合理性。此外，使用LabVIEW设计的模拟软件还可进行虚拟实验，并可达到降低实验成本增强安全性的效果。

在控制方面：由于控制与测试是一对高度相关的领域，由测试测量领域做大的NI 公司，其不但开发出了LabVIEW这样出色的开发平台，它在控制领域也推出了大量的为测控服务的硬件产品，LabVIEW与它们可以便捷地构成各类控制系统。

1.2　LabVIEW的安装与启动

本书以中文版LabVIEW2013为编程环境，其安装软件是一个名为2013LV-WinChn的压缩包，如图1-1所示。下载后，需进行解压缩才能安装，在解压后其如图1-2所示。

在解压缩后的文件中，双击“setup.exe”即可执行安装，其初始界面如图1-3所示。通过单击“下一步”可展开安装。

在安装过程中，一旦出现图1-4的界面，则要决定是安装试用版还是正式版。若安装试用版，其无需序列号，但试用期比较短，到期后便无法继续使用。

在正常情况下，会在结束前出现图1-5的界面，单击“下一步”就可完成安装。此时，在开始菜单可见到图标，单击它便可启动LabVIEW。

启动LabVIEW后，其界面如图1-6所示。

1.3　VI与子VI

在正式开始编程前，有必要对LabVIEW的程序构成有所了解。LabVIEW是以VI文件为程序单位的，一个VI程序又可以通过调用下级的子VI来扩展程序规模。

（1）VI

使用LabVIEW开发平台编写的程序称为VI，VI文件在保存时其文件扩展名为.VI。

（2）子VI

一个LabVIEW程序的子程序称为子VI，它对应于传统程序的子程序或子函数。子VI的连接端口是其被调用时的输入/输出接口，用以传递信息参数。

（3）图标与连线板

将VI作为子VI使用时，要为其创建相应的图标和连线板。图标和连线板相当于文本程序中的函数原型，它位于前面板或后面板窗口的右上角，如图1-7所示。

1.4　前面板与后面板

（1）前面板

前面板是进行虚拟仪器设计的平台，其形式如图1-8所示。在前面板上所使用的对象为输入和输出两类控件，其中的输入控件是指开关、旋钮、转盘等输入装置，而输出控件是指指示灯、图形等输出装置。

输入控件是通过模拟仪器的输入来向VI的程序框图提供数据，而输出控件则是接收程序框图输出的数据并模拟仪器的形式来显示。

（2）后面板

后面板是操纵和控制前面板上输入与输出功能编程平台，与传统文本开发平台不同的是它采用图形化的编程，即使用程序框图来编程。在运行时，程序框图是不可见的，显示的内容只有前面板的控件。后面板的形式如图1-9所示。

（3）程序框图

程序框图是图形化源代码的集合，在执行时是按信号流过图标的顺序来接受数据流的控制，故该编程方式被称为数据流编程。

程序框图由端点、节点、连线和结构这4类元素组成，其形式如图1-10所示。

① 端点：当在前面板上添加某一控件时，在后面板上也会出现对应的图标，该图标就是此控件的端点，端点可以连线的方式来传递数据。输入控件接线端的箭头在右边，表示数据只能流出。输出控件接线端的箭头在左边，表示数据只能流入。正确区分端点的性质，利于提高连线的准确性。

② 节点：它类似于文本程序中的语句、运算符、函数和子程序，是程序框图上的对象，并带有输入输出端。当VI运行时，它起运算处理的作用。节点主要有4类，即函数、子VI、Express VI和结构。

③ 连线：在程序框图中，连线用于在对象间传递数据。连线能够传递不同类型的数据，不同的数据类型有不同的线型和颜色。

④ 结构：是文本程序中循环、条件等语句的图形化表示，可对程序流程加以控制。

1.5　操作选板

LabVIEW在设计过程中是通过操作选板来工作的，所包含的选板有工具选板、控件选板和函数选板，通过这些选板可反映出LabVIEW的功能与特性。

1.5.1　控件选板

控件选板在前面板显示，它是进行界面设计的模块工具，其涵盖了前面板设计的全部对象。控件选板有多种模块功能，包括新式、银色、系统、经典、选择控件、Express、.NET与ActiveX等，而每个模块又含有许多子功能模板。

显示控件选板时，可选取“查看”菜单中的“控件选板”选项，该选板如图1-11所示。

在控件选板中，各图标的功能如表1-1所示。

1.5.2　函数选板

函数选板在后面板显示，它是程序框图设计的模块工具，其涵盖了创建框图程序的常用VI和函数对象。控件选板有多种模块功能，包括编程、测量I/O、仪器I/O、数学、信号处理、数据通信、互连接口、Express、附加工具包、选择VI等，而每个模块又含有许多子模板。

显示函数选板时，可选取“查看”菜单中的“函数选板”选项，该选板如图1-12所示。

在函数选板中，各图标的功能如表1-2所示。

1.5.3　工具选板

工具选板既可在前面板显示，也可在后面板显示，它是创建、修改和调试VI程序的工具。在使用工具选板时，依据工具的不同，光标会呈现出不同的形状以便于操作。

显示工具选板时，可选取“查看”菜单中的“工具选板”选项，该选板如图1-13所示。

在工具选板中，各图标的功能如表1-3所示。

1.6　综合实例：创建LabVIEW项目

使用项目可对程序进行有效管理，创建项目的操作如下：

① 打开LabVIEW，单击“创建项目”，将出现创建项目界面，如图1-14所示。

② 选取“项目模板”，单击“完成”，则弹出图1-15所示的项目浏览界面。

③ 单击“保存全部”图标按钮，则弹出图1-16所示命名项目对话框。指定文件名（即项目名），然后单击“确定”，则完成项目的创建及命名保存。在创建项目后，若新建VI程序（如test1.vi和test2.vi），则被保存到项目中，如图1-17所示。

LabVIEW不仅用于虚拟仪器开发，它还是仿真软件开发的利器，这一切都建立在它强大的输出功能上。