labview基本概念

虛擬儀器 （VI) 的概念

　　虛擬儀器（virtual instrument）是基于計算機的儀器。計算機和儀器的密切結合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。粗略地說(shuō)這種結合有兩種方式，一種是將計算機裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著(zhù)計算機功能的日益強大以及其體積的日趨縮小，這類(lèi)儀器功能也越來(lái)越強大，目前已經(jīng)出現含嵌入式系統的儀器。另一種方式是將儀器裝入計算機。以通用的計算機硬件及操作系統為依托，實(shí)現各種儀器功能。虛擬儀器主要是指這種方式。上面的框圖反映了常見(jiàn)的虛擬儀器方案。

　　虛擬儀器實(shí)際上是一個(gè)按照儀器需求組織的數據采集系統。虛擬儀器的研究中涉及的基礎理論主要有計算機數據采集和數字信號處理。目前在這一領(lǐng)域內，使用較為廣泛的計算機語(yǔ)言是美國NI 公司的 LabVIEW。

　　虛擬儀器的起源可以追溯到20世紀70年代，那時(shí)計算機測控系統在國防、航天等領(lǐng)域已經(jīng)有了相當的發(fā)展。PC機出現以后，儀器級的計算機化成為可能，甚至在 Microsof t公司的 Windows 誕生之前，NI公司已經(jīng)在Macintosh計算機上推出了LabVIEW2.0 以前的版本。對虛擬儀器和 LabVIEW長(cháng)期、系統、有效的研究開(kāi)發(fā)使得該公司成為業(yè)界公認的權威。目前LabVIEW 的最新版本為 LabVIEW2011，LabVIEW 2009 為多線(xiàn)程功能添加了更多特性，這種特性在 1998 年的版本 5 中被初次引入。使用 LabVIEW 軟件，用戶(hù)可以借助于它提供的軟件環(huán)境，該環(huán)境由于其數據流編程特性、LabVIEW Real-Time 工具對嵌入式平臺開(kāi)發(fā)的多核支持，以及自上而下的為多核而設計的軟件層次，是進(jìn)行并行編程的首選。

　　普通的 PC 有一些不可避免的弱點(diǎn)。用它構建的虛擬儀器或計算機測試系統性能不可能太高。目前作為計算機化儀器的一個(gè)重要發(fā)展方向是制定了VXI 標準，這是一種插卡式的儀器。每一種儀器是一個(gè)插卡，為了保證儀器的性能，又采用了較多的硬件，但這些卡式儀器本身都沒(méi)有面板，其面板仍然用虛擬的方式在計算機屏幕上出現。這些卡插入標準的 VXI 機箱，再與計算機相連，就組成了一個(gè)測試系統。VXI 儀器價(jià)格昂貴，目前又推出了一種較為便宜的 PXI 標準儀器。

LabVIEW 的概念

　　與 C 和 BASIC 一樣，LabVIEW也是通用的編程系統，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數庫。LabVIEW的函數庫包括數據采集、GPIB、串口控制、數據分析、數據

LabVIEW標志

顯示及數據存儲，等等。LabVIEW也有傳統的程序調試工具，如設置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫(huà)方式顯示數據及其子程序（子VI）的結果、單步執行等等，便于程序的調試。

　　LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標代替文本行創(chuàng )建應用程序的圖形化編程語(yǔ)言。傳統文本編程語(yǔ)言根據語(yǔ)句和指令的先后順序決定程序執行順序，而 LabVIEW則采用數據流編程方式，程序框圖中節點(diǎn)之間的數據流向決定了VI及函數的執行順序。VI指虛擬儀器，是 LabVIEW的程序模塊。

　　LabVIEW提供很多外觀(guān)與傳統儀器（如示波器、萬(wàn)用表）類(lèi)似的控件，可用來(lái)方便地創(chuàng )建用戶(hù)界面。用戶(hù)界面在 LabVIEW中被稱(chēng)為前面板。使用圖標和連線(xiàn)，可以通過(guò)編程對前面板上的對象進(jìn)行控制。這就是圖形化源代碼，又稱(chēng)G代碼。LabVIEW]的圖形化源代碼在某種程度上類(lèi)似于流程圖，因此又被稱(chēng)作程序框圖代碼。

特點(diǎn)

　　盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。

　　可充分發(fā)揮計算機的能力，有強大的數據處理功能，可以創(chuàng )造出功能更強的儀器。

　　用戶(hù)可以根據自己的需要定義和制造各種儀器。

　　未來(lái)

　　虛擬儀器研究的另一個(gè)問(wèn)題是各種標準儀器的互連及與計算機的連接。目前使用較多的是IEEE488 或 GPIB協(xié)議。未來(lái)的儀器也應當是網(wǎng)絡(luò )化的。

　　LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench）是一種圖形化的編程語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)環(huán)境，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗室所接受，視為一個(gè)標準的數據采集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿(mǎn)足 GPIB、VXI、RS-232和 RS-485 協(xié)議的硬件及數據采集卡通訊的全部功能。它還內置了便于應用TCP/IP、ActiveX等軟件標準的庫函數。這是一個(gè)功能強大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過(guò)程都生動(dòng)有趣。

　　圖形化的程序語(yǔ)言，又稱(chēng)為 “G” 語(yǔ)言。使用這種語(yǔ)言編程時(shí)，基本上不寫(xiě)程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標和概念，因此，LabVIEW是一個(gè)面向最終用戶(hù)的工具。它可以增強你構建自己的科學(xué)和工程系統的能力，提供了實(shí)現儀器編程和數據采集系統的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設計、測試并實(shí)現儀器系統時(shí)，可以大大提高工作效率。

　　利用 LabVIEW，可產(chǎn)生獨立運行的可執行文件，它是一個(gè)真正的32位/64位編譯器。像許多重要的軟件一樣，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多種版本。

　　它主要的方便就是，一個(gè)硬件的情況下，可以通過(guò)改變軟件，就可以實(shí)現不同的儀器儀表的功能，非常方便，是相當于軟件即硬件！現在的圖形化主要是上層的系統，國內現在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出圖形化的單片機編程系統（支持32位的嵌入式系統，并且可以擴展的），不斷完善中(大家可以搜索 CPUVIEW 會(huì )有更詳細信息；）

　　LABVIEW的應用領(lǐng)域

　　LABVIEW有很多優(yōu)點(diǎn)，尤其是在某些特殊領(lǐng)域其特點(diǎn)尤其突出。

　　測試測量：LABVIEW最初就是為測試測量而設計的，因而測試測量也就是現在LABVIEW最廣泛的應用領(lǐng)域。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，LABVIEW在測試測量領(lǐng)域獲得了廣泛的承認。至今，大多數主流的測試儀器、數據采集設備都擁有專(zhuān)門(mén)的LabVIEW驅動(dòng)程序，使用LabVIEW可以非常便捷的控制這些硬件設備。同時(shí)，用戶(hù)也可以十分方便地找到各種適用于測試測量領(lǐng)域的LabVIEW工具包。這些工具包幾乎覆蓋了用戶(hù)所需的所有功能，用戶(hù)在這些工具包的基礎上再開(kāi)發(fā)程序就容易多了。有時(shí)甚至于只需簡(jiǎn)單地調用幾個(gè)工具包中的函數，就可以組成一個(gè)完整的測試測量應用程序。

　　控制：控制與測試是兩個(gè)相關(guān)度非常高的領(lǐng)域，從測試領(lǐng)域起家的LabVIEW自然而然地首先拓展至控制領(lǐng)域。LabVIEW擁有專(zhuān)門(mén)用于控制領(lǐng)域的模塊----LabVIEWDSC。除此之外，工業(yè)控制領(lǐng)域常用的設備、數據線(xiàn)等通常也都帶有相應的LabVIEW驅動(dòng)程序。使用LabVIEW可以非常方便的編制各種控制程序。

　　仿真：LabVIEW包含了多種多樣的數學(xué)運算函數，特別適合進(jìn)行模擬、仿真、原型設計等工作。在設計機電設備之前，可以現在計算機上用LabVIEW搭建仿真原型，驗證設計的合理性，找到潛在的問(wèn)題。在高等教育領(lǐng)域，有時(shí)如果使用LabVIEW進(jìn)行軟件模擬，就可以達到同樣的效果，使學(xué)生不致失去實(shí)踐的機會(huì )。

　　兒童教育：由于圖形外觀(guān)漂亮且容易吸引兒童的注意力，同時(shí)圖形比文本更容易被兒童接受和理解，所以L(fǎng)abVIEW非常受少年兒童的歡迎。對于沒(méi)有任何計算機知識的兒童而言，可以把LabVIEW理解成是一種特殊的“積木”：把不同的原件搭在一起，就可以實(shí)現自己所需的功能。著(zhù)名的可編程玩具“樂(lè )高積木”使用的就是LabVIEW編程語(yǔ)言。兒童經(jīng)過(guò)短暫的指導就可以利用樂(lè )高積木提供的積木搭建成各種車(chē)輛模型、機器人等，再使用LabVIEW編寫(xiě)控制其運動(dòng)和行為的程序。除了應用于玩具，LabVIEW還有專(zhuān)門(mén)用于中小學(xué)生教學(xué)使用的版本。

　　快快速開(kāi)發(fā)：根據筆者參與的一些項目統計，完成一個(gè)功能類(lèi)似的大型應用軟件，熟練的LabVIEW程序員所需的開(kāi)發(fā)時(shí)間，大概只是熟練的C程序員所需時(shí)間的1/5左右。所以，如果項目開(kāi)發(fā)時(shí)間緊張，應該優(yōu)先考慮使用LabVIEW，以縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。

　　跨平臺：如果同一個(gè)程序需要運行于多個(gè)硬件設備之上，也可以?xún)?yōu)先考慮使用LabVIEW。LabVIEW具有良好的平臺一致性。LabVIEW的代碼不需任何修改就可以運行在常見(jiàn)的三大臺式機操作系統上：Windows、Mac OS 及 Linux。除此之外，LabVIEW還支持各種實(shí)時(shí)操作系統和嵌入式設備，比如常見(jiàn)的PDA、FPGA以及運行VxWorks和PharLap系統的RT設備。