計算機仿真和可視化設(shè)計

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1、計算機仿真和可視化設(shè)計,基于LabVIEW的工程軟件應(yīng)用,蔡建安 陳潔華 張文藝,目錄,1LABVIEW概述 2LABVIEW模板簡介 3創(chuàng)建VI程序 4LABVIEW結(jié)構(gòu) 5LABVIEW 數(shù)據(jù)類型 6圖表及圖形 7字符串和文件I/O 8數(shù)據(jù)采集 9工程仿真和設(shè)計常用編程技法 10虛擬設(shè)備實例水環(huán)境工程仿真軟件 11附錄,1LABVIEW概述,1.1由虛擬萬能材料試驗機認識虛擬設(shè)備 1.2虛擬設(shè)備（VI）的構(gòu)造平臺,LabVIEW概述,本章介紹了圖形編程語言LabVIEW和虛擬儀器（設(shè)備）的概念，學(xué)習(xí)要點為： 虛擬儀器（設(shè)備）的概念、應(yīng)用，和仿真實驗與可視化設(shè)計； LabVIEW系統(tǒng)使用的執(zhí)

2、行文件和目錄； VI的三個部分：程序前面板、框圖程序和圖標(biāo)/連接器； LabVIEW的下拉和彈出菜單的概念、功能和使用。,演示虛擬材料試驗機及其實驗,,啟動虛擬實驗,,,LabVIEW環(huán)境,LabVIEW.exe執(zhí)行程序，用于啟動LabVIEW。 vi1ib目錄：該目錄包含庫，如數(shù)據(jù)采集、儀器控制和分析。它必須與LabVIEW可執(zhí)行程序在同一目錄下。不要改變vi1ib目錄的名稱，因為LabVIEW啟動時要查找該目錄。如果改變此名稱，就不能使用眾多的控件和庫函數(shù)。 example目錄：該目錄包含許多示例，這些例子示范LabVIEW的功能。 user.1ib目錄：用戶創(chuàng)建的保存于該目錄并將出現(xiàn)在L

3、abVIEW的FunctionsPalette(函數(shù)選項板)上。 instx.1ib目錄：如果希望用戶儀器驅(qū)動程序庫出現(xiàn)在LabVIEW的函數(shù)選項板上，應(yīng)將其放置在該目錄下。,VI的構(gòu)成,VI包括三個部分： 程序前面板 框圖程序 圖標(biāo)/連接器,File文檔菜單,Edit編輯菜單,Operate操作菜單,Tools工具菜單,Browse瀏覽菜單,Windows窗口菜單,LabVIEW基本演示,LabVIEW 7.1,LabVIEW 有不同的版本，目前已推出了LabVIEW 8，但現(xiàn)主要在用的是LabVIEW 7.1，7.0 和 6i。 LabVIEW具有向下兼容性，高版本可以讀取版本低的文件。本

4、書VI主要用 6i 編寫，以保證上述版本均能打開。,2LABVIEW模板簡介,2.1概述 2.2工具模板(ToolsPalette) 2.3控制模板(ControlsPalette) 2.4功能模板(FunctionsPalette),LabVIEW模板學(xué)習(xí)要點,窗口頂部工具欄包括：運行、字體選擇、排列調(diào)整和疊放次序等操作按鈕； 工具模板提供了編程使用的創(chuàng)建、修改和調(diào)試VI工具，在構(gòu)建和編輯VI時應(yīng)首先確定選擇了正確的工具； 控制模板服務(wù)于前面板，用于添加輸入控制和輸出顯示。每個圖標(biāo)代表一個子模板。常用的有：數(shù)值、布爾值、字符串、數(shù)組和群、列表、圖文環(huán)、圖形信號、輸入輸出和修飾等子模板； 功能

5、模板服務(wù)于框圖程序，每個圖標(biāo)代表一個子模板。常用的有：結(jié)構(gòu)、數(shù)值運算、布爾邏輯、比較運算、字符串運算、數(shù)組和群、時間、文件、輸入/輸出等子模板。,窗口頂部工具欄,包括： 運行按鈕、連續(xù)執(zhí)行按鈕、停止按鈕、暫停繼續(xù)按鈕，字體環(huán)。 排列調(diào)整環(huán)，間隙描述環(huán)，位置次序調(diào)整環(huán)。,,,,,,,,,,,框圖程序窗口工具欄,高亮度執(zhí)行按鈕，在是否選擇高亮度模式間切換，執(zhí)行程序時可以在框圖程序中觀察到數(shù)據(jù)流動。 單步通過按鈕，進入單步模式時，程序單步通過一個節(jié)點并停在下一節(jié)點上，同時它不停地閃爍，表示當(dāng)前節(jié)點準備執(zhí)行。 單步進入節(jié)點按鈕，再次單擊此按鈕，程序單步進入循環(huán)、子VI等節(jié)點。通過單步進入節(jié)點，可以單步

6、執(zhí)行節(jié)點內(nèi)的程序。 單步退出節(jié)點按鈕，再次單擊此按鈕，程序單步退出循環(huán)、子等節(jié)點。通過單步退出節(jié)點，可完成單步通過節(jié)點功能，并進到下一節(jié)點。 警告指示器，當(dāng)程序存在潛在問題時，就會出現(xiàn)這個警告指示，但這并不因此而引起不能執(zhí)行。,,,,,,,,工具模板(ToolsPalette),操作工具 選擇（位置）工具 標(biāo)簽工具 連線工具 對象彈出菜單工具 平移工具 斷點工具 探針工具 顏色提取工具 顏色工具,,,,,,,,,,,控制模板(ControlsPalette),數(shù)值子模板：包含數(shù)值的控制和顯示。 布爾值子模塊：邏輯數(shù)值的控制和顯示。 字符串子模板：ASCII碼字符串和路徑的控制和顯示。 數(shù)組和群

7、子模板：復(fù)合型數(shù)據(jù)類型的控制和顯示。 列表子模板：各類列表的控制和顯示。 圖形子模板：顯示數(shù)據(jù)結(jié)果的趨勢圖和曲線圖。 圖文環(huán)（Ring）：控制和顯示菜單環(huán)和文字列表欄、圖像列表欄的選型。,,,,,,,,,控制模板(ControlsPalette),信號的輸入輸出子模板。 路徑和參考名(Refnum)子模板：文件路徑和各種標(biāo)識的控制和顯示。 老版本子模板，列舉老版本中的顯示控制件。 對話框子模板：用于輸入對話框的顯示控制。 修飾子模板：用于給前面板進行裝飾的各種圖形對象。 控件容器庫子模板：用于操作OLE、ActiveX等功能。 調(diào)用存儲在文件中的控制和顯示的接口。 用戶自定義的控制和顯示。,,

8、,,,,,,,,結(jié)構(gòu)子模板：包括程控結(jié)構(gòu)命令，例如循環(huán)控制等，以及全局變量和局部變量。 數(shù)值運算子模板：包括各種常用的數(shù)值運算符，如“”以及各種常見的數(shù)值表達式，如+1運算；還包括數(shù)制轉(zhuǎn)換、三角函數(shù)、對數(shù)、復(fù)數(shù)等運算，以及各種數(shù)值常數(shù)。 布爾邏輯子模板：包括各種邏輯運算符以及布爾常數(shù)。 字符串運算子模板：包含各種字符串操作函數(shù)、數(shù)值與字符串之間的轉(zhuǎn)換函數(shù)，以及字符(串)常數(shù)等。 數(shù)組子模板：包括數(shù)組運算函數(shù)、數(shù)組轉(zhuǎn)換函數(shù)，以及常數(shù)數(shù)組等。,,,功能模板(FunctionsPalette),,,,,功能模板(FunctionsPalette),簇子模板。包括簇的處理函數(shù)，以及簇常數(shù)等。 比較子模

9、板：包括各種比較運算函數(shù)，如大于、小于、等于。 時間和對話框子模板：包括對話框窗口、時間和出錯處理函數(shù)等。 文件輸入/輸出子模板：包括處理文件 I/O的程序和函數(shù)。 “選擇VI子程序”子模板：可以選擇一個VI程序作為子程序（SubVI）插入當(dāng)前程序中。,,,,,,,虛擬萬能材料試驗機組裝,,虛擬萬能材料試驗機組裝,創(chuàng)建VI程序,3.1實例體驗虛擬儀器的建立過程 3.2虛擬儀器的編輯 3.3框圖程序的構(gòu)成元素 3.4子VI的建立和使用,3 學(xué)習(xí)指導(dǎo),盡早投入編程實踐對學(xué)習(xí)LabVIEW至關(guān)重要，在跟隨本章進行編程實踐時體會VI的創(chuàng)建、了解VI的組成，掌握編輯修改方法。,學(xué)習(xí)要點,建立虛擬儀器就是

10、根據(jù)功能目標(biāo)創(chuàng)建對應(yīng)的儀器面板和框圖程序，需要了解控制、功能模板上不同圖標(biāo)的用途； 儀器面板設(shè)計重在控制和對話，框圖程序重在實現(xiàn)正確的相互關(guān)系； 掌握虛擬儀器編輯技術(shù)，熟練使用工具模板的各種工具，是編程和調(diào)試VI的關(guān)鍵； 框圖程序由節(jié)點、端點、圖框和連線四種元素構(gòu)成，組合出相互的邏輯關(guān)系； 學(xué)習(xí)子VI的建立和調(diào)用，這在建立一個高質(zhì)量的VI時十分必要。,例 3.1 計算空塔流速,首先啟動LabVIEW系統(tǒng)程序，選擇 New VI，屏幕出現(xiàn)一個無標(biāo)題的VI前面板窗口。本例中，我們有兩個可控制量（自變量）水量控制和濾塔直徑；并有兩個顯示量（因變量）濾塔面積和流速。,例 3.1 計算空塔流速VI構(gòu)建,

11、LabVIEW 7.1計算空塔流速VI構(gòu)建,虛擬儀器的編輯,選擇對象。把 Positioning tool（位置工具)放在準備選擇的對象上，按住鼠標(biāo)左鍵，該對象的輪廓邊上出現(xiàn)流動的虛線，表示對象被選中。如果要選擇一個以上的對象，按住Shift鍵不放，然后用鼠標(biāo)單擊每一個想要選擇的對象。也可以用位置工具，在窗口空白處按住鼠標(biāo)左鍵拖出一個虛線的矩形框，把想要選擇的對象都包含在其中，這些對象即被選中。 移動對象。把位置工具放在對象上，按住鼠標(biāo)左鍵不放，拖動鼠標(biāo)，可以將對象轉(zhuǎn)移到窗口中的任意位置上。 刪除對象。選中對象，然后按Delete鍵(或選擇EditClear選項)，即可刪除該對象。,虛擬儀器的

12、編輯,復(fù)制對象。先選中對象 (鼠標(biāo)左鍵按下不放)，同時按Ctrl鍵，然后移動鼠標(biāo)把對象復(fù)制到任意位置上，也可以用Edit菜單中的copy和Paste來復(fù)制對象。 選擇和刪除連線。把位置工具移到線段上，單擊鼠標(biāo)左鍵，即選中線段(如果有數(shù)段線段在交匯處相交，則單擊數(shù)下鼠標(biāo)，即選中該數(shù)段線段)；按Delete鍵，即刪除該線段。 連線的伸縮性。通過位置工具，可以把單個或一組對象移動到新的位置，而連線跟著伸縮。,虛擬儀器的編輯,不良連線。不良連線用虛線表示。例如，當(dāng)源數(shù)據(jù)與目標(biāo)數(shù)據(jù)類型不匹配時，會出現(xiàn)虛線(不良連線)。要刪除一條不良連線，用位置工具單擊不良連線后按Delete鍵。如果要刪除框圖程序中所有

13、的不良連線，可以選擇EditRemove Bad Wires(移去不良連線)(或按Ctrl+B鍵)。 改變文本的字體、風(fēng)格和尺寸。用標(biāo)簽工具選擇文本，通過工具欄中的Font ring可以改變標(biāo)簽框中任何文本的字體和尺寸。 改變對象尺寸。用位置工具把光標(biāo)移到對象的四角處，此時會出角形圖示，拖動它便可以改變對象的尺寸。 改變顏色。從工具模板中選擇顏色工具，并在正方形框上單擊鼠標(biāo)，彈出調(diào)色板。選擇一種顏色，然后單擊對象，便可以改變對象的顏色。注意顏色工具中上下兩個正方形框分別代表對象的前景色和背景色，調(diào)色板上的 T標(biāo)志，表示透明無色。,例 3.2 不良連線及糾正方法,文件e3_2.vi存放錯誤的程序

14、， 文件e3_2_3.vi存放訂正后。,框圖程序的構(gòu)成元素,框圖程序由節(jié)點、端點、圖框和連線四種元素構(gòu)成。 LabVIEW有二種節(jié)點類型函數(shù)節(jié)點和子VI節(jié)點。 函數(shù)節(jié)點是LabVIEW編譯好供使用的。 子VI節(jié)點是LabVIEW或用戶的圖形語言形式。,框圖程序的構(gòu)成元素,端點是只有一路輸入/輸出，且方向固定的節(jié)點。 LabVIEW有三類端點前面板對象端點、全局與局部變量端點和常量端點。 前面板對象端點是數(shù)據(jù)在框圖程序部分和前面板之間傳輸?shù)慕涌凇?常量端點在VI程序框圖中永遠只能作為數(shù)據(jù)流源點。。,框圖程序的構(gòu)成元素,圖框是LabVIEW實現(xiàn)程序結(jié)構(gòu)控制命令的圖形表示。如循環(huán)控制、條件分支控制和

15、順序控制等。 連線是端口間的數(shù)據(jù)通道。數(shù)據(jù)單向流動，不同的線型代表不同的數(shù)據(jù)類型，從源端口向一個或多個目的端口流動。,子VI的建立和使用,子VI（SubVI）就是被其他的 VI調(diào)用的VI。 可以將任何一個定義了圖標(biāo)和聯(lián)接器的 VI作為另一個 VI的子程序。 構(gòu)造一個子VI主要的工作就是定義它的圖標(biāo)和聯(lián)接器。 在其他的 VI中調(diào)用子程序VI的過程就是將定義了圖標(biāo)放入該VI的程序框圖，并在主程序中對子VI聯(lián)接器進行外部連線。,圖標(biāo)編輯器的窗口,?？梢杂么翱谧筮叺母鞣N工具設(shè)計像素編輯區(qū)中的圖標(biāo)形狀。編輯區(qū)右側(cè)的一個方框中顯示了一個實際大小的圖標(biāo)。 聯(lián)接器是 VI 數(shù)據(jù)的輸入輸出接口。 通過選擇 VI的端子數(shù)并為每個端子指定對應(yīng)的前面板對象以定義聯(lián)接器。,