計(jì)算機(jī)仿真和可視化設(shè)計(jì)

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1、計(jì)算機(jī)仿真和可視化設(shè)計(jì),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(jiǎn)介 3創(chuàng)建VI程序 4LABVIEW結(jié)構(gòu) 5LABVIEW 數(shù)據(jù)類(lèi)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(jì)常用編程技法 10虛擬設(shè)備實(shí)例水環(huán)境工程仿真軟件 11附錄,1LABVIEW概述,1.1由虛擬萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)認(rèn)識(shí)虛擬設(shè)備 1.2虛擬設(shè)備（VI）的構(gòu)造平臺(tái),LabVIEW概述,本章介紹了圖形編程語(yǔ)言L(fǎng)abVIEW和虛擬儀器（設(shè)備）的概念，學(xué)習(xí)要點(diǎn)為： 虛擬儀器（設(shè)備）的概念、應(yīng)用，和仿真實(shí)驗(yàn)與可視化設(shè)計(jì)； LabVIEW系統(tǒng)使用的執(zhí)

2、行文件和目錄； VI的三個(gè)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(yàn)機(jī)及其實(shí)驗(yàn),啟動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn),LabVIEW環(huán)境,LabVIEW.exe執(zhí)行程序，用于啟動(dòng)LabVIEW。 vi1ib目錄：該目錄包含庫(kù)，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(chēng)，因?yàn)長(zhǎng)abVIEW啟動(dòng)時(shí)要查找該目錄。如果改變此名稱(chēng)，就不能使用眾多的控件和庫(kù)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(hù)創(chuàng)建的保存于該目錄并將出現(xiàn)在LabV

3、IEW的FunctionsPalette(函數(shù)選項(xiàng)板)上。 instx.1ib目錄：如果希望用戶(hù)儀器驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)出現(xiàn)在LabVIEW的函數(shù)選項(xiàng)板上，應(yīng)將其放置在該目錄下。,VI的構(gòu)成,VI包括三個(gè)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。本書(shū)VI

4、主要用 6i 編寫(xiě)，以保證上述版本均能打開(kāi)。,2LABVIEW模板簡(jiǎn)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(diǎn),窗口頂部工具欄包括：運(yùn)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(shí)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(gè)圖標(biāo)代表一個(gè)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(hào)、輸入輸出和修飾等子模板； 功能模板服

5、務(wù)于框圖程序，每個(gè)圖標(biāo)代表一個(gè)子模板。常用的有：結(jié)構(gòu)、數(shù)值運(yùn)算、布爾邏輯、比較運(yùn)算、字符串運(yùn)算、數(shù)組和群、時(shí)間、文件、輸入/輸出等子模板。,窗口頂部工具欄,包括： 運(yùn)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(shí)可以在框圖程序中觀(guān)察到數(shù)據(jù)流動(dòng)。 單步通過(guò)按鈕，進(jìn)入單步模式時(shí)，程序單步通過(guò)一個(gè)節(jié)點(diǎn)并停在下一節(jié)點(diǎn)上，同時(shí)它不停地閃爍，表示當(dāng)前節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備執(zhí)行。 單步進(jìn)入節(jié)點(diǎn)按鈕，再次單擊此按鈕，程序單步進(jìn)入循環(huán)、子VI等節(jié)點(diǎn)。通過(guò)單步進(jìn)入節(jié)點(diǎn)，可以單步執(zhí)行節(jié)點(diǎn)內(nèi)的程序。 單步退

6、出節(jié)點(diǎn)按鈕，再次單擊此按鈕，程序單步退出循環(huán)、子等節(jié)點(diǎn)。通過(guò)單步退出節(jié)點(diǎn)，可完成單步通過(guò)節(jié)點(diǎn)功能，并進(jìn)到下一節(jié)點(diǎn)。 警告指示器，當(dāng)程序存在潛在問(wèn)題時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)這個(gè)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(xiàn)工具 對(duì)象彈出菜單工具 平移工具 斷點(diǎn)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)組和群子模板：復(fù)合型數(shù)據(jù)類(lèi)型的控制和顯示。 列表子模板：各類(lèi)列表的

7、控制和顯示。 圖形子模板：顯示數(shù)據(jù)結(jié)果的趨勢(shì)圖和曲線(xiàn)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(hào)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(shí)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(duì)話(huà)框子模板：用于輸入對(duì)話(huà)框的顯示控制。 修飾子模板：用于給前面板進(jìn)行裝飾的各種圖形對(duì)象。 控件容器庫(kù)子模板：用于操作OLE、ActiveX等功能。 調(diào)用存儲(chǔ)在文件中的控制和顯示的接口。 用戶(hù)自定義的控制和顯示。,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(yùn)

8、算子模板：包括各種常用的數(shù)值運(yùn)算符，如“”以及各種常見(jiàn)的數(shù)值表達(dá)式，如+1運(yùn)算；還包括數(shù)制轉(zhuǎn)換、三角函數(shù)、對(duì)數(shù)、復(fù)數(shù)等運(yùn)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(yùn)算符以及布爾常數(shù)。 字符串運(yùn)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(yùn)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。 比較子模板：包括各種比較運(yùn)算函數(shù)，如大于、小于、等于。 時(shí)間和對(duì)話(huà)框子模板：包括對(duì)話(huà)框窗口、時(shí)間和出錯(cuò)處理函數(shù)等。

9、 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(gè)VI程序作為子程序（SubVI）插入當(dāng)前程序中。,虛擬萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)組裝,虛擬萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)組裝,創(chuàng)建VI程序,3.1實(shí)例體驗(yàn)虛擬儀器的建立過(guò)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(shí)踐對(duì)學(xué)習(xí)LabVIEW至關(guān)重要，在跟隨本章進(jìn)行編程實(shí)踐時(shí)體會(huì)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(diǎn),建立虛擬儀器就是根據(jù)功能目標(biāo)創(chuàng)建對(duì)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(jì)重在控制和對(duì)話(huà)，框圖程序

10、重在實(shí)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(diǎn)、端點(diǎn)、圖框和連線(xiàn)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(gè)高質(zhì)量的VI時(shí)十分必要。,例 3.1 計(jì)算空塔流速,首先啟動(dòng)LabVIEW系統(tǒng)程序，選擇 New VI，屏幕出現(xiàn)一個(gè)無(wú)標(biāo)題的VI前面板窗口。本例中，我們有兩個(gè)可控制量（自變量）水量控制和濾塔直徑；并有兩個(gè)顯示量（因變量）濾塔面積和流速。,例 3.1 計(jì)算空塔流速VI構(gòu)建,LabVIEW 7.1計(jì)算空塔流速VI構(gòu)建,虛擬儀器的編輯,選擇對(duì)象。把 Positioning tool（位置工具)放

11、在準(zhǔn)備選擇的對(duì)象上，按住鼠標(biāo)左鍵，該對(duì)象的輪廓邊上出現(xiàn)流動(dòng)的虛線(xiàn)，表示對(duì)象被選中。如果要選擇一個(gè)以上的對(duì)象，按住Shift鍵不放，然后用鼠標(biāo)單擊每一個(gè)想要選擇的對(duì)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(gè)虛線(xiàn)的矩形框，把想要選擇的對(duì)象都包含在其中，這些對(duì)象即被選中。 移動(dòng)對(duì)象。把位置工具放在對(duì)象上，按住鼠標(biāo)左鍵不放，拖動(dòng)鼠標(biāo)，可以將對(duì)象轉(zhuǎn)移到窗口中的任意位置上。 刪除對(duì)象。選中對(duì)象，然后按Delete鍵(或選擇EditClear選項(xiàng))，即可刪除該對(duì)象。,虛擬儀器的編輯,復(fù)制對(duì)象。先選中對(duì)象 (鼠標(biāo)左鍵按下不放)，同時(shí)按Ctrl鍵，然后移動(dòng)鼠標(biāo)把對(duì)象復(fù)制到任意位置上，也可以用Edit

12、菜單中的copy和Paste來(lái)復(fù)制對(duì)象。 選擇和刪除連線(xiàn)。把位置工具移到線(xiàn)段上，單擊鼠標(biāo)左鍵，即選中線(xiàn)段(如果有數(shù)段線(xiàn)段在交匯處相交，則單擊數(shù)下鼠標(biāo)，即選中該數(shù)段線(xiàn)段)；按Delete鍵，即刪除該線(xiàn)段。 連線(xiàn)的伸縮性。通過(guò)位置工具，可以把單個(gè)或一組對(duì)象移動(dòng)到新的位置，而連線(xiàn)跟著伸縮。,虛擬儀器的編輯,不良連線(xiàn)。不良連線(xiàn)用虛線(xiàn)表示。例如，當(dāng)源數(shù)據(jù)與目標(biāo)數(shù)據(jù)類(lèi)型不匹配時(shí)，會(huì)出現(xiàn)虛線(xiàn)(不良連線(xiàn))。要?jiǎng)h除一條不良連線(xiàn)，用位置工具單擊不良連線(xiàn)后按Delete鍵。如果要?jiǎng)h除框圖程序中所有的不良連線(xiàn)，可以選擇EditRemove Bad Wires(移去不良連線(xiàn))(或按Ctrl+B鍵)。 改變文本的字體、風(fēng)

13、格和尺寸。用標(biāo)簽工具選擇文本，通過(guò)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(duì)象尺寸。用位置工具把光標(biāo)移到對(duì)象的四角處，此時(shí)會(huì)出角形圖示，拖動(dòng)它便可以改變對(duì)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(duì)象，便可以改變對(duì)象的顏色。注意顏色工具中上下兩個(gè)正方形框分別代表對(duì)象的前景色和背景色，調(diào)色板上的 T標(biāo)志，表示透明無(wú)色。,例 3.2 不良連線(xiàn)及糾正方法,文件e3_2.vi存放錯(cuò)誤的程序， 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(diǎn)、端點(diǎn)、圖框和連線(xiàn)四種元素構(gòu)成。 LabVIE

14、W有二種節(jié)點(diǎn)類(lèi)型函數(shù)節(jié)點(diǎn)和子VI節(jié)點(diǎn)。 函數(shù)節(jié)點(diǎn)是LabVIEW編譯好供使用的。 子VI節(jié)點(diǎn)是LabVIEW或用戶(hù)的圖形語(yǔ)言形式。,框圖程序的構(gòu)成元素,端點(diǎn)是只有一路輸入/輸出，且方向固定的節(jié)點(diǎn)。 LabVIEW有三類(lèi)端點(diǎn)前面板對(duì)象端點(diǎn)、全局與局部變量端點(diǎn)和常量端點(diǎn)。 前面板對(duì)象端點(diǎn)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(diǎn)在VI程序框圖中永遠(yuǎn)只能作為數(shù)據(jù)流源點(diǎn)。,框圖程序的構(gòu)成元素,圖框是LabVIEW實(shí)現(xiàn)程序結(jié)構(gòu)控制命令的圖形表示。如循環(huán)控制、條件分支控制和順序控制等。 連線(xiàn)是端口間的數(shù)據(jù)通道。數(shù)據(jù)單向流動(dòng)，不同的線(xiàn)型代表不同的數(shù)據(jù)類(lèi)型，從源端口向一個(gè)或多個(gè)目的端口流動(dòng)。,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(gè)定義了圖標(biāo)和聯(lián)接器的 VI作為另一個(gè) VI的子程序。 構(gòu)造一個(gè)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(guò)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(duì)子VI聯(lián)接器進(jìn)行外部連線(xiàn)。,圖標(biāo)編輯器的窗口,?？梢杂么翱谧筮叺母鞣N工具設(shè)計(jì)像素編輯區(qū)中的圖標(biāo)形狀。編輯區(qū)右側(cè)的一個(gè)方框中顯示了一個(gè)實(shí)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(guò)選擇 VI的端子數(shù)并為每個(gè)端子指定對(duì)應(yīng)的前面板對(duì)象以定義聯(lián)接器。,