虚拟仪器实验

实验二 LabVIEW程序结构

1 实验目的

（1）学会使用LabVIEW中的While循环；

（2）学会使用LabVIEW中的移位寄存器；

（3）学会使用LabVIEW中的For循环；

（4）学会使用LabVIEW中的CASE结构；

（5）学会使用LabVIEW中的顺序结构；

（6）学会使用LabVIEW中的公式节点。

2 实验任务

（1）建立一个While循环的VI；

（2）建立一个移位寄存器的VI；

（3）建立一个For循环的VI；

（4）建立一个CASE结构的VI；

（5）建立一个顺序结构的VI；

（6）建立一个有公式节点的VI。

3 实验步骤

练习 ２－１ 使用While循环和图表

目的：用 While 循环和图表获得数据，并实时显示。

创建一个可以产生并在图表中显示随机数的VI。 前面板有一个控制旋钮可在0到10秒之间调节循环时间，还有一个开关可以中止VI的运行。学习怎样改变开关的动作属性，以便不用每次运行VI时都要打开开关。操作步骤如下：

前面板

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Å

­ºÑ²ÓÑʱ4.06.0ØÖ¿Æ¿ªØ

¸ON

OFF

图2-1 练习２－１的前面板

１． 选择FileºNew，打开一个新的前面板。

２． 选择ControlsºBoolean，在前面板中放置一个开关。设置开关的标签为控制开关。 ３． 使用标签工具创建 ON 和 OFF 的标签，放置于开关旁。

４． 选中ControlsºGraph，在前面板中放置一个波形图（是chart，而不是graph）。

设置它的标签为随机信号。这个图表用于实时显示随机数。

５． 把图表的纵坐标改为0.0 到 1.0。方法是用标签工具把最大值从10.0改为1.0。 ６． 选择ControlsºNumeric，在前面板中放置一个旋钮。设置旋钮的标签为循环延时。

这个旋钮用于控制While 循环的循环时间。

流程图

７． 开流程图，按照下图创建流程图。

图２－２ 练习２－１的流程图

a) 从 FunctionsºStructures 中选择 While 循环，把它放置在流程图中。将

其拖至适当大小，将相关对象移到循环圈内。

b) 从 Functionsº Numeric中选择随机数（0-1）功能函数放到循环内。

c) 在循环中设置Wait Until Next ms Multiple函数 （FunctionsºTime &

Dialog），该函数的时间单位是毫秒，按目前面板旋钮的标度，可将每次

执行时间延迟0到10毫秒。

d) 照上面所示的流程图连线，把随机数功能函数和随机信号图表输入端子连

接起来，并把启动开关和While 循环的条件端子连接。

８． 返回前面板，调用操作工具后单击垂直开关将它打开。

９． 把该 VI 保存为 LabVIEW\Activity目录中的Random Signal.vi。

１０． 执行该 VI。While循环的执行次数是不确定的，只要设置的条件为真，循环

程序就会持续运行。在这个例子中，只要开关打开（TRUE），框图程序就会一

直产生随机数，并将其在图表中显示。

１１． 单击垂直开关，中止该VI。关闭开关这个动作会给循环条件端子发送一个

FALSE值，从而中止循环。

１２． 用鼠标右键单击图表，选择Data OperationsºClear Chart，清除显示缓存，

重新设置图表。

练习 ２－１结束

附注与说明

布尔开关的机械动作：

布尔开关有6种机械动作属性可供选择。在前面板上用鼠标右键单击开关，在快捷菜单中选择Mechanical Action就可以看到这些可选的动作。LabVIEW还提供了一个范例示范这

些动作，它是位于Examples\General\Controls\booleans.llb的Mechanical Action of Booleans.vi。

练习 ２－２ 使用移位寄存器

目的：创建一个可以在图表中显示运行平均数的VI。

前面板

1. 打开一个新的前面板，按照下图所示创建对象。

2. 把波形图表的坐标范围改为0.0到2.0。

3. 在添加竖直坐标之后，用鼠标右键单击它，在快捷菜单中选择Mechanical Action»Latch When Pressed，再选择Operate»Make Current Values Default，把ON状态设置为默认状态。

Boolean

ON

OFF

æºËúÊ

ý

图２－3 练习２－２的前面板

1. 按下图创建流程图。

图２－４ 练习２－２的流程图

2. 在流程图中添加 While 循环(Functions»Structures)，创建移位寄存器。

a. 用鼠标右键单击While循环的左边或者右边，在快捷菜单中选择Add Shift Register。 b. 用鼠标右键单击寄存器的左端子，在快捷菜单中选择Add Element，添加一个寄存器。用同样的方法创建第三个元素。

3. Random Number (0–1)函数（Functions»Numeric）——产生0到1之间的某个随机数。

4. Compound Arithmetic 函数（Functions»Numeric）——在本练习中，它将返回两个周期产生的随机数的和。如果要加入其他的输入，只需用右键单击某个输入，从快捷菜单中选择

Add Input。

5. 除法函数（Functions»Numeric）——在本练习中，它用于返回最近四个随机数的平均值。

6. 数值常数（Functions»Numeric）——在While循环的每个周期，Random Number (0–1)函数将产生一个随机数。VI就将把这个数加入到存储在寄存器中的最近三个数值中。Random Number (0–1)再将结果除以4，就能得到这些数的平均值（当前数加上以前的三个数）。然后再将这个平均值显示在波形图中。

7. Wait Until Next ms Multiple函数 （Functions»Time & Dialog）——它将确保循环的每个周期不会比毫秒输入快。在本练习中，毫秒输入的值是500毫秒。如果用鼠标右键单击图标，从快捷菜单中选择Visible»Label，就可以看到Wait Until Next ms Multiple的标签。

8. 用鼠标右键单击Wait Until Next ms Multiple 功能函数的输入端子，在快捷菜单中选择Create Constant。出现一个数值常数，并自动与功能函数连接。

9. 将Constant设置为500。这样连接到函数的数值常数设置了500毫秒的等待时间。因此循环每半秒执行一次。注意，VI用一个随机数作为移位寄存器的初始值。如果没有设置移位寄存器端子的初始值，它就含有一个默认的数值，或者上次运行结束时的数值，因此开始得到的平均数没有任何意义。

10. 执行该 VI，观察过程。

11. 把该 VI 保存为LabVIEW\Activity目录下的Random Average.vi。

练习 ２－２ 结束。

附注：移位寄存器的初值：

上面的练习中对移位寄存器设置了初值0.5。如果不设这个初值，默认的初值是０。在这个例子中，一开始的计算结果是不对的，只有到循环完３次后移位寄存器中的过去值才填满，即第４次循环执行后可以得到正确的结果。

练习 2-3 使用For循环

目的：用For循环和移位寄存器计算一组随机数的最大值。

１．打开一个新的前面板，按照下图创建对象。

a. 将一个数字显示对象放在前面板，设置它的标签为“最大值”。

b.将一个波形图表放在前面板，设置它的标签为“随机数”。将图表的纵坐标范围改为0.0到1.0。

c.在图表的快捷菜单中选择Visible ItemsºScrollbar和Digital Display，并隐藏Plot Legend。

d.用移位工具修改滚动栏的大小。

图２－5 练习２－3的面板和流程图

２．按照上图画流程图。

３．在流程图中放置一个For循环（FunctionsºStructures）。

４．在For循环的边框处单击鼠标右键，在快捷菜单中选择Add Shift Register。 ５．将下列对象添加到流程图。

１．Random Number (0–1)函数（FunctionsºNumeric）——产生0到1之间的某个随

机数。

２． 数值常数（FunctionsºNumeric）——在这个练习中需要将移位寄存器的初始值设

成0。

３．Max&Min函数（FunctionsºComparison）——输入两个数值，再将它们的最大值输

出到右上角，最小值输出到右下角。这里只需要最大值，只用连接最大值输出。 ４． 数值常数（FunctionsºNumeric）——For循环需要知道需要执行的次数。本练习

中是100次。

６．按照上图连接各个端子。

７．运行该VI。

８．将该VI保存为LabVIEW\Activity 目录下的Calculate Max.vi。

练习 2-3 结束。

练习 ２-４ 使用 Case结构

目的：创建一个VI以检查一个数值是否为正数。如果它是正的，VI就计算它的平方根，反之则显示出错。

前面板

1. 打开一个新的前面板，并按照下图所示创建对象。控制对象用于输入数值，显示对象用于显示该数值的平方根。

流程图

２．照下图创建流程图。

Number

SQRT

图２－６ 练习２－４的面板和流程图

从FunctionsºStructures中选择一个 Case结构，并放置在在流程图中。Case 结构是一个可以改变大小的方框。先来做Ture的情况，照流程图上半部分构造。

Greater Or Equal To 0? 函数（FunctionsºComparison）——如果输入数值大于或者等于0就会返回一个TRUE值。

Square Root 函数（FunctionsºNumeric）——返回输入数值的平方根。

连好线

点击Case框的选择按钮，转入False情况编程

数值常数（FunctionsºNumeric）——这里用于显示错误的代数值-999.00。

One Button Dialog函数（FunctionsºTime & Dialog）——在这里它用于显示一个对话框，内容是Error...。

字符串常数 (FunctionsºString)——用Edit Text Tools在对话框中输入字符串。 该VI在TRUE或者FALSE情况下都会执行。如果输入的数值大于等于0，VI会执行TRUE Case，返回该数的平方根，否则将会输出－999.00，并显示一个对话框，内容为Error...。

返回前面板，运行该VI。修改标签为Number的数字式控制对象的数值，分别尝试一个正数和负数。注意，当把数字式控制对象的值改为负数时，LabVIEW会显示Case结构的FALSE Case中设置的出错信息。

保存该 VI 到LabVIEW\Activity 目录中的Square Root.vi。

练习 ２-４ 结束。

练习 ２-５ 使用顺序结构

目的：创建一个 VI，计算生成等于某个给定值的随机数所需要的时间。

前面板

1. 打开一个新的前面板，并按照下图所示创建对象。

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µ

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图２－８ 练习２－５的前面板

我们约定数据是０到100范围的整数。当前值用于显示当前产生的随机数。“执行次数”用于显示达到指定值循环执行的次数。匹配时间用来显示达到指定值所用的时间。 流程图

i.

ii.

iii.

iv.

v.

vi. 图２－7 练习２－５的流程图（共３帧） 在流程图中放置顺序结构(FunctionsºStructures)。 用鼠标右键单击帧的边框，在快捷菜单中选择Add Frame After，创建一个新帧。重复这个步骤，再创建一个帧。共３桢。 选中第０桢，设置读取初始时间（子）程序. 第0帧的下边框上含有一个小方框，其中有一个箭头。这个方框叫做顺序局部变量，可以在同一个顺序结构中的各个帧之间传递数据。用鼠标右键单击第0帧的底部边框，选择Add Sequence Local，创建顺序局部变量。顺序局部变量显示为一个空的方块。当您将某个功能函数与顺序局部变量相连时，方块中的箭头就会自动显示。 Tick Count (ms) 函数（FunctionsºTime & Dialog）——返回启动到现在的时间（以毫秒为单位）。在这里例子里需要使用两个这个函数。另一个在第２帧中。 按图连好线。转入第１帧。该帧是匹配计算，内含一个循环结构。该图中使用的

新函数有：

Round to Nearest函数（FunctionsºNumeric）——在该例中，它用于取0

到

100之间的随机数到距离最近的整数。

Not Equal?函数（Functionsº Comparison）——在该例中，它将随机数和前面板中设置的数相比较，如果两者不相等会返回TRUE值，否则返回FALSE。

Increment函数（FunctionsºNumeric）——在该例中，它将While循环的计数器加1。

vii. 按图连好线。转入第２帧

在第0帧中，Tick Count （ms）功能函数将以毫秒为单位表示当前时间。这个数值被连到顺序局部变量，这样它就可以被后续的帧使用。在第1帧中，只要函数返回的值与指定值不等，VI就会持续执行While循环。在第2帧中，Tick Count （ms）功能函数以毫秒为单位返回新的时间。VI从中减去原来的时间（由第0帧通过顺序局部变量提供）就可以计算出花费的时间。

viii. 返回前面板，在Number to Match控制对象中输入一个数值，执行该VI。 ix. 把该VI保存为LabVIEW\Activity 目录下Time to Match.vi。

练习 2-5 结束。

练习 2-6 使用公式节点

目的：创建一个VI，它用公式节点计算下列等式：

y1=x3-x2+5

y2=m*x+b

x的范围是从0到10。可以对这两个公式使用同一个公式节点，并在同一个图表中显示结果。

前面板

Waveform Graph

m

b

图２－9 练习２－６的面板

１． 打开一个新的前面板，按照上图（该图中包含运行结果）创建前面板中的对象。波形图显示对象用于显示等式的图形。该 VI使用两个数字式控制对象来输入m和b的值。

流程图

２． 按照下图创建流程图。

图２－9 练习２－６的流程图

在创建某个输入或者输出端子时，必须给它指定一个变量名。这个变量名必须与公式节点中使用的变量名完全相符。

公式节点中，在边框上单击鼠标右键，在快捷菜单中选择Add Input，可以创建三个输入端子。在快捷菜单中选择Add Output，创建输出端子。

x的范围是从0到10（包括10），就必须连接11到计数端子。

Build Array （FunctionsºArray）——在这个例子中，它用于将两个数据构成数组形式提供给一个多曲线的图形中。通过用变形工具拖拉边角就可以创建两个输入端子。

３． 返回前面板，尝试给m和b赋以不同的值再执行该 VI。

４． 把该VI保存为 LabVIEW/Activity 目录下的Equations.vi。

练习 2-6 结束。

4 实验报告

写出以上6个练习的中的步骤要点，附上运行时的前后面版图形。