基于LabVIEW的虚拟实验室的研究(1).docx

毕业设计基于LabVIEW的虚拟实验室的研究姓 名： 学 号： 班 级： 专 业： 所在系： 指导老师： 基于LabVIEW的电力电子技术虚拟实验室的设计与实现摘要实验在普通高等教育中占有非常重要的地位，是对学生进行素质教育的一个重要环节。随着计算机技术、网络技术、多媒体技术、以及虚拟仪器技术的发展，虚拟实验室应运而生。访问者只需拥有一台可连接到Internet的电脑就可以不受时间地域的限制完成实验，同时虚拟实验可减少实验设备的开销，节省人力物力。虚拟实验作为传统实验的一个必要的有益补充，既能节约大量的教育经费，也使实验在时间和空间上得到有效的延伸。它在教育、科研等领域中具有广阔的应用前景，是实验教学的一个新的发展方向，是当前研究的热点课题之一。因此，虚拟实验室的构建具有重要的现实意义。 论文分别从基础理论、技术方法和应用开发三个层面对虚拟实验室的构建做了比较全面的研究，着重研究了虚拟实验室的理论架构、建模方法以及关键技术，并在此基础上构建了“电力电子虚拟实验室”。 本文着重于适应教学需求这一角度，利用LabVIEW和MATLAB软件从基础理论、技术方法和应用开发三个层面对虚拟实验室的构建做了比较全面的研究，着重研究了虚拟实验室的理论架构、建模方法以及关键技术，并在此基础上构建了“电力电子虚拟实验室”。并以三相桥式可控整流电路实验为例，通过实验增加了学生做实验的兴趣，同时也提高了教学质量。关键词: 虚拟实验室；LabVIEW；电力电子 Power electronic technology based on LabVIEW design and implementation of Virtual LaboratoryAbstract Experiment teaching has been playing an increasingly important role in highe ducation. It's a key measure to improve the students' ability. Virtual Laboratory appears with the development of computer technique, Network technology, multimedia technology and Virtual Instrument technique. Visitors need only have a connection to the Internet computer can not subject to geographical limitations of time to finish the experiment, at the same time, the virtual experiment experimental equipment can reduce costs, save manpower and material resources. As an essential and beneficial supplement to the traditional experiment, virtual experiments not only save a lot of education funds, but also extend theexperiments in time and space effectively. It has the vast applied foreground in theeducation and research realm. Virtual Laboratory is a new development directionof the experiment teaching as well as an active research topic recently. Therefore, the development of the virtual laboratory of network is very necessary.This thesis discusses on the construction of virtual laboratory from theoretical research, technological route and application development. It has, emphatically, discussed relevant theories, modeling methods and key technologies of virtual laboratory, According to theory framework, modeling methods and technological scheme mentioned above, an intelligent "the Virtual Laboratory for Power Electric Experiment"，is constructed. This paper focuses on the teaching demand of this point of view, the use of LabVIEW and MATLAB software from the basic theory, technology and application development three aspects of the construction of a virtual laboratory to do a more comprehensive study, focuses on the study of Virtual Laboratory of the theoretical framework, modeling methods and key technologies, and on the basis of constructing the" power electronic virtual laboratory". And to the three-phase bridge controlled rectifier circuit experiment as an example, through the experimental increase students interest, and also improve the quality of teaching.Key words: Virtual Laboratory；LabVIEW；Power Electric目录第一章绪论11.1虚拟实验和虚拟实验室11.2国内外虚拟实验室的发展与现状11.2.1国外虚拟实验室的发展与现状11.2.2国内虚拟实验室的发展与现状11.2.3国内外研究现状存在的问题21.3电力电子虚拟实验室开发与研究的背景和意义21.4本文主要研究内容3第二章虚拟实验室的开发环境介绍52.1概述52.2虚拟仪器技术52.2.1虚拟仪器的定义52.2.2虚拟仪器的硬件平台62.2.3虚拟仪器的应用软件72.3虚拟仪器的功能及特点72.3.1虚拟仪器的功能72.3.2虚拟仪器的特点82.4开发平台介绍92.4.1LabVIEW简介92.4.2LabVIEW应用程序的构成102.4.3LabVIEW的操作模板112.4.4LabVIEW的主要特性13第三章虚拟实验室的系统结构153.1硬件结构153.1.1网络虚拟实验室结构153.1.2本地实验室系统153.2软件结构163.2.1混合编程163.2.2三层结构203.3网络结构及网页发布213.3.1网络结构采用B/S结构213.3.2网页发布223.4系统管理与操作流程23第四章电力电子虚拟实验室系统的设计与实现254.1虚拟实验室的实现方法254.2虚拟实验室各模块实现254.2.1用户界面模块的实现264.2.2仿真计算模块的实现284.2.3通信管理模块的实现294.2.4规则审查模块的实现294.2.5数据库管理模块294.3电力电子虚拟实验室的网络发布304.4虚拟实验室应用实例304.4.1三相桥式可控整流电路的实验原理314.4.2实验过程31第五章总结35参考文献36致谢37第一章绪论1.1 虚拟实验和虚拟实验室 虚拟实验(Virtual Experiment)，就是在虚拟环境中进行的实验。虚拟实验是相对真实实验(Real Experiment)来讲的，后者在实验中所采用的实验设备、实验对象、实验环境都是以实物形态出现的，而在虚拟实验中，这些实验设备和实验对象不是以实物形态存在的，而是以虚拟形态存在。虚拟实验的实验过程主要是对虚拟物的操作，可以由实验者部分或完全控制，实验的结果可以被存储、处理、再现，因此，虚拟实验可以不断重复进行。通过虚拟实验，可以使实验者在进行真实实验之前对整个实验进行熟悉，从而提高实验效率和减少不必要的实验设备损失。虚拟实验存在于虚拟实验室中，实验环境、实验对象和实验设备是由虚拟实验室提供的。虚拟实验室(Virtual Laboratory)是以计算机软硬件技术为支撑，使用软件开发工具实现的一种虚拟实验环境，通过开发一系列虚拟实验组件来模拟和再现真实实验环境、实验设备和实验过程，使实验者脱离实际实验条件的束缚，互动的感受实验信息，在更加方便和快捷的条件下，通过一个具有丰富的界面信息、友好的互动能力和强大的数据处理能力的实验环境进行实验。1.2 国内外虚拟实验室的发展与现状1.2.1国外现状：美国卡耐基梅隆大学的虚拟实验，将计算机控制的示波器、函数发生器等设备连接到网络，实现了学生远程的控制与操作。麻省理工学院同微软公司合作推出I-Lab项目，项目的内容是建设多学科的虚拟实验室，项目的目的是研究基于虚拟实验室的科学与工程学科的新型教育框架。新加坡国立大学允许用户通过Internet进行远程实验，使得用户可以按照自己的安排在任何时间和任何地方进行实验，而需要很少的空间和人力来维护，也可以实现昂贵的实验设备的共享。1.2.2国内现状：北京大学计算机系设计的基于www的网上虚拟实验室3WNVLAB就是一种支持大计算量和交互式的网上虚拟实验室的通用基本框架。中国科学技术大学的大学物理虚拟实验室把虚拟实验用在教学演示与物理实验方面，是全国第一套真正意义上的虚拟实验教学软件。南京大学建立的分析化学大型仪器虚拟实验室，可以在虚拟实验室中对实验仪器虚拟操作。1.2.3国内外研究现状存在的问题1.单一性单一性是指实验的主体，即实验者，只能单独完成所定制的或半定制的实验。2.依赖性部分虚拟实验平台虽然实现了软硬结合功能，能接受硬件电路数据信息，但对数据的结论性分析只能依赖第二方仿真软件，即暴露出仿真精度不高和可靠性差的问题，并给实验系统的完整性大打折扣。3.局限性目前的虚拟实验室仍只能进行某个专业的，某个方面的实验，实验者也只能对实验内容进行有限的选择，尚没用统一的，规范化的和标准化的实验开发平台以应对各种各样的用户要求。1.3 电力电子虚拟实验室开发与研究的背景和意义根据对一些学校的调研，高校虚拟实验室的建设有如下的特点和问题1：1.虚拟实验室的发展依赖于传统实验教学模式的局限，未能充分发挥作用由于传统观念的束缚，可能很多老师还是处于观望阶段，已经习惯了看得见、摸得着的实实在在的仪器，对虚拟实验室持怀疑、观望等消极的思想。那么就必须要宣传虚拟实验室，让老师们都熟悉它，更新对信息化实验手段和实验教学模式的认识，以实现信息化虚拟实验与“传统”实验的整合。2.虚拟实验室在一些特定学科的应用相对集中这一特点主要是由这些学科的性质决定的。这些学科的许多内容和科研课题都是以实验为基础的，而其中的许多实验都经常受到实验设备、实验场地和实验经费等条件的限制，有些实验的危险性也较大，因此这些学科理所当然地率先选择了虚拟实验室。3.软件开发应成为虚拟实验室建设和开发的重点，应予以高度重视“在实验室的建设中，对有形资产的投入容易达成共识，而对无形资产的投入则显得不足，对软件开发的力度不够”。在调查中发现许多虚拟实验室的软件、平台都是采用国外的产品，或者在国外的同类产品基础上二次加工而成，如在国内高校比较普及的电工电子类虚拟实验室许多都属于这种情况。与传统的实验室建设有所不同，虚拟实验室的建设对实验室软件的要求非常高，如果不注意在软件开发方面的投入，而仅仅靠购买国外的软件，不但要为同后的软件升级投入更多的资金，而且自身的实验室水平和科研水平的提高也会受到限制。传统仪器下的高校实验教学，己严重滞后于信息时代和工程实际的需要。滞后的实验设备无法满足现代测试技术所需要的速度快、实时性好、具有良好人机界面的要求，难以实现功能扩展和资源共享。 虚拟仪器是在计算机为核心的硬件平台上，通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机地融为一体，利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析、处理，形成既有传统仪器的基本功能，又有特殊功能的新型仪器。运用虚拟仪器代替传统仪器，不但能满足电子信息类实验教学的需要，大大提高设备利用率，实现资源共享，降低实验室建设成本，用户还可以根据自己需要定义仪器的新功能。 电力电子技术是一门新兴的高新技术学科，是利用电力电子器件进行电能转换的技术。近年来发展十分迅速。电力电子实验环节在教学中占有非常重要的地位，是提高学生动手能力、培养创造能力和综合素质的一个有效的手段，很多学科都是以实验课程为基础的，缺少了实验的支持，工科学科的教学和科研活动就无法进行。学生只有通过足够的验证型实验和一定数量的综合设计型实验才能加深理解和掌握所学的理论知识和应用技术，也只有通过实验，才能将理论与实践很好地结合起来2 3。总结本课题的研究有以下三点重要意义：1.实验是教学环境中一个必不可少的过程，尤其是对于电力电子类等实践性很强的专业，实验教学环节更是至关重要。2.虚拟实验代表了以传统硬件为主的仪器系统向以软件为主的系统的根本性转移。3.虚拟实验能仿真整个测试系统并能实现数据的拾取、存储、处理、分析一条龙操作。1.4 本文主要研究内容论文分别从理论研究、技术方法和应用开发三个层面对虚拟实验室的构建做了全面论述。着重讨论了虚拟实验室的理论架构、建模方法以及关键技术，提出了一种面向对象的模块化虚拟实验室解决方案，并以“电力电子网上虚拟实验室”为例详细介绍了其实现过程。本课题的研究工作主要包括以下几个方面：1.从理论层面讨论了虚拟实验室的基本概念及其分类，对仿真虚拟实验室的本质、架构及架构过程进行了分析。2.从技术和方法层面，讨论了虚拟实验室开发过程中的常见仿真建模方法和实现技术。并对本虚拟实验室进行了功能定位，对其构建的基本原则和实现的用户操作流程进行了详细的描述。在对应用系统常用的两种网络结构进行对比的基础上，提出了本虚拟实验室的网络构建体系结构，并对虚拟实验室的软件结构进行了设计。3.按照本文提出的理论架构、建模方法和技术方案，构建了一个仿真型“电力电子网上虚拟实验室”。虚拟实验室集实验教学、实验操作与实验报告于一体，实现了从辅助教学、自主实验到实验报告的网上提交与批阅的全程操作与管理。本课题拟依托LabVIEW,Matlab等软件平台，构建一个仿真型电力电子虚拟实验系统。该虚拟实验室系统集实验教学、实验操作与实验报告于一体，实现从辅助教学、自主实验到实验报告的网上提交与批阅的全程操作与管理。第二章虚拟实验室的开发环境介绍2.1 概述由于微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的高度发展及其电子测量技术与仪器上的应用，新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新的仪器结构不断出现，在许多方面已经突破的传统仪器的概念，电子测量仪器的功能和作用己经发生了质的变化。在这种背景下，美国国家仪器公司(National Instruments)在20世纪80年代最早提出虚拟仪器(Virtual nstrument)的概念同时推出了用于虚拟仪器开发的工程软件包LabVIEW。NI公司宣称“The Software is the Instrument"，即“软件就是仪器”。虚拟仪器利用现有的计算机，加上特殊设计的仪器硬件和专用软件，形成既有普通仪器的基本功能，又有一般仪器所没有的特殊功能的高档低价的新型仪器。虚拟仪器的出现是仪器发展史上的一场革命，代表着仪器发展的最新方向和潮流，对科学技术的发展和工业生产的进步将产生不可估量的影响，同时对改善高校实验教学仪器设备，提高教学质量也是一个福音。LabVIEW是Laboratory Virtual Instrument Eng:eering Workbench的缩写，即实验室虚拟仪器工程平台，是美国NI公司(National Instrument Company)推出的一种基于G语言(Graphics Language，图形化编程语言)的虚拟仪器软件开发工具。最初它是基于苹果公司的Macintosh微机的。后来NI公司不断推出基于各种操作系统的LabVIEW版本。2003年NI公司推出了LabVIEW7 Express。正是由于LabVIEW的出现开创T的仪器研究新方法虚拟仪器2.2 虚拟仪器技术2.2.1虚拟仪器的定义所谓虚拟仪器，就是以计算机为核心的硬件平台上，其功能由用户设计和定义，具有虚拟面板，其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。虚拟仪器的“虚拟”两字主要包含以下两方面的含义：（1）虚拟仪器的面板是虚拟的。虚拟仪器面板上的各种“图标”与传统仪器面板上的各种“器件”所完成的功能是相同的。由各种开关、按钮、显示器等图标实现仪器电源的“通”、“断”，被测信号的“输入通道”、“放大倍数”等参数的设置，及测量结果的“数值显示”、“波形显示”等。传统仪器面板上的器件都是“实物”，而且是由“手动”和“触摸”进行操作的；虚拟仪器前面板是外形与实物相像的“图标”，每个图标的“通”、“断”、“放大”等动作都可以通过操作计算机鼠标或键盘来完成。因此，设计虚拟仪器前面板就是在前面板设计窗口中摆放所需的图标，然后对图标的属性进行设置。（2）虚拟仪器测量功能是通过对图形化软件流程图的编程来实现的。虚拟仪器是在以PC为核心组成的硬件平台支持下，通过软件编程来实现仪器的测量功能的。因为可以通过不同测试功能软件模块的组合来实现多种测试功能，所以在硬件平台确定后，就有“软件就是仪器”的说法。这也体现了测试技术与计算机深层次的结合。图2.1反映了常见的虚拟仪器组建方案，虚拟仪器一般由通用仪器硬件平台和应用软件两大部分组成。图2.1 常见的虚拟仪器组建方案Fig .2.1 Common virtual instrument construction scheme2.2.2虚拟仪器的硬件平台构成虚拟仪器的硬件平台有两大部分:1.计算机一般为一台PC机或者工作站，它是硬件平台的核心。虚拟仪器使用的个人计算机中，微处理器和总线成为最重要的因素。其中，微处理器的发展是最迅速的，它使虚拟仪器的能力得到极大地提高。80年代末制造的虚拟频率分析仪完成一个1, 024点的快速傅立叶变换需要1秒种的时间;今天的系统可以在1毫秒内完成同样的运算，速度提高了一千倍。这意味着，如果以前人们是用虚拟仪器来做快速傅立叶变换观察信号，那么今天可以利用它进行高速的实时运算，并将之应用于过程控制和其它控制系统中。总线技术的发展也为提高虚拟仪器的处理能力提供了必要的支持。PCI总线性能比ISA总线提高了近十倍，使得微处理器能够更快地访问数据。使用ISA总线时，插在电脑中的数据采集板的采集速度最高为2MBps;使用PC工总线时，最高采集速度可提高到132MBps。由于总线速度的大大提高，现在可以同时使用数块数据采集板，甚至图像数据采集也可以和数据采集结合在一起。2.I/O接口设备主要完成被测信号的采集、放大、模/数转换。可根据不同情况采用不同的I/0接口硬件设备，如数据采集卡(DAQ) , GPIB总线仪器、VXI总线仪器模块、串口仪器等，虚拟仪器构成方式有五种类型，如图2.2所示。无论哪种VI系统，都是通过应用软件将仪器硬件与通用计算和相结合。图2.2 虚拟仪器的基本构成Fig .2.2 Basic structure of virtual instrument2.2.3虚拟仪器的应用软件软件包括应用软件和I/0驱动软件:1.应用程序。包含两个方面的程序:1.实现虚拟面板功能的前面板软件程序。2.定义侧试功能的流程图软件程序。2.I/0接口仪器驱动程序。这类程序用来完成特定外部硬件设备的扩展、驱动和通信。大部分虚拟仪器开发环境均提供一定程度的I/0设备支持。许多I/0驱动程序己经集成在开发环境中。以LabVIEW为例，它能够支持串行接口、GPIB及VXI等标准总线和多种数据采集板，LabVIEW还可以驱动许多仪器公司的仪器，如Hewlett-Packard, Philips, Tektronix, B&K, Fluke等。同时，LabVIEW可调用Windows动态连接库和用户自定义的动态连接库中的函数以解决对某些非NI公司支持的标准硬件在使用过程中的驱动问题。2.3 虚拟仪器的功能及特点 2.3.1虚拟仪器的功能虚拟仪器利用个人计算机强大的图形环境和在线帮助功能，建立虚拟仪器面板，完成对仪器的控制，数据分析与显示，代替传统仪器，改变传统仪器的使用方式，提高仪器的功能和使用效率，大幅度降低仪器价格，使用户可以根据自己的需要定义仪器的功能，同时利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出检测结果；利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理；利用I/O接口设备完成信号的采集、测量和调理，从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。使用者利用鼠标或键盘操作虚拟面板，就如同使用一台专用测量仪器一样。因此，虚拟仪器的出现，使测量仪器和计算机的界限模糊了。虚拟仪器广泛应用于电子测量、电力工程、物矿勘探、医疗、振动分析、声学分析、故障诊断及教学科研等诸多领域。虚拟仪器最常见的应用是取代传统的台式仪器。随着插入式数据采集板速率的提高和触发技术的改进，插入式数据采集板技术使台式仪器获得了新生。利用虚拟仪器开发软件编制出的虚拟仪器程序，用户可以调整数据采集板的动作，使软件可以显示输出的结果，同时有的虚拟仪器具备许多分析仪器的功能，可以把插入式数据采集板变成波形图和动态信号分析仪，使用户可以方便地进行许多分析工作。2.3.2虚拟仪器的特点虚拟测试仪器系统的概念是测控系统的抽象。不管是传统的还是虚拟的仪器，它们的功能都是相同的：采集数据，对采集来的数据进行分析处理，然后显示处理结果。它们之间的不同主要体现在灵活性方面。虚拟仪器由用户自己定义，这意味着用户可以自由组合计算机平台的硬件、软件以及各种完成应用系统所需要的附件，而这种灵活性是由供应商定义的，功能固定独立的传统仪器是不具备的。概括地说，虚拟仪器主要有以下特点：1.软件是虚拟仪器的核心。虚拟仪器的硬件确立后，它的功能主要是通过软件来实现的，软件在虚拟仪器中具有重要的地位。美国国家仪器公司（NI）就曾提出一个著名的口号“软件就是仪器”。2.虚拟仪器的性价比高。一方面，虚拟仪器能同时对多个参数进行实时高效的测量，同时，由于信号的传送和数据处理几乎都是靠数字信号或软件来实现的，所以还大大降低了环境干扰和系统误差的影响。另一方面，用户也可以随时根据需要调整虚拟仪器的功能，这缩短了仪器在改变测量对象时的更新周期。此外，采用虚拟仪器还可以减少测试系统的硬件环节，从而降低系统的开发成本和维护成本，因此，使用虚拟仪器比传统仪器更为经济。3.虚拟仪器的出现缩小了仪器厂商和用户之间的距离。虚拟仪器使得用户能够根据自己的需要定义仪器功能，而不像传统仪器那样，受到仪器厂商的限制，出现厂商提供的仪器功能与用户要求不相符合的情况。利用虚拟仪器，用户可以组建更好的测试系统，并且更容易增强系统的功能。由于PC能提供远胜于仪器内部的处理能力，因此，借助于一台通用数据采集系统（或板卡），用户就可以通过软件构造几乎任意功能的仪器。4.扩展性强。NI的软、硬件工具使得工程师和科学家不再局限于当前的技术。由于NI软件的灵活性，只需更新用户的计算机或测量硬件，就能以最少的硬件投资和极少的、甚至无须软件上的升级即可改进用户的整个系统。在利用最新科技的时候，用户可以把它们集成到现有的测量设备，最终以较少的成本加速产品的上市时间。5.虚拟仪器具有良好的人机界面。在虚拟仪器中，测量结果是通过软件在计算机显示器上生成的，与传统仪器面板相似的图形界面由软面板来实现。因此，用户可以根据自己的爱好，通过编制软件来定义所喜爱的面板形式。6.通过软、硬件的升级，可以方便地提升测试系统的能力和水平。更为可贵的是，用户可以运用通用的计算机语言和软件，诸如C+、Visual Basic、LabVIEW、LabWindows/CVI等，扩充、编写软件，从而使虚拟仪器技术更适应、更符合用户自己测试工作的特殊要求。7.虚拟仪器具有和其他设备互连的能力。如和VXI总线或现场总线等的接口能力。此外，还可以将虚拟仪器接入网络，如Internet等，以实现对现场生产的监控和管理。8.虚拟仪器的软、硬件都具有开放性、模块化、可重复使用及互换性等特点。因此，用户可以根据自己的需要灵活组合，大大提高了使用效率，减少了投资。总之，虚拟仪器技术不仅使仪器技术与计算机软、硬件技术和总线技术紧密结合，而且还采用了数字信号处理，系统辨识和数学建模等现代方法，提供了灵活性和强大的功能，是对传统仪器观念的一次变革，是21世纪测控仪器的重要发展方向。2.4 开发平台介绍2.4.1LabVIEW简介LabVlEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是基于图形化编程语言G的开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式，是一种强大的虚拟仪器开发工具4。在仪器计算机化领域中，NI走在了前列，甚至在Microsoft公司的Windows诞生之前，NI公司已经在Macintosh计算机上推出了LabVIEW 2-0以前的版本。对虚拟仪器和LabVIEW长期的、系统的和有效的研究开发使得NI公司成为业界公认的权威。与C和BASIC一样，LabVIEW也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。LabVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储，等等。LabVIEW也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序（子VI）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而 LabVIEW 则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了VI及函数的执行顺序。VI指虚拟仪器，是 LabVIEW 的程序模块。LabVIEW 提供很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便地创建用户界面。使用图标和连线，可以通过编程对前面板上的对象进行控制。这就是图形化源代码，又称G代码。LabVIEW 的图形化源代码在某种程度上类似于流程图，因此又被称作程序框图代码。LabVIEW具有丰富的接口，尤其在对功能强大的Matlab软件的支持方面。LabVIEW不仅可利用Matlab Script节点来调用Matlab语言开发的算法，并且可跟Matlab进行无缝集成。前一种方法实际上就是通过Active控件与Matlab Server进行通信。用该方法实现它们的混合编程简单实用，但是不能脱离Matlab的环境，而只是将它在后台执行，因此十分不利于独立应用程序的开发。而实现LabVIEW和Matlab之间的无缝连接可以避免以上的弊端。实现LabVIEW和Matlab之间的无缝连接有以下三种方式：1.COM组件法用Matlab Complier把M文件编译成COM组件，供其他支持COM的编程语言调用，实现Matlab和其他编程语言的整合，在LabVIEW中调用生成的COM对象。2.中间文件传递法用LabVIEW编写前端用户交互界面，并搜集必要的参数信息，保存在一个中间文件中。用Matlab语言编写好一个能完成特定任务的没有输入输出参数的M函数，该函数将从那个中间文件中读取所需的参数信息，执行任务并返回结果到另一中间文件中。然后用Matlab MCC Compilers把此M函数编译生成DLL供LabVIEW调用，调用完成后LabVIEW可从返回结果的那个中间文件中读取结果。3.VC+参数类型转换法先将M文件编译为C程序，然后通过VC+封装一个DLL，使其参数接口变为普通的参数类型。然后用LabVIEW编写前端用户交互界面，并调用经VC封装后的参数接口为普通参数类型的DLL中的函数数据的分析计算并返回结果15。2.4.2LabVIEW应用程序的构成所有的LabVIEW应用程序，即虚拟仪器(VI )，它包括前面板(front panel )、流程图(block diagram)以及图标/连结器(icon/connector)三部分5。1.前面板前面板是图形用户界面，也就是VI的虚拟仪器面板，这一界面上有用户输入和显示输出两类对象，具体表现有开关、旋钮、图形以及其他控制(control)和显示对象(indicator)。2.流程图流程图提供VI的图形化源程序。在流程图中对VI编程，以控制和操纵定义在前面板上的输入和输出功能。流程图中包括前面板上的控件的连线端子，还有一些前面板上没有，但编程必须有的东西，例如函数、结构和连线等。3.图标/连接器VI具有层次化和结构化的特征。一个VI可以作为子程序，这里称为子VI (SubVI)，被其他VI调用。图标与连接器在这里相当于图形化的参数。2.4.3 LabVIEW的操作模板在LabVIEW的用户界面上，应特别注意它提供的操作模板，包括工具(Tools)模板、控制(Controls)模板和函数(Functions)模板6。这些模板集中反映了该软件的功能与特征。下面我们来大致浏览一下。1.工具模板(Tools Palette)该模板提供了各种用于创建、修改和调试VI程序的工具，如图2.3所示。如果该模板没有出现，则可以在Windows菜单下选择Show Tools Palette命令以显示该模板。当从模板内选择了任一种工具后，鼠标箭头就会变成该工具相应的形状。当从Windows菜单下选择了Show Help Window功能后，把工具模板内选定的任一种工具光标放在流程图程序的子程序(Sub VI)或图标上，就会显示相应的帮助信息。图2.3 工具模板Fig .2.3 Tools template2.控制模板(Control Palette)该模板用来给前面板设置各种所需的输出显示对象和输入控制对象。每个图标代表一类子模板