基于tcp的LABVIEW专业课程设计.doc

虚拟仪器开发与实践课程设计 题目名称： 基于LABVIEW TCP/IP通讯设计 学生专业： 测控技术与仪器 学生姓名： 贾科琼 成绩：评语：指引教师签名： 日期： 目录1 设计背景12 虚拟仪器概述12.1虚拟仪器概念12.2虚拟仪器优势22.3虚拟仪器构成22.4虚拟仪器开发软件33 LabVIEW软件概述43.1 LabVIEW编辑界面43.2 LabVIEW特点53.3 LabVIEW应用领域64 LABVIEWTCP/IPD 通讯设计64.1 TCP/IP概述64.2 LabVIEW中TCP通讯总流程图74.3 LabVIEW中TCP功能函数84.4 LabVIEW中TCP通讯程序图135 软件调试15设计心得19参照文献201 设计背景随着电子技术，计算机技术和数字信号解决技术飞速发展，以及这些技术在测量领域中广泛应用，仪器技术领域发生了巨大变化。从最初模仿仪器到当前数字化仪器，嵌入式仪器以及智能仪器，新测试理论，测试办法不断应用于实践，仪器技术领域各种创新积累使当代测量仪器性能发生了质奔腾，从而使仪器概念和形式发生了巨大变化。测量仪器发展至今，大体经历了四代历程，即模仿仪器、分立元件式仪器、数字化仪器和智能仪器。由于微电子技术、计算机技术、通信技术、网络技术高度发展及其在电子测量技术与仪器上应用，新测试理论、新测试办法、新测试领域以及新仪器构造不断浮现，在许多方面已经突破了老式仪器概念，电子测量仪器功能和作用已经发生了质变化，其中计算机处在核心地位，计算机软件技术和测试系统更紧密地结合成一种有机整体，导致仪器构造、概念和设计观点等也发生了突破性变化。在这种背景下，美国国家仪器公司在20世纪80年代最早提出虚拟仪概念，同步推出了用于虚拟仪器开发工程软件包LabVIEW。NI公司宣称“The Software is the Instrument”，即“软件就是仪器”。在这里，计算机是虚拟仪器核心设备，该仪器功能是通过软件仿真实现。它将老式仪器由硬件电路实现数据分析解决与显示功能，改由功能强大计算机来执行，因此计算机是其核心；当计算机与恰当I/O接口设备配备完毕，虚拟仪器硬件平台就被拟定，此后软件就成为仪器核心某些，这也是“软件就是仪器”之说来由。这意味着只要按照测量原理，采用恰当信号分析技术与解决技术，编制某种测量功能软件就可构成该种功能测量仪器。2.虚拟仪器概述2.1虚拟仪器概念 虚拟仪器技就是运用高性能模块化硬件，结合高效灵活软件来完毕各种测试、测量和自动化应用。自1986年问世以来，世界各国工程师和科学家们都已将NI LabVIEW图形化开发工具用于产品设计周期各个环节，从而改进了产品质量、缩短了产品投放市场时间，并提高了产品开发和生产效率。使用集成化虚拟仪器环境与现实世界信号相连，分析数据以获取实用信息，共享信息成果，有助于在较大范畴内提高生产效率。虚拟仪器提供各种工具能满足咱们任何项目需要。2.2虚拟仪器优势（1）性能高。虚拟仪器技术是在PC技术基本上发展起来，因此完全继承了以现成即用PC技术为主导最新商业技术长处，涉及功能超卓解决器和文献I/O，使您在数据高速导入磁盘同步就能实时地进行复杂分析。此外，不断发展因特网和越来越快计算机网络使得虚拟仪器技术呈现其更强大优势（2）扩展性强。NI软硬件工具使得咱们不再受限于当前技术中。这得益于NI软件灵活性，只需更新计算机或测量硬件，就能以至少硬件投资和很少、甚至无需软件上升级即可改进整个系统。在运用最新科技时候，咱们可以把它们集成到既有测量设备，最后以较少成本加速产品上市时间。（3）节约时间。在驱动和应用两个层面上，NI高效软件构架能与计算机、仪器仪表和通讯方面最新技术结合在一起。NI设计这一软件构架初衷就是为了以便顾客操作，同步还提供了灵活性和强大功能，使咱们轻松地配备、创立、发布、维护和修改高性能、低成本测量和控制解决方案。（4）无缝集成。虚拟仪器技术从本质上说是一种集成软硬件概念。随着产品在功能上不断地趋于复杂，工程师们普通需要集成各种测量设备来满足完整测试需求，而连接和集成这些不同设备总是要耗费大量时间。NI虚拟仪器软件平台为所有I/O设备提供了原则接口，协助咱们轻松地将各种测量设备集成到单个系统，减少了任务复杂性。2.3虚拟仪器构成2.3.1 虚拟仪器系统构成虚拟仪器由硬件设备与接口、设备驱动软件和虚拟仪器面板构成。其中，硬件设备与接口可以是各种以PC为基本内置功能插卡、通用接口总线接口卡、串行口、VXI总线仪器接口等设备，或者是其他各种可程控外置测试设备，设备驱动软件是直接控制各种硬件接口驱动程序，虚拟仪器通过底层设备驱动软件与真实仪器系统进行通讯，并以虚拟仪器面板形式在计算机屏幕上显示与真实仪器面板操作元素相相应各种控件。顾客用鼠标操作虚拟仪器面板就犹如操作真实仪器同样真实与以便。2.3.2虚拟仪器系统硬件构成虚拟仪器硬件系统普通分为计算机硬件平台和测控功能硬件。计算机硬件平台可以是各种类型计算机，如台式计算机、便携式计算机、工作站、嵌入式计算机等。它管理着虚拟仪器软件资源，是虚拟仪器硬件基本。因而，计算机技术在显示、存储能力、解决器性能、网络、总线原则等方面发展，导致了虚拟仪器系统迅速发展。2.3.3虚拟仪器系统软件构成测试软件是虚拟仪器主心骨。NI公司在提出虚拟仪器概念并推出第一批实用成果时，就用软件就是仪器来表达虚拟仪器特性，强调软件在虚拟仪器中重要位置。NI公司从一开始就推出丰富而又简洁虚拟仪器开发软件。使用者可以依照不同测试任务，在虚拟仪器开发软件提示下编制不同测试软件，来实现当代科学技术复杂测试任务。在虚拟仪器系统中用灵活强大计算机软件代替老式仪器某些硬件，特别是系统中应用计算机直接参加测试信号产生和测量特性分析，使仪器中某些硬件甚至整个仪器从系统中消失，而由计算机软硬件资源来完毕它们功能。虚拟仪器测试系统软件重要分为如下四某些。2.4虚拟仪器开发软件虚拟应用软件开发环境是设计虚拟仪器所必须软件工具。应用软件开发环境选取，是以开发环境人员喜好不同而不同，但最后都必要提供应顾客一种界面和谐、功能强大应用程序。软件在虚拟仪器中处在重要地位，她肩负着对数据进行分析解决任务，如数字滤波、频谱变换等。在很大限度上，虚拟仪器能否运营成功，就取决于软件。因而美国NI公司提出了“软件就是仪器”标语。当前已有各种虚拟仪器软件开发工具，重要分为如下两类：（1）老式文本式编辑办法，如C、VisualC+、Visual Basic、LabWindows/CVI等。（2）图形化编辑办法，如NI公司LabVIEW软件，HP公司VEE等。使用图形化软件编程优势是软件开发周期短，编程容易，特别适合于不具备专业编程水平工程技术人员。下面会简介一下LabVIEW软件详细概述。3 LabVIEW软件概述LabVIEW是一种用图标代替文本行创立应用程序图形化编程语言。老式文本编程语言依照语句和指令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数据流向决定了VI及函数执行顺序。VI指虚拟仪器，是 LabVIEW 程序模块。3.1 LabVIEW编辑界面Labview编程环境重要由启动窗口、控件选板、函数选板、工具选板、菜单栏、工具栏、项目浏览器窗口构成。如图3.1为LabVIEW启动界面图3-1 LabVIEW启动界面如图3.2为LabVIEW软件前面板和编辑面板以及各种函数构造图3-2 LabVIEW前面板和编辑面板3.2 LabVIEW特点 （1）LabVIEW(Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench)是一种图形化编程语言开发环境，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一种原则数据采集和仪器控制软件。LabVIEW 集成了与满足 GPIB、VXI、RS-232和 RS-485 合同硬件及数据采集卡通讯所有功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件原则库函数。这是一种功能强大且灵活软件。运用它可以以便地建立自己虚拟仪器，其图形化界面使得编程及使用过程都生动有趣。 （2）图形化程序语言，又称为 G 语言。使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之是流程图或框图。它尽量运用了技术人员、科学家、工程师所熟悉术语、图标和概念，因而，LabVIEW是一种面向最后顾客工具。它可以增强你构建自己科学和工程系统能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。 （3）它重要以便就是，一种硬件状况下，可以通过变化软件，就可以实现不同仪器仪表功能，非常以便，是相称于软件即硬件！运用 LabVIEW，可产生独立运营可执行文献，它是一种真正32位/64位编译器。像许多重要软件同样，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh各种版本。3.3 LabVIEW应用领域（1）LabVIEW是一种图形化编程语言开发环境，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一种原则数据采集和仪器控制软件。LabVIEW 集成了与满足 GPIB、VXI、RS-232和 RS-485 合同硬件及数据采集卡通讯所有功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件原则库函数。这是一种功能强大且灵活软件。运用它可以以便地建立自己虚拟仪器，其图形化界面使得编程及使用过程都生动有趣。 （2）图形化程序语言，又称为 G 语言。使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之是流程图或框图。它尽量运用了技术人员、科学家、工程师所熟悉术语、图标和概念，因而，LabVIEW是一种面向最后顾客工具。它可以增强你构建自己科学和工程系统能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。 （3）它重要以便就是，一种硬件状况下，可以通过变化软件，就可以实现不同仪器仪表功能，非常以便，是相称于软件即硬件！运用 LabVIEW，可产生独立运营可执行文献，它是一种真正32位/64位编译器。像许多重要软件同样，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh各种版本。4 LABVIEWTCP/IPD 通讯设计4.1 TCP/IP概述 Internet中使用最为广泛网络合同为TCP/IP合同集。TCP是TCP/IP合同集中从属于传播层传播控制合同。IP是Internet网络中从属于网络层基本合同，由IP控制传播合同合同单元称为IP数据。IP数据中具有发送或接受方IP地址。IP提供可靠、无连接、具备时间限制自动重试机制数据投递服务，构成了Internet网络数据传播基本。TCP以此为基本增长了连接管理和确认重发等机制，向更高层应用程序提供面包连接、可靠传播服务。TCP/IP合同族共分为四层：链路层、网络层、传播层和应用层。TCP/IP合同传播层，涉及TCP、UDP合同，可以被LabVIEW直接应用。TCP/IP普通被以为四层合同系统（1）链路层：普通涉及操作系统中设备驱动程序和计算机中相应网络接口卡（2）网络层：解决分组在网络中活动，例如分组选路(IP、ICMP和IGMP)（3）运送层：重要为两台主机上应用程序提供端到端通信(TCP和UDP)（4）应用层：Telnet远程登录，FTP文献传播合同，SMTP简朴邮件传播合同，SNMP简朴网络管理合同。构造互联网最简朴办法就是把两个或各种网络通过路由器进行连接。路由器好处是为不同类型物理网络提供连接。如图4-1为TCP/IP分层构造：图4-1 TCP/IP分层构造4.2 LabVIEW中TCP通讯总流程图 服务器程序和客户端程序可以在两台联网计算机上运营，固然也可以同步在一台计算机上运营，本次课程设计实现就是在一台计算机上同步运营状况。此外，在运营时候必要先启动服务器，待服务器初始化完毕，在运营客户机，如图为TCP通讯总流程图： 图4-2 TCP通讯总流程图4.3 LabVIEW中TCP功能函数 在Labview中可以运用TCP进行网络通信，并且，Labview对TCP编程进行了高度集 成，顾客通过简朴编程就可以在Labview中实现网络通信。 3.3.1 TCP侦听 该函数功能是创立一种侦听器并在指定端口等待TCP连接祈求。该函数节点只能在作为服务器主机上使用。开始侦听某个指定端口时，不能再使用其她TCP侦听VI侦听该窗口。 图4-3 TCP侦听函数 图4-4 TCP侦听函数端口界面网络地址：指定侦听网络地址。如不指定网络地址，LabVIEW将侦听所有网络地址。通过字符串至IP地址转换函数可获取当前计算机IP网络地址。 端口：是要侦听连接端标语。 连接ID：是唯一标记TCP连接网络连接引用句柄，该连接句柄用于在后来VI调用中引用连接。3.3.3打开 TCP连接 该函数功能是用指定计算机名称和远程端口或服务名称来打开一种TCP连接。该节点只能在作为客户机主机上使用。该函数节点重要接线端定义如下：图4-5打开 TCP连接函数图4-6打开 TCP连接函数端口地址：是要与其建立连接地址。该地址可觉得IP句点符号格式或主机名。 远程端口或服务名称：可以接受数字或字符串输入，是要与其确立连接端口或服务名称。 连接ID：是唯一标记TCP连接网络连接引用句柄，该连接句柄用于在后来VI调用中引用连接。3.3.4读取 TCP数据该函数从指定TCP连接中读取数据。该函数节点重要接线端定义如下：图4-7读取 TCP数据函数 图4-8读取 TCP数据函数端口连接ID：是唯一标记TCP连接网络连接引用句柄。 读取字节：是要读取字节数。 连接ID输出：返回值与连接ID相似。 数据输出：包括从TCP连接读取数据。3.3.4写入 TCP数据 该函数通过数据输入端口将数据写入到指定TCP连接中。该函数节点重要接线端定义如下：图4-9写入 TCP数据函数图4-10写入 TCP数据函数端口连接ID：唯一标记TCP连接网络连接引用句柄。 数据输入：包括要写入连接数据。 连接ID输出：返回值与连接ID相似。 写入字节：VI写入连接字节数。3.3.5关闭 TCP连接 该函数功能是关闭指定TCP连接。该函数节点重要接线端定义如下： 图4-11关闭 TCP数据函数图4-12关闭 TCP数据函数端口连接ID：是唯一标记要关闭网络连接网络句柄。 中断：保存以便此后使用。 连接ID输出：其值值与连接ID相似。不要将该输出端与其他TCP函数相连。4.4 LabVIEW中TCP通讯程序图4.4.1如图为TCP服务器完整流程框图： 图4-13 TCP服务器程序框图如图为TCP服务器完整流程框图前面板： 图4-14 TCP服务器前面板4.4.2如图为TCP客户端完整流程框图： 图4-15 TCP客户端程序框图如图为TCP客户端完整流程框图： 图4-16 TCP客户端前面板5 软件调试（1）当客户端ip地址刚好为服务器ip地址，且客户端端口刚好与服务器相相应时，这时“TCP服务器”在运营，TCP客户端也在运营同步接受到服务器数据，如下图所示，图5-1显示为服务器发出矩形波，打开客户端同步客户端接受到矩形波，通过调节频率、相位以及幅值来不断变化波形形状；图5-2显示为服务器发出正弦波，匹配端口与ip地址之后，打开客户端同步客户端接受到矩形波，通过调节频率和相位以及幅值来不断变化波形形状；图5-3显示为服务器发出三角波，匹配端口与ip地址之后，打开客户端同步客户端接受到三角波，通过调节频率和相位以及幅值来不断变化波形形状； 图5-1矩形波图5-2正弦波图5-3三角波（2）客户端ip地址为服务器ip地址，当“端口”不相应时，虽然“TCP服务器”在运营，TCP客户端也接受不到任何数据，如图所示 图5-4调试三角波 （3）由于必要先进行初始化服务器，待服务器完毕初始化之后才启动客户端。当“端口”相应时，此时ip地址也对的，如果对于客户端与服务器所执行先后顺序不相似，则此时客户端接受不到数据，与此同步也会报错，如图所示图5-5调试三角波（4）在一台计算机上进行操作此通讯时，此时客户端中所相应ip地址一定要为服务器ip地址完全相似，否则此时客户端接受不到数据，与此同步也会报错，如图5-6所示图5-6调试三角波（5）当“端口”相应时，即 “TCP服务器”停止运营，“TCP客户端”也不可以运营。会报错，如图5-7所示图5-7调试波设计心得这次LabVIEW课程设计历时一周时间，在加上之前实验课，时间汇总起来熟悉这个软件有了将近半个月时间，通过这些天上机课，虽然最后课设任务基本上达到教师规定，但我对这次课程设计收获却不是很满意。刚开始上课接触这个软件时，听教师讲津津有味，感觉这个LabVIEW应当会很有趣，我个人比较喜欢单片机此类小型 嵌入式东西，由于这些东西在一定限度上能给自己带来一定精神上乐趣，因而前面刚开始上机接触此软件时，我甚至有点兴奋小情绪。但随着实验一步一步走过程中，我却发现LabVIEW这门课也许并没有我想象那么好玩，或者说成我在做实验过程中没有得到某些小小成就也罢，几天后开始徐徐失去新鲜感，亦可以说只是为完毕任务而在那耗费时间。在忙忙碌碌几天之后我昂首看看周边，和我同样混日子人比比皆是，我突然觉得我不能再把时间给耽误下去了，与其被动“挨打”，倒不如积极地去请教，多学点东西，后来就少问点别人，少给自己带来带你麻烦，于是开始看文档，看教程，开始从最简朴建工程开始一步一步 来学习，不懂就问度娘、CSDN,在网上找些解决问题办法。最后经历了最后几天努力，加上参照某些文档，最后做出来这个课程设计还将就着能看。对于这次动手课程设计实践，我总结了某些自己某些经验同步也学到了诸多之前所未学到过东西，通过这次课程设计我发现理论与现实差距还是有很大，单单学习课本上知识是不够，自己要更多思考，多犯某些错误，才干走更远。本次课设我意识到了实验重要性，在硬件制作和软件调试过程中，浮现了诸多问题，最后都是通过实验办法来解决。总之，在学习过程中，无论是对于学习办法还是理论知识，我均有了新结识，受益匪浅，这将勉励我在此后再接再厉，不断完善自己理论知识，提高实践运作能力。参 考 文 献1虚拟仪器设计基本教程，黄松岭,吴静编著，北京：清华大学出版社，.10 2数据采集与仪器控制，龙华伟，顾永刚等编著，北京： 清华大学出版社，.7 3LabVIEW程序设计教程，江建军，刘继光编著.北京：电子工业出版社，.3 4基于LabVIEW和TCP数据采集系统开发及应用,张东、施奇峰、王云波 ，中冶京诚工程技术有限公司电气工程技术所；5基于TCP/IP以太网合同LabVIEW和CANoe通信研究,梁伟、王承惠、赵建东，航空实验测试技术学术交流会论文集，