LabVIEW: практический курс для инженеров и разработчиков

LabVIEW: 
практический курс  
для инженеров  
и разработчиков

Москва, 2023

Ю. С. Магда

2-е издание, электронное

УДК 621.38
ББК 32.973.26-108.2
М12

М12
Магда, Юрий Степанович.
LabVIEW: практический курс для инженеров и разработчиков / Ю. С. Магда. — 
2-е изд., эл. — 1 файл pdf : 209 с. — Москва : ДМК Пресс, 2023. — Систем. 
требования: Adobe Reader XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; экран 10". — Текст : 
электронный.
ISBN 978-5-89818-398-1

Книга представляет собой практическое руководство по разработке систем управления, 
сбора и обработки данных с применением инструментальной среды проектирования 
LabVIEW. Материал книги ориентирован на инженеров-практиков и включает примеры 
решения типовых задач измерения, анализа и цифрового синтеза непрерывных и дискретных 
сигналов. Значительная часть материала книги посвящена разработке аппаратно-
программных интерфейсов многофункциональных модулей обработки данных с 
внешним оборудованием. В книге также затронуты практические аспекты создания распределенных 
систем управления на базе последовательных интерфейсов и протоколов 
Интернет.
Книга будет полезна инженерам-практикам и разработчикам систем управления и 
сбора данных, а также всем желающим усвоить практические навыки проектирования 
подобных систем в среде LabVIEW.

УДК 621.38 
ББК 32.973.26-108.2

Электронное издание на основе печатного издания: LabVIEW: практический курс для инженеров 
и разработчиков / Ю. С. Магда. — Москва : ДМК Пресс, 2014. — 208 с. — ISBN 978-5-94074-974-5. — 
Текст : непосредственный.

Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и 
какими бы то ни было средствами без  письменного разрешения владельцев авторских прав.
Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но поскольку вероятность технических ошибок 
все равно существует, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность приводимых 
сведений. В связи с этим издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием 
книги.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты 
авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.

ISBN 978-5-89818-398-1
© Магда Ю. С., 2014  
© Оформление, ДМК Пресс, 2014 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение .............................................................................................................................5

 1

Система проектирования LabVIEW: возможности и перспективы ...............8

 2

Основы проектирования систем на базе 
виртуальных инструментов ........................................................................................11
Практические примеры решения инженерных задач в среде LabVIEW ...................13
Организация циклических алгоритмов в среде LabVIEW ...........................................24
Обработка сигналов в среде LabVIEW ........................................................................32

 3

Конфигурирование системы LabVIEW в Measurement & Automation 
Explorer ..............................................................................................................................48
Конфигурирование модулей DAQ................................................................................49
Диагностика устройства DAQ в MAX ...........................................................................54
Диагностика линий цифрового вывода модулей DAQ ...............................................57
Тестирование линий цифрового ввода модуля DAQ ................................................. 60
Тестирование цифровых счетчиков/таймеров устройства DAQ .............................. 62
Диагностика каналов аналогового ввода/вывода модуля DAQ ................................. 67
Измерение параметров аналогового сигнала на выходе звуковой карты ...............74

 4

Измерение параметров сигналов в системе LabVIEW ...................................80
Техника измерения параметров аналоговых сигналов ...............................................80
Практические примеры систем измерения параметров непрерывных сигналов......87

Содержание
4

 5

Цифровой синтез сигналов в системе LabVIEW ............................................. 107
Синтез сигналов с амплитудной модуляцией ............................................................ 108
Цифровой синтез сигналов с угловой модуляцией в LabVIEW ................................ 112
Синтез сигналов с широтно-импульсной модуляцией ............................................. 116
Преобразование непрерывных сигналов в LabVIEW .............................................. 121

 6

Дискретный ввод-вывод в LabVIEW .....................................................................133

 7

Периферийные устройства ПК в LabVIEW: звуковая карта .........................155

 8

Периферийные устройства ПК в LabVIEW: последовательный порт ..... 176
Тестирование последовательного порта с помощью I/O Assistant ........................ 178
Передача данных в последовательный порт в LabVIEW .......................................... 181
Чтение данных из последовательного порта в LabVIEW ...........................................183

 9

LabVIEW в сетях TCP/UDP.......................................................................................... 191
Обмен данными по протоколу UDP .......................................................................... 193
Обмен данными по протоколу TCP ........................................................................... 203

Введение

Качественное проектирование современных систем управления, автоматизации 
и измерений требует огромных усилий от инженеров и разработчиков, которые 
сталкиваются с необходимостью анализа и обработки большого объема информации 
в процессе разработки даже относительно несложных по стуктуре систем. 
Практически любая система управления требует от инженера знаний и практических 
навыков в смежных областях знаний, таких, например, как математика, 
элект роника, программирование, конструирование и дизайн и т. д. Сложная система 
взаимосвязей различных компонентов проектируемых систем управления 
способна существенно усложнить задачи разработки даже для целых коллективов.
Современные технологии проектирования систем управления существенно 
облегчают жизнь разработчикам. В настоящее время процесс разработки систем 
в значительной степени упростился благодаря наличию программных систем автоматизации 
проектирования. Системы автоматизированного проектирования 
широко используются как при разработке многоцелевых систем автоматизации и 
управления, так и для решения задач специализированного характера в конкретной 
предметной области.
Среди систем автоматизированного проектирования особое место занимает 
пакет программ LabVIEW фирмы National Instruments. LabVIEW – это среда разработки 
лабораторных виртуальных приборов, в которой используется особый 
язык графического программирования, существенно упрощающий проектирование 
систем любой степени сложности для промышленности, образования и научных 
лабораторий. Среда проектирования LabVIEW во многих случаях является 
стандартным инструментом для систем сбора данных и управления приборами 
в научных и заводских лабораториях. 
Система проектирования LabVIEW является многоплатформенной и может 
функционировать на персональных компьютерах с различными операционными 
системами (Windows, MacOS, Linux и т. д.). Широкая популярность LabVIEW 
обуслов лена наличием интуитивно понятного графического пользовательского 
интерфейса, который существенно упрощает проектирование систем любого 
уровня сложности.
Предлагаемая вниманию читателей книга является практическим руководством 
по проектированию систем управления и измерения в среде LabVIEW. Мате-

Введение
6

риал книги включает несложные и легко повторяемые примеры проектирования 
часто встречающихся в инженерной практике задач.  Виртуальные инструменты, 
описанные в книге, окажут помощь инженерам-практикам при решении задач измерения, 
анализа и цифрового синтеза непрерывных и дискретных сигналов, при 
построении систем сбора данных. Особое внимание в книге уделено аппаратно-
программным интерфейсам системы LabVIEW с промышленными многофункциональными 
измерительными модулями, а также разработке виртуальных инструментов 
на базе периферийных устройств персональных компьютеров. 
Многие современные системы управления и сбора данных состоят из разнородных 
подсистем, связанных между собой сетевыми интерфейсами. В книге приводятся 
несложные примеры построения распределенных систем управления на 
базе стека протоколов TCP/IP. 
Книга будет полезна инженерам-практикам и разработчикам систем управления 
и сбора данных, а также всем желающим усвоить практические навыки проектирования 
систем в среде LabVIEW. Материал книги включает несколько глав, 
краткое описание каждой из которых приводится далее.
Глава 1. Система проектирования LabVIEW: возможности и перспективы. 
В данной главе рассматриваются архитектура системы LabVIEW и базовые аспекты 
использования этой системы проектирования при разработке систем управления 
и измерения. 
Глава 2.  Основы проектирования систем на базе виртуальных инструментов. 
Материал этой главы посвящен основам разработки систем на базе графического 
языка программирования и тесно связанной с этой темой концепции 
виртуальных инструментов. Приводятся многочисленные практические примеры 
создания и конфигурирования виртуальных инструментов для анализа и синтеза 
сигналов, а также рассматриваются основы их математической обработки в среде 
LabVIEW.
Глава 3. Конфигурирование системы LabVIEW в Measurement & Automation 
Explorer. В этой главе рассматриваются практические аспекты подготовки к эксплуатации 
и конфигурирование аппаратных многофункциональных модулей сбора 
и обработки данных (DAQ) с помощью программы Measurement & Automation 
Exp lorer. Значительное внимание уделено созданию и настройке специальных 
программных модулей (заданий), которые позволяют виртуализировать аппаратные 
интерфейсы системы управления и существенно тем самым упростить процесс 
создания виртуальных инструментов. Приводятся многочисленные примеры 
с детальным описанием и рекомендациями по практическому применению модулей 
DAQ.
Глава 4. Измерение параметров сигналов в системе LabVIEW. Материал 
главы описывает базовые аспекты измерения и обработки непрерывных сигналов 
в системах на базе виртуальных инструментов LabVIEW. Детально рассматриваются 
принципы цифровой обработки сигналов с помощью аналого-цифровых 
преобразователей, а также принципы фильтрации сигналов на базе цифровых 
фильтров. Значительное внимание в главе уделено методам анализа сигналов в 
частотной и временной области. Детально рассматриваются проблемы шумопо-

Введение

давления, приводятся практические решения данной проблемы при измерении 
сигналов. Теоретический материал главы сопровождается многочисленными примерами 
разработки вир туальных инструментов, иллюстрирующими изложенные 
концепции.   
Глава 5. Цифровой синтез сигналов в системе LabVIEW. Данная глава посвящена 
вопросам цифрового синтеза сигналов в системе LabVIEW.  Рассматриваются 
различные виды модуляции непрерывных сигналов для систем управления, 
телекоммуникаций и связи и их реализация в среде LabVIEW. Теоретические 
аспекты подкреплены пратическими примерами разработки виртуальных инструментов, 
осуществляющих синтез сигналов.
Глава 6. Дискретный ввод-вывод в LabVIEW. В этой главе рассматриваются 
теоретические и практические аспекты обработки дискретных сигналов цифровой 
логики, а также принципы построения интерфейсов цифрового ввода-вывода 
в системах управления и сбора данных. Приводятся примеры разработки виртуальных 
инструментов для измерения характеристик импульсных сигналов.
Глава 7. Периферийные устройства ПК в LabVIEW: звуковая карта. Материал 
главы посвящен созданию систем обработки сигналов на базе интерфейса 
звуковой карты персонального компьютера. Подробно описываются принципы 
разработки виртуальных инструментов, в которых используются аналого-цифровой 
и цифроаналоговый интерфейсы звуковой карты, а также методы анализа 
аудиосигналов в среде LabVIEW.
Глава 8. Периферийные устройства ПК в LabVIEW: последовательный 
порт. В данной главе рассматриваются методы обмена данными между приложениями 
LabVIEW посредством последовательного интерфейса, а также примеры 
реализации последовательных интерфейсов между виртуальными инструментами 
LabVIEW и внешними программами.
Глава 9. LabVIEW в сетях TCP/UDP. Здесь рассматриваются основы построения 
распределенных систем обработки данных на основе стека протоколов 
TCP/IP. Теоретический материал главы сопровождается практическими примерами 
создания распределенных сетевых систем управления, в которых показано 
взаимодействие клиентских и серверных приложений с использованием среды 
LabVIEW и Microsoft Visual C++.

Система 
проектирования 
LabVIEW: возможности 
и перспективы
1

Разработка комплексных систем автоматизации и контроля для промышленных 
и научных целей требует больших усилий от специалистов различного профиля: 
инженеров-конструкторов, инженеров-системотехников, программистов и др.  
Современные средства разработки аппаратной и программной части таких систем 
достаточно развиты, но тем не менее проблемы универсализации и ускорения разработки 
систем стоят на первом месте.
Система LabVIEW является одним из наиболее развитых программных инструментов 
для быстрого и качественного проектирования систем управления и 
сбора данных. Аббревиатура «LabVIEW» расшифровывается как Laboratory Vir
tual Instrument Engineering Workbench – среда разработки лабораторных виртуальных 
приборов. LabVIEW является средой программирования, с помощью которой 
вы можете создавать приложения, используя графическое представление 
всех элементов алгоритма, что отличает ее от обычных языков программирования, 
таких как С, C++ или Java, где программируют, используя текст.
Следует отметить, что графический язык проектирования, характерный для 
системы LabVIEW, не является единственной отличительной особенностью этой 
среды проектирования. Основное назначение среды проектирования LabVIEW 
состоит в том, чтобы обеспечить для широкого круга инженеров и исследователей 
полный цикл разработки системы, начиная от создания алгоритма и заканчивая 
запуском аппаратно-программной части приложения. Система проектирования 
LabVIEW позволяет создавать приложения в любой из распространенных операционных 
систем, таких как Windows, MacOS и Linux.  
Для разработчика среда проектирования LabVIEW представляется собой единый 
аппаратно-программный комплекс, структуру которого можно представить 
в упрощенном виде так, как показано на рис. 1.1. Программное обеспечение среды 
LabVIEW может функционировать на персональных компьютерах, ноутбуках 
и специализированных шасси, например на широко распространенном инструментальном 
модуле PXI. Аппаратная часть системы LabVIEW может включать, 
в зависимости от выбранной конфигурации, набор специализированных модулей 
обработки данных (модули DAQ), работающих либо на шине PCI/PCI-X/USB 
персональных компьютеров, либо в автономном PXI-модульном инструменте под 
управлением специализированной операционной системы.

Система проектирования LabVIEW: возможности и перспективы

Замечательной особенностью системы LabVIEW является то, что вне зависимости 
от аппаратной конфигурации для разработчика существует единый аппаратно-
программный интерфейс в форме заданий (task), который позволяет манипулировать 
с любыми аппаратными модулями DAQ как с логическими устройствами. 
Это позволяет инженеру-разработчику целиком сконцентрироваться на проектировании 
системы, не вдаваясь в подробности аппаратной реализации системы на 
низком уровне.    
Виртуализация устройств DAQ дает возможность абстрагироваться от аппаратного 
интерфейса (PCI, PXI или USB), что позволяет при необходимости гибко 
менять аппаратную конфигурацию разрабатываемой системы управления. 

Рис. 1.1

Система проектирования LabVIEW: возможности и перспективы
10

Мощный графический язык программирования LabVIEW помогает существенно 
улучшить эффективность проектирования. Создание законченного приложения 
с помощью обычных средств программирования может отнять очень много 
времени, тогда как с LabVIEW требуется лишь несколько часов, поскольку пакет 
специально разработан для программирования различных измерений, анализа 
данных и оформления результатов. Так как LabVIEW имеет гибкий и интуи тивно 
понятный графический интерфейс программирования, он также отлично подходит 
для моделирования процессов, презентации проектов и создания приложений 
общего плана.
Для облегчения выполнения повседневных задач разработки в LabVIEW 
имеется расширенная библиотека функций и готовых к использованию подпрограмм, 
реализующих большое число типичных задач программирования, которые 
в обычных языках программирования требуют существенных затрат времени (например, 
распределение памяти, работа с переменными и массивами и т. д.). 
В LabVIEW также содержатся специальные библиотеки виртуальных инструментов 
для ввода/вывода данных со встраиваемых аппаратных модулей DAQ, для 
работы со стандартным  интерфейсом ввода-вывода (General Purposes Interface 
Bus, GPIB), управления устройствами через последовательный интерфейс RS-232, 
программные компоненты для анализа представления и сохранения данных, 
а также обмена через локальные сети и Интернет. Кроме того, специальная библиотека 
компонентов для анализа сигналов содержит множество полезных функций 
для генерирования сигналов и их обработки, цифровые фильтры, функции для 
статистической обработки сигналов, регрессионного анализа и т. д.
Система LabVIEW позволяет эффективно управлять потоками данных, их 
представлением и преобразованием. Выходные данные могут быть представлены 
практически в любой форме, включая графики, диаграммы, таблицы и т. д. Программы, 
разработанные в LabVIEW, легко импортировать на другие платформы. 
Приложение, разработанное, например, в MacOS, будет работать в Windows и 
Linux без каких-либо модификаций. Среда проектирования LabVIEW постоянно 
совершенствуется, так что уже в ближайшем будущем мы увидим ее новые возможности, 
особенно в области проектирования беспроводных систем управления 
и сбора данных.  
Для разработки проектов этой книги используется система LabVIEW 2011, 
хотя все демонстрационные приложения будут работать и в более ранних версиях 
данной системы. В качестве аппаратного модуля сбора данных была применена 
плата NI PCI-6221, но все виртуальные инструменты будут работать и с другими 
PCI- и PXI-устройствами.

Основы проектирования 
систем на базе 
виртуальных 
инструментов
2

В этой главе мы рассмотрим основы проектирования систем измерения и контроля 
на базе виртуальных инструментов среды LabVIEW. Материал данной главы 
имеет  практическую направленность – все рассмотренные примеры предназначены 
для решения часто встречающихся  задач обработки,  преобразования и анализа 
сигналов. Кроме того, при разработке примеров виртуальных инструментов обсуждаются 
базовые принципы реализации программных алгоритмов в LabVIEW: 
организация разветвленных и циклических вычислений, создание отчетов и визуализация 
данных.
Все приложения в LabVIEW представляют собой виртуальные инструменты 
(VI), все параметры которых можно сохранить в файлах с расширением .vi. Система 
LabVIEW включает множество визуальных и функциональных компонентов, 
позволяющих эффективно манипулировать с источниками сигналов и потоками 
данных, а также обеспечивать визуализацию данных на любом этапе функционирования 
системы и создавать отчеты. Для быстрого и эффективного освоения базовых 
принципов работы с VI наилучшим методом, с точки зрения автора, являются разработка 
и анализ практических примеров несложных систем измерения и контроля.
Система LabVIEW предназначена главным образом для создания лабораторных 
и промышленных систем, работающих в реальном времени. Источниками 
сигналов и потоков данных в таких системах являются датчики/трансдюсеры, 
устройства измерения и сетевые интерфейсы, а приемниками сигналов служат, 
как правило, исполнительные устройства (реле, двигатели и т. д.). Кроме того, 
практически все системы реального времени содержат устройства визуализации 
информации (дисплеи, графические индикаторы и т. д.). Все аспекты построения 
систем реального времени будут рассмотрены в последующих главах.
Для реализации примеров данной главы мы воспользуемся широкими возможностями 
системы LabVIEW в плане моделирования сигналов и процессов в реальном 
времени. Источниками сигналов в наших демонстрационных виртуальных 
инструментах будут компоненты – симуляторы сигналов программной среды 
LabVIEW, а все данные, полученные в результате функционирования наших виртуальных 
инструментов, будут отображаться с помощью графических и текстовых 
индикаторов. 

Основы проектирования систем на базе виртуальных инструментов
12

Перед тем как приступить к реализации практических примеров, вкратце рассмотрим 
некоторые теоретические аспекты разработки систем в среде LabVIEW. 
Будучи очень мощной и многофункциональной системой проектирования, система 
LabVIEW предоставляет инженеру очень простой и интуитивно понятный интерфейс 
разработки, который базируется на нескольких фундаментальных представлениях.

Как уже было сказано, любое приложение в LabVIEW представляет собой виртуальный 
инструмент (VI). Приложение может включать в себя графические (визуальные) 
элементы (компоненты) управления и контроля, а также невизульные 
элементы (компоненты). Невизуальные элементы реализуют какие-либо функции (
математические, логические, преобразования и генерации сигналов и т. д.). 
Визуальные и невизуальные компоненты взаимодействуют между собой посредством 
соединений, через которые проходят потоки данных.  
Система LabVIEW функционирует как среда потокового графического программирования, 
когда выполнение каких-либо операций зависит от наличия/
отсутствия данных на входе узла (компонента). Графический язык программирования 
G, используемый в LabVIEW, основан на архитектуре потоков данных. 
Последовательность выполнения операторов в таком языке определяется наличием 
данных на их входах – этот подход отличается от классических языков 
программирования (С, Паскаля и т. д.), в которых ход выполнения программы 
управляется инструкциями (операторами). В языке G операторы, не привязанные 
к данным, выполняются параллельно в произвольном порядке.
Любое приложение в среде  LabVIEW манипулирует с определенными данными, 
поступающими либо от физических (модули DAQ, измерительные инструменты 
и т. д.), либо от виртуальных (симуляторы сигналов) устройств. Программа 
в LabVIEW будет выполняться только в том случае, когда определены все данные 
в узлах. В процессе создания приложения в LabVIEW разработчик задает последовательность 
операций преобразования потока данных с помощью блок-схемы. 
На блок-схеме помещаются активные узлы, каждый из которых представляет собой 
визуальный или невизуальный компонент; сами узлы взаимодействуют между 
собой посредством соединений. При этом соединение не обязательно рассматривается 
как физический интерфейс, скорее оно показывает направление потока 
данных от узла-источника к узлу-приемнику. Узел-источник и узел-приемник 
должны манипулировать одними и теми же типами данных, поэтому этот аспект 
необходимо учитывать при разработке приложений. 
Хотя потоки данных являются основой проектирования приложений в LabVIEW, 
тем не менее для обеспечения дополнительной гибкости и расширения возможностей 
программирования в среде LabVIEW применяются методы, характерные 
для программ, управляемых потоком команд, как это реализовано в классических 
языках программирования, таких, например, как С/С++.
Очень часто, например, возникает необходимость в разработке LabVIEW-приложения, 
которое выполнялось бы с определенной цикличностью.
Примером такого приложения может служить генератор сигналов или измерительная 
система, в каждой из которых определенный алгоритм должен повторять-