Создание, редактирование и отладка ВП. Создание подпрограмм ВП

ЛЕКЦИЯ

ТЕМА №12«АВТОМАТИЗАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ, КОНТРОЛЯ И ИСПЫТАНИЙ В ПРОГРАММНОЙ СРЕДЕ LabVIEW»

ВОПРОСЫ

 

1. Основные понятия программной среды LabVIEW и виртуального прибора (ВП).

2. Создание, редактирование и отладка ВП. Создание подпрограмм ВП.

3. Многократные повторения и циклы при создании ВП, работа с массивами в среде LabVIEW.

4. Создание кластеров из элементов управления и отображения данных. Работа с кластерами.

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Давин А.Г., Жилкин В.М., Свириденко А.Д. Автоматизация измерений, контроля и испытаний. Часть 1. Основы работы в программной среде LabVIEW. ТГТУ, 2005.

 

1. Основные понятия программной среды LabVIEW и виртуального прибора (ВП)

 

Программа, написанная в среде LabVIEW, называется виртуальным прибором (ВП). ВП симулиру­ют реальные физические приборы. LabVIEW содержит полный набор инструментов для сбора, анализа, представления и хранения данных.

Запуск среды программирования LabVIEW осуществляется либо двойным кликом мыши на ярлыке LabVIEW, который находится на рабочем столе, либо из раздела Пуск-Программы - National Instruments LabVIEW. При входе в главное меню LabVIEW пользователю предлагается создание нового виртуаль­ного инструмента (New VI) или открытие уже существующего (Open VI).

ВП состоит из четырех основных компонентов - лицевой панели, блок-диаграммы, иконки и со­единительной панели.

Разработка VI (ВП) осуществляется на двух панелях, находящихся в двух окнах, - передней (лице­вая панель) и функциональной (блок-диаграмма). Лицевая панель - интерфейс пользователя создается с использованием палитры Элементов (Controls). Эти элементы могут быть либо средствами ввода дан­ных - элементы управления, либо средствами отображения данных - элементы отображения. Элемен­ты управления - кнопки, переключатели, ползунки и другие элементы ввода. Элементы отображения - графики, цифровые табло, светодиоды и т.д.

После этого на блок-диаграмме ВП осуществляется программирование с использованием палитры Функций (Functions), которая включает графическое представление функций для управления объекта­ми на лицевой панели.

 

Структура панелей одинакова. Основным элементом каждой панели является рабочая область, снабженная горизонтальным и вертикальным скролингами, в которой и размещаются элементы. Также на панелях имеются верхнее меню и набор управляющих кнопок (рис. 1):

· кнопка «стрелка» - пуск выполнения программы; если в программе имеются ошибки, то данная кнопка расколота на две части;

· кнопка «стрелки в цикле» - запуск программы в циклическом режиме;

· кнопка «красный круг» - остановка выполнения программы;

· кнопка «две вертикальные черты» - пауза в выполнении программы.

Для обеих панелей доступна панель Tools Palette (рис. 2), включающая набор управляющих кнопок для изменения режима редактирования.

 

Перечислим некоторые из них:

· кнопка «указательный палец» - служит для изменения позиций выключателей и кнопок, управ­ления значениями цифровых регуляторов, настройки виртуальных осциллографов и др.;

· кнопка «стрелка» - выделение, перемещение объектов, изменение их размера;

· кнопка «А» - открытие и редактирование текстового окна;

· кнопка «катушка» - служит для соединения объектов на функциональной панели;

· кнопка «кисть» - раскрашивание объектов или фона;

· кнопка «рука» - перемещение ра­бочей области панели в окне;

· кнопка «пипетка» - выбор текущего цвета из имеющихся на панели;

· кнопка «красный круг» - для раз­мещения и снятия точек остановки выпол­нения программы на функциональной па­нели;

· кнопка «Р» - для размещения на функциональной панели локальных окон для отображения текущих значений дан­ных, передаваемых в ходе выполнения программы.

При активной передней панели становится доступной панель Controls (рис. 2), она вызывается либо щелчком правой кнопки мыши в рабочем пространстве лицевой панели, либо необходимо выбрать в пункте главного меню Window » Show Controls Palette. С ее помощью осуществляется визуальное раз­мещение элементов управления и элементов отображения на лицевой панели ВП. В панели Controls они распределены по отдельным группам по некоторым признакам - числовые, логические, строковые, массивы, диалоговые, ActivX, Internet и др.

Рассмотрим основные подпанели панели Controls:

 

· Numeric (числовые значения). Состоит из элементов управления и элементов отображения для числовых данных;

· Boolean (Булевы значения). Состоит из элементов управления и элементов отображения для булевых величин;

· String&Table (строковые значения и таблицы). Состоит из элементов управления и элементов отображения для ASCII строк и таблиц.

· List & Ring (списки и закольцованные списки). Состоит из элементов управления и элементов отображения для меню, выполненных в форме списков и закольцованных списков;

· Array & Cluster (массивы и кластеры). Состоит из элементов управления и элементов отобра­жения для группировки наборов типов данных;

· Graph (виртуальные осциллографы). Состоит из элементов отображения, для построения гра­фиков данных в графах или диаграммах в реальном масштабе времени;

· Path & Refnum (пути и ссылки). Состоит из элементов управления и элементов отображения для путей и ссылок;

· Decorations (оформление). Со­стоит из элементов управления и эле­ментов отображения графических объектов для настройки дисплеев ли­цевой панели;

· Select Control (выбор регулято­ра). Отображает диалоговое окно для загрузки самодельных элементов управления

· User Controls (средства управ­ления пользователя). Состоит из спе­циальных средств управления, которые формирует сам пользователь;

· ActiveX (объекты ActiveX). Со­стоит из средств управления, позво­ляющих внедрить объекты ActiveX на лицевую панель;

 

· Dialog (диалоговая панель). Состоит из стандартных объектов для формирования диалога с поль­зователем;

· IMAQ Vision (обработка изображений). Состоит из средств обработки и анализа изображений;

· Internet Toolkit (работа с Internet). Состоит из средств управления, располагаемых на передней панели, позволяющих организовывать работу виртуальных инструментов в сети Internet (ftp, электрон­ная почта, telnet, CGI и другие).

После помещения элементов управления или отображения данных на лицевую панель они получа­ют свое графическое отображение (в виде терминала данных) на блок-диаграмме. Символы на термина­ле соответствуют типу данных терминала. Например, DBL - терминал представляет данные в виде ве­щественных чисел с двойной точностью, TF - логический терминал, 116 - терминал 16-битных целых и др.

При активировании функциональной панели становится доступной палитра Functions (рис. 4), ко­торая аналогично панели Controls включает систематизированные наборы стандартных элементов в ви­де отдельных пиктограмм, из которых осуществляется составление блок-схемы ВП.

Палитра Functions вызывается либо щелчком правой кнопки мыши в рабочем пространстве блок-схемы, либо путем выбо­ра в пункте главного меню Window » Show Function Palette.

Рассмотрим основные подпанели панели Functions:

· Structures (структуры). Состоит из управляющих структур программы, таких как циклы For Loop, While Loop и др.;

· Numeric (числовые функции). Состоит из тригонометрических, логарифмических и других функций;

· Boolean (Булевы функции). Состоит из логических и Булевых функций;

· String (строковые функции). Состоит из функций для работы со строковыми величинами;

 

 

· Array (массивы). Состоит из функций для обработки массивов;

· Cluster (кластеры). Состоит из функций для обработки кластеров;

· Comparison (сравнение). Состоит из функций для сравнения переменных;

· Time & Dialog (время и диалог). Состоит из функций для диалоговых окон, синхронизации и об­работки ошибок;

· File I/O (ввода/вывода файла). Состоит из функций для осуществления операций по вво­ду/выводу файлов;

· Instrument I/O (инструменты ввода/вывода). Состоит из ВП для связи и управления приборами различной архитектуры;

· Instrument Drivers (драйверы приборов). Состоит из ВП, способных управлять внешними при­борами, осциллоскопами, генераторами и т.д., через последовательный порт или интерфейс GPIB;

· Data Acquisition (сбор данных). Состоит из ВП для использования плат сбора данных;

· Signal Processing (обработка сигналов). Состоит из ВП для генерации и обработки сигналов;

· Mathematics (математические). Состоит из оптимизационных, алгебраи­ческих, интегральных, дифференциаль­ных и других функций;

· Graphics & Sound (графика и звук). Состоит из ВП для работы трех­мерной графикой, изображениями и зву­ком;

· Communication (связи). Состоит из виртуальных приборов для работы с сетями TCP, DDE и др.;

· Application Control (управление приложением). Состоит из ВП, управ­ляющих виртуальными приборами;

· Advanced (расширенная). Состо­ит из разных функций типа функции библиотечного запроса, манипуляции данных и др.;

· Report Generation (генерация отчета). Состоит из ВП, используемых для подготовки отчетных документов;

· Tutorial (обучающие програм­мы). Состоит из VI, используемых в обучающей программе Lab VIEW;

· User Libraries (пользовательские библиотеки). С помощью нее организуется быстрый доступ к нужному vi;

· Select VI (выбор ВП). Состоит из диалогового окна для внедрения подпрограмм в текущий ВП;

· IMAQ Vision (обработка изображений). Состоит из ВП, используемых для обработки и анализа изображений;

· Image Acquisition (получение изображения). Состоит из ВП, используемых для получения и об­работки изображений;

· Internet Toolkit (работа с Internet). Состоит из ВП, используемых для работы в сети Internet (ftp, электронная почта, telnet, CGI и др.);

· SQL (SQL запросы). Состоит из ВП, используемых для организации связи с SQL сервером и об­работки запросов.

Объекты блок-диаграммы включают графическое отображение элементов лицевой панели, опера­торов, функций, подпрограмм ВП, констант, структур и проводников данных, по которым произво­дится обмен данными между объектами блок-диаграммы.

Проводники данных между терминалами аналогичны переменным на обычных языках. Данные идут в только одном направлении, с исходного терминала на один или более терминалов адресата. Про­вода имеют различную толщину и цвет. Синий цвет соответствует целым числам, оранжевый - вещест­венным числам, зеленый - логическим, лиловый - строковым данным и т.д.

При нажатии правой кнопки мыши на регуляторе/индикаторе (как на передней, так и на функцио­нальной панели) появляется контекстное меню, с помощью которого возможно осуществить:

· замену элемента управления (регулятора) на элемент отображения (индикатора) и наоборот (Change to Control, Change to Indicator);

· быстрый поиск терминала на функциональной панели (Find Terminal) и регулятора/индикатора на передней панели (Find Control, Find Indicator);

· демонстрацию или отказ от названия для описания регулятора/индикатора (Show-Label, Show-Caption);

· настройку параметров регулятора/индикатора (Data Operations);

· замену на другой регулятор/индикатор (Replace);

· получение справки по используемой функции (Online Help);

· открытие для функций соответствующих им констант, индикаторов и регуляторов (Create Constant, Create Indicator, Create Control) и др.

 

 

Объекты лицевой панели на блок-диаграмме отображаются в виде терминалов данных (гра­фическое изображение прямоугольной формы с буквенно-численными обозначениями). Терминалы данных обеспечивают обмен данными между лицевой панелью и блок-диаграммой; они подобны пере­менным и константам текстовых языков программирования. Различают терминалы данных следующих типов - терминалы элементов управления и отображения данных, терминалы узлов.

Узлы - это объекты на блок-диаграмме, которые имеют одно или более полей ввода/вывода дан­ных и выполняют алгоритмические операции ВП. Они аналогичны операторам, функциям и подпро­граммам текстовых языков программирования. Узлы включают в себя функции, подпрограммы ВП и структуры. Подпрограмма ВП - виртуальный прибор, который можно использовать на блок-диаграмме другого ВП в качестве подпрограммы. Структуры - это элементы управления процессом, такие как структура Case (Варианта), цикл While (цикл по условию) и т.д. Узлы Add (Сложение) и Subtract (Вычи­тание), - узлы функций.

Типы и проводники данных. В среде Lab VIEW проводники данных используются для соединения многочисленных терминалов данных. Поля ввода/вывода должны быть совместимыми с типами дан­ных, передаваемыми им по проводникам. Например, нельзя соединять поле вывода массива с полем ввода данных численного типа. Кроме того, характер соединения должен быть корректным. Проводни­ки должны быть подсоединены лишь к одному источнику данных и, по крайней мере, к одному полю ввода данных. Например, нельзя соединять два элемента отображения. Компонентами, определяющими совместимость соединения, являются: тип данных элемента управления и/или отображения и тип дан­ных поля ввода/вывода.

Типы данных. В данном курсе используются следующие типы данных:

· Numeric (численный тип);

· Floating point - число с плавающей запятой, отображается в виде оранжевых терминалов. Может быть представлено в виде single (32 bit), double (64-bit) или extended (128-bit) precision (с одиночной, двойной или расширенной точностью). Число с плавающей запятой может быть комплексным;

· Integer - целочисленный тип, отображается в виде голубых терминалов. Возможны три пред­ставления целых чисел: 8, 16 и 32 бита. Один бит может использоваться для знака числа, если это число является знаковым целым;

· Boolean - логический тип, отображается в виде зеленых терминалов. Логический тип может при­нимать только два значения: О (FALSE) или 1 (TRUE);

· String - строковый тип, отображается в виде розовых терминалов. Строковый тип данных содер­жит текст в ASCII формате;

· Path - путь к файлу, отображается в виде терминалов. Путь к файлу близок строковому типу, од­нако, Lab VIEW форматирует его, используя стандартный синтаксис для используемой платформы;

· Array - массивы включают типы данных составляющих элементов и принимают соответствую­щий им цвет;

· Cluster - кластеры включают различные типы данных. Кластерный тип данных отображается ко­ричневым цветом, если все его элементы численные, если же элементы кластера являются данными различных типов, он отображается розовым;

· Waveform - сигнальный тип данных является кластером элементов, содержащим данные, на­чальное значение времени и интервал времени между измерениями;

· Dynamic - динамический тип, отображается в виде темно-синих терминалов. Кроме данных сиг­нала, динамический тип содержит дополнительную информацию, например, название сигнала или дату и время его получения. Большинство экспресс-ВП принимают и/или возвращают данные динамическо­го типа. Данные динамического типа можно направлять к потому элементу 01 поражения или полю ввода, принимающему данные численного, логического или сигнального типа.

Проводники данных. Данные между объектами блок-диаграммы передаются по соединительным линиям - проводникам данных. Проводник данных аналогичен переменным в текстовых языках про­граммирования. Каждый проводник данных имеет единственный источник данных, но может переда­вать их ко многим ВП и функциям. Проводники данных различаются цветом, стилем и толщиной ли­нии, в зависимости от типа передаваемых данных.

Автоматическое соединение объектов проводниками данных. В среде Lab VIEW объекты соеди­няются проводниками данных после их помещения на блок-диаграмму. В автоматическом режиме среда LabVIEW подключает те поля ввода/вывода данных, которые наиболее совместимы, несовместимые поля остаются несоединенными.

Корректировка параметров автоматического подключения проводников осуществляется через пункты главного меню Tools » Options » Block Diagram.

Соединение объектов проводниками данных вручную. Соединение объектов проводниками дан­ных вручную производится с помощью инструмента СОЕДИНЕНИЕ. После наведения инструмента СОЕДИНЕНИЕ на поле ввода или вывода данных на экране появляется подсказка, которую можно ис­пользовать для уточнения места подключения проводника.

Задание 2.1. Преобразование °С в °F

Ниже приведена последовательность действий для создания ВП, который будет преобразовывать значение температуры из градусов Цельсия в температуру по Фаренгейту.

 

Лицевая панель

1. Выберите пункт главного меню File » New » VI, чтобы открыть новую лицевую панель.

2. Поместите цифровой элемент управления на лицевую панель. В поле собственной метки элемен­та управления напечатайте «Град С».

3. Поместите элемент отображения данных на лицевую панель. Он будет использован для отобра­жения значений температуры в °F. В поле собственной метки элемента управления напечатайте «Град F» и щелкните мышью в свободном пространстве лицевой панели или нажмите кнопку Enter.

На блок-диаграмме Lab VIEW создаст терминалы данных, соответствующие элементам управления и отображения. Терминалы данных представляют тип данных соответствующих элементов. Например, терминал данных DBL представляет тип числовых данных двойной точности с плавающей запятой.

Внимание! Терминалы данных, соответствующие элементам управления, имеют более широкий обводной контур по сравнению с терминалами данных, соответствующими элементам отображения.

 

Блок-диаграмма

4. Перейдите на блок-диаграмму, выбрав пункты главного меню Window » Show Diagram.

5. Выберите функцию Multiply (Умножение) из палитры Функций в разделе Functions » Numeric (Арифметические функции). Поместите ее на блок-диаграмму.

6. Выберите функцию Add (Сложение) из палитры Функций в разделе Functions » Numeric (Ариф­метические функции). Поместите ее на блок-диаграмму.

7. Выберите числовую константу из палитры Функций в разделе Functions » Numeric (Арифметиче­ские функции). Поместите две числовые константы на блок-диаграмму. После размещения числовой константы на блок-диаграмме поле ввода ее значений подсвечивается и готово для редактирования. Од­ной константе присвойте значение 1,8, другой 32,0.

8. Соедините объекты блок-диаграммы с помощью инструмента СОЕДИНЕНИЕ.

9. Перейдите на лицевую панель, выбрав в главном меню пункт Window » Show Panel.

10. Сохраните ВП, он будет использоваться позднее.

 

Запуск ВП

1. Введите число в элемент управления и запустите ВП:

а) для ввода числа в элемент управления следует использовать инструмент УПРАВЛЕНИЕ или инструмент ВВОД ТЕКСТА;

б) нажмите кнопку Run, чтобы запустить ВП;

в) введите несколько разных значений температуры и запустите ВП.

2. Закройте ВП, выбрав пункт главного меню File » Close.