LABVIEW: Начальный уровень 1. Часть 1: Учебное пособие

80 Pages·2011·1.299 MB·Russian

by  Абрамов А. М., Жулев В. И., Каплан М. Б., Мальченко С. И.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
Рязанский государственный радиотехнический университет
Представительство National Instruments в РФ

А.М. АБРАМОВ, В.И. ЖУЛЕВ,
М.Б. КАПЛАН, С.И. МАЛЬЧЕНКО

LABVIEW: НАЧАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ 1
ЧАСТЬ 1

Учебное пособие

Рязань 2011
УДК 621.317.088
LABVIEW: Начальный уровень 1. Часть 1: учеб. пособие / А.М.
Абрамов, В.И. Жулев, М.Б. Каплан, С.И. Мальченко; Рязан. гос.
радиотехн. ун-т. – Рязань, 2011. – 80 с.
Рассмотрены вопросы построения виртуальных приборов в
среде LABVIEW, использования циклов и структур множественного
выбора. Показана работа с массивами, кластерами, базовыми
функциями файлового ввода вывода. Представлены подходы по
организации измерительных каналов и систем сбора данных.
Предназначено для студентов специальностей 200106
«Информационно-измерительная техника и технологии», 200401
«Биотехнические и медицинские аппараты и системы», 200402
«Инженерное дело в медико-биологической практике».
Табл. 3. Ил. 53.
LABVIEW, виртуальный прибор, структуры, лицевая панель,
блок-диаграмма, основы систем сбора данных
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Рязанского государственного радиотехнического университета.
Рецензент: кафедра информационно-измерительной и
биомедицинской техники Рязанского государственного
радиотехнического университета (проф. Е.М. Прошин, доц. С.Г.
Гуржин)
А б р а м о в Алексей Михайлович
Ж у л е в Владимир Иванович
К а п л а н Михаил Борисович
М а л ь ч е н к о Сергей Иосифович

LabVIEW: Начальный уровень 1. Часть 1
Редактор Р.К. Мангутова
Корректор С.В. Макушина
Подписано в печать 20.06.11. Формат бумаги 60х84 1/16.
Бумага газетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 5,0.
Тираж 75 экз. Заказ
Рязанский государственный радиотехнический университет.
390005, Рязань, ул. Гагарина, 59/1.
Редакционно-издательский центр РГРТУ.
© Рязанский государственный
радиотехнический университет, 2011
Оглавление
1. Методика разработки программного обеспечения ........................... 5
2. Составные части виртуального прибора ........................................... 8
2.1. Общие сведения ........................................................................ 8
2.2. Элементы лицевой панели ...................................................... 10
2.3. Элементы блок-диаграммы ..................................................... 13
2.4. Инструментальные панели ..................................................... 15
2.5. Палитра инструментов ............................................................ 18
2.6. Поток данных .......................................................................... 20
2.7. Создание простого ВП ............................................................ 21
2.8. Справочные средства LabVIEW ............................................. 24
3. Разработка виртуального прибора................................................... 26
3.1. Проектирование лицевой панели ............................................ 26
3.2. Инструменты и подсказки в пользовательском интерфейсе .. 30
3.3. Проектирование блок-диаграммы .......................................... 32
3.4. Документирование .................................................................. 37
3.5. Соединение узлов на блок-диаграмме .................................... 39
3.6. Цикл While .............................................................................. 40
3.7. Цикл For .................................................................................. 41
3.8. Туннели ................................................................................... 41
3.9. Сдвиговые регистры ............................................................... 41
3.10. Синхронизация ВП ................................................................. 44
3.11. Структура выбора Case ........................................................... 45
3.12. Узел формул ............................................................................ 48
4. Объединение данных ....................................................................... 49
4.1. Массивы .................................................................................. 49
4.2. Кластеры ................................................................................. 52
5. Визуализация данных ...................................................................... 58
5.1. Индикатор Waveform Chart ..................................................... 58
5.2. Индикатор Waveform Graph .................................................... 60
6. Система сбора данных ..................................................................... 63
6.1. Состав системы сбора данных ................................................ 63
6.2. Вспомогательный соединительный модуль ........................... 64
6.3. Устройство сбора данных ....................................................... 66
6.4. Драйвер NI-DAQmx ................................................................ 67
6.5. Проводник измерений и автоматизации ................................. 68
6.6. Регистрация аналогового сигнала ........................................... 69
6.7. Генерация аналогового сигнала .............................................. 71
6.8. Цифровой ввод-вывод ............................................................. 72
6.9. Счетчики ................................................................................. 72
7. Управление приборами ................................................................... 73
7.1. GPIB ........................................................................................ 73
7.2. Последовательная связь .......................................................... 74
7.3. Интерфейс GPIB и архитектура VISA .................................... 76
7.4. Драйвер прибора ..................................................................... 79
1. Методика разработки программного
обеспечения
Создание программ для решения прикладных задач
осуществляется на основе методик разработки программного
обеспечения (ПО). Применение методик разработки ПО способствует
формированию программного кода, обладающего высоким
потенциалом при дальнейшем масштабировании, модификации,
модернизации.
Методика разработки ПО включает в себя следующие этапы.
1. Постановка задачи и написание сценария
2. Проектирование алгоритма и/или блок-схемы.
3. Реализация проекта.
4. Тестирование и верификация реализации.
5. Сопровождение и обновление реализации.
На первом этапе определяется содержательная часть задачи,
формируемая с учетом всех необходимых факторов. При этом следует
выделить главную проблему и исключить малозначащие факторы.
В качестве примера рассмотрим процесс управления
температурой печи, при котором требуется выдержать в печи
заданную температуру в течение определенного времени. При
решении необходимо знать значение температуры, время выдержки, а
также определить способ регулировки температуры в печи, знания о
типе материала или время суток не учитываются.
Этап проектирования алгоритма включает в себя действия по
выбору входных и выходных данных. Здесь же описывают
дополнительные требования. Для рассматриваемого примера
входными данными являются время выдержки (в секундах), требуемая
температура печи (в градусах Кельвина), текущая температура печи (в
градусах Кельвина).
Выходные данные представляют собой результат вычисления,
обработки или некоторое состояние, являющееся результатом решения
задачи. Для примера управления температурой печи выходным
параметром является состояние переключателя, управляющего
нагревателем печи: при включенном переключателе температура печи
увеличивается, при выключенном – уменьшается.
В качестве дополнительного требования определим условие,
при котором процесс управления не может быть активизирован до тех
пор, пока внутренняя температура печи не сравняется с температурой
окружающей среды.
5
Непосредственное создание алгоритма заключается в описании
последовательности шагов по обработке входных и выработке
выходных данных, с учетом дополнительных требований.
Представим алгоритм процесса управления температурой печи в
виде последовательности следующих шагов.
1. Ввести исходные данные о температуре и продолжительности
термостатирования.
2. Измерить внутреннюю температуру.
3. Измерить внешнюю температуру.
4. Если внутренняя температура больше внешней, вернуться к шагу 2.
5. Измерить внутреннюю температуру.
6. Если внутренняя температура больше или равна требуемой,
выключить нагрев, иначе включить нагрев.
7. Определить текущее время.
8. Если текущее время меньше продолжительности
термостатирования, перейти к шагу 5.
9. Выключить нагрев.
На основе алгоритма разрабатывается блок-схема, являющаяся
визуальным представлением последовательности решения задачи.
Достоинство блок-схем – это высокая наглядность. Представленный в
виде блок-схемы алгоритм процесса управления температурой печи
отражен на рис. 1.1, а.
Для ряда алгоритмов блок-схема отображается в виде
диаграммы переходов. Диаграмма переходов – это блок-схема особого
типа, широко используемая в теории конечных автоматов, для
визуализации модели конечного автомата, называемой также машиной
состояний (state machines). Диаграмма переходов позволяет четко
выявить состояния программы и условия переходов из одного
состояние в другое. Для обозначения стационарного состояния на
диаграмме переходов используется круг, а переход между
состояниями обозначается стрелкой с подписью.
Состояние – это часть программы, которая удовлетворяет
условию, выполняет действие или ожидает события. Переход – это
условие, действие или событие, которое заставляет программу
переходить в следующее состояние.
Начало программы обозначается закрашенным кружком, конец
программы обозначается концентрическим кружком.
Алгоритм процесса управления температурой печи также может
быть представлен с помощью диаграммы переходов (рис. 1.1, б).
6
а б
Рис. 1.1. Блок-схема алгоритма процесса управления
температурой печи: а – классическая блок-схема;
б – диаграмма переходов
Следующим этапом методики разработки ПО является
реализация проекта. На этом этапе в соответствии с алгоритмом
создается программный код. В текстовых языках программирования
код записывается в виде последовательности строк, а в среде
графического программирования LabVIEW код отображается в виде
блок-схемы.
После создания программный код должен пройти тестирование
и верификацию. Указанные процедуры представляют собой процесс, в
ходе которого устанавливаются допустимые и недопустимые значения
входных параметров и анализируются значения выходных параметров,
7
получаемых в ходе выполнения программы. Тестирование выполнено
успешно, если при подаче допустимых значений получен ожидаемый
результат. При подаче недопустимых значений осуществляется
проверка эффективности обработки ошибок.
В рассматриваемом примере управления температурой печи для
тестирования следует задать значение требуемой температуры меньше
температуры окружающей среды. Эффективная система обработки
ошибок предупредит пользователя, что печь может только
нагреваться, но не охлаждаться.
Заключительным этапом является сопровождение ПО. Действия
этой стадии направлены на устранение ошибок, выявляемых в ходе
эксплуатации ПО. Кроме того, на этом этапе может осуществляться
модификация и коррекция программного кода, например для
изменения формата выходных данных, обновления справочных
данных, добавления языка интерфейса и т.п.
2.Составные части виртуального прибора
2.1. Общие сведения
Программы LabVIEW называются виртуальными приборами
(ВП), поскольку своим внешним видом и функционированием они
имитируют физические приборы: мультиметры, спектроанализаторы,
осциллографы и т.д. Виртуальный прибор LabVIEW состоит из трех
основных частей: лицевой панели, блок-диаграммы и иконки с
соединительной панелью.
Лицевая панель представляет собой окно пользовательского
интерфейса ВП. Лицевая панель конструируется из элементов
управления и индикаторов, которые представляют собой
интерактивные входные и выходные терминалы ВП соответственно
(рис. 2.1).
Разработка программного кода осуществляется в окне блок-
диаграммы. Каждый элемент кода имеет графическое представление
(рис. 2.2).
Модульный принцип построения программ в LabVIEW
позволяет применять ВП в качестве подприбора (подВП или subVI).
Использование подВП аналогично механизму применения функций в
текстовых языках программирования. ПодВП на блок-диаграмме ВП
более высокого уровня иерархии представлен в виде иконки и
соединительной панели (рис. 2.3).

8
Рис. 2.1. Лицевая панель ВП

Рис. 2.2. Блок-диаграмма ВП

а б
Рис. 2.3. Иконка и соединительная панель ВП: а – иконка;
б – соединительная панель
9
Иконка – графическое представление ВП, которое может
содержать текст и изображения. Иконка идентифицирует ВП на блок-
диаграмме. Иконка отображена в правом верхнем углу окон лицевой
панели и блок-диаграммы каждого ВП.
Соединительная панель представляет собой набор терминалов,
соответствующих элементам управления и индикаторам данного ВП.
Это аналог списка параметров функции в текстовых языках
программирования. Настройка соединительной панели осуществляется
на окне лицевой панели.
Работа в среде LabVIEW начинается с запуска окна начала
работы (Getting Started). Команды окна позволяют создать новый ВП
(Blank VI), новый проект (Empty Project), воспользоваться готовым
шаблоном ВП (VI from Template…), открыть ранее созданные ВП и
проекты, а также получить доступ к справочной информации,
стандартным примерам и прочим ресурсам среды LabVIEW.
При работе следует помнить о необходимости сохранения
текущих ВП и проектов, для этого следует вызывать команды
сохранить (Save) и сохранить как (Save As) из пункта меню файл
(File). Вызов команд диалогового окна сохранить как позволяет либо
сохранить оригинал ВП и продолжить работу с копией файла
(Substitute copy for original), либо сохранить копию ВП и продолжить
работу с оригиналом (Create unopened disk copy), либо создать копию
и продолжить одновременную работу с оригиналом ВП и его копией
(Open additional copy ). Также возможно переименование текущего
файла (Rename).
2.2. Элементы лицевой панели
Лицевая панель может содержать элементы управления,
индикации и оформления. Элементы управления являются
интерактивными входными терминалами, имитируют физические
устройства ввода и служат источником данных для блок-диаграммы
ВП. Элементы индикации имитируют физические устройства вывода,
используются для отображения данных и представляют собой
выходные терминалы ВП.
Пользователь при работе с ВП изменяет входные значения.
Показания индикаторов определяются результатом выполнения кода
блок-диаграммы. С каждым элементом управления или индикатором
связан определенный тип данных, например числовой (numeric),
логический (boolean), строковый (string) и т.д. К числовым типам
данных относятся целые или вещественные. По умолчанию элемент
управления Numeric Control содержит кнопки
10