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LabVIEW Entorno gráfico de programación José Rafael Lajara Vizcaíno José Pelegrí Sebastiá LLaabbVVIIEEWW 88..2200 yy vveerrssiioonneess aanntteerriioorreess Incluye CD ediciones técnicas LabView-cap_00.qxp 22/12/2006 14:08 PÆgina i José Rafael Lajara Vizcaíno José Pelegrí Sebastiá LabVIEW Entorno gráfico de programación LabView-cap_00.qxp 22/12/2006 14:08 PÆgina ii Título: LabVIEW. Entorno gráfico de programación Autores: José Rafael Lajara Vizcaíno José Pelegrí Sebastiá Reservados todos los derechos de publicación, reproducción, préstamo, alquiler o cualquier otra forma de cesión del uso de este ejemplar de la presente edición española por  MARCOMBO S. A. 2007 Gran Via de les Corts Catalanes, 594 08007 Barcelona  ALFAOMEGAGRUPO EDITOR, S.A. 2007 C/ Pitágoras 1139 Colonia del Valle - 03100 México D.F. (México) Quedan rigurosamente prohibidas, sin la autorización escrita de los titulares del copy- right, bajo las sanciones establecidas en las leyes, la reproducción total o parcial de esta obra por cualquier medio o procedimiento, incluidos la reprografía y el tratamiento infor- mático, así como la distribución de ejemplares mediante alquiler o préstamo públicos. Consulte nuestro fondo editorial http://www.marcombo.com Pueden existir materiales adicionales a esste libro atojados en la URL: http://www.marcombo.com/descargas El autor de la obra alojará en esta dirección materiales adicionales que considere de interés para sus lectores, y los irá actualizando periódicamente. ISBN (por MARCOMBO): 84-267-1426-9 ISBN-13 (por MARCOMBO): 978-84-267-1426-8 ISBN (por ALFAOMEGAGRUPO EDITOR): 970-15-1133-6 ISBN-13 (por ALFAOMEGAGRUPO EDITOR): 978-970-15-1133-6 Depósito legal: BI-3 3 79-06 Impreso en Gráficas Díaz Tuduri, S.L. LabView-cap_00.qxp 22/12/2006 14:08 PÆgina iii Agradecimientos Queremos agradecer a una serie de personas su colaboración directa o indi- rectamente, algunos aportando medios y otros aportando información que hemos empleado en la elaboración de este texto. Parte del presente trabajo está incluido dentro de los trabajos de la asignatu- ra "Sistemas de Adquisición de Datos" en la titulación de Ingeniería Técnica de Telecomunicaciones en la Escuela Politécnica Superior de Gandia. Por tanto, de algún modo también ha colaborado el anterior profesor de la asig- natura y compañero José Francisco Toledo Alarcón. También nombrar a Pablo Soto, por iniciarnos en la impartición de cursos de postgrado, que posteriormente han dado lugar a este texto. Por supuesto hemos de agradecer también la confianza que National Instru- ments ha puesto en nosotros a través de Javier Gutiérrez y Guillermo Prados y la ayuda prestada con la utilización de un equipo PXI. También agradecer a Jeroni Boixareu por creer en nosotros con este proyecto editorial. Agradecer también el buen quehacer a todos los miembros del "Grupo de Sensores y Magnetismo" (GSYM) al cual pertenecemos y en especial a Jorge Alberola. Finalmente, nos gustaría agradecer a nuestras familias por su cariño, pacien- cia y comprensión. LabView-cap_00.qxp 22/12/2006 14:08 PÆgina iv LabView-cap_00.qxp 22/12/2006 14:08 PÆgina v Introducción Tras 20 años en el mercado LabVIEW se ha convertido en un estándar en el desarrollo de aplicaciones de test y medida, control de instrumentación y sistemas de adquisición de datos. Su flexibilidad y potencia, le ha hecho expandirse a otras áreas tales como visión artificial, PACs, control de movimiento, HMI y SCADAs para auto- matización industrial, análisis de ruido y vibraciones, gestión de información y gene- ración de informes, etc. Desde hace 5 años, LabVIEW está creciendo en nuevas areas estratégicas donde reside nuestra visión desde National Instruments, relacionada con nuevos campos de trabajo como Simulación, Diseño de Control, sistemas embebidos en tiempo real (FPGAs, DSPs, microprocesadores), algoritmos matemáticos avanzados, etc. Durante estos 20 años, LabVIEW ha tenido una gran expansión en la comunidad educativa y científica, tanto en universidades y centros de enseñanza secundaria, como en centros de investigación, en la elaboración de prácticas de laboratorio, clases teóricas en las áreas de control, instrumentación, tratamiento digital de la señal, elec- trónica, etc, en el desarrollo de proyectos fin de carrera, tesinas y tesis, y siendo un puente entre la comunidad educativa y la industria a nivel de I+D+i. Es un placer, como director de National Instruments España, realizar el prólogo de esta 1ª edición de su libro “LabVIEW: Entorno de Programación Gráfico”, por la cola- boración profesional durante 8 años con el grupo de trabajo de José Pelegrí y José Rafael Lajara, por su labor docente con LabVIEW durante tantos años y también por la confianza puesta en la programación gráfica como lenguaje de desarrollo. Estamos convencidos de que esta edición totalmente adaptada a la versión de LabVIEW 8.20 será una referencia en español para el aprendizaje del lenguaje G, por su interpretación de los principios de funcionamiento de LabVIEW así como su carác- ter práctico en el desarrollo de ejercicios. José Pelegrí y su grupo en la Universidad Politécnica de Valencia en Gandía han decidido dar un paso adelante en la divulgación científica y tecnológica con este libro, fruto de su experiencia como profesores e investigadores en ámbitos de la instrumen- tación virtual, empleando estándares industriales como PXI, sistemas de adquisición de datos y GPIB, así como cultivando una estrecha e intensa colaboración con National Instruments en estas áreas. Gracias por la confianza demostrada y °mucha suerte! Luis Fco. Bussión Fernández Guillermo Prados Gimeno Director de National Instruments España. Responsable de área de Valencia Madrid. Noviembre de 2006. LabView-cap_00.qxp 22/12/2006 14:08 PÆgina vi LabView-cap_00.qxp 22/12/2006 14:08 PÆgina vii Índice Sección I. INTRODUCCIÓN Capítulo 1. Introducción a LabVIEW. Entorno. . . . . . . . . . . . . . . . 3 Introducción a la herramienta de programación LabVIEW. Presentación del entorno de trabajo y los menús de herramientas, controles y funciones. Se indica cómo crear un programa y cómo se ejecuta éste. Se introducen los conceptos de VI, subVI y jerarquía. Cómo generar un proyecto y depurar el de código. Termina con algunos ejercicios propuestos. Capítulo 2. Estructuras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Las instrucciones de control permiten a un programa ejecutar un código de forma condicional o repetirlo cierto número de veces. En LabVIEW estas instrucciones son estructuras que encierran en su interior el código al que afectan. Cabe destacar las nuevas estructuras introducidas en las últimas versiones como EVENT y TIMED LOOP, así como las tradicionales FOR y WHILE. Se indican algunos ejemplos prácticos y se proponen algunos ejercicios. Capítulo 3. Tipos de datos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Estudio en profundidad de los tipos de datos disponibles en LabVIEW y de su manipulación. También se explican conceptos como variables, referencias y propiedades que se pueden utilizar. Se finaliza el capítulo con ejemplos prácticos y ejercicios propuestos. Sección II. ADQUISICIÓN Y COMUNICACIONES Capítulo 4. Manejo de Ficheros. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 En este capítulo se tratan las diferentes funciones para manejar ficheros mediante ejemplos. A parte de su utilidad también se asentarán los conceptos expuestos en la sección I. Se finaliza con ejercicios propuestos. Capítulo 5. Comunicación serie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 La comunicación serie no se debe olvidar ya que está presente en multitud de dispositivos. En este capítulo se presentan dos ejemplos prácticos en los LabView-cap_00.qxp 22/12/2006 14:08 PÆgina viii LabVIEW que se puede ver la facilidad de implementar dicho tipo de comunicación en el entorno de LabVIEW. Capítulo 6. Bus de comunicaciones GPIB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 En sus orígenes, LabVIEW se aplicaba fundamentalmente en el control de instrumentación y para tal fin se utilizaban diferentes buses de instrumentación, en este caso cabe tratar el bus GPIB. El capítulo comienza con una introducción teórica al estándar IEEE 488.1, al IEEE 488.2 y a la norma SCPI. A continuación se describen las funciones para utilizar dicho estándar. De manera sencilla se ve su uso y los comandos básicos con unos ejemplos prácticos. Para finalizar el capítulo se proponen unos ejercicios. Capítulo 7. Adquisición de datos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 En este capítulo se trata uno de los principales usos de LabVIEW: la adquisición y generación de señales eléctricas a través de tarjetas de adquisición de datos. Hay varios tipos de sistemas de adquisición de datos: los Data Loggers, las tarjetas DAQ con interfaces PCI, PCI Express, PCI…, y externas como USB o RS-232. Se describen las capacidades comunes a todas ellas así como las funciones que emplea LabVIEW para manejarlas. Además se presentará el programa Measurement & Automation (MAX). A continuación se muestran ejemplos prácticos para asentar los principales conceptos y se proponen ejercicios. Capítulo 8. Protocolos de comunicación: TCP y UDP. . . . . . . . . . . 187 La importancia que tiene hoy día internet justifica que se dedique un tema completo a estudiar sus principales protocolos y la forma en que se pueden manejar desde LabVIEW. Capítulo 9. Acceso remoto: VI Server y Comunicaciones Avanzadas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 Este capítulo es una continuación del anterior, en él se explica cómo usar el servidor web que incluye LabVIEW, cómo manejar un programa residente en un ordenador desde otro y otros protocolos de nivel superior a los del capítulo 8. En la segunda parte del capítulo se hablará sobre VI Server y su utilidad. Sección III. PROGRAMACIÓN AVANZADA Capítulo 10. Sincronización y Multihilo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 Cuando se realiza una programación más compleja aparecen términos como pueden ser multitarea, procesos y sincronización. Se dice que los sistemas viii LabView-cap_00.qxp 22/12/2006 14:08 PÆgina ix Índice general operativos son multitarea porque pueden ejecutar más de un programa a la vez; este concepto puede extenderse también a una sola aplicación y hacer que la aplicación pueda tener varios 'hilos' ejecutándose en paralelo. Este capítulo comienza explicando los conceptos teóricos y cómo se aplican en LabVIEW, a continuación se describen las técnicas de sincronización y los posibles problemas y soluciones que pueden aparecer cuando se trabaja con múltiples hilos. Capítulo 11. Modelos de programación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 Continuando con conceptos avanzados, en este capítulo se verán técnicas y modelos para distintos tipos de programas: tratamiento de errores, sistemas de comunicaciones y principalmente máquinas de estados y programación orientada a objetos. Capítulo 12. Código externo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 Este capítulo abre el código de LabVIEW a otros lenguajes de programación, en él se verá cómo hacer que el código creado con lenguajes como C, C++, C# o Visual Basic se puede usar en LabVIEW y viceversa. Además también se estudiará la forma de usar tecnologías como ActiveX o la reciente .NET en LabVIEW. Una vez más, las explicaciones se basan en ejemplos prácticos. Capítulo 13. Optimización del interfaz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 Los dos últimos capítulos tratan de optimizaciones, en este caso sobre el interfaz de usuario, para ello se muestran algunos elementos nuevos o no habituales que pueden usarse en los interfaces. El capítulo finaliza con una serie de consejos para dar al programa un aspecto profesional. Capítulo 14. Optimización del código. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337 Este capítulo comienza con una breve introducción a la ingeniería del software y a los sistemas de control de versiones para más tarde centrarse en cómo mejorar el rendimiento de los programas, comparando el rendimiento de ejemplos de programas 'buenos' y 'malos' (o mejor dicho, 'no tan buenos'). Capítulo 15. Otras plataformas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357 En el último capítulo se verán sencillas aplicaciones del uso de LabVIEW, con algunos módulos extra, para programar sobre distintas plataformas: en ordenadores de mano (PDA), en dispositivos reconfigurables (FPGA) y en sistemas de alto rendimiento (PXI). ix