Основы программирования в среде labview

 

Цель работы:

 

- ознакомление с организацией программной среды LabVIEW: изучение компонент диалогового окна LabVIEW, лицевой панели и блок-диаграммы, изучение палитры инструментов (Tools Palette), па-литр элементов контроля (Controls Palette) и функций (Function Palette);

- приобретение практических навыков создания, редактирования

и отладки компьютерных приборов.

 

Задание 1. Создать и запустить программу генератора случай-ных чисел и запустить режим анимации потоков данных.

 

Задание 2. Найти в библиотеке примеровLabVIEWпрограммуисследования функций, построение графиков самой функции и ее производной, нахождение их нулей и экстремальных значений.

 

Общие положения

 

Для создания собственных программ в среде LabVIEW исполь-зуются следующие инструменты: Лицевая панель, Блок-диаграмма, палитры элементов управления и отображения данных и палитры функций. При запуске LabVIEW из меню стартового диалогового окна командами New àBlank VI открываются два окна - Лицевая па-нель и Блок-диаграмма (рисунки 1.1 и 1.2).

В правом верхнем углу каждого окна находится пиктограмма для архивирования созданной программы в качестве нового компью-терного прибора. Здесь же размещена традиционная для приложений Windows полоса главного меню с одинаковыми для обоих окон пунк-

тами: File, Edit, Operate, Tools, Browse, Windows, Help. Краткое опи-

сание функций пунктов главного меню приведено в таблице 1.1.

 

 

Рисунок 1.1 - Лицевая панель

 

 

 

 

Рисунок 1.2 - Панель блок-диаграмм

 

Таблица 1.1 - Краткое описание функций главного меню

 

Пункты меню	Перевод	Функции
File	Файл	Открытие, закрытие, сохранение и печать про-
		грамм
Edit	Правка	Редактирование панелей, поиск объектов
Operate	Управление	Запуск и прерывание выполнения программ
Tools	Инструменты	Управление библиотеками программ
Browse	Просмотр	Просмотр иерархий программ
Windows	Окно	Отображение окон и палитр LabVIEW
Help	Справка	Дополнительная информация об элементах и
		функциях LabVIEW

 

Ниже полос главного меню расположены линейки инструмен-тов, которые различны для Лицевой панели и Блок-диаграммы за счет дополнительных кнопок для отладки программ (таблица 1.2).

 

Таблица 1.2 - Назначение кнопок инструментальных панелей

 

	Пикто-	Назначение кнопок инструментальных панелей
	грамма
					Кнопка Запуск (Run) при правильно составленной программе
					Вид кнопки Запуск (Run) при наличии ошибок в программе
					Вид кнопки Запуск (Run) в процессе выполнения программы
					Вид кнопки Запуск (Run) в процессе выполнения подпро-
					граммы
					Кнопка Непрерывный (повторяющийся) Запуск (Run
					Continuosly)
					Кнопка Останова выполнения программы (Abort Execution)

 

Продолжение таблицы 1.2

 

	Пикто-	Назначение кнопок инструментальных панелей
	грамма
			Кнопка временной паузы выполнения программы (Pause)
			Анимация потоков данных при отладке программ
			Начало пошагового выполнения отладки программ
			Пошаговое выполнение
			Выход из пошагового выполнения программ
			Редактирование текста (шрифт, размер, стиль и текст)

 

Свободное пространство каждой панели образует рабочую об-ласть, снабженную горизонтальной и вертикальной полосами про-крутки. При разработке программ в рабочей области Лицевой панели размещаются визуальные элементы управления и индикации, форми-рующие интерфейс пользователя, а на панели Блок-диаграммы со-ставляется графический код создаваемого приложения. Для одновре-менного отображения на экране монитора обоих панелей целесооб-разно использовать команду: WindowsàTile Left and Right.

Разработка программ осуществляется с помощью трех вспомо-гательных палитр (рисунок 1.3):

 

а)

 

б) в)

 

Рисунок 1.3 - Вспомогательные палитры: а) палитра элементов контроля и индикации, б) палитра функций, в) палитра инструментов

 

 

- Палитры элементов управления и индикации (Controls Palette) на Лицевой панели;

 

- Палитры функций (Functions Palette) на Блок-диаграмме;

- Палитры инструментов (Tools Palette), доступной на обеих па-

нелях.

Инструменты имеют следующее назначение:

 

- - инструмент УПРАВЛЕНИЕ - для изменения значения элементов управления или ввода текста;

- - ПЕРЕМЕЩЕНИЕ - для активизации, перемещения или изменения размеров объектов;

- - ВВОД ТЕКСТА – для редактирования текста и создания свободных меток;

- - СОЕДИНЕНИЕ - создает проводники данных, соединяя объекты на блок-диаграмме;

- - ВЫЗОВ КОНТЕКСТНОГО МЕНЮ - вызывает кон-текстное меню соответствующего объекта по щелчку левой кнопки мыши.

- - БЫСТРАЯ ПРОКРУТКА ЭКРАНА – для просмотра окна без использования полосы прокрутки;

- - ВВОД КОНТРОЛЬНОЙ ТОЧКИ - позволяет расставлять контрольные точки в функциях, узлах, проводниках данных, структу-рах и приостанавливать в них выполнение программы;

- - УСТАНОВКА ОТЛАДОЧНЫХ ИНДИКАТОРОВ – пока-зывает текущее значение переменных в проводниках блок-диаграммы, используется при отладке программ для просмотра про-межуточных значений;

- - КОПИРОВАНИЕ ЦВЕТА - предназначен для копирова-ния и последующей вставки цвета;

- - РАСКРАШИВАНИЕ - позволяет изменить цвет объекта и отображает текущий фон.

 

Типы и проводники данных

 

 

В среде LabVIEW используются различные типы данных (рису-нок 1.4, таблица 1.3).

 

 

Рисунок 1.4 - Типы данных в LabVIEW

 

Таблица 1.3 - Типы данных в LabVIEW
Тип данных	Цвет	Значение по
		умолчанию
логический	зеленый	ложь
число с плавающей запятой	оранжевый	0,0
комплексное число	оранжевый	0,0+i0,0
целое число	синий
строка	розовый	пустая
кластер (включает разные типы дан-	розовый	-
ных)
динамический (информация о сигна-	фиолето-	-
ле - имя, дата и время получения дан-	вый
ных)
массив (включает тип данных в скоб-	различный	-
ки и принимает цвет данных этого
типа)

 

Для организации повторяющихся вычислений используются структуры цикла с заданным числом итераций и цикла, прекращаю-

 

щего свою работу при наступлении того или иного события в тех случаях, когда число итераций заранее не известно (рисунок 1.5).

 

 

Рисунок 1.5 - Структуры цикла в LabVIEW

 

Порядок выполнения задания 1

 

1.1 Осуществите запуск среды LabVIEW из каталога D:\LABV.

 

В появившемся главном окне программы выберите команды: NewàBlank VI для создания нового файла.Далее выберите меню: WindowàThe Left and Right для одновременного отображения наэкране двух окон программы: серой и белой панелей. Серая Лицевая панель (обычно располагается слева) –инструмент пользователя,ко-торый предназначен для размещения элементов ввода и вывода дан-ных в виде привычных технических устройств, таких как: цифровые указатели, ползунковые реостаты, регуляторы громкости, осцилло-графы, самописцы, графопостроители и т.д.. Белая (обычно распола-гается справа) - Блок-диаграмма, на которой вызываются пиктограм-мы различных функций и структур и составляется графический код программы.

Для совершения различных операций с помощью курсора необ-ходимо вызвать Палитру инструментов с помощью меню: Win-dowàShow Tools Palette на Лицевой панели или на Блок-диаграмм.

1.2 Щелчком ПКМ на Лицевой панели вызываем палитру эле-ментов контроля и управления и закрепляем ее в стационарном по-ложении с помощью инструмента «кнопка» в левом верхнем углу па-литры. В ней активизируем элементы контроля – первая пиктограмма

 

в первом ряду – для задания исходных параметров. Выделяем курсо-ром поочередно «цифровой регулятор», «реостат», «ручку регулятора громкости» и переносим их на верхнюю часть Лицевой панели.

 

Создадим пять элементов индикации работы этих приборов: «стрелочный амперметр», «манометр», «термометр», «линейный ин-дикатор» и «осциллограф». Для этого активизируем пиктограмму «элементы индикации», выбираем в ней соответствующие приборы и переносим их на свободную часть Лицевой панели. Обратим внима-ние, что при появлении любого нового элемента на Лицевой панели одновременно появляется его модифицированное изображение на блок-диаграмме. Дальнейшее программирование в среде LabVIEW практически сводится к соединению элементов блок-диаграммы про-водниками данных. При этом вид проводника автоматически выбира-ется соответствующим типу данных (рисунок 1.4).

 

1.3 Для работы с блок-диаграммой нужны дополнительные ин-струменты, которые вызываются из главного меню как Палитра ин-струментов (Tools Palette), доступная на обоих панелях - Windowà Show Tools Palette.

1.4 Подадим выходные сигналы управляющих элементов на входы произвольных индикаторов, соединяя их проводниками дан-ных с помощью инструмента «катушка». Поскольку управляющих элементов меньше, чем индикаторов, разделим выход одного из них на два за счет присоединения дополнительного проводника к любой из линий передачи данных.

1.5 При белой стрелке Run () включаем периодический за-

пуск () работы составленных программ. Изменяя на лицевой па-нели значения исходных величин, проследим отображение этих из-менений на показывающих приборах. Обратим внимание на соответ-ствие шкал управляющих элементов и показывающих приборов. При необходимости скорректируйте их с помощью инструмента «редак-тирование текста».

 

1.6 Щелчком ПКМ на блок-диаграмме вызовем панель «Все функции» и закрепим ее. В ней находим палитру «арифметические действия», открываем и переносим на блок-диаграмму два элемента:

 

«суммирование» - (Add) и «генератор случайных чисел» - (Random Num). Для этого выбираем: Functionsà Arith/Compareà Numeric (рисунок 1.6). Выделяем щелчком ЛКМ проводник, соеди-

 

няющий выбранный регулятор с осциллографом и удаляем провод-ник.

 

Рисунок 1.6 - Палитра арифметических действий

 

Рисунок 1.7 - Лицевая панель и блок-диаграмма задания 1

 

1.7 Выделяем элемент «суммирование» и вызываем справку Help, которая показывает схему его подключения. В соответствии с

 

этой схемой, подводим к одному из входов сумматора сигнал с вы-бранного регулятора, а к другому - генератор случайных чисел.

 

Результат суммирования подаем на вход осциллографа и при бе-

 

лой стрелке Run () включаем периодический запуск (). При ра-ботающей программе рассмотрите и перепишите в отчет различные формы представления результатов вычисления на графике - в виде сплошной линии, отдельных точек, отрезков прямых, соединяющих соседние точки и т.д.

 

1.8 Остановите программу кнопкой «стоп» (). С помощью инструмента «Лампочка» и кнопки «периодический запуск» включи-те режим анимации потоков данных, используемый при отладке про-грамм. Проследите движение данных по проводникам и их преобра-зование на элементах блок-диаграммы (рисунок 1.7).

 

Порядок выполнения задания 2

 

2.1 В LabVIEW существует большая библиотека примеров ис-пользования этой среды в различных областях знаний и практическо-го использования в управлении технологическими процессами. Осо-бенностями этих примеров является возможность использования предлагаемых решений в целом или частично в качестве программ или подпрограмм в самостоятельных разработках.

 

 

Рисунок 1.8 - Пример лицевой панели

 

для исследования функций

2.2 В качестве настоящего задания предлагается найти примеры использования среды для исследования функций, то есть построения графиков самой функции и ее производной, нахождения нулей и экс-тремальных значений. Для этого необходимо выбрать меню: Helpà Find Examplesà Analyzing and Processing Signalsà Signal Pro-cessingàWaveform Generation Using Formula.vi и найти в нем подхо-дящий аналог решаемой задачи (рисунки 1.8 и 1.9)

 

 

Рисунок 1.9 - Блок-диаграмма с графическим кодом задачи для решения нелинейного уравнения методом бисекции

 

2.3 Для выполнения настоящего задания выберите одну из функций, приведенных в таблице 1.4, в соответствии с порядковым номером компьютера, установленного на Вашем столе. Введите ее в окно для записи функций на лицевой панели задачи, запустите про-грамму и перенесите в отчет условие задачи, полученный график функции, значения ее нулей и экстремумов и их положение.

 

Таблица 1.4 - Функции для исследования
Номер	Функция	Значение	Интервал
ПК		параметра
	у= sin(a) - b*a	b= 0,1	0; 10

 

 

	у= а*х3+ b*x2+ c*x+ d	a= 1, b= 3,7	-5;
		c=0,293, d=-1,96
Продолжение таблицы 1.4
Номер	Функция	Значение	Интервал
ПК		параметра
	у= (sin(a))/а - b*a	b= 0,05	0;
	y= exp(x) - a*cos(x) -1	a= 1,1	0; 1,0
	y= A* e-a*x *sin(x+1)	A= 2, a= 0,03	0; 10
	y= a* eb*x+c*x^2 - 10	a= 2,b=1, c=0,01	-5;
	y= a*x 2 + b*x - c	a=1, b=2,c=-4	-4;
	y= x4 - 16	-	-16;
	y= a* eb*x+c*x^2 - 16	a=2, b=0,1,
c=0,01	-20;
	y= a3 / (x2 + a2) - 5	a=2	-3;
	y= A* e-a*x *cos(x+1)	A=2, a=0,03	0; 10
	у= ±√а*х2 + b*х + с	a=2, b=4, c=4	-3;

 

Контрольные вопросы:

 

1. Какие команды используются в среде LabVIEW для отладки программ?

 

2. Имеет ли какое-либо значение порядок подключения провод-ников к элементам суммирования и вычитания, умножения и деле-ния?

3. Какая форма графического представления результатов работы программы в наибольшей мере отражает дискретный принцип работы ПК? В каких случаях целесообразнее использовать другие графики?

4. Опишите назначение каждого из элементов блок диаграммы, приведенной на рисунке 1.9.

 

5. Откройте на блок-диаграмме палитру всех функций и запиши-те в отчет ее основные элементы.