конспект Гугнин

щью 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. Однако LabVIEW представляет собой значительно большее, чем просто алгоритмический язык. Это среда разработки и исполнения приложений, предназначенная для исследователей – ученых и инженеров, для которых программирование является лишь частью работы. LabVIEW функционирует на компьютерах, работающих под управлением всех распространенных операционных систем: Windows, MacOS, Linux, Solaris и прочие. Мощный графический язык программирования LabVIEW позволяет в сотни раз увеличить производительность труда. Создание законченного приложения с помощью обычных языков программирования может отнять очень много времени – недели или месяцы, 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 графический интерфейс и прост для программирования, он также отлично подходит для моделирования процессов, презентации идей, создания приложений общего характера и просто для обучения современному программированию.

Измерительная система, созданная в LabVIEW, имеет большую гибкость по сравнению со стандартным лабораторным прибором, потому что она использует многообразие возможностей современного программного обеспечения. И именно вы во время программирования, а не изготовитель оборудования, определяете функциональность создаваемого прибора. Ваш компьютер, снабженный встраиваемой измерительно-управляющей аппаратной частью, и LabVIEW составляют полностью настраиваемый виртуальный прибор для выполнения поставленных задач. С помощью LabVIEW допустимо создать необходимый тип виртуального прибора при очень малых затратах по сравнению с обычными инструментами. При необходимости вы можете внести в него изменения буквально за минуты.

LabVIEW создан для облегчения работы по программированию ваших задач. Для этой цели имеется расширенная библиотека функций и готовых к использованию подпрограмм, которые реализуют большое число типичных задач программирования и тем самым избавляют вас от рутинной возни с указателями, распределением памяти и прочего шаманства, присущего традиционным языкам программирования. В LabVIEW также содержатся специальные библиотеки виртуальных приборов для ввода/вывода данных со встраиваемых

аппаратных средств (data acquisition - DAQ), для работы с каналом общего пользования (КОП, General Purposes Interface Bus - GPIB), управления устройст-

вами через последовательный порт RS-232, программные компоненты для анализа представления и сохранения данных, взаимодействия через сети и Internet. Библиотека анализа (Analysis) содержит множество полезных функций, включая генерирование сигнала, его обработку, различные фильтры, окна, статистическую обработку, регрессионный анализ, линейную алгебру и арифметику массивов.

7

Благодаря своей графической природе LabVIEW – это пакет эффективного отображения и представления данных. Выходные данные могут быть показаны в любой форме, какую вы пожелаете. Диаграммы, графики стандартного вида, а также оригинальная пользовательская графика (user-defined graphics) составляют лишь малую часть возможных способов отображения выходных данных.

Программы LabVIEW легко импортировать на другие платформы: можно создать приложение на Macintosh, а затем запустить его в Windows, для большинства приложений практически ничего не меняя в программе. Приложения, созданные на LabVIEW, качественно улучшают работу во многих сферах деятельности человека - как в автоматизации технологических процессов, так и в биологии, сельском хозяйстве, психологии, химии, физике, образовании и множестве других.

Разработка приложений в среде LabVIEW отличается от работы в средах на основе С или Java одной очень важной особенностью. Если в традиционных алгоритмических языках программирование основано на вводе текстовых ко-

манд, последовательно образующих программный код, в LabVIEW использует-

ся язык графического программирования, где алгоритм создается в графической иконной форме (pictorial form), образующей так называемую блок-диаграмму (blockdiagram), что позволяет исключить множество синтаксических деталей. Применяя этот метод, можно сконцентрировать внимание лишь на программировании потока данных; упрощенный синтаксис теперь не отвлекает от анализа самого алгоритма. На рис. В.1. и В.2 показан простой пользовательский интерфейс LabVIEW и реализующий его код.

Рис. В.1. Интерфейс пользователя

8

Рис. В.2. Графический код

В LabVIEW используется терминология, рисунки иконок и основные идеи, знакомые ученым и инженерам. Этот язык базируется на графических символах, а не на тексте для описания программируемых действий. Основополагающий для LabVIEW принцип потока данных (dataflow), согласно которому функции выполняются лишь тогда, когда они получают на вход необходимые данные, однозначно определяет порядок исполнения алгоритма. LabVIEW можно освоить при небольшом или даже отсутствующем опыте традиционного программирования, хотя знание его принципов весьма полезно.

Программы LabVIEW называются виртуальными приборами (ВП, virtual instruments - VI), так как они функционально и внешне подобны реальным (традиционным) приборам. Однако они столь же подобны программам и функциям на популярных языках программирования, таких как С или Basic. Здесь и далее мы будем называть программы LabVIEW виртуальными приборами или ВП, причем вне зависимости от того, соотносится их вид и поведение с реальными приборами или нет.

Виртуальный прибор состоит из трех основных частей:

•лицевая панель (Front Panel) (рис.В.1) представляет собой интерактивный пользовательский интерфейс виртуального прибора и названа так потому, что имитирует лицевую панель традиционного прибора. На ней могут находиться ручки управления, кнопки, графические индикаторы и другие элементы управления (controls), которые являются средствами ввода данных со стороны пользователя, и элементы индикации (indicators) - выходные данные из программы. Пользователь вводит данные, используя мышь и клавиатуру, а затем видит результаты действия программы на экране монитора;

•блок-диаграмма (Block Diagram) (рис. В.2) является исходным программным кодом ВП, созданным на языке графического программирования

9

LabVIEW, G (Джей). Блок-диаграмма представляет собой реально исполняемое приложение. Компонентами блок-диаграммы являются: виртуальные приборы

более низкого уровня, встроенные функции LabVIEW, константы и структуры управления выполнением программы. Для того чтобы задать поток данных между определенными объектами или, что тоже самое, создать связь между ними, вы должны нарисовать соответствующие проводники (wires). Объекты на лицевой панели представлены на блок-диаграмме в виде соответствующих терминалов (terminals), через которые данные могут поступать от пользователя

впрограмму и обратно;

•для того чтобы использовать некоторый ВП в качестве подпрограммы (подприбора) в блок-диаграмме другого ВП, необходимо определить его иконку

(icon) (рис В.3, а) и соединительную панель (connector) (рис В.3, б). Виртуаль-

ный прибор, который применяется внутри другого ВП, называется виртуальным подприбором (ВПП, SubVI) (рис В.3, в), который аналогичен подпрограмме в традиционных алгоритмических языках. Иконка является однозначным

графическим представлением ВП и может использоваться в качестве объекта

на блок-диаграмме другого ВП. Соединительная панель представляет собой механизм передачи данных в ВП из другой блок-диаграммы, когда он применяется в качестве подприбора - ВПП. Подобно аргументам и параметрам подпрограммы, соединительная панель определяет входные и выходные данные виртуального прибора.

а.

б.

в.

Рис. В.3. ВПП: а – иконка, б – коннектор, в – лицевая панель.

Виртуальные приборы являются иерархическими и модульными (modular). Их можно использовать как самостоятельные приложения (top-level programs), так и в качестве виртуальных подприборов. Согласно этой логике, LabVIEW следу-

ет концепции модульного программирования (modular programming). Вначале большую прикладную задачу разделяют на ряд простых подзадач. Далее создают виртуальные приборы для выполнения каждой из подзадач, а затем объе-

10

диняют эти ВП на блок-диаграмме прибора более высокого уровня, который выполняет прикладную задачу в целом.

Технология модульного программирования очень хороша, потому что вы можете работать с каждым ВПП по отдельности, что облегчает отладку приложения. Более того, ВПП низкого уровня часто выполняют задачи, типичные для нескольких приложений, и поэтому могут использоваться независимо во многих отдельных приложениях.

Вопросы для самопроверки к первой лекции:

1.Какие возможности предоставляет LabVIEW?

2.Что является основной характерной чертой так называемого виртуального прибора?

3.Какой язык программирования используется в LabVIEW?

4.Каковы особенности графического программирования?

5.В чем суть принципа потока данных?

6.Что называются виртуальными приборами?

7.Из каких основных частей состоит виртуальный прибор?

8.Что представляет собой лицевая панель?

9.Что представляет собой блок-диаграмма?

10.Что представляет собой соединительную панель?

11.В чем суть концепции модульного программирования?

Литература для дополнительного обучения: [1, с.31 – 47.]

Лекция 2

Цель лекции – получить первое представление о среде LabVIEW, кратко ознакомиться с применяемыми инструментами; получить понятие о построении ВП и основных его частях: о лицевой панели с элементами управления и измерения и о панели блок-схем с некоторыми функциональными элементами; ознакомились с применением контекстного меню.

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СРЕДЕ LABVIEW

1.1.Вход в среду программирования измерительных систем LabVIEW

При запуске программы LabVIEW появляется стартовое диалоговое окно (рис. 1.1). В верхней части окна находится панель строка главного меню со стандартными пунктами: File, Operate (управление), Tools (инструменты), Help (помощь).

Нижняя часть стартового окна разделена на две части. В первой части предлагается два варианта действий «New» и «Open». Вариант «New” предполагает создание нового виртуального прибора четырьмя способами (при помощи пустой формы «Blank VI», путем открытия нового проекта «Empty Progect», при помощи шаблона «VI Template…» или перейти к более подробному варианту диалогового окна «More…»). Вариант «Open» позволяет осуществить открытие ранее созданных приборов из выводимого списка или путем поиска

11

при помощи встроенного проводника (пиктограмма открытой папки с надписью «Browse…»). Вторая нижняя часть стартового окна содержит интернет ресурсы расположенные на сайте фирмы National Instruments разработавшей па-

кет LabVIEW (разделы «Latest from ni.com» и «Online Support») и раздел

«Help», при помощи которого можно просмотреть учебник для работы с LabVIEW разработанный фирмой National Instruments на английском языке (раздел «Getting Started with LabVIEW»), открыть встроенную помощь работы с пакетом (раздел «LabVIEW Help»), ознакомиться с новыми возможностями последнего пакета LabVIEW в разделе «List of All New Features», найти примеры виртуальных приборов и драйверы виртуальных инструментов разработанных фирмой National Instruments (разделы «Find Examples» и «Find Instrument Driv-

ers…»).

Рис. 1.1. Вид первоначального окна запуска LabVIEW 2010.

1.2. Создание виртуального средства измирительной техники

12

При нажатии иконки рядом с надписью Blank VI на экране появляются два окна содержащие совмещенные панели, расположенные каскадом. Одна из них - лицевая панель (Front Panel) (рис. 1.2) - имеет серый цвет рабочего пространства, другая - панель блок-диаграммы (Block Diagram) (рис. 1.3) - белый цвет. Для развертывания панелей на левую и правую половины экрана нужно нажать на клавиатуре одновременно Ctrl+T. Панели можно развернуть так-же нажатием на опции «Windows» главного меню в верхней части панели и затем в выпадающем меню опцию «Tile Left and Right». Выбрав опцию «Tile Up and Down», можно развернуть панели на верхнюю и нижнюю половины экрана. Каждая из этих панелей может быть развернута на весь экран выбором опции «Full Size» или нажатием кнопки с изображением прямоугольника в верхнем правом углу панели. Возврат к двум панелям осуществляется нажатием той же кнопки с изображением сдвоенных прямоугольников.

Рис 1.2. Вид лицевой панели ВП

Рис 1.3. Вид панели блок-диаграммы ВП

1.3. Главное меню

В верхней части каждого окна ВП размещена традиционная для приложений Windows полоса главного меню с одинаковыми для обоих окон опциями

File, Edit, View, Project, Operate, Tools, Windows и Help. Выпадающие меню этих опций содержат сведения о горячих клавишах вызова команд выпадающего меню. Ниже полосы меню расположена полоса инструментальной панели, служащая для запуска и редактирования BII. Полоса инструментальной панели окна блок-диаграммы отличается дополнительными кнопками для отладки ВП.

13

В правом верхнем углу каждой панели находится иконка, наложенная на соединительную панель ВП (последняя показана на лицевой панели).

Свободное пространство каждой панелей образует рабочую область, снабженную горизонтальной и вертикальной полосами прокрутки. При построении ВП в рабочей области лицевой панели визуально размещаются элементы управления и индикации, формирующие интерфейс пользователя, а на панели блок-диаграмм - составляется блок-диаграмма - графический исходный код ВП.

Выше перечисленные пункты главного меню, среди которых можно выделить пункты, встречающиеся в большинстве приложений Windows, такие как File, Edit, View, Windows, Help, и пункты, являющиеся характерными для LabVIEW – Project, Operate и Tools. Ниже в таблице приведено краткое описание функций пунктов главного меню.

Опция меню	Описание опции
Файл	Используется для открытия новых или существующих ВП и
(File)	проектов, закрытия, сохранения и вывода на печать ВП и про-
	ектов, а также для доступа к свойствам ВП
Правка	Применяется для редактирования панелей ВП, поиска объек-
(Edit)	тов и удаления неисправных проводников с блок-диаграммы,
	создания подприборов и установления значений элементов по
	умолчанию
Вид	Используется для вывода доступных палитр, списка ошибок,
(View)	иерархии ВП и взаимосвязей между ВП и подприборами, ра-
	боты с проводником классов
Проект	Позволяет работать с проектом: создавать новый, открывать
(Project)	или сохранять существующий, добавлять элементы, получать
	информацию о файлах или устанавливать свойства проекта
Управление	Реализует запуск и прерывание выполнения ВП, соединение с
(Operate)	удаленной панелью и отладку приложения или общей библио-
	теки
Инструменты	Используется для запуска программы анализа измерений и ав-
(Tools)	томатизации (МАХ) и поиска драйверов приборов, поиска ВП
	на диске, открытия окна MathScript, управления библиотеками
	ВП, управления соединением с удаленными ВП и публикаци-
	ей панелей ВП в Web, конфигурирования ВП и для выполне-
	ния ряда прикладных функций
Окно	Используется для отображения окон LabVIEW и списка от-
(Window)	крытых ВП и проектов
Справка	Служит для получения информации о палитрах, меню, инст-
(Help)	рументах, ВП и функциях, для получения пошаговой инст-
	рукции использования LabVIEW

1.4. Палитры LabVIEW

14

Построение ВП осуществляется с помощью трех вспомогательных палитр: палитры Элементов управления (Controls Palette), палитры Функций (Functions Palette) и палитры Инструментов (Tools Palette). Все перечисленные палитры можно вывести для постоянного или временного отображения и разместить в любом месте экрана. Вывод для постоянного отображения осуществляется с помощью разделов меню Вид (View). Так, в частности, при активном окне лицевой панели с помощью строки Палитра элементов управления (Controls Palette) меню Вид на эту панель выводится палитра элементов, а при активном окне панели блок-диаграммы на нее выводится палитра функций. Для вывода палитры инструментов необходимо использовать строку Палитра инст-

рументов (Tools Palette) меню Вид.

Однако может оказаться, что пользователю будет более удобен временный вывод первых двух палитр, который реализуется как вызов контекстного меню каждой панели с помощью щелчка на ее рабочем пространстве правой кнопкой мыши (ПКМ). Выбор конкретного объекта из палитры элементов или палитры функций производится путем перемещения курсора мыши по разделам палитр. Выбранный объект берется из палитры с помощью щелчка левой кнопкой мыши (JIKM) и переносится в заданную область соответствующей панели, после чего фиксируется в этой области повторным щелчком ЛКМ (технология «Перенес и Бросил» (Drag and Drop)). Эту же операцию можно выполнить с помощью щелчка ЛКМ на выбранном объекте, последующего удержания клавиши во время переноса объекта и отпускания клавиши в момент его фиксации. Такие объекты палитры функций, как Структуры (Structures), или строковые константы, перед фиксацией могут быть увеличены до необходимых размеров путем рисования модифицированным курсором мыши прямоугольного контура объекта при постоянно нажатой ЛКМ.

Временную версию палитры инструментов можно вывести с помощью щелчка ПКМ при нажатой клавише <Shift>.

Рассмотрим более подробно назначение пунктов главного меню, кнопок инструментальных панелей, палитр инструментов, элементов и функций.

1.4.1. Палитра инструментов

Рис. 1.4. Палитра инструментов

Все операции по созданию, редактированию и отладке ВП выполняются с помощью палитры Инструмен-

тов (Tools Palette) (рис. 1.4).

При выборе определенного инструмента из палитры инструментов значок курсора мыши приобретает форму этого инструмента. При включенном автоматическом выборе инструмента наведение курсора на объект лицевой панели или блок-диаграммы LabVIEW приводит к автоматическому выбору соответствующего инструмента из палитры инструментов. Автоматический выбор инструмен-

тов включается нажатием кнопки Автоматиче-

15

ский выбор инструмента (Automatic Tool Selection) палитры инструментов или нажатием клавиш <Shift+Tab>. Выбор любого другого инструмента приводит к отключению автоматического выбора инструмента. При этом можно циклически менять инструменты с помощью клавиши <Таb>. Для переключения между инструментами Перемещение и Соединение на блок-диаграмме или между инструментами Перемещение и Управление на лицевой панели достаточно нажать пробел.

Ниже в таблице приведены краткие пояснения по инструментам, входящим в палитру.

Вид	Функция кнопки
кнопки
	Инструмент Управление (Operate Value, «палец») используется для
	изменения значений элементов управления или ввода текста. При рабо-
	те со строковыми элементами управления вид инструмента изменяется
	на следующий:
	Инструмент Перемещение (Position/Size/Select, «стрелка») служит для
	выбора, перемещения или изменения размеров объектов. Для измене-
	ния размеров используются подвижные прямоугольные элементы, по-
	являющиеся в зависимости от допустимого направления изменения в
	центре сторон или на углах контура объекта при установке инструмента
	Перемещение внутри этого контура
	Инструмент Редактирование текста (Edit Text, «буква») используется
	для ввода и редактирования текста и создания свободных меток. При
	создании текстовых элементов вид инструмента изменяется:
	Инструмент Соединение (Connect Wire, «катушка») применяется для
	соединения объектов на блок-диаграмме. Он также используется для
	условного (невидимого) подключения элементов управления и индика-
	торов лицевой панели к терминалам соединительной панели ВП
	Инструмент Контекстное меню объекта (Object Shortcut Menu) вызы-
	вает контекстное меню объекта при щелчке на нем ЛКМ
	Инструмент Быстрая прокрутка окна (Scroll Window) используется
	для просмотра окна без обращения к полосам прокрутки
	Инструмент Контрольная точка (Set/Clear Breakpoint) позволяет раз-
	мещать и удалять контрольные точки на ВП, функциях, узлах, провод-
	никах данных, структурах и приостанавливать в них выполнение про-
	граммы
	Инструмент Пробник данных (Probe Data) позволяет наблюдать дан-
	ные в проводниках блок-диаграммы при выполнении ВП
	Инструмент Получить цвет (Get Color, «пипетка») служит для копиро-
	вания цвета с последующей вставкой с помощью инструмента Устано-
	вить цвет
	Инструмент Установить цвет (Set Color) предназначен для изменения
	цвета объекта. Он также отображает текущие цвета переднего и заднего
	плана

16