Programování v LabVIEW v příkladech. Lenka Kretschmerová Jaroslav Vlach

Transkript

1 Programování v LabVIEW v příkladech Lenka Kretschmerová Jaroslav Vlach Liberec 2014

2 Ing. Lenka Kretschmerová, Ph.D. Ing. Jaroslav Vlach, Ph.D. Recenzent: Ing. Josef Havlíček Lenka Kretschmerová, Jaroslav Vlach ISBN

3 Imagination is more important than knowledge Představivost je důležitější než znalost Albert Einstein Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/ Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.

4 Předmluva Skripta Programování v LabVIEW v příkladech jsou určena především pro studenty Technické univerzity v Liberci, případně pro všechny, které popisovaná problematika zajímá. Z mnoha důvodů se nejedná o vyčerpávající popis problematiky, nezabýváme se speciálními případy použití ani složitějšími návrhy systémů pro řízení, simulaci a zpracování obrazu, zvuku a signálů obecně. Skriptum je určeno především pro studenty Fakulty strojní, Fakulty mechatroniky, informatiky a mezioborových studií, Textilní fakulty a Ústavu zdravotnických studií jako jedna z forem podpory výuky předmětů zaměřených na základy programování v LabVIEW (např. předmětů Základy měření, Číslicové měřicí systémy na FMIMS, předmětu Měření elektrických a neelektrických veličin na ÚZS), dále pro studenty využívající program ram LabVIEW pro zpracování signálů, obrazu či simulace (např. Počítačové měřicí systémy a zpracování dat pro FS, Experimentální techniky pro FMIMS) a pro studenty všech fakult TUL používající pro zpracování svých závěrečných prací (bakalářských, magisterských i doktorských) software LabVIEW pro řízení experimentů a zpracování dat. Osobní zvídavosti nechceme bránit, ale kompletní text není v celé své šíři určen všem studentům, každý z předmětů využívá různě velkou podmnožinu celého textu. 4

5 Obsah Slovníček některých pojmů ů a zkratek... 8 Způsoby ovládání programu... 9 Typografické konvence... 9 Stručně z historie LabVIEW Vznik LabVIEW Vývoj LabVIEW Princip vývojového prostředí LabVIEW LabVIEW nástroj virtuální instrumentace Popis vývojového prostředí LabVIEW Spuštění programu LabVIEW Úvodní obrazovka LabVIEW Zdroje informací a příklad Uživatelské rozhraní Čelní panel (Front Panel) Obrazovka čelního panelu Nástrojová lišta čelního panelu Prvky čelního panelu Blokový diagram (Block Diagram) Obrazovka blokového diagramu Nástrojová lišta blokového diagramu Prvky blokového diagramu Ikona a konektor VI Palety Paleta Tools Paleta Controls Paleta Functions Vytvoření prvního virtuálního přístroje (VI) Úvodní kroky pro vytvoření VI Vytvoření čelního panelu VI Vytvoření blokového diagramu VI Datový tok (Data Flow) Jednoduchý VI s datovým tokem Datové typy spojů Programové struktury Smyčka For (For Loop) Smyčka While Loop

6 4.3. Posuvný registr a zpětnovazební uzel Posuvný registr (Shift Register) Zpětnovazební uzel (Feedback Node) Struktura Case Změny vlastností prvků Lokální proměnná Property Node Invoke Node Globální proměnné Struktury Sequence Struktura Formula Node a MATLAB Script Práce se SubVI Ikona a konektor Editace ikony a konektoru Přiřazení terminálů ovládacím a zobrazovacím prvkům Vytvoření SubVI Vytvoření SubVI z VI Vytvoření SubVI výběrem části jiného VI Okno hierarchie VI (VI Hierarchy) Nastavení některých vlastností SubVI (priorita, reentrantnost) Řetězce, pole a klastry Řetězec (String) Příklady práce s řetězci Příklady převodu řetězce na jiný datový typ a naopak Pole (Array) Vložení pole do VI Vícerozměrná pole Funkce pro práce s polem Klastr (Cluster) Příklady klastrů Funkce pro práce s klastrem Práce se soubory vstupu/výstupu (File I/O) Funkce pro práci se souborem Příklad zápisu dat do souboru Příklad čtení dat ze souboru Grafické zobrazovače Základní typy grafických zobrazovačů

7 Zobrazovač Waveform Chart Zobrazovač Waveform Graph Zobrazovač XY Graph Volba parametrů grafických zobrazovačů Export obrázků z grafických zobrazovačů Některé další funkce LabVIEW Funkce pro zvuk Funkce pro zobrazování a grafiku Pořizování dat (Data Acquision DAQ) Závěr Příloha A Přehled některých klávesových zkratek Literatura

8 Slovníček některých pojmů a zkratek block diagram blokový diagram CPU (Central Processor Unit) centrální procesorová jednotka DAQ (Data AcQuisition) zpracování, získávání dat, údajů DSP (Digital Signal Processing) zpracování číslicových dat FPGA (Field Programmable Gate Array) programovatelné logické pole front panel čelní panel GPIB (General Purpose Interface Bus) druh přístrojové sběrnice (viz např. [12]) klastr z angl. cluster seskupení, trs label popisek LabVIEW (Laboratory Virtual Instruments laboratorní pracoviště virtuálních přístrojů Engineering Workbench) LV viz LabVIEW modální přizpůsobený, podle způsobu pixel z angl. picture element prvek obrazu SubVI podprogram PAC (Programmable Automation řídicí automat, řídicí systém Controller) PC (Personal Computer) osobní počítač PLC (Programmable Logic Controller) logický automat, řídicí systém ŘS řídicí systém USB (Universal Serial Bus) druh přístrojové sběrnice (viz např. [12]) VI (Virtual Instrument) virtuální (zdánlivý) přístroj 1D, 2D, 3D 1-, 2-, 3-rozměrný (-dimenzionální) 8

9 Způsoby ovládání programu klik (kliknutí) dvojklik kliknutí pravého tlačítka pop-up menu pull-down menu předpokládá se běžná funkce myši (tzn. pro praváky) krátký stisk levého tlačítka myši v souvislosti s ukázáním kurzoru (šipky, ručky apod.) na zvolený objekt menu apod. dvojitý krátký stisk levého tlačítka myši vyvolání menu při kliknutí na objekt rozbalovací ací (roletové) menu (nabídka) roletové menu (nabídka) Typografické konvence» označení postupu při volbě položek menu nebo přechodu mezi dialogovými okny, Např. postup File»Page Setup»Options navede do rozbalovacího menu File,, dále pak ke zvolení položky Page Setup a na konec k výběru Options v dialogovém okně. tučně označení položky, která musí být vybrána nebo na kterou musí uživatel kliknout např. položka v menu nebo nabídka v dialogovém okně. Takto jsou také psána jména parametrů, ovládacích prvků a knoflíků na čelním panelu, názvy dialogových oken, sekcí v dialogových oknech, názvy menu a palet. kurzíva označení proměnných, zvýraznění, křížový odkaz nebo úvod k důležitému postupu. Takto je rovněž psán text, který musíme nahradit hodnotou nebo slovem popsaného významu. Takto je psána i poznámka, je-li třeba odlišit postup pro starší verzi LabVIEW. monospace tímto neproporcionálním písmem upozorňujeme na text nebo znaky, které se zadávají z klávesnice, části programového kódu a názvy disků, cest, složek a souborů. monospace tučně tučný neproporcionální text upozorňuje na programem zobrazované zprávy a hlášení. 9

10 Stručně z historie LabVIEW 1.1. Vznik LabVIEW Za vznik programovacího prostředí LabVIEW lze brát rok 1983, kdy firma National instruments (NI) uvedla na trh desku pro rozhraní GPIB. Tuto firmu založili v roce 1976 James Truchard (často označovaný jako Dr. T), Jeffrey Kodosky a William Nowlin, kdy pracovali na aplikacích sonaru pro americké námořnictvo na Texaské univerzitě (University of Texas) v Austinu. Dr. T přizval k řešení vhodného připojení testovacího zařízení k minipočítači DEC PDP-11 své kolegy a výsledkem jejich společného výzkumu byla myšlenka virtuální instrumentace. Za opravdového otce LabVIEW je považován Jeffrey (Jeff) Kodosky (obr. 1.1), který započal vývoj grafického vývojového nástroje dovedeného postupně k vysoké míře dokonalosti právě u systému LabVIEW. Výchozím předpokladem byla představa, aby technik, který je schopen zapsat své poznatky a požadavky do blokového diagramu, mohl intuitivně zapsat podobně i program. Vzniklo tak vývojové prostředí (původně pro počítače Apple Macintosh), které místo klasického textového programování umožňuje tvořit programy v grafické interpretaci, intuitivně a samozřejmě tak i rychleji. Program obsahuje různé funkce, reprezentované ikonkami, které lze vzájemně spojovat virtuálními vodiči a výsledky pak vykreslovat např. do grafů. Grafický programovací jazyk, na kterém je založeno LabVIEW, podnítil rozvoj a všeobecné rozšíření virtuální instrumentace a zpřístupnil automatizovanou instrumentaci všem technikům. Obr. 1.1 Jeffrey Kodosky otec LabVIEW (převzato z Vývoj LabVIEW Na úspěšné cestě systému LabVIEW do laboratoří a vývojových pracovišť se podílela kromě jeho otce J. Kodoskyho a jeho kolegů též řada studentů Texaské univerzity v Austinu a dalších vývojářů. Zde uvedeme jen hlavní body vývoje na časové ose: 10

11 1976 trojice talentovaných podnikatelů z Austinu James Truchard, Jeff Kodosky a Bill Nowlin se rozhodla odstartovat revoluci v oblasti využití počítače pro měření a zakládá značku National Instruments (NI), v garáži J. Trucharda (pozdějšího prezidenta firmy NI) v Austinu začínají práce na prvním výrobku NI oznamuje svůj první výrobek pro využití počítače s rozhraním GPIB pro vědeckou instrumentaci, vedení firmy NI se stěhuje z garáže do kanceláře s plochou 28 m 2, 1979 James Truchard se stává zaměstnancem firmy NI na plný úvazek Jeff Kodosky se stává zaměstnancem firmy NI na plný úvazek, navržena první verze loga firmy NI s orlem, centrála firmy se stěhuje do budovy s plochou 465 m centrála firmy se stěhuje do nově postavené budovy s plochou téměř 1000 m NI oznamuje uvedení prvního zařízení pro použití s PC, Jeff Kodosky začíná pracovat na LabVIEW NI oznamuje uvedení grafického vývojového prostředí LabVIEW, NI zaměstnává stého zaměstnance NI uvádí na trh LabWindows Version 1.0 for DOS, NI uvádí na trh první zařízení typu plug-in data acquisition (DAQ) pro počítače Apple Macintosh NI oznamuje uvedení prvních výrobků pro VXI a MXI 11

12 NI oznamuje své první karty plug-in DAQ pro počítače IBM PC NI uvádí na trh LabVIEW Version 2.0 a LabWindows Version 2.0, centrála firmy se stěhuje do zařízení o rozloze m NI oznamuje uvedení LabVIEW for Windows pro PC a UNIX Workstation NI uvedla na trh LabWindows/CVI 1994 NI se rozhodla pro stavbu firemního kampusu o rozloze 72 akrů (asi 28 ha) v Austinu, NI spouští provoz svých webových stránek jako přirozeného rozšíření svého obchodního modelu a informačního zdroje pro inženýry a vědce NI dokončuje stavbu budovy A plánovaného kampusu o rozloze m programový produkt Lookout se začíná prosazovat automatizaci s použitím počítačů PC, Programový modul BridgeVIEW pro komunikaci v síti zvyšuje výkon LabVIEW v průmyslové automatizaci, NI oznamuje uvedení produktů pro zpracování obrazu PXI se stává otevřeným standardem v oblasti modulárních průmyslových automatizačních aplikací založených na počítačových systémech, NI si osvojuje produkty pro řízení pohybu, produkt FieldPoint získává uplatnění v aplikacích sběru dat v náročných průmyslových prostředích NI dokončuje stavbu budovy B kampusu s rozlohou téměř m 2, NI uvádí LabVIEW Version

13 1999 NI uvádí na trh produkt MXI-3 pro oblast řízení pomocí systémů PXI/CompactPCI, pro stabilní a spolehlivé aplikace náročných průmyslových podmínkách se používá LabVIEW Real-Time Module, NI mění jméno svých webových stránek na NI uvádí Measurement Studio, integrovaný nástroj pro Microsoft Visual C++, Visual Basic a uživatele LabWindows/CVI, otevřena pobočka NI pro Českou republiku a Slovenskou republiku, NI začíná stavět budovu C svého kampusu o rozloze více než m NI uvádí na trh 18-pozicové zařízení PXI pro měřicí a automatizační aplikace, NI uvádí své první výrobky PXI pro přesné zvukové a vibrační měření NI začíná prodávat produkt Compact FieldPoint jako platformu pro malé, náročné a inteligentní aplikace LabVIEW v průmyslovém prostředí, NI otevírá svůj výrobní závod v Maďarsku, NI uvádí LabVIEW po čtyřletém úsilí NI uvádí LabVIEW 7 Express s významným zjednodušením tvorby aplikací, NI oznamuje uvedení Compact Vision System, průmyslového systému pro zpracování obrazu NI oznamuje uvedení LabVIEW 7.1, NI oznamuje uvedení systému CompactRIO, nové platformy pro řízení založené na technologii rekonfigurovatelných vstupů/výstupů (RIO), NI oznamuje uvedení produktu SignalExpress, interaktivního programového prostředí pro sběr, měření a zpracování signálů, NI rozšiřuje řadu produktů pro zpracování dat (data acquisition DAQ) označovanou jako M Series, NI rozšiřuje výrobkovou řadu modulárních prvků PXI o digitizér s rychlostí 200 MS/s a generátor používající novou architekturu. 13

14 2005 NI uvádí na trh nové karty využívající sběrnici PCI Express, NI uvádí novou verzi LabVIEW NI uvádí na trh nový malý a levný modulární systém CompactDAQ, NI nabízí Measurement Studio 8 pro vytváření webových stránek k vzdálenému monitorování a řízení aplikací, NI slaví 30 let společnosti a 20 let uvedení systému LabVIEW NI představuje novou verzi grafického vývojového prostředí LabVIEW 8.5, která obsahuje nový modul LabVIEW Statechart (stavové grafy), vylepšené nástroje v modulu LabVIEW FPGA a unikátní vylepšení v oblasti programování v reálném čase a pro využití vícejádrových procesorů NI představuje novou verzi grafického vývojového prostředí LabVIEW 8.6 s dalším vylepšením na trh uvedena další verze grafického vývojového prostředí LabVIEW 2009, od tohoto roku jsou verze číslovány rokem uvedení v roce 25. výročí uvedení první verze je uvedena na trh nová verze LabVIEW v srpnu uvedena (zatím) poslední verze LabVIEW Programové vybavení LabVIEW je velkým hráčem v oblasti testování a měření, průmyslové automatizace a analýzy dat. Důkazem pro to může být např. (podle [L0]) skutečnost, že vědci z NASA Jet Propulsion Laboratory použili právě LabVIEW pro analýzu a zobrazení dat (teploty, polohy, stavu baterií a monitorování celkového stavu) z terénního vozítka Mars Pathfinder Sojourner jezdícího po povrchu planety Mars. 14

15 Lze očekávat, že nadčasový grafický způsob programování bude v dalších generacích dále rozvíjen. Ukazuje se totiž, že platforma LabVIEW 1, přirozeně vhodná pro návrh vícevláknových paralelních aplikací, usnadňuje vývoj aplikací pro procesory s více jádry, stejně jako aplikací založených na FPGA, a to díky svému intuitivnímu způsobu zápisu paralelních datových toků. Dále bude rozvíjen způsob grafické technologie pro zlepšení reprezentace komponent aplikace a jejich spojení a pro vylepšení podpory v případě více cílových systémů. Dalšímu vývoji bude podroben i modul LabVIEW System Diagram, aby uživatelé měli možnost používat LabVIEW jako spustitelnou tabuli s různými stupni abstrakce a specifikovat tak chování i konfiguraci. Na konferenci NI Week zazněla z úst otce LabVIEW Jeffa Kodoskyho vizionářská slova: Svět je paralelní. Vždycky děláme více věcí současně, jako například chůze a žvýkání žvýkačky. Tak proč se omezujeme na sekvenční myšlení při psaní počítačových programů? Zatímco se zbytek odvětví potýká se zaváděním strojů s procesory s více jádry, vy, programátoři v LabVIEW, můžete prostě pokračovat v tom, co jste dělali vždy, a užívat si tak výhod systémů s více jádry

16 2. Princip vývojového prostředí LabVIEW 2.1. LabVIEW nástroj virtuální instrumentace Programovací a vývojové prostředí LabVIEW (z angl. Laboratory Virtual Instruments Engineering Workbench) čili laboratorní pracoviště virtuálních přístrojů, někdy též LV, je produktem americké firmy National Instruments (NI), která je průkopníkem a v současné době největším výrobcem v oblasti virtuální instrumentace, technické disciplíny, která zažívá veliký rozvoj v oblasti vývoje, výzkumu, školství a průmyslu. Prostředí LabVIEW, někdy nazývané též jako G-jazyk (tedy grafický jazyk), je vhodné nejen k programování systémů pro měření a analýzu signálů, řízení a vizualizaci technologických procesů různé složitosti, ale také k programování složitých systémů, jako je třeba robot. V poslední době je doplňováno dalšími moduly ovládajícími biomedicínskou techniku a další velmi specializovaná zařízení v oblasti kamerových systémů a řízení náročných experimentů celosvětového významu (např. CERN apod.) S určitou nadsázkou lze říci, že prostředí LabVIEW nemá omezení své použitelnosti. Hlavním cílem virtuální instrumentace je nahradit dočasně nebo i trvale prostorově, finančně a mnohdy i časově náročné využití technických prostředků (hardware) řešením virtuálním (zdánlivým) za přispění programových prostředků (software) a zejména pak využitím nadstandardně řešenými grafickými a vizuálními prostředky zprostředkovat konečnému uživateli maximální názornost a přehlednost celého procesu. Toto řešení umožňuje rychlé navrhování nových aplikací i provádění specifických změn v konfiguraci pouhou změnou programu se mění celý proces (řízení, regulace, měření apod.), což je u realizace skutečnými nástroji za pomoci reálných součástek často velice nákladné nebo přímo nemožné. Pojem virtuální instrumentace se promítnul i do označení souborů, resp. programů, se kterými budeme v LabVIEW pracovat a které se nazývají virtuální instrumenty (přístroje), ve zkratce VI. Toto označení se objevuje rovněž v příponě souboru, resp. programu např. First_program.vi. V dalším textu budeme používat často pojmy VI, soubor a program (příp. aplikace) pro popis téhož. 16

17 3. Popis vývojového prostředí LabVIEW V této kapitole je popsán postup spuštění programu LabVIEW, popis základních částí vývojového prostředí a seznámení se základnímu prvky, které tvoří výsledný program (virtuální přístroj) Spuštění programu LabVIEW Úvodní obrazovka LabVIEW Po spuštění programu LabVIEW se zobrazí úvodní obrazovka Getting Started s navigačními dialogovými okny pro práci se soubory a pro hledání dalších informací a zdrojů pro práci (viz obr. 3.1). Tato obrazovka zmizí, jakmile z ní přejdeme na další funkci nebo se otevře další okno. Do úvodní obrazovky se vždy vrátíme po zavření všech upravovaných programů. Úvodní obrazovku lze v případě potřeby otevřít také volbou View»Getting Started Window. Obr. 3.1 Úvodní obrazovka LabVIEW 13 SP1 Poznámka: Úvodní obrazovka starší verze LabVIEW 11 SP1 je jednodušší (viz obr. 3.2). Nyní si popíšeme základní části úvodní obrazovky LabVIEW podle obr V pravém okně Open Existing je seznam naposled otevřených projektů VI, pokud chceme upravovat či pokračovat v tvorbě nějakého z nich, lze ho jednoduše vybrat. Volbou v pull-down menu Show lze tyto projekty vyselektovat podle jejich typu a zobrazit jen požadovaný typ. Kliknutím na Open existing se otevře standardní okno 17

18 výběru souboru pro Windows, na které je každý uživatel PC zvyklý. Tímto způsobem lze dohledat soubor, který nebyl na používaném PC nikdy zpracováván. Obr. 3.2 Úvodní obrazovka LabVIEW 11 SP1 Levé okno Create Project nabízí otevření nového objektu. Na výběr je z prostého programu Blank VI,, prázdného projektu Blank Project nebo je možno zvolit některou z nabízených šablon či vzorových programů pro různé typy zařízení společnosti National Instrument. Všechny jednou zvolené objekty se jako předvýběr objevují v okně pod volbou kompletního výběru (obdobně jako programy v pravém okně). Spodní část úvodní obrazovky nabízí dále volbu Find Drivers and Add-ons, která otevře další okno s výběrem, zda chcete e najít a instalovat ovládací prvky pro zařízení Find NI Device Drivers,, nebo použít implementovaný vyhledávač ovladače pro instalaci připojeného reálného zařízení Connect to Insruments a nebo vyhledat a instalovat doplňky k rozšíření funkcionality LabVIEW Find LabVIEW adds-ons. Druhou volbou je Community and Support,, který umožňuje vstup na komunitní diskusní fórum nebo vstup na stránky s nabídkami spolupráce při řešení problémů anebo možnost zaslání dotazu technické podpoře NI. Poslední možností je Welcome to LabVIEW,, kde najdete jednoduché výukové nápovědy a přehled, co je nového v ovládání LV13 oproti verzi předešlé (LV12). 18

19 Poznámka: Rozložení úvodní obrazovky starší verze LabVIEW 11 SP1 je graficky jiné, ale obsah je téměř identický. V levé světlejší části se nachází volba nového objektu New - Blak VI, Empty Project, VI from Template a výběr More nebo otevření již existujícího programu Open, kde je zobrazen seznam naposledy používaných programů, seznam je doplněn volbou Brose... Pravá tmavší část obsahuje všechny ostatní volby: Latest from ni.com LabVIEW News, LabVIEW in Action, Example programs, Trainig Resources; Online Support Discussion Forum, Code Shaling, KnowledgeBase, Request Support; Hepl Getting Started with LabVIEW, List od All New Featueres.. Posledními položkami úvodní obrazovky jsou vyhledávače Find Examples, Find Instruments Drivers a Find LabVIEW Add-ons. Úvodní obrazovka LabVIEW je (podobně jako všechny další obrazovky kromě navigačních oken) vybavena ještě klasickým základním menu (File, Operate, Tools, Help) ) na horní liště, což umožňuje pracovat s programem i uživatelům zvyklým na prostředí starších verzí a jsou zde zpřístupněny nejběžnější operace a příkazy společné pro všechna okna příslušející pogramu Zdroje informací a příklad Významná pozornost v prostředí programu LabVIEW je věnována pomoci uživatelům a programátorům. Tato skutečnost má velkou přednost zejména v situaci, kdy programátor hledá pro svůj problém určitý způsob řešení pomocí prostředků a možností LabVIEW. Lab VIEW nám dává dvě možnosti hledání příkladů. Oproti starším verzím (viz obr. 3.2.) v současné době již není na úvodní obrazovce přímý odkaz do archivu vzorových příkladů. Do verze LV9 byl odkaz nasměrován do archivu příkladů v našem počítači, do verze LV12 pak byl nasměrován do internetového arcivu příkladů na stránkách <ni.com>. Archiv příkladů je součástí i LabVIEW 13. Pro jeho vyvolání použijeme volbu Help na horní liště úvodní stránky. Otevře se pull-down menu ve kterém vybereme položku Find Examples. V nově otevřeném okně NI Find Examples můžeme vyhledat příklady, které jsou uloženy v našem počítači offline níže bude uveden příklad, ale můžeme přejít i na stránku <ni.com> volbou Visit ni.com for more examples, která nám otevře stránku na obr Na tuto stránku se dá přejít i volbou Community and Support» NI Discusion Forum, která otevře webovou stránku s otevřeným fórem. Klikem na výběr Komunita (skutečně v českém jazyce, pokud jste připojeni k internetu v ČR) se zobrazí podokno s výběrem, kde zvolíte poslední položku Procházet všechny komunitní zdroje. V části Ask je volba Find an Example Program,, která vás přesměruje na stránku s příklady (viz obr. 3.3). Při hledání příkladu doporučujeme nechat jako volbu jazyka English/čeština. Vyhledávat se dá podle mnoha parametrů. Vraťme se ještě příkladem k vyhledávání offline příkladů v okně NI Find Examples. Vyhledávat lze buď podle typu úlohy (Task) nebo podle adresářové struktury (Directory Structure). Zvolíme tedy způsob vyhledávání podle typu úlohy (Task) a 19

20 budeme hledat třeba úlohu generování časového průběhu funkce. Zvolíme tedy složku Analyzing and Processing Signals.. V rozbalené podsložce vybereme další podložku Signal and Noise Generation a v ní potom soubor s příkladem řešení Function Waveform with FM.vi. Ukážeme-li na zvolený soubor, v okně Information se zobrazí stručná chrakteristika vybraneného souboru VI a v okně Requirements případné požadavky na jeho použití. Pokud některé příklady otevíráme častěji nebo je příklad zajímavý, je možné uložit si ho do oblíbených Add to Favorites,, čímž odpadne jejich vyhledávání ve struktuře. Vybraný program otevřeme dvojklikem levým tlačítkem myši. Poznámka: U starších verzí LV (do verze LV9) byl odkaz z úvodní stránky veden do této složky příkladů. Obr. 3.3 Webová stránka s příklady < > Uživatelské rozhraní Uživatelské rozhraní programu v LabVIEW mívá obvykle podobu čelního ovládacího panelu určitého měřicího přístroje. To je také jeden z důvodů, proč se program v LabVIEW nazývá pojmem zdánlivý (virtuální) přístroj VI (Virtual Instrument). Nyní již víme z příkladu v předchozí kapitole, že každé VI se skládá ze dvou sdružených (asociovaných) oken: z uživatelského rozhraní, kterému se v terminologii LabVIEW říká čelní panel (angl. Front Panel), a z blokového diagramu (angl. Block Diagram), který je zdrojovým kódem VI. Při otevření konkrétního programu z archivu příkladů nebo vlastního programu se nám vždy otevře pouze čelní panel (Front Panel). Block Diagram otevřeme volbou Window» Show Block Diagram nebo klávesovou zkratkou Ctrl+E.. Tato klávesová zkratka slouží i pro přepínání aktivního okna mezi 20

21 Front Panelem a Block Diagramem. Zavřít (klikem na křížek v pravém horním rohu) lze pouze Block Diagram, zavřením čelního panelu (Front Panelu) se uzavře celý program způsoby ukládání a zavírání budou popsány dále Programování nového VI můžeme zahájit po spuštění LabVIEW a zobrazení úvodní obrazovky z obr. 3.1 například volbou Blank VI (v základním menu File»New VI, příp. po stisku Ctrl+N nebo volbou Blank VI v levém okně Create Project). Objeví se prázdný čelní panel (Front Panel) a prázdný blokový diagram (Block Diagram) s prozatímním názvem Untitled1. Pokud otevřeme vybraný program z archivu uvedený výše, zobrazí se nám čelní panel (Front Panel) vybraného programu Function Waveform with FM.vi (viz obr. 3.4). Na Čelním panelu jsou 3 záložky Introduction obsahuje návod k ovládání, Input Signals obsahuje grafické zobrazení vstupních signálů a FM Modulated Signal zobrazuje grafy výstupní simulace. Tlačítkem Run na horní liště (jednoduchá šipka) nyní můžeme program spustit, případně tlačítkem STOP v pravém dolním rohu můžeme program zastavit. Nedoporučujeme pro vypínání programů používat tlačítko Abort Execution na horní liště, toto tlačítko používejte jen při nejvyšší nouzi, způsobí totiž ukončení programu bez korektního uzavření všech programovacích struktur. Především u externích připojených zařízení pak zůstávají některé vstupy a výstupy ve stavech, které nejsou žádané (spuštěné sirény, zapnuté ohřevy atp.). Obr. 3.3 Čelní panel programu Function Waveform with FM.vi Po spuštění programu vidíme, že program začne vykonávat svoji činnost v okénku Waveform (to je zobrazovací okénko podobné obrazovce osciloskopu na druhé a třetí 21

22 záložce)) ) se rozeběhne zobrazování generovaného průběhu signálu (pro výchozí nastavení to je sinusovka). V levé části čelního panelu můžeme vstupní signály měnit. Nyní můžeme současným stisknutím tlačítek Ctrl+E přejít na zobrazení druhé obrazovky blokového diagramu programu, který zobrazuje obsah aplikace v kódu LabVIEW. Blokový diagram programu Function Waveform with FM.vi je znázorněn na obr. 3.5 (v pozadí je patrný asociovaný čelní panel nám již známý z obr. 3.4). Obr. 3.5 Blokový diagram programu Function Waveform with FM.vi (v popředí) Poznámka: V Příloze A je uveden souhrn klávesových zkratek používaných při programování v prostředí LabVIEW pro urychlení práce Čelní panel (Front Panel) Obrazovka čelního panelu Čelní panel tvoří uživatelské rozhraní zvolené aplikace a určuje její vzhled a chování. Přes jeho objekty (ovládací a indikační prvky) lze řídit běh aplikace, zadávat parametry a získávat informace o zpracovaných výsledcích. Veškeré objekty je možné libovolně měnit a upravovat, programově nastavovat, automaticky přizpůsobovat velikosti obrazovky po kliknutí pravého tlačítka myši v menu prvku (vyvoláme ho klikem pravého tlačítka myši) volbou položky Scale Object With Pane, resp. nastavovat velikost obrazovky v závislosti na rozlišení (File» VI Properties» Category - Window Size). V tomto menu se dá i nastavit přizpůsobení všech objektů, ale pouze u jednovrstvých čelních panelů. Možné jsou samozřejmě i další volby. 22

23 Na ploše lze pracovat jak s vlastními prvky, tak (a to zejména zpočátku) s poměrně širokou škálou prvků, které jsou součástí samotného vývojového prostředí. Vizuální prvky se dělí z funkčního hlediska na základní skupiny - vstupy (Input), výstupy (Output) a tlačítka (Button). Vstupy a výstupy mohou být textové, v podobě proužkového diagramu (progressbar) či například mohou mít vzhled otočného knoflíku (u vstupu) nebo ručičkového ukazatele (u výstupu). Za zmínku také stojí jednoduše nastavitelné zobrazení posloupností výstupních hodnot v podobě různých grafů, kterým je věnována samostatná podkapitola. Tlačítka mají ve vývojovém prostředí LabVIEW mnoho různých podob. Celé prostředí tedy umožňuje tvořit uživatelsky velmi příjemné aplikace. V režimu běhu programu je možné jednotlivá tlačítka ovládat, nastavovat vstupní hodnoty aplikace a sledovat výstupy virtuálního přístroje. Na čelní panel lze importovat grafické objekty z jiných aplikací pro použití jako pozadí, vzhled jednotlivých prvků apod. Je možné též použít menu Edit»Import Picture to Clipboard.. Vytvoření volného místa mezi určitými prvky se provádí stisknutím klávesy Ctrl a označením prostoru levým tlačítkem myši. To je vhodné v případě, kdy nechceme přesouvat každý prvek samostatně. Dále je možné vkládat (po úvodním dvojkliku na vhodném prázdném místě) volný text, měnit jeho font apod. Při vložení prvku na čelní panel se u něho objeví popisek (Label), který slouží k jeho pojmenování. Doporučuje se vždy objekty pojmenovávat, protože tímto jménem je prvek zastoupen rovněž v blokovém diagramu a při práci s proměnnými. Rozměry většiny objektů lze měnit nástrojem šipky. Stisknutím tlačítka a tažením se změní rozměr v požadovaném směru. Pomocí klávesy Shift lze měnit rozměry proporcionálně v obou směrech. Tento styl ovládání velikosti každý jistě zná z běžné práce s okny ve Windows. Na obrazovce čelního panelu tedy uživatel vytváří vnější vzhled aplikace umisťuje ovládací prvky, definuje jejich polohu, chování i vzhled. Konkrétní prvek pro čelní panel se vybírá z nabídky palety Controls po kliknutí levého tlačítka myši. Na obr. 3.6 je zobrazen čelní panel nového VI (s výchozím názvem Untitled 1) s otevřenou paletou Controls s prvky pro vstup, výstup či další zpracování nebo zobrazení. Po najetí kurzoru na okénko malou šipkou v pravém horním rohu lze přejít do palety podrobnější nabídky (zde je rozvinuta nabídka u okénka Express). Na zvolený prvek klikneme levým tlačítkem myši, čímž se nám šipka kurzoru změní v ručičku. Kurzor (ručičku) pohybem myš přesuneme na požadované místo umístění objektu a opětovným klikem levým tlačítkem myši objekt umístíme na čelní panel. Jak již bylo uvedeno výše, klikem pravého tlačítka myši se otevře menu prvku, které umožňuje jeho nastavení podle požadavků programátora nebo klienta. V zobrazeném 23

24 Obr. 3.6 Čelní panel s otevřenou knihovnou Controls Menu jsou sdruženy často používané volby urychlující volbu dalších prvků nebo záměnu prvku za jiný, pokud jsme si volbu rozmysleli. Obdobně lze vstupní základní prvky změnit na výstupní a naopak a využít tak ve větší šíři design připravených prvků. Součástí menu prvku jsou i nejčastěji měněné vlastnosti prvku. Pokud chceme všechny vlastnosti zobrazit najednou nebo změnit vlastnost, která není v menu prvku uvedena, zvolíme Properties. Zde můžeme v jednotlivých záložkách měnit velikost prvku přesně definovaným rozměrem, zvolit barvu prvku či písma, ke grafickému zobrazovači (např. teploměru nebo nádrži) přidružit numerickou hodnotu, měnit nastavení datového typu, limity vstupů hodnot (to je vhodné především při číselných vstupů) a lze i nastavit co se provede při překročení těchto limitů. Pokud se u nabídky menu šipka, rozbalí se při najetí myši na tuto položku další menu. Na obr. 3.7 a) je menu pro numerický vstup (control) Knob, na obr. 3.7 b) je menu pro světelnou indikaci výstupu typu Boolean. V tomto menu je šedá nabídka Machanical Action,, ta je aktivní u vstupů tohoto typu, kterými jsou nejčastěji tlačítka, a definuje se jí jeho funkce. Druhá položka v obou menu Find slouží k nalezení příslušného prvku v Blokovém diagramu a to buď přímo základní prvek Find Terminal nebo i lokální proměnné či předefinované vlastnosti tohoto prvku. Program se přepne do Blokového diagramu a obrysy prvku se černě rozblikají. Tuto možnost oceníte v případě, kdy budete dohledávat prvek v rozsáhlejším programu. 24

25 Vhodnou volbou ovládacích, zobrazovacích a dalších prvků na čelním panelu lze vytvořit uživatelsky příjemnou a přehlednou aplikaci (tj. VI). V režimu běhu programu (po spuštění VI) je možné aplikaci ovládat, nastavovat hodnoty parametrů a sledovat výstupy VI. V programu lze také nastavit změny viditelnosti či polohy některých ovládacích prvků např. podle parametrů výstupů. a) b) Obr. 3.7 Menu pro typ a) Numeric ; b) Boolean Nástrojová lišta čelního panelu Hlavní prvky pro ovládání a indikaci stavu čelního panelu se nacházejí na nástrojové liště viz obr Všechny prvky mají funkci tlačítka a současně indikátoru pro zobrazení zvoleného stavu. Z nástrojové lišty lze spustit program VI stiskem tlačítka Run (šipka). Tím se spustí jeden cyklus programu. Pokud máme v úmyslu odzkoušet nepřetržitý běh programu, stiskneme tlačítko Run Continously (dvě šipky ve smyčce). Obrazec příslušného tlačítka se po přechodu do zvoleného stavu změní. Obr. 3.8 Nástrojová lišta čelního panelu 25

26 Vykonávání programu lze pozastavit stiskem tlačítka Pause (tlačítko změní barvu na dva červené proužky), dalším stiskem tlačítka lze program znovu spustit (Continue). Je-li program spuštěn, zvýrazní se tlačítko Abort Execution. Stiskem tohoto tlačítka se program zastaví, dojte však k tzv. tvrdému stopu, kde nejsou korektně uzavřeny prováděné smyčky a komunikační protokoly, jak již bylo uvedeno u příkladu z archivu. Indikační prvky se při tomto ukončení nastaví do výchozího stavu. Je-li v programu syntaktická chyba (chyba v kompilaci), změní se obrazec tlačítka Run do stavu Broken Run (přerušená šipka) a není tak umožněno program s chybou spustit. Stiskem levého tlačítka se zobrazí obrazovka Error list s popisem chyby a stiskem tlačítka Show Error se nám zvýrazní chyba v blokovém diagramu. V další části lišty se nachází tlačítko pro nastavení velikosti a tvaru zobrazovaného textu v popisu prvků čelního panelu. Stiskem velké plochy tlačítka lze volit velikost a typ písma, stiskem malé šipky vpravo přejdeme do roletového menu, v němž lze volit další funkce pro změnu parametrů textu. Další čtyři tlačítka jsou určena pro práci s objekty umístěnými na čelním panelu obdobně jako v grafických programech. Najdeme zde zarovnání doleva, doprava, na střed a tlačítko pro změnu vrstvy umístění grafického prvku. Zcela vpravo se nachází tlačítko pro spuštění kontextové nápovědy (Help). Po stisku tohoto tlačítka se zobrazí okno Context Help s informacemi o objektu LabVIEW, se kterým zrovna pracujeme (na který právě ukazuje šipka kurzoru). Dalším stiskem tlačítka se okno nápovědy zavře Prvky čelního panelu Čelní panel je tvořen grafickými objekty, které jsou určeny pro řízení a ovládání VI a pro indikaci výstupů. Jedná se tedy o ovládací a zobrazovací prvky. Ovládací prvky představují vstupní zařízení, podobně jako na skutečném přístroji nalezneme knoflíky, přepínače či tlačítka a jiná zařízení umožňující zadávat data a informace do programu. Zobrazovací prvky zase realizují výstupní zařízení pro přenos dat a informací z programu na čelní panel. Ovládací a zobrazovací prvky se na čelní panel umisťují výběrem v paletě knihovních prvků Controls a přetažením konkrétního prvku na plochu čelního panelu. Paletu Controls zobrazíme kliknutím pravého tlačítka myši na ploše čelního panelu, prvek vybereme z příslušné nabídky kliknutím levého tlačítka myši na prvek a přetažením na plochu (kurzor ve tvaru šipky se změní na ručku), kde jej umístíme. Velikost, vlastnosti a polohu prvku můžeme nyní měnit způsobem, který již byl popsán výše. Základní skupiny obsahu palety Controls jsou popsány v kapitole

27 3.3. Blokový diagram (Block Diagram) Obrazovka blokového diagramu Okno blokového diagramu je druhým sdruženým oknem každé aplikace. V okně blokového diagramu se definuje posloupnost vyhodnocení jednotlivých složek programu samotný algoritmus programu, jejich propojení a parametry. Každá komponenta obsahuje vstupní a/nebo výstupní připojovací body. Jednotlivé připojovací body lze propojit s prvky na panelu pomocí propojovacího nástroje (wiring tool). Připojovací body každého prvku se zobrazí po najetí myši na jeho tělo - obdobně jako reaguje Context Help. Pokud ho máme otevřený, zobrazí se v nápovědě, definice propojovacích bodů včetně případných přednastavených hodnot a/nebo jednotek. Přednastavení se používá u většiny složitějších prvků a jednotky u prvků s definicí veličiny (čas, frekvence, napětí atp.). Typ proměnné, která je na připojovacím bodě očekávána (připojovacím bodem vysílána dál) je definována barvou bodu. Přehled typů proměnných, které definuje barva a síla (typ) spoje mezi propojovacími body je zobrazen na obr Každý prvek umístěný na čelním panelu má svůj obraz na obrazovce v blokovém diagramu označený stejným jménem (Label) skalár 1D pole 2D pole Obr. 3.9 Značení typů proměnných silou čar (modrá celé číslo, oranžová desetinné číslo) Mezi zobrazením oken čelního panelu (Front Panel) a blokového diagramu (Block Diagram) lze přecházet např. stiskem Ctrl+E. Na obrazovce blokového diagramu uživatel definuje vlastní algoritmus programu, tedy propojení prvků z čelního panelu s parametry a strukturami. Na obr je zobrazeno blokový diagramu nového VI (opět s názvem Untitled 1) s otevřenou paletou Functions,, která obsahuje nástroje pro práci se vstupními parametry čelního panelu, simulační struktury, komunikační prvky, programové struktury a další zpracování vstupů a zobrazení výstupů. 27

28 Obr Blokový diagram s otevřenou enou knihovnou Functions Po najetí kurzoru na okénko malou šipkou v pravém horním rohu lze přejít do palety podrobnější nabídky (zde je např. rozvinuta nabídka u okénka Express). Prvek si vybereme kliknutím knutím myši a potom ho umístíme na ploše čelního panelu. Každý prvek blokového diagramu má nadefinovány vstupní a výstupní připojovací body. Tyto body lze propojit s dalšími prvky pomocí propojovacího nástroje (wiring tool), tedy propojovacího vodiče. Myš ve fázi propojování mění svou podobu na špulku drátu. Kliknutím pravým tlačítkem myči se zobrazí menu nastavení kontaktního bodu, kliknutím levého tlačítka myši začne propojování. Ukončení se provede opětovným kliknutím levým tlačítkem na další připojovací bod stejného typu. Blokový diagram se vytváří z následujících prvků: z vytvořených Terminálů vstupních a výstupních prvků čelního panelu (viz předchozí podkapitola), z prvků palety knihovních prvků Functions, z konstant zadaných z knihovny Functions, z vytvořených globální či lokální proměnnou v módu pro čtení či zápis k již vytvořeným terminálům, z odkazů na vlastnosti Terminálů a dalších prvků - Property Notes. Propojení mezi objektem čelního panelu a jeho terminálem v blokovém diagramu lze zjistit poklepáním na terminál, nebo vybráním položky Find Terminal/Indicator/Control z jeho menu. 28

29 Nástrojová lišta blokového diagramu Hlavní prvky pro ovládání a indikaci stavu blokového diagramu se nacházejí v nástrojové liště viz obr Obdobně jako u nástrojové lišty čelního panelu mají všechny prvky funkci tlačítka a současně indikátoru pro zobrazení zvoleného stavu. Většina tlačítek nástrojové lišty blokového diagramu má shodnou funkci s tlačítky nástrojové lišty čelního panelu (Run, Run Continously,, Pause a Abort Execution, tlačítko pro nastavení velikosti a tvaru zobrazovaného textu v popisu prvků, čtyři tlačítka pro práci s objekty a tlačítko pro spuštění kontextové nápovědy). Shodné je i jejich chování a změny jejich tvaru. Oproti čelnímu panelu je zde ještě pro práci s objekty doplněno tlačítko Clean Up Diagram,, které optimalizuje rozložení objektů v blokovém diagramu. Je zde předdefinované řazení prvků podle toku dat z leva doprava, proto doporučujeme používat toto tlačítko s rozvahou. Rozdíl je v účinnosti pouze pro blokový diagram. V nástrojové liště blokového diagramu se nachází pět dalších tlačítek Obr Nástrojová lišta blokového diagramu Tato tlačítka jsou určena pro pomoc při ladění programu (debugging). Při odlaďování programů v LabVIEW lze využít možnosti ladění krok po kroku, resp. uzel po uzlu (node to node). Uzlem je chápán základní výkonný prvek, jako je funkce, struktura (smyčka apod.) nebo SubVI Stiskem tlačítka se symbolem žárovky (Highlight Execution) se při běhu programu zobrazí datový tok (data flow) v blokovém diagramu. Po stisku tlačítka se symbol pohaslé žárovičky změní na rozsvícenou žárovičku. Běh programu se sice zpomalí, avšak programátor může po spuštění programu sledovat tok dat a jejich okamžitou hodnotu. Všechny objekty zmatní a jen provedené se zvýraznění, okamžité hodnoty jsou znázorněny na odpovídajících výstupech; jednotlivé datové cesty signálu jsou znázorněny pohybujícími se kuličkami v barvě odpovídajícího datového typu. Dalším stiskem tlačítka se průběh vykonávání programu vrátí do základního režimu a symbol žárovičky se opět změní na pohaslou. V průběhu toku dat se také okamžitě ukazuje, kde dochází k chybám případně kolizím. Pokud chcete sledovat tok dat v celém programu, je vhodné snížit počet opakování v cyklech. Stiskem tlačítka se symbolem zkušební sondy (Retain Wire Values) lze po umístění zkušební sondy (Probe) do cesty toku dat zobrazit konkrétní okamžitou hodnotu procházející datovým vodičem. Po stisku tlačítka se symbol zkušební sondy zvětší. Sondu lze nasadit na libovolný datový vodič buď nástrojem sondy z palety Tools (viz. podkapitola 3.4.1), nebo kliknout pravým tlačítkem myši na vodiči vybrat volbu Probe z jeho roletového menu. Na datovém vodiči se objeví žluté okénko s číslem, které označuje pořadí vložené sondy. Současně se otevře okno Probe Watch Window (viz obr. 3.12) pro řízení sond. Zde jsou po spuštění programu 29

30 uváděny okamžité hodnoty na sondách včetně časového indikátoru poslední hodnoty. V horní liště je tlačítko pro zobrazení vybraných sond v nově otevřeném okně, dále tlačítko pro označení všech sond, tlačítko pro odstranění vybraných sond a tlačítko pro zobrazení/skrytí displeje označených sond (Probe Display) Zavřením tohoto okna se všechny vložené sondy vymažou z paměti programu i jejich označení z blokového diagramu. Použitá čísla použitých sond si program ale pamatuje a při dalším použití sondy volí další číslo. Obr Okno Probe Watch Window Pro odlaďování pomocí krokování lze s výhodou použít tří dalších tlačítek: Step Into, Step Over a Step Out tlačítka jsou postupně z leva na obr Obr Tlačítka Step Into, Step Over a Step Out Použítím tlačítka Start single steping (Step Into) se spustí vykonání jednoho uzlu, který se současně zvýrazní. Stiskem tlačítka Start single Steping (Step Over) se spouští celý uzel (struktura nebo SubVI) jako jeden krok v další hlavní funkci. Stisk tlačítka Step Out krokování vypne. 30

31 Prvky blokového diagramu Grafické objekty, ze kterých je složen blokový diagram, tvoří zdrojový kód programu VI v LabVIEW. Blokový diagram se často podobá vývojovému diagramu a odpovídá tedy řádkům zdrojového kódy textových programovacích jazyků. Ve skutečnosti je blokový diagram přímo spustitelným kódem, který LabVIEW přímo překládá již během tvorby s možností zpětné vazby při vzniku chyby, kterou může být třeba spojení neslučitelných datových typů. Blokový diagram je tvořen vzájemně propojenými grafickými objekty s určitou funkcí. Blokový diagram se skládá ze tří základních typů objektů: uzel terminál spoj Uzel (Node) je objektem pro vykonání programu. V textových programovacích jazycích jim odpovídají příkazy, funkce a podprogramy. V LabVIEW rozlišuje tři typy uzlů: funkce, SubVI (VI použité jako podprogram v jiném VI) a struktura. Jsou to např. funkce sčítání, násobení a porovnání dvou čísel. Uzly typu struktura jsou určeny k řízení běhu programu (např. smyčka For, While apod.). Terminál (Terminal) je jakousi branou pro průchod dat mezi čelním panelem a blokovým diagramem. Odpovídá parametru nebo konstantě v textovém programovacím jazyku. Terminály se dělí na zdrojové (source) resp. ovládací (control), což jsou počátky datových cest spojené s uzly, globálními či lokálními proměnnými v módu čtení a koncové (destination) resp. indikační (indicator), což jsou konce datových cest s pojené s indikačními prvky, globálními či lokálními proměnnými v módu pro zápis. Spoj (Whire) vytváří cestu dat mezi terminály a uzly a odpovídá proměnným v textovém programovacím jazyku. Protože se blokový diagram skládá z různých typů objektů, mohou být i spoje různých typů v závislosti na datovém typu (číselné, binární, znakové řetězce apod.). Rozlišení typů spoje je v LabVIEW v závislosti na datovém typu řešeno barvou a typem čáry. Základní barevné rozlišení spojů je uvedeno v tab Tab. 3.1 Základní datové typy spojů Datový typ spoje celočíselný (Integer) číselný s pohyblivou čárkou (Floating point) oranžová binární (dvojkový, Boolean) znakový řetězec (String) Barva čáry modrá zelená růžovofialová K vytváření spojů mezi objekty blokového diagramu slouží propojovací nástroj (wiring tool), který je reprezentován symbolem cívky s drátem (viz obr. 3.16). Tento nástroj se nachází na paletě Tools, které je věnována část

32 Začátek spoje vytvoříme klikem levého tlačítka myši v podobě cívky s drátem na vstupní nebo výstupní pin objektu a tažením, ukončení se provede opět kliknutím myši na žádaný výstupní/vstupní pin objektu. Spoje lze vést vždy vodorovně nebo svisle, směr vedení lze měnit stiskem mezerníku, kde zlom není zafixovaný na jednom místě nebo klikem levého tlačítka myši. Tím vytvoříme již zafixovaný zlom s přesně definovanou pozicí. Vymazání všech nedokončených spojů se provádí stiskem Ctrl+B.. Musíme však dát pozor, abychom takto nevymazali i spoje, které ve výřezu na obrazovce nevidíme. Tomu se vyhneme tak, že si označíme část programu, kde chceme přerušené spoje vymazat a teprve pak stiskneme Ctrl+B. Vymažou se jen přerušené spoje, které byly označeny. K vrácení (odvolání nebo zrušení) poslední operace stiskneme Ctrl+Z. Potřebujeme-li v určitém místě panelu vytvořit prostor pro další objekty, označíme plánovanou oblast po stisknutí Ctrl a táhneme levým tlačítkem myši. Původně obsazená část se přesune a vznikne tak prázdné místo pro vložení nového obsahu. Veškeré spoje i objekty v původně obsazené oblasti zůstanou zachovány. Do dříve vytvořeného spoje lze také snadno vložit další uzel funkci nebo SubVI. Kliknutím pravého tlačítka myši na spoj v místě, kde chceme vložení uskutečnit, zobrazíme pop-menu, v něm vybereme položku Insert a následně vybereme požadovanou funkci či SubVI Ikona a konektor VI Ikona a konektor VI se nachází v pravém horním rohu čelního panelu a blokového diagramu VI. Ikona je grafický symbol reprezentující VI při další práci. Každé VI lze použít jako SubVI v jiné aplikaci (v jiném programu VI) a ikona jen v něm bude reprezentovat. Aby bylo možno ikonu propojit s programem jiného blokového diagramu, potřebujeme, aby měla vstupní a výstupní piny. K tomu slouží konektor (mřížka před ikonou). Konektor je souborem vstupních/výstupních pinů (terminálů) pro připojení SubVI. Ikonu lze editovat kliknutím pravého tlačítka myši v místě ikony VI a volbou položky ve vyvolaném menu VI Properties se otevře okno pro nastavení vlastností VI (lze vyvolat též stiskem Ctrl+I nebo ze základního menu postupem File»VI Properties), na obr je vidět toto okno s rozbaleným menu vlastností, které lze nastavit, zobrazena je volba zabezpečení (Protection). Druhou nabídkou je Edit Icon otevře se okno pro vytváření a editace ikony VI (32 x 32 bodů) o editaci ikony VI více v kapitole a na obr. 4.1). 32

33 Obr Okno s rozbaleným menu vlastností VI Kliknutím pravého tlačítka myši na konektor se zobrazí menu (viz obr. 3.15), které kromě již výše jmenovaného nastavení vlastností VI, nabízí možnosti pro připojení či odpojení terminálu vstupu/výstupu k některému okénku mřížky definující rozložení kontaktů. Nabídka Patterns nabídne další menu s jiným rozložením mřížky. Tím je možno o přizpůsobit průchody SubVI podle požadovaného počtu vstupů/výstupů či podle představ programátora. Obr Menu pro vytvoření Konektoru SubVI Tvorbu konektoru a připojování vstupů/výstupů je na příkladu ukázáno v kapitole 4.1.1, která se tvorbě SubVI věnuje podrobněji. 33

34 3.4. Palety V předchozím textu jsme několikrát zmínili různé palety příslušející jednotlivým částem programu LabVIEW. Palety jsou grafické panely obsahující různé nástroje a objekty pro vytváření a použití VI, programů a aplikací v LabVIEW. V LabVIEW lze rozlišit tři druhy palet: paleta nástrojů (Tools), paleta ovládacích a indikačních prvků (Controls) pro čelní panel, paleta funkcí (Functions) pro blokový diagram Paleta Tools Pro práci při tvorbě VI má LabVIEW vytvořen speciální režim práce s kursorem myši. Jeho pomocí si lze práci poměrně usnadnit, avšak za předpokladu, že se s tímto nástrojem naučíme pracovat, což může začínajícím programátorům připadat nepříjemné, protože ovládání vyžaduje poměrně velmi jemnou práci s kurzorem myši s použitím jejích tlačítek. Paletu nástrojů Tools vyvoláme např. postupem v základním menu View»Tools Palette,, nebo současným stiskem tlačítka Shift a pravého tlačítka myši. Na ploše čelního panelu nebo blokového diagramu se objeví panel nástrojů (viz obr. 3.16). Obr Paleta Tools Je-li zvolen režim automatické volby nástrojů (prosvětlené tlačítko je v horní části panelu a povolení tohoto stavu je indikováno zelným okénkem), LabVIEW automaticky nabízí při pohybu kurzoru nad objektem odpovídající nástroj. Pokud je z nějakého důvodu výhodnější automatickou volbu nástrojů zakázat, provedeme to kliknutím na zelené tlačítko, které zhasne. Po volbě konkrétního nástroje z nabídky palety rovněž zelené tlačítko zhasne. Tato volba je vhodná, pokud je ve velké blízkosti několik možností nástroje a při malém pohybu myši dochází k přeměně nástroje. 34

35 Nástroje palety Tools (od horního levého rohu): zelené prosvětlené tlačítko automatická volba nástrojů, ručka operační nástroj pro změnu hodnot a textů, šipka vybírá objekty, mění jejich velikost a polohu, písmeno změna textu a popisů, cívka propojovací nástroj (wiring tool) pro vkládání datových vodičů, menu nastavení rychlé volby menu pro objekt, dlaň posouvání okna, stop vkládání bodu přerušení, sonda vkládání zkušební sondy na datový vodič, kapátko kopírování zvolené barvy do nástroje štětec, štětec volba barev prvků, kde se volí barva ohraničení a vnitřní plochy. Nástroj šipka se nad konkrétním objektem může změnit např. v dvojitou šipku pro možnost změny rozměrů objektu, na pravoúhlý roh pro změnu počtu prvků některých objektů nebo v kruhové šipky pro změnu délky nebo otočení u kruhových stupnic Paleta Controls Paleta Controls je součástí čelního panelu a slouží k vytváření uživatelského rozhraní. Zobrazíme ji tedy pouze z čelního panelu postupem View»Controls Palette, tím se nám okno palety Controls zobrazí trvale. Okno lze přesouvat pomocí myši nebo zavřít kliknutím na křížek v pravém horním rohu. Řadě programátorů spíše vyhovuje dočasné zobrazení palety, které vyvoláme klikem pravého tlačítka myši do plochy čelního panelu. Tato paleta zmizí klikem levého tlačítka myši opět do prostoru čelního panelu. Pokud si chceme nějakou část palety nebo celou paletu zobrazit trvale, stačí kliknout na ikonku špendlíku pro nástěnky. Tím se paleta zafixuje v podobě okna. Paleta obsahuje řadu položek, kde jsou sdruženy základní skupiny prvků podle designu resp. podle nejčastěji používaných typů grafického zpracování pro dané téma. Nabídka prvků se liší podle verze a nainstalovaných knihoven. Paleta Controls (viz obr. 3.17) se skládá z ikon, které reprezentují další sub palety s objekty pro vytváření čelního panelu. Jedná se o různá tlačítka, knoflíky, přepínače, prvky pro zadávání vstupních hodnot, indikátory, zobrazovače, měřiče a další řídicí (vstupní), resp. indikační (výstupní) prvky. Protože konkrétních prvků je poměrně velké množství, jsou v paletě knihovních prvků členěny na sub panely, jejichž výběr je velice snadný při umístění kurzoru nad ikonu sub panelu (případně po stisku ikony) se otevře tento sub panel a v něm potom můžeme konkrétní prvek vybrat kliknutím levého tlačítka myši, tím se kurzor změní na ručičku, čárkovaně jsou naznačeny prostorové hranice vybraného prvku, předtím myši vybereme místo na čelním panelu a dalším klikem levého tlačítka myši prvek umístíme. Pokud prvek přesahuje na plochu jiného již umístěného prvku, umístí se ve vyšší grafické vrstvě tedy nad již vložený prvek, pro další editaci slouží tlačítka nástrojové listy - viz popis tlačítek pro práci s grafikou v kapitole Na obr je uveden jako příklad zobrazena sub paleta Modern, kde jsou pod grafickým zobrazením uveden popis skupiny prvků. Prvky jsou do skupin řazeny podle základních datových typů resp. 35

36 podle možností použití, pro které jsou vytvořeny nejtypičtější vstupní a výstupní datové prvky. Obr Paleta Controls Obr Sub paleta Modern Hodnotu každého prvku z palety Control lze měnit různými způsoby, např. dvojklikem na číslici display zčerná a lze z klávesnice nastavit jinou hodnotu, stiskem šipek i hodnoty se mění její veličina o definovaný krok (nejčastěji 1), některé prvky mají výběrové menu, dvoupolohové prvky se dají přepnout klikem myši na objekt apod. Každý prvek má své charakteristické menu. V další části si představíme základní skupiny předpřipravených řídicích a zobrazovacích prvků, které nám LabVIEW na paletě Controls v jednotlivých skupinách nabízí a představíme si i charakteristická menu těchto skupin. 36

37 Numeric V této skupině najdeme grafické i čistě numerické prvky pro zadávání vstupních číselných hodnot nebo zobrazování číselných hodnot výstupních. Menu nastavení jejich vlastností je na obr. 3.7 a). Výhodou grafických prvků, které jsou od uživatelů často žádány je možnost zobrazení i přesné numerické hodnoty jednoduchou volbu v položce Properties. U numerických prvků je vždy potřeba zkontrolovat přednastavený datový typ a případně typ změnit na námi požadovaný v záložce Data Type (viz obr 3.19).. Nejčastěji je přednastaven datový typ Double Precision. Na obr je zobrazeno nastavení mezních hodnot a kroku pro vstupní numerickou hodnotu. Nastavené minimum na hodnotu 0 a volba korekce způsobí, že pokud uživatel nastaví hodnotu zápornou, automaticky se nastaví hodnota 0. Korekce u kroku dává na výběr, jakým způsobem má být vložená hodnota upravena v tomto případě bylo zvoleno zaokrouhlení na nejbližší hodnotu. V záložce Appearance lze u grafických prvků (nádrž, teploměr apod.) možno zvolit současné zobrazení numerické hodnoty v podobě čísla zaškrtnutím nabídka Show digital display(s). Obr Vlastnosti numerických prvků nastavení limit pro číselnou hodnotu 37

38 Boolean Skupina Boolean sdružuje různá tlačítka a ledky pro volbu resp. detekci stavů procesu (True/Falce) datový typ Boolean. U vkládaných tlačítek doporučujeme vždy zkontrolovat volbu mechanické akce funkce tlačítka (Mechanical Action), protože nabízená tlačítka mají jako základní nastavenou různou mechanickou akci. Na obr je pro zvolený prvek zobrazeno grafické menu volby mechanické akce zvolený typ je zvýrazněn modře. LabVIEW nabízí následující funkce tlačítka (od horního levého rohu): Switch When Pressed změní hodnotu stlačením Switch When Released změní hodnotu při uvolnění Switch Until Released změní hodnotu na dobu stlačení, Latch When Pressed stiskem se jeho stav zablokuje až do přečtení programem, Latch When Released po stisknutí a následném uvolnění se jeho stav zablokuje až do přečtení programem, Latch Until Released po stisknutí se jeho stav zablokuje, dokud nebude stisk uvolněn a stav tlačítka přečten programem. Prvky s činností typu Latch se vždy po akci vrací do základního tvaru. Obr Volba mechanické akce (funkce) tlačítka 38

39 Menu ledky je zobrazeno na obr. 3.7 b), při volbě položky Properties je v záložce Apperance možno měnit velikost, barvu ve stavu On/Off, zvolit zobrazení textu k jednotlivým stavům včetně barvy textu. Array, Matrix & Cluster Skupina Pole, matice a klastry obsahuje prvky daných typů. Pojem matic je všem známý a je zde veden jen jako matice dvourozměrné, polem pole sdružuje vstupy a výstupy tvořené 1D i 2D soubory hodnot stejného datového typu, klastr pak obsahuje sdružení polí různých velikostí i různých datových typů např. pole typu Integer, Boolean, obrázky atd. Vkládání těchto prvků do čelního panelu je mnohem jednodušší z blokového diagramu a proto se mu budeme věnovat až později. String & Path Vstupní a výstupní prvky tvořené znaky (string) jsou sdruženy v této skupině. Jsou k nim ještě přidruženy prvky pro zadávání a zobrazování umístění souborů. Pokud se podíváme na menu prvku typu String na obr. 3.21, najdeme zde i možnost zvolit typ zobrazení, kde jako základní je nastaveno Normal Display,, které lze změnit na hexadecimální nebo display pro heslo (tečky místo znaků). Volba Limit to Single Line nedovolí uživateli použít klávesu Enter pro řádkování, což je vhodné např. pro zadávání přístupového hesla nebo dalších druhů vstupních dat. Volbou Path vložíme prvek pro vložení/zobrazení cesty k souboru. V základním nastavení se vedle okna pro vepsání cesty objeví i tlačítko pro vyhledání souboru v adresáři PC. V menu při volbě Properties lze toto tlačítko tko vypnout a nechat zadání cesty k souboru na uživateli bez možnosti prohledávání adresářů PC. Ring & Enum V této skupině najdeme prvky pro tvorbu různých typů vstupních uživatelských menu. Všechny tyto prvky mají jednu věc společnou, na straně uživatele se snažíme o co nejsrozumitelnější popis výběru, na straně vstupu do programu si většina programátorů pak volí nejčastěji místo textových popisů jen celá čísla, která se používají pro rozhodování a další akce v procesu běhu programu. Pro všechny typy těchto prvků je nejprve potřeba výběr uživateli nadefinovat. K tomu slouží položka Edit Items viz obr a), po jejím výběru se zobrazí okno pro tvorbu uživatelského menu obr b). Zaškrtnuté okénka u Sequential values zajišťuje souslednost čísel ve sloupečku Values.. Pokud zaškrtnutí zrušíme, můžeme měnit hodnoty i ve sloupečku Values hodnoty, které jsou posílány do blokového diagramu, u všech prvků v této skupině to musí být vždy datový typ celá čísla. Pokud chceme do programu použít typ string, musíme použít Combo Box ze skupiny String & Path.. Definice uživatelského výběru (Items) je identická jako u prvku Ring, jen na straně Values s je datový typ string, který může být identický s popisem pro uživatele (Items) při zaškrtnutém políčku u volby Values match Items nebo odlišný, pokud zaškrtnutí zrušíme. 39

40 Obr Menu pro vstup typu String a) menu prvku Ring b) tvorba uživatelského menu Obr Tvorbu uživatelského menu 40

41 Graph Skupina Graph obsahuje mnoho předpřipravených grafů pro zobrazování dat a to jak v průběhu běhu programu tak i až po jeho dokončení. Grafům se dále budeme věnovat podrobněji, protože nastavení jejich vlastností je trochu rozsáhlejší a je pro něj potřeba již znát další možnosti a vlastnosti struktur v programové části LabVIEW. I/O Skupina sdružuje vstupy pro různé sběrnice nejčastěji používané při práci v LabVIEW, dále různé předpřipravené vstupy a výstupy pro zařízení firmy NI, která budou zmíněna dále. Pro obecnější použití zde najdeme vstup pro VISA sběrnici VISA resourse name,, který nám po vložení na Front Panel po otevření zobrazí všechny aktivní I/O porty použitelné pro řízení externích připojených zařízení. Po otevření menu prvku je pomocí položky Select VISA Class možno nastavit, které typy zařízení nebo sběrnice má být hledán, což je vhodné použít, pokud chceme uživateli omezit přístup k portům počítače. Na obr je klikem na šipku prvku zobrazen výčet aktivních I/O portů jednoho PC. Volba Refresh provede znovunačtení a zobrazení aktuálního stavu. Pro zobrazení zařízení je potřeba, aby bylo aktivní, což znamená, že musí být většinou fyzicky zapnuto. Výběrem z nabídky se zvolí port, na kterém bude probíhat komunikace s externím zařízením. Obr Aktivní I/O porty na PC Decorations Dekorace obsahují ve všech skupinách hlavního menu grafické resp. geometrické prvky vhodné pro dotváření uživatelského rozhraní. Práce s nimi je podobná práci s grafickým prostředím Malování nebo ve Photoshopu. Prvky se dají barvit, nanášet na ně textury a také je pomocí 4 tlačítek pro práci s grafikou na horní liště rovnat a vrstvit. Než přejdeme k Blokovému diagramu, chceme ještě připomenout, že každý prvek (mimo skupiny Decoration) vložený na Front Panel z palety Controls zároveň vytvoří svůj odpovídající Terminál v Blokovém diagramu.. Některé prvky Front Panelu lze vytvořit i z Blokového diagramu,, jak to již bylo zmíněno u skupiny Array, Matrix & Clusters. Tímto způsobem se ale vytvoří jeden předdefinovaný typ prvku z dané skupiny, který je pak možno dále upravovat nebo nahrazovat pomocí menu vlastností. 41

42 Paleta Functions Paleta Functions je vázána na blokový diagram. Zobrazíme ji obdobně jako paletu Controls. Zobrazíme ji pouze z blokového diagramu postupem View»Functions Palette,, tím se okno palety Functions zobrazí trvale. Okno lze přesouvat pomocí myši nebo zavřít kliknutím na křížek v pravém horním rohu. Řadě programátorů spíše vyhovuje dočasné zobrazení palety, které vyvoláme klikem pravého tlačítka myši do plochy blokového diagramu. Tato paleta zmizí klikem levého tlačítka myši opět do prostoru blokového diagramu. Pokud si chceme nějakou část palety nebo celou paletu zobrazit trvale, stačí kliknout na ikonku špendlíku pro nástěnky. Tím se paleta zafixuje v podobě okna. Nabídka prvků se liší podle verze a nainstalovaných knihoven. Zde stručně popíšeme některé základní prvky pro tvorbu blokového diagramu ve verzi licence Basic. Paleta Functions (viz obr. 3.24) se skládá (obdobně jako paleta Controls) rozdělena podle použití na mnoho subpalet. Menu každé sub palety je tvořeno ikonami, které reprezentují další sub palety s objekty pro vytváření blokového diagramu. Jedná se o různé funkce a všemožné životně důležité prvky pro VI. Práce s paletou Functions je velice podobná práci s paletou Controls popsanou výše, proto si již jen popíšeme základní obsah sub palet. Obr Paleta Functions 42

43 Programing Subpaleta obsahuje ikony skupin prvků, které jsou při vytváření VI používány nejčastěji, najdeme zde struktury, funkce pro různé datové typy, časování apod. Této sub paletě budeme věnovat vlastní kapitolu. Konkrétní obsah grafických ikon skupin prvků je zobrazen na obr Obr Sub paleta Programing Measurement I/O V sub paletě jsou obsaženy skupiny ovládacích prvků všech externích zařízení firmy National Instruments pro měření včetně ovládacích prvků některých sběrnic (CAN) a konfigurace systému (Systém Configuration)- Některým zařízením jsou věnovány kapitoly v závěru knihy. Obr Sub paleta Measurement I/O 43

44 Instrument I/O Ovládací prvky externích zařízení ostatních výrobců včetně ovládací prvků pro další komunikační sběrnice PC a externí komunikační sběrnice najdeme v sub paletě Instrument I/O viz obr Obr Sub paleta Instrument I/O Skupina ovládacích prvků (Instr Drivers) ) pro externí zařízení obsahuje doinstalované ovladače zařízení. Součástí základní instalace jsou pouze ovladače pro multimetr Agilent Skupina IVI Class Drivers obsahuje ovladače zařízení skupiny IVI. Expresní funkci Instr I/O Assistants můžeme použít pro komunikaci založenou na zprávách a graficky analyzovat odpovědi zařízení. Funkce koordinuje jednotlivé kroky komunikace a lze ji použít i pro ověření komunikace s externím zařízením. Tímto způsobem lze například komunikovat s přístrojem, který používá sériový Ethernet nebo GPIB. Skupiny VISA, GPIB, Seriál obsahují ovladače pro uvedené sběrnice. Podrobnějšímu popisu komunikace s externím zařízením bude popsáno v pokračování těchto skript. Obr Sub paleta Mathematics 44

45 Vision and Motion Do této sub palety se instalují všechny ovladače pro kamerové systémy a systémy řídící pohyb od National Instruments. Použití kamerových systémů patří mezi dokupované knihovní funkce, proto se jim nebudeme podrobněji věnovat. Mathematics Skupiny matematických funkcí, konstant a procesů jsou zobrazeny na obr Numeric na obr obsahuje základní numerické funkce, obecné číselné konstanty různých datových typů, náhodné číslo a další vnořené skupiny: Conversion je věnováno prvkům určeným konverzi typů, Complex obsahuje prvky pro práci s komplexními čísly, Math & Scientific Constants obsahuje konstanty jako je Pí, e, gravitační konstanta, ln(2), Planckova konstanta apod. Obr Skupina Numeric Elementary & Special Function sdružuje skupiny základních a speciálních funkcí jako jsou Goniometrické funkce, exponenciální funkce, hyperbolické funkce, funkce diskrétní matematiky (faktoriál, permutace) a různé typy dalších funkcí. Obr Skupina Elementary & Special Function 45

46 Linear Algebra sdružuje funkce pro práci s řadami a poli včetně vnořené skupiny Matrix pro práci s maticemi viz obr Jednotlivé funkce nebudeme blíže vysvětlovat, pro vysvětlení práce funkce je ve všech případech (i u dalších skupin) vhodné použít nápovědu (Context Help), kterou zobrazíme současným stiskem Ctrl+H. Obr Skupina Linear Algebra Fitting sdružuje funkce pro výpočet analytického popisu vložených křivek souborem dvoudimenzionálních dat viz obr Funkce je výhodné použít pro hodnocení výsledků měření, kde jsou naměřená data prokládána nějakou zvolenou křivkou závislostí Y = fce (X). Na výběr máme z lineární, exponenciální, logaritmické, polynomiální závislosti a dalších předvolených závislostí. Vybrat se dá i metoda výpočtu. Obr Skupina Fitting Interpolation & Extrapolation sdružuje funkce pro 1D a 2D interpolaci včetně Fourierovy interpolace. 46

47 Integration & Differentiation obsahuje funkce pro výpočet určitého i neurčitého integrálu i derivace funkce, volit lze i metodu integrace. Polynomial obsahuje funkce věnované výpočtům s polynomy. Ostatní vnořené skupiny se věnují speciálním a méně často používaným druhům výpočtů. Signal Processing Zpracování signálů je věnována sub paleta Signal processing na obr Najdeme zde skupinu funkcí věnovaných generování signálů, filtraci, operacím se signály spektrální analýze. Obr Sub paleta Signal Processing Data Communication Sub paleta Data Communication obsahuje skupiny prvků věnované nastavování a předávání dat mezi aplikacemi VI a k jejich synchronizaci viz obr Obr Sub paleta Data Communication 47

48 Control Design & Simulation Dynamickým modelům systémů, jejich vytváření (návrhům), analýze, simulaci a implementaci je věnována sub paleta Control Design & Simulation. Knihovny pro tyto aktivity je nutno dokoupit a doinstalovat, nejsou součástí základní instalace. Express Všechny expresní funkce jsou obsaženy v sub paletě Express.. Jsou zde rozděleny do skupin podle nejčastějšího použití. Expresní funkce jsou označeny modrou barvou pozadí a jsou vytvořeny pro programátory, aby jim usnadnili práci např. expresní funkce pro tvorbu XY grafů, expresní funkce pro ukládání naměřených (vypočítaných) dat do zvoleného typu souboru. Obr Sub paleta Express Input obsahuje expresní funkce pro shromažďování dat, získávání a simulování signálů z předem definovaných zařízení nebo obecně. Je zde také expresní funkce pro čtení dat ze souboru, jak je vidět na obr Vnořená skupina Instrument Drivers obsahuje ovladače pro zařízení dalších firem, jak již bylo zmíněno v části věnované sub paletě Instrument I/O Obr Skupina Input Signal Analysis sdružuje expresní funkce vytvořené pro provádění měření a analýzu křivek (např. FFT), funkce pro generování křivek a pro analýzu a zpracování signálů viz obr

49 Obr Skupina Signál Analyse Output,, jak je vidět na obr. 3.37, obsahuje expresní funkce pro ukládání dat do souborů (dá se zvolit typ souboru), pro generování zpráv, výstupních signálů, posílání zpráv uživatelům a stejně jako u skupiny Input je sem vnořena skupina ovladačů pro externí zařízení (Instrument Drivers). Obr Skupina Output Signal Manipulation sdružuje expresní funkce pro práci se signály$ (např. korekce, vymazání hodnoty ze signálu, slučování signálů apod.) a pro provádění konverze dat viz obr Obr Skupina Signal Manipulation Execution Control obsahuje struktury a expresní funkce pro řízení a časování programů viz obr Struktura While Loop má již předdefinované ukončovací tlačítko STOP (strukturám se věnuje kapitola 4). Expresní funkce Time Delay určuje, o kolik sekund se odloží spuštění volané VI, expresní funkce Elapsed Time udává čas, který uplynul od určeného času zahájení měření času. 49

50 Obr Skupina Execution Control Arithmetic & Comparison sdružuje expresní funkce pro provádění aritmetických funkcí a porovnání. Skupina obsahuje i vnořené skupiny Math, Numeric, Boolean a Comparison. Adonns je určeno pro lokální skupiny modulů a toolkitů, které si může uživatel do LabVIEW nainstalovat. Favorities umožňuje vytvořit si vlastní sub paletu nejčastěji používaných skupin prvků. Select a VI otevře vyhledávací okno adresáře, které (obdobně jako Browse button) slouží pro nalezení vlastního SubVI a jeho vložení do vytvářeného VI. FPGA Interface obsahuje funkce a vnořené skupiny prvků pro rozhraní FPGA. MINDSTORMS Robotics je doinstalovaná sub paleta se skupinami ovladačů pro řízení robotů Lego MindStorms viz obr Od verze LabVIEW verze 2013 SP1 je ovladač společný pro roboty NXT a EV3, starší verze LabVIEW umožňují instalaci ovladačů jen pro roboty NXT. Skupina Programing obsahuje další vnořené skupiny řídicích funkcí a struktur, které je možno použít k nahrání do robota, skupina I/O obsahuje ovladače pro řízení motorů a ovládání senzorů a dalších akčních prvků robota, skupina Behaviors obsahuje vzorové programy pro ovládání robota. Obr Sub paleta MINDSTORM Robotics Nabídku dostupných funkcí v základní instalaci je možné dále rozšiřovat dokoupením a doinstalováním speciálních programových balíků (Toolkit, Toolset). Některé knihovny je možno stáhnout a doinstalovat zadarmo např. knihovna ovládacích modulů pro MINDSTORS Robotics (poslední sub paleta na obr. 3.24). Některé skupiny prvků se dají najít v několika sub paletách, je jen na programátorovi, kterou cestu k prvku zvolí. 50

51 3.5. Vytvoření prvního virtuálního přístroje (VI) Nyní budeme předpokládat, dat, že po prostudování předchozích kapitol máme dostatek základních informací k tomu, abychom mohli vytvořit náš první virtuální přístroj (virtual instrument VI). Projdeme si společně postup jeho tvorby krok po kroku Úvodní kroky pro vytvoření VI Důležitým krokem pro zahájení práce na vytvoření VI je pokud možno přesná definice zadání úlohy, kterou má VI řešit. Nechť je zadání pro naši úvodní úlohu toto: zadat dvě čísla A a B určit součet čísel A + B určit součin čísel A * B porovnat čísla A > B, a pokud je A větší než B rozsvítit LED Důležitou částí zadání bývá požadovaný (nebo předpokládaný) vzhled čelního panelu, tedy uživatelského rozhraní. Budeme dbát na přehlednost a snadné ovládání, často intuitivní. Na obr je zobrazen čelní panel budoucího VI, který obsahuje dva číselné ovladače pro zadání čísel A a B, dva číselné zobrazovače pro zobrazení výsledku A+B,, resp. A*B, a kulatý zobrazovač LED pro indikaci výsledku porovnání A > B. Každý prvek čelního panelu je pro snadnou orientaci opatřen popiskem (Label). Obr Čelní panel našeho prvního VI Stejně jako vývoj většiny sofistikovaných (tedy důmyslných a dobře propracovaných) počítačových programů je i vytváření programů, resp. virtuálních instrumentů (VI), v LabVIEW jistou formou umění, kterému je třeba se stále učit a zdokonalovat je s cílem získávat svůj vlastní styl a rukopis. Následující kroky tvorby VI jsou tak vlastně jen jednou z možností tvorby VI. 51

52 Vytvoření čelního panelu VI Nyní si ukážeme, jak jsme čelní panel s ovládacími a indikačními prvky, jehož výsledná podoba je na obr. 3.41, vytvořili. 1. Spustíme LabVIEW, objeví se nám úvodní okno (viz obr. 3.1), v němž otevřeme prázdný VI postupem File»New VI nebo Create Project»Blank VI nebo přímo volbou Blank VI.. Zobrazí se dvojice oken prázdný čelní panel (Front Panel) a pod ním prázdný blokový diagram (Block Diagram) s prozatímním názvem Untitled 1. Pokud bychom nyní VI uložili, jméno souboru nesoucího informace o vytvářeném VI by bylo Untitled 1.vi. Většinou se budeme snažit jménem souboru vystihnout princip nebo funkci s cílem snadněji jej později identifikovat a nalézt. Náš program uložíme volnou File»Save a nazveme ho První_VI. 2. Nyní vložíme do čelního panelu ovládací prvky (Controls) a indikační prvky (Indicators). Na obr je znázorněn postup vložení numerického ovládacího prvku Control. Kliknutím na pravé tlačítko myši vyvoláme paletu Controls,, zde (např. v sub paletě Modern) ) vybereme složku číselných ovladačů (Numeric) a v ní vybereme kliknutím levým tlačítkem myši na zvolený prvek Numeric Control modře se orámuje viz obr a), myš přetáhneme na čelní panel, kde se nám zobrazují čárkovaně hranice prvku viz obr b) a kliknutím levého tlačítka myši ho vložíme na plochu čelního panelu obr c). Po vložení prvku zůstal černě zvýrazněn název prvku (Label), z klávesnice je možné okamžitě text změnit v našem případě na A jak je vidět na obr d). Tím je prvek vložen do čelního panelu VI. Současně s vložením prvku na čelní panel se nám v blokovém diagramu zobrazil Terminál prvku se stejným označením, jak je vidět na obr a) b) c) Obr Postup umístění prvků na čelní panel d) 3. Pokud na editaci popisku Label zapomeneme nebo ji chceme změnit, můžeme si text znovu zvýraznit dvojklikem na oblast textu nebo Label změnit pomocí položky Properties v menu prvku. 52

53 Obr Terminál vloženého prvku v blokovém diagramu 4. Stejným postupem vložíme druhý Numeric Control s názvem B a volnou Numeric Indikator pak výsledky součtu a součinu. Ze skupiny Boolean pak vybereme LED a označíme ji podle předlohy a změníme její velikost jedním ze způsobů, které byly popsány v kapitole věnované Paletě Controls. Podklad je vytvořen ze skupiny Decoration. Protože jsme ho vložili jako poslední, je potřeba předefinovat jeho vrstvu v rámci grafiky pomocí tlačítka Reorder na liště čelního panelu Váš výsledný čelní panel by měl obsahově a podobou odpovídat zadání Vytvoření blokového diagramu VI Po vložení všech prvků na čelní panel se vytvořily jim příslušné terminály v blokovém diagramu. Přepnutím do blokového diagramu (např. volbou Window»Show Block Diagram nebo stiskem Ctrl+E) uvidíme blokový diagram v podobě, jež je zobrazena na obr Obr Blokový diagram po vložení prvků na čelní panel 1. Nyní vložíme do blokového diagramu prvky (uzly) realizující funkce podle zadání. Kliknutím na pravé tlačítko myši vyvoláme paletu Functions, zde (např. v sub paletě Programming) vybereme skupinu s aritmetickými funkcemi Numeric,, a v ní prvek algebraického sčítání Add. Kliknutím na zvolený prvek Add,, který se po výběru modře orámuje, jak jsme to již poznali při volbě prvku čelního panelu obr a). Táhnutím myši jej vložíme na plochu blokového o diagramu a na vhodném místě znovu klikneme na levé tlačítko myši. Tím je prvek vložen do VI - viz obr b). Tímto postupem vložíme do blokového diagramu rovněž funkci násobení (Multiply). Po vložení prvního uzlu (funkce) se tlačítko Run na liště (šipka) změnila z bílé na přeškrtnutou List Errors, která indikuje, že v programu je nějaká chyba, která brání spuštění nebo varování. Popis Error listu je na konci postupu tvorby prvního VI. 53

54 Obr Postup vkládání prvku do blokového diagramu 2. Nyní vložíme do blokového diagramu další uzel funkci komparace (porovnání). Kliknutím na pravé tlačítko myši vyvoláme paletu Functions, zde (např. v sub paletě Programming) vybereme skupinu Comparison a z ní vybereme funkci Greater?. Postup vkládání funkcí porovnání je identický s vkládáním numerických funkcí. Chceme-li získat informace o vybírané funkci, můžeme aktivovat kontextovou nápovědu postupem Help»Show Context Help, příp. stiskem Ctrl+H. Obr Přidání funkce Greater? do blokového diagramu 3. Řídicí a indikační terminály, které jsme do VI vložili prostřednictvím čelního panelu, mají své popisky již definované. Popisky (Label) uzlů (funkcí, SubVI nebo struktur) vkládaných do VI z blokového diagramu, tj. prvků, které se nezobrazují na čelním panelu, musíme (pokud tak chceme učinit) zviditelnit. Kliknutím na pravé tlačítko myši v blízkosti zvoleného prvku vyvoláme pop-up menu prvku, v něm zvolíme položku Visible Items a následně kliknutím na levé tlačítko myši zaškrtneme položku Label.. Tím se nám zviditelní popisek u zvoleného uzlu. Tento postup je zobrazen na obr Při volbě položky Properties je možno v záložce Apperance popisek (Label) změnit. 54

55 Obr Zobrazení popisku uzlu (funkce) 4. Nyní můžeme provést propojení terminálů za pomoci propojovacího nástroje (wiring tool) - cívka, který vyvoláme (pokud není zvolena automatická volba nástroje) z palety nástrojů Tools v základním menu postupem View»Tools Palette,, nebo současným stiskem tlačítka Shift a pravého tlačítka myši. Přiblížením kurzoru ve tvaru cívky s drátem k uzlu se zviditelní jeho připojovací terminály, malé políčko u nejbližšího terminálu začne blikat viz obr Pokud pracujeme v automatickém režimu, kurzor myši se nám při přiblížení k připojovacímu pinu v cívku sám změní. Kliknutím na levé tlačítko myši v místě výchozího terminálu (pinu) začneme táhnout spoj k cílovému pinu terminálu, kde spoj ukončíme dalším kliknutím levého tlačítka myši. Při zvýraznění pinu uzlu (funkce) se ve žlutém okně zobrazí jeho označení, v našem případě x. Pokud chceme spoj zalomit, v místě zlomu klikneme levým tlačítkem myši. Je-li třeba spoj odbočit, pak přiblížíme propojovací nástroj k místu odbočení ze stávajícího spoje, klikneme na levé tlačítko myši a táhneme spoj k cílovému terminálu. Postup propojení terminálu a uzlu je zobrazen na obr. 3.48: a) počátek tažení spoje; b) spoj před ukončením; c) vytvořený spoj. Obr Zviditelnění terminálů uzlu a) b) c) Obr Postup propojování terminálů blokového diagramu 55

56 5. Nyní stejným postupem propojíme ostatní spoje. Výsledný blokový diagram je na obr Obr Výsledný blokový diagram 6. Je-li celý VI hotov, můžeme jej uložit pod konkrétním názvem ve shodě se zásadami pro použitý operační systém. Volbou File»Save, zadáním jména souboru a správného místa (adresáře) pro uložení. Náš první VI nazveme jménem souboru např. První_VI.vi a uložíme stiskem tlačítka OK. 7. Nyní přepneme na zobrazení čelního panelu (postupem Windows»Show Front Panel nebo Ctrl+E) a můžeme vytvořený VI vyzkoušet. Stiskem tlačítka Run na liště (resp. postupem Operate»Run nebo stiskem Ctrl+R) vytvořený VI spustíme. Pokud jsme nechali hodnoty A a B ve výchozí hodnotě (tj. 0), zobrazovač LED se nerozsvítí, neboť A=B (obě hodnoty jsou stejné). Pomocí tlačítek číselných ovladačů nebo přímo dvojklikem na číslo uvnitř číselných ovladačů nyní změníme hodnoty čísel A a B (např. A = 6, B = 5), a znovu stiskneme tlačítko Run. Výsledkem by mělo být zobrazení výsledků A+B = 11 a A*B = 30, zobrazovač LED se rozsvítí. Ukončíme-li experimentování a práci s vytvořeným VI, uzavřeme VI volbou File»Close nebo stiskem Ctrl+W nebo zavřením čelního panelu stiskem tlačítka jako okno ve Windows, vrátíme se do úvodní obrazovky - viz obr. 3.1, samozřejmě pokud jsme předtím neotevřeli jiný VI. Uložený soubor se nám zobrazí v nabídce pravé části úvodní obrazovky jako rychlá předvolba otevření již vytvořených souborů. Po prvním vložení uzlu (funkce) se tlačítko Run na obou nástrojových lištách změnilo v tlačítko List Errors přerušená šipka (jak bylo popsáno v bodě 1. tvorby VI). Klikem levého tlačítka myši na tlačítko se zobrazí okno Error list se seznamem chyb a varování. Okno lze vyvolat také postupem View»Error list,, případně stiskem Ctrl+L. V okně je možno zapnout nebo vypnout zobrazení varování volbou Show Warnings. Varování nebrání spuštění programu. V programu LabVIEW se rozlišují dvě úrovně chyb v programu jak je vidět i na obr. 3.50: výstraha (Warning) chyba, která však nemusí znamenat nemožnost spuštění programu, chyba (Error) chyba při kompilaci programu, při které není možno program spustit 56

57 Obr Seznam chyb a varování (Error list) před dokončením vytvářeného VI Zvolení chyby nebo varování zobrazí ve spodním okně Details popis problému (chyby či varování) a kliknutí na tlačítko Show Error přenese programátora zpět do blokového diagramu a terminál nebo uzel, kterého chyba týká, se černě zvýrazní a zůstane označený (černou přerušovanou pohybující se čarou jsou označeny jeho hranice). Tlačítkem Close okno zavřeme, lze opět použít i klasické zavírání oken 3.6. Datový tok (Data Flow) Vykonávání programu v LabVIEW je řízeno datovým tokem a nikoli lineárním vykonáváním řádků kódu, jak je obvyklé u textových programovacích jazyků (tzv. řízený tok, angl. control flow), kde jsou jednotlivé části programu řazeny sekvenčně. Datový tok tak jednoznačně určuje směr provádění programu. Zpracování informace v jednotlivých uzlech blokového diagramu se provede tehdy, jsou-li na všech jeho vstupech informace potřebné k jeho provedení. Po ukončení zpracování má uzel na výstupu definované informace, které se pošlou dále. Pokud je informací na výstupu více, jsou aktivně poslány dále až ve chvíli, kdy jsou kompletní. V textových programovacích jazycích se pro práci s konkrétními hodnotami používají programové proměnné (variables), které je před prvním použitím, tzn. obvykle na začátku programu, nutné deklarovat, tedy definovat jejich název a vlastnosti. Určitou obdobou v prostředí LabVIEW je datový tok reprezentovaný datovým spojem, kterým 57

58 je přenos dat realizován. Funkce a VI automaticky alokují paměť pro data a nejsou-li již data používána, přiřazená paměť je uvolněna. Jsou-li přidána nová data do pole nebo řetězce, automaticky se přiřazená paměť zvětší. Některé prvky si paměť uchovávají, ale u těch si to zdůrazníme, až se jim budeme věnovat v dalším popisu Jednoduchý VI s datovým tokem Na ukázku datového toku si vytvoříme VI. Tento VI bude převádět hodnotu teploty v jednotkách stupňů Celsia ( C) na hodnotu teploty v jednotkách stupňů Fahrenheita ( F). Matematický zápis přepočtu má podobu lineární rovnice typu y = a.x + b, konkrétně t F = l,8. t C + 32 kde t F je hodnota teploty ve o F, t C je hodnota teploty ve o C, a my tuto rovnici nyní přepíšeme do grafického kódu LabVIEW. 1. Otevřeme si novou VI například volnou Blank VI v levém okně úvodní obrazovky. 2. Na plochu čelního panelu vložíme číselný vstup a číselný indikátor z palety Controls a hned po jejich vložení je přejmenujeme podle obr Obr Popisky vstupu a indikátoru na čelním panelu VI 3. Nyní přepneme na obrazovku blokového diagramu (Ctrl+E) a vložíme funkci násobení (z palety Functions vybereme sub paletu Modern, v ní potom skupinu Numeric a v ní funkci násobení Multiply). Kliknutím na tento prvek jej vybereme a táhnutím myši vložíme na plochu blokového diagramu, kde znovu klikneme. Následně propojíme řídicí terminál (označený Teplota [st. C]) s jedním z terminálů funkce násobení. K druhému terminálu připojíme konstantu (tj. realizujeme násobení konstantou 1,8 vyplývající z úvodního převodního vztahu). Kliknutím na pravé tlačítko myši v místě terminálu funkce 58

59 násobení Multiply vyvoláme pop-up menu a postupem Create»Constant vložíme číselnou konstantu. Tento postup je naznačen na obr Obr Postup vložení konstanty Poznámka 1: Výchozí hodnota vložené konstanty je 0, takže před dalším pokračováním musíme její hodnotu (postupem již dříve popsaným) změnit na požadovanou hodnotu 1,8. Poznámka 2: Přestože nám VI nedetekuje žádnou chybu (tlačítko Run je beze změny), při zobrazení Error listu (Ctrl+L)) nám program napoví, že není připojen terminál výstupu Teplota [st. F], což je pouhé varování. Nezapojení výstupu funkce násobení není detekováno ani jako chyba ani jako varování. 4. Do blokového diagramu vložíme funkci sčítání (Add) obdobným postupem popsaným výše, na jeden jeho terminál připojíme (aditivní) konstantu 32 a všechny terminály propojíme do podoby znázorněné ve výřezu blokového diagramu na obr Na závěr VI uložíme postupem File»Save, příp. File»Save as,, zadáním jména souboru Prevod_C_na_F.vi a adresáře pro uložení a nakonec stiskem tlačítka OK. Obr Blokový diagram Prevod C na F.vi 5. Zůstaneme u zobrazení blokového diagramu (pokud máme zobrazen čelní panel, potom stiskem Ctrl+E přejdeme na zobrazení blokového diagramu) a klikneme levým tlačítkem myši na tlačítko se symbolem žárovky (Highlight Execution) na nástrojové liště blokového diagramu. Symbol pohaslé žárovky se po stisku změní na symbol rozsvícené žárovky. Nyní stiskem tlačítka Run (resp. stiskem Ctrl+R) ) spustíme program a můžeme pozorovat datový tok po 59

60 spojích znázorněný v podobě tekoucích kuliček. Je například patrné, že číslo 32 na vstupu funkce sčítání čeká, až se dokončí předchozí funkce násobení a teprve potom pokračuje vykonávání programu Datové typy spojů Různé objekty čelního panelu resp. jejich vstupy nebo výstupy jsou vzájemně propojeny různými datovými toky různých typů. Objekty resp. piny objektů různých, vzájemně neslučitelných, datových typů nelze vzájemně propojovat. Např. tlačítko je v blokovém diagramu označeno zeleným rámečkem, což odpovídá (dle tab. 3.1) binárnímu datovému typu (Boolean). Může být tedy spojeno spojem zelené barvy s dalším vstupem indikátoru (prvku) s rámečkem zelené barvy. Knoflík (otočný prvek, který umožňuje plynulé lé nastavování hodnot) je zase označen oranžovým rámečkem, což značí číselný datový typ s pohyblivou čárkou (Floating point) a může být propojen spojem oranžové barvy se vstupem prvku, který je označen rámečkem oranžové barvy nebo modré barvy, která značí prvky celočíselného typu. Na vstupu se pouze objeví červená tečka, která značí změnu datového typu. LabVIEW desetinné číslo zaokrouhlí na celé číslo. Naopak nelze oranžově označený knoflík připojit na vstup zelené barvy. Poznámka: Spoje jsou označeny stejnou barvou, jakou jsou označeny připojovací terminály. Spoje však navíc určují šířkou spoje typ proměnné skalár, D pole a D pole viz, obr Číselné datové typy Číselné datové typy (Numeric) se dělí na typy, které uchovávají pouze celočíselné hodnoty (Integer, Fixed-point), a na typy pro reálná čísla (Floating-point). V aplikacích je vhodné rozlišovat konkrétní typ a nastavit jejich formát předem tam, kde je jasné, s jakými daty bude VI pracovat. Tím se u výpočtů (postprocesingu) většího objemu dat sníží doba výpočtů, převodů mezi číselnými datovými typy a nadměrná alokace paměti. Nastavení formátu a přesnosti čísel se nastavuje pomocí pop-up menu prvku na čelním panelu i pomocí pop-up menu terminálu tohoto prvku v blokovém diagramu. Položka Representation rozbalí menu s možnostmi datových typů. Ty jsou zde uvedeny jen zkratkami a symboly. Pro určitý typ terminálu lze nastavit jen některé typy formátů čísel datového toku. a) u prvku b) u terminálu Obr Volba datového typu pomocí pop-up menu 60

61 LabVIEW pracuje s těmito datovými typy formátů čísel (Numeric): EXT datový typ s pohyblivou čárkou s rozšířenou přesností (extendeddvojitou přesností (double-precision), precision), DBL datový typ s pohyblivou čárkou s SGL datový typ s pohyblivou čárkou s jednoduchou přesností (single- precision), FXP datový typ s pevnou čárkou (fixed-point), I64 datový typ celočíselný 63 bitů se znaménkem (quad signed integer), I32 datový typ celočíselný 31 bitů se znaménkem (long signed integer), I16 datový typ celočíselný 15 bitů se znaménkem (word signed integer), I8 datový typ celočíselný 8 bitů se znaménkem (byte signed integer), U64 datový typ celočíselný 64 bitů bez znaménka (quad unsigned integer), U32 datový typ celočíselný 32 bitů bez znaménka (long unsigned integer), U16 datový typ celočíselný 16 bitů bez znaménka (word unsigned integer), U8 datový typ celočíselný 8 bitů bez znaménka (byte unsigned integer), CXT datový typ komplexní s rozšířenou přesností (complex extendeddvojitou přesností (complex double-precision), precision), CDB datový typ komplexní s CSG datový typ komplexní s jednoduchou přesností (complex single- precision). V tab. 3.2 je uveden přehled datových formátů čísel (Numeric) a jejich základních vlastností převzaté z manuálu LabVIEW. Tabulka 3.2: Přehled vlastností datových formátů čísel (Numeric) Datový typ Velikost [bit] EXT 128 DBL 64 SGL 32 FXP 64 I64 64 I U64 64 U32 32 U16 16 U8 8 CXT 256 CDB 128 CSG 64 Des. místa Rozsah min. kladné číslo: 6, max. kladné číslo: 1, min. záporné číslo: - 6, max. záporné číslo: - 1, min. kladné číslo: 4, max. kladné číslo: 1, min. záporné číslo: - 4, max. záporné číslo: -1, min. kladné číslo: 1, max. kladné číslo: 3, min. záporné číslo: -1, max. záporné číslo: -3, dle nastavení 18 min. záporné číslo: max. kladné číslo: až (= 2 31 ) až (= 2 15 ) až 127 (= 2 7 ) 18 0 až až (= 2 32 ) 4 0 až (= 2 16 ) 2 0 až 255 (= 2 8 ) jako u EXT, pro Re a Im část 15 jako u DBL, pro Re a Im část 6 jako u SGL, pro Re a Im část 61

62 Při běžném nastavování se nejvíce používá formát čísel DBL především v případech, kdy je důležité ukládání do paměti a nechceme-li dopustit přetečení rozsahu čísla. EXT formát se používá, jen pokud je to nezbytně nutné. Datový typ Boolean Datový typ Boolean může nabývat pouze dvou hodnot: False (nepravda) nebo True (pravda). a). Hodnota typu Boolean je výsledkem všech logických výrazů. Datový typ Waveform Datový typ Waveform je speciální formát (tzv. cluster klastr) pro data z časové oblasti, který obsahuje tyto významné body: t0 start time (t0) čas začátku (první bod) průběhu, který se používá k synchronizaci vykreslování více průběhů do grafu nebo k určování zpoždění mezi jednotlivými průběhy, dt delta t časový interval mezi jednotlivými po sobě jdoucími body průběhu, který se dá zadat i v položce Propertier, Y Waveform data 1D pole čísel formátu DBL. Použití tohoto datového typu je velice jednoduché, protože funkce, VI a zobrazovací objekty (např. Waveform Chart) mají implementovánu funkci polymorfismu což znamená, že jejich vstupy a výstupy se automaticky přizpůsobují typu vstupních dat. Datový typ Variant Datový typ Variant nepředstavuje konkrétní datový typ, může obsahovat kterýkoli jiný datový typ. Obsahuje atributy, jako je např. název a jednotka měřícího kanálu, text a další typy. Funkce pro práci s těmito daty jsou v knihovně Functions»Advanced»Data Manipulation»Variant.. Jakákoliv data z LabVIEW se dají zkonvertovat do typu Variant a pak s nimi lze libovolné pracovat. Příklad: Zkonvertujeme-li data typu String do typu Variant, tato data pak obsahují text a informaci, že data jsou typu String. Typ Variant se používá tam, kde je nutné pracovat s daty nezávisle na jejich typu. Atributy se přidávají k další identifikaci datového typu Variant. S proměnnou typu Variant lze provádět všechny operace, které jsou povoleny s jednotlivými datovými typy. String, Array a Cluster Datové typy String (řetězec), Array (pole) a Cluster (klastr) budou podrobněji popsány v kapitole 6. 62

63 Přiřazení fyzikální jednotky Objektům Numeric Control a Indicator, který má datový typ s plovoucí desetinnou čárkou (DBL), lze na čelním panelu přiřadit fyzikální jednotku, pokud reprezentuje fyzikální veličinu 2. Jednotka je samostatně zobrazena vedle prvku. Typ jednotky se určí volbou v pop-up menu objektu postupným výběrem Visible Items»Unit Label. Fyzikální jednotky se dají zadat jen pomocí jejich standardních značek, jako např. m, ft, s, kg, Hz apod. Pokud se rozhodneme svázat s hodnotou jednotku tímto postupem, musíme si dát pozor na následující vlastnosti LabVIEW: Objektům Numeric Control a Indicator je možno na čelním panelu pomocí v pop-up položkou Visible Items»Radix (radix = kořen, základ) podle typu objektu zvolit číselný základ desítkový, hexadecimální, oktalový nebo binární, příp. v tzv. SI notaci, která pracuje s předponami jednotek. Pokud má objekt definovanou konkrétní fyzikální jednotku, můžeme k němu připojit jen takový objekt, který má jednotku s ním slučitelnou nebo vypočítatelnou. LabVIEW důsledně hlídá vzájemnou shodu typů jednotek. Některé VI a funkce neumí s fyzikálními jednotkami pracovat. Např. funkce inkrementace (zvětšení o jedničku) se musí nahradit klasickým přičtením, protože funkce inkrementace neví, má-li zvětšení provést o 1 metr, 1 milimetr nebo 1 kilometr atd. 2 Jednotky nelze používat ve Formula Nodes. 63

64 4. Programové ramové struktury Složka Structures obsahuje programovací struktury, tedy obdobu příkazů s větvením či cyklů, které jsou čtenářům jistě známy z programování v jazyku C++, Delfi nebo dalších textových programovacích jazyků. Stejně jako v těchto programech řídí průběh vykonávání programu. V této části se seznámíme pouze s těmi nejpoužívanějšími strukturami: smyčka For (For Loop) vytvoření programového cyklu s předem známým počtem opakování, smyčka While (While Loop) vytvoření programového cyklu s opakováním v závislosti na splnění určité podmínky, struktura Case podmíněný příkaz nebo přepínač pro větvení vykonávání algoritmu, Flat Sequence jedna z možností zajištění sekvenčnosti provádění funkcí (užívá se zejména tehdy, pokud není sekvenčnost zajištěna principem datového toku), Formula Node možnost efektivního způsobu zadání matematického vzorce. MATLAB Script možnost zadat část analýzy či výpočtu v programu MATLAB. Struktura se vkládá do blokového diagramu vytvářeného VI z palety Functions po vyvolání sub palety Programming»Structures (celá nabídka struktur je znázorněna na obr 4.1), případně ze sub palety Express»Execution Control (některé často používané struktury), struktury pro vkládání vzorců najdeme také v nabídce Mathematics»Scripts&Formulas. Obr. 4.1 Paleta pro výběr programových struktur 64

65 Po vybrání požadované struktury se tvar kurzoru změní na čtvereček s malým symbolem zvolené struktury, který lze při podržení levého tlačítka myši roztáhnout na požadovanou velikost na plochu blokového diagramu. Data se přivádějí do struktury nebo se ze struktury odvádějí datovým spojem přes tzv. vstupní nebo výstupní tunel. Ve výstupním tunelu je hodnota k dispozici až po provedení posledního rámce nebo cyklu struktury. Vstupnímu tunelu lze povolit indexování, mód (typ) výstupního tunelu je pro jednotlivé struktury přednastaven, lze ho ale změnit podle požadavku programátora. Na výběr je poslední hodnota (Last Value), indexace (Indexing), která se využívá při práci se strukturovanými datovými typy (pole), a zřetězení (Concatenating)., které je možno použít při práci s řetězci Smyčka For (For Loop) Jedna z nejúčinnějších věcí, které může počítač vykonávat je dělat stejné operace znovu a znovu, dokud není dosaženo požadovaného stavu. U smyčky For (For Loop) je tímto stavem pevně stanovený počet opakování např. získání 100 vzorků z nějakého senzoru. Smyčka For vykonává N krát opakování kódu nacházejícího se uvnitř smyčky (tzv. sub diagram). Číslo N se zadává prostřednictvím počítacího terminálu (levý horní roh smyčky) jako konstanta nebo má počet cyklů možnost zadat uživatel pomocí uživatelského rozhraní (např. Front Panel»Numeric»Numeric Control), informaci o aktuálním počtu dosud vykonaných cyklů i (v rozsahu i = 0 až N 1) poskytuje iterační terminál, který se vždy při vytvoření smyčky objeví v levém dolním rohu- viz obr Obr. 4.2 Smyčka For Loop Hodnoty čísel N a i jsou ve formátu I32 v rozsahu 0 až Hodnota ve formátu s plovoucí čárkou přivedená na terminál N je zaokrouhlena a převedena na formát I32. Přivede-li se na vstup N hodnota 0, cyklus se neprovede. Výstupní tunel je pro všechny typy proměnných přednastaven do módu indexace (Indexing), předpokládá se vytváření pole hodnot. Pokud potřebujeme u některé výstupní hodnoty ze smyčky pouze poslední hodnotu, je potřeba mód tunelu změnit. Provedení této změny si ukážeme u příkladu. 65

66 Pokud chceme umožnit předčasné ukončení smyčky For, máme možnost vložit do ní podmínkový terminál resp. ukončovací podmínka, kterou si vysvětlíme více v kapitole 4.2 (Conditional Terminal). Kliknutím pravého tlačítka myši na pravý okraj smyčky For se nám zobrazí pop-up menu s možnostmi nastavení vlastností smyčky For, kde vybereme Conditional Terminal viz obr Obr. 4.3 Vložení podmínkového terminálu do smyčky For Loop Tento terminál se objeví v pravém dolním rohu a u symbolu N v levém horním rohu se objevil jeho obraz obr Podmínkový terminál se při každém opakování smyčky vyhodnotí (dle postupu datového toku). Při splnění zadané podmínky smyčku předčasně ukončí tj. před dosažením požadovaného počtu opakování. Této možnosti využíváme např. pro bezpečnostní ochranu v provozu při dosažení nějakých kritických hodnot nebo při nutné odstávce můžeme umožnit obsluze ukončení tlačítkem. Obr. 4.4 Smyčka For Loops podmiňovacím ovacím terminálem V pop-up menu smyčky For je i možnost záměny na smyčku While (Replace with While Loop), kterou si představíme dále. Pokud chceme smyčku odstranit, máme na výběr dvě možnosti. Pokud smyčku označíme (např. kliknutím na okraj) a stiskneme na klávesnici tlačítko Delete, odstraníme smyčku včetně celého sub diagramu uvnitř smyčky. Pokud chceme jen odstranit smyčku, ale obsah sub diagramu ponechat, vybereme z menu vlastností 66

67 Remote For Loop.. Tato volba smaže smyčku, ale vnitřní strukturu sub diagramu ponechá, pouze rozpojí vše napojené na vstupní a výstupní tunely a terminály. Se smyčkou zmizí také číslo N, iterační a případně i podmínkový terminál. Volbu Add Shift Register si vysvětlíme v kapitole Nyní si na příkladu ukážeme postup vytvoření programu se smyčkou For pro vygenerování 100 náhodných čísel. 1. Vytvoříme prázdné VI např. výběrem File»New VI. 2. Chceme generovat náhodná čísla, proto do blokového diagramu vložíme funkci Random Numeric z palety Programing»Numeric.. Indikátor, který nám vybraná čísla bude zobrazovat na uživatelském rozhraní, vytvoříme nejrychleji kliknutím pravého tlačítka myši na výstup funkce Random Numeric a volbou Create»Indicator.. Na obrázku 4.5 vidíme současný vzhled uživatelského rozhraní i obsah blokové diagramu. Obr. 4.5 Generování náhodného čísla 3. Nyní vytvoříme smyčku For. Vybereme ji v nabídce Programing»Strucures kliknutím levého tlačítka myši, myš umístíme do prostoru vlevo nad připravené generování náhodného čísla, klikneme na pravé tlačítko myši, myš přesuneme na pravou stranu pod připravený program. Poté opět klikneme na pravé tlačítko myši. Tím se vytvoří smyčka jak je vidět na obr. 4.6 a). Na vstup čísla N vytvoříme konstantu (obdobně jako indikátor v bodě 2, jen zvolím Constant), kterou nadefinujeme na hodnotu 100 viz obr. 4.6b). a) krok 1 b) krok 2 Obr. 4.6 Smyčka Loop s generováním náhodného čísla 4. Pokud si teď spustíte program, bude vykonán v řádu několika milisekund. Na uživatelském rozhraní budete schopni rozeznat jen poslední vygenerovanou hodnotu. 5. Abychom byli schopni sledovat děj, můžeme si ho např. zpomalit stiskem žárovky v horní liště blokového diagramu. Tuto možnost má pouze 67

68 programátor, funkce je určena pouze pro ladění programu, jak bylo již vysvětleno v kapitole Pokud chceme, aby průběh generování mohl sledovat i uživatel, můžeme průběh smyčky zpomalit. Do těla smyčky vložíme funkci Wait (Programing»Timing), která způsobí čekání po nastavenou dobu v milisekundách. Na vstup přivedeme hodnotu 1000 obr Jedna smyčka tedy bude trvat přibližně 1 sekundu a celý program cca 100 sekund. Obr. 4.7 Rozšíření smyčky o časové zpoždění 7. V tomto případě se nám může hodit použití předčasného ukončení, aby uživatel mohl generování ukončit sám. Do smyčky vložíme podmínkový terminál (viz obr. 4.3) a k němu připojíme tlačítko. Pokud využijeme stejný postup jako v bodě 2 s volbou Control,, vytvoří se nám na uživatelském rozhraní automaticky tlačítko STOP se správnou mechanickou akcí. Na obr. 4.8 vidíme konečný vzhled uživatelského rozhraní i blokového diagramu. Obr. 4.8 Konečný ný program zobrazení generovaných náhodných čísel 8. Program je kompletní a můžeme hotový program vyzkoušet. Poznámka 1: Při tvorbě programu je nutno mít na zřeteli, že průběh programu i v subdiagramu řídí datový tok a ne umístění bloků v rámci prostoru smyčky. Poznámka 2: Rychlé vytváření terminálu konstant nebo prvků vstupu (control) nebo výstupu (indicator) lze provést kliknutí pravým tlačítkem myši na daném pinu vstupu nebo výstupu terminálu nebo uzlu a volbou Create v pop-up menu. Tímto postupem lze vložit jako vstupní hodnotu konstantu (konkrétní hodnotu) volbou 68

69 Constant,, vstupní ovládací prvek (pro vstup hodnoty z uživatelského rozhraní) volbou Control,, nebo zobrazovač/indikátor (výstupní hodnotu) volbou Indicator Smyčka While Loop Struktura While Loop (smyčka While) ) se používá pro vytvoření opakování algoritmu ve VI po dobu podle zadané ukončovací podmínky (datového typu Boolean), viz obr Cyklus může být ukončen tehdy, je-li stav ukončovací podmínky přivedený na vstup podmínkového terminálu podle předchozího nastavení buď True (pro nastavení Stop If True) viz obr. 4.5 a), nebo False (pro nastavení Continue if True) viz obr. 4.5 b). Nastavení se volí v pop-up menu vyvolaném kliknutím knutím pravého tlačítka na podmínkový terminál a zaškrtnutím příslušné podmínky. Protože VI čeká na splnění podmínky na konci proběhnutí každého cyklu, provede se kód ve smyčce vždy minimálně jedenkrát. Aktuální počet dosud vykonaných cyklů i poskytuje iterační terminál stejně, jako tomu bylo ve smyčce For. a) Stop if True b) Continue if True Obr. 4.9 Smyčka While (While Loop) nastavení podmínkového terminálu Pop-up menu smyčky While je na obr Položka Remote While Loop je identická s položkou Remote u smyčky For Loop vymaže smyčku a zachová její sub diagram (program uvnitř smyčky) Pop-up menu obsahuje reciproční záměnu za smyčku For Loop. 69

70 Obr Pop-up menu smyčky While (While Loop) Přímo v pop-up menu je pro smyčku While i nabídka záměny za Timed Loop (časem řízenou smyčku), té se v této knize ale věnovat nebudeme, patří do vyšších programovacích struktur. V pop-up menu můžeme volit funkci podmínkového terminálu zaškrtnutím Stop if True nebo Continue if True. Volbu Add Shift Register si vysvětlíme v kapitole Nyní si s využitím smyčky While vytvoříme program pro sčítání čísel, které se bude opakovat tak dlouho, dokud nebude stisknuto tlačítko STOP. 1. Vytvoříme prázdné VI např. výběrem File»New VI. 2. Nyní zvolíme opačný postup tvorby programu než v příkladu v kapitole 4.1 nejprve si do blokového diagramu vložíme smyčku. Z palety Functions»Programming»Structures vybereme strukturu While kliknutím pravého tlačítka myši na While Loop. Myš se nám změnila na ikonu smyčku while, přeneseme ji na plochu blokového diagramu, kurzor myši umístíme, kde chceme mít levý horní roh smyčky, klikneme na pravé tlačítko myši, přesuneme myš na polohu pravého dolního rohu smyčky a opět klikneme na pravé tlačítko myši. Na ploše blokového diagramu by se měla vytvořit smyčka jako je na obr. 4.9 a). 3. Na vstup podmínkového terminálu umístíme tlačítko STOP pomocí pop-up menu terminálu Create»Control obr

71 Obr Smyčka While ukončení stiskem tlačítka tka STOP V řadě případů budeme na vstup podmínkového terminálu připojovat tlačítko STOP, v tom případě nám práci urychlí vložení smyčky While z palety Functions»Express»Exec Control.. V tomto případě se přeskočí podoba z obr. 4.9 a) a vytvoří se rovnou podoba smyčky podle obr Do plochy smyčky While vložíme funkci sčítání z palety Functions»Programming»Structures a indikátor hodnoty výsledku stejně jako vstupní hodnoty vložíme např. pomocí pop-up menu terminálů funkce Add jak bylo shrnuto v poznámce 2 za příkladem v kapitole 4.1. Pokud budeme vkládat vstupní a výstupní hodnoty v uživatelském rozhraní (např. Controls»Modern»Numeric), jejich terminály se náhodně umístí v blokovém diagramu. Musíme je následně přesunout do smyčky While a propojit s funkcí Add. Je vždy na výběru programátora, zda je pro něj výhodnější náhodné umístění terminálů v blokovém diagramu nebo v uživatelském rozhraní. 5. Výsledný program v blokovém diagramu je na obr. 4.12, po jeho spuštění se budou opakovaně sčítat čísla X a Y a uživatel má možnost je v průběhu chodu programu měnit (šipkami nebo zápisem). Obr Opakované sčítání dvou čísel Zastavme se ještě chvilku u chodu tohoto programu a vysvětleme si podrobněji některé detaily umístění a funkce programu. Pokud program spustíte a zkontrolujete si vytížení procesoru (CPU) Vašeho počítače zjistíte, že pouhé sčítání dvou čísel vytěžuje procesor na cca 80 90%. Této hodnoty dosáhnete bez ohledu na kvalitu počítače a počet jader procesoru. LabVIEW je vytvořeno tak, že se snaží vytěžovat procesor co 71

72 nejvíce a zrychluje tak průběh jednotlivých smyček. Proto tam, kde nepoužíváte přesnou časovou synchronizaci, doporučujeme dávat do všech typů smyček (a především smyček While) drobné zpoždění pro práci CPU na pozadí. Tuto funkci jsme použili i pro zpomalení smyčky For Loop v kapitole 4.1. Pokud si vytvořený program doplníte o funkci Wait (Programing»Timing), se vstupní hodnotou pouhé 1 ms, dojde k uvolnění CPU a jeho vytížení klesne na minimum. Obr Opakované sčítání dvou čísel s uvolnění ní CPU Umístění číselných vstupů x a y uvnitř smyčky umožňuje jejich změnu v průběhu vykonávání smyčky. Smyčka v každém běhu načítá jejich hodnotu znovu. Pokud bychom umístili jedno nebo obě hodnoty mimo tělo smyčky, program by načetl hodnotu/y jen při vstupu datového toku do smyčky a pak je pro každé opakování bude brát jako konstantu a jejich změna nebude mít na průběh sčítání vliv. Pokud přesuneme číselný vstup x vně smyčky, vytvoří se na hranici smyčky oranžový čtvereček tunel (datový typ Integer). Pokud nyní stisknete tlačítko Run, program se rozběhne a výsledná hodnota součtu bude ovlivněna pouze změnou hodnoty y. Při změně pouze hodnoty x se výsledný součet nezmění. Takový program je na obr a jeho funkci si můžete vyzkoušet. Obr Sčítání s umístěním hodnoty x vně ě smyčky Umístíme-li tlačítko STOP (připojené k podmínkovému terminálu) vně smyčky While, při vytvoření datového spoje (jde o spoj binárního datového typu 72

73 tedy zelené barvy) se na hranici smyčky vytvoří zelený čtvereček tunel (viz obr. 4.14). Pokud nyní stiskneme tlačítko Run,, program se rozběhne, avšak stiskem tlačítka STOP na čelním panelu jej nelze zastavit. Důvodem je skutečnost, že LabVIEW pracuje na principu datového toku a datové vstupy smyčky se tedy přečtou ve chvíli jejího spuštění. Pokud tedy před spuštěním programu je na vstupu smyčky (tj. v místě tunelu) stav FALSE (tj. tlačítko STOP není stisknuté), smyčka se stále vykonává a lze ji zastavit jen násilně stiskem tlačítka Abort Execution.. Jiná situace nastane, jestliže před spuštěním programu (tj. před tím, než stiskneme tlačítko Run) stiskneme tlačítko STOP na čelním panelu. Tak se vlastně již před spuštěním programu na vstupu podmínkového terminálu nachází hodnota TRUE a v okamžiku spuštění se tento stav vyhodnotí a smyčka již dále nepokračuje. Smyčka se v takovém případě provede pouze jednou. Obr Sčítání s umístěním tlačítka STOP mimo tělo smyčky Ukažme si ještě jeden příklad pro využití smyčky While a několika poznámek v předchozích příkladech. Máme vytvořit simulaci napouštění nádrže. Čerpadlo má vydatnost 2 litry za sekundu. Nádrž má objem 200 litrů. Simulaci lze ukončit stiskem tlačítka STOP nebo naplněním nádrže. Zobrazování hodnoty nádrže je v intervalu 1 sekunda. Před začátkem programu je možno zadat počáteční hodnotu v nádrži. 1. Nejprve si na panelu uživatelského rozhraní vytvoříme simulovanou nádrž. Lze pro ni použít Tank v nabídce palety Controls»Modern»Numeric. Zobrazíme si z pop-menu Properties a ke grafickému panelu zobrazíme jeho číselnou hodnotu zaškrtnutím Show digital display(s).. Maximální hodnotu nastavíme na 200 a Label přejmenujeme na Nadrz. 2. Ještě nastavíme počáteční hodnotu nádrže např. Numeric Control z palety Controls»Modern»Numeric, přejmenujeme na Pocatecni hodnota nadrze. 3. Přepneme se do blokového diagramu (Ctrl+E) a vytvoříme smyčku While z palety Functions»Express»Exec Control,, oba terminály z bodu 1 a 2 umístíme do těla smyčky, terminál Pocatecni hodnota nadrze vlevo před smyčku. Přepneme se zpět na uživatelské rozhraní (Ctrl+E) a vhodně přemístíme tlačítko STOP. Vytvořené uživatelské rozhraní je na obr a blokového diagramu na obr

74 Obr. 4.15Uživatelské rozhraní simulace plnění nádrže Obr Blokový diagram simulace plnění nádrže po bodu 3 4. K načítání hodnoty nádrže využijeme hodnotu i (iterace) smyčky While. Ta se mění s počtem ukončených cyklů od 0. Pokud opakování smyčky zpomalíme na 1 sekundu, budeme jednoduše zobrazovat hodnotu nádrže v požadovaném intervalu. Do těla smyčky proto doplníme Wait z palety Functions»Programming»Timing se vstupem 1000 ms obr Obr Blokový diagram simulace plnění ní nádrže po bodu 4 74

75 5. Po spuštění programu budeme k hodnotě počátečního stavu přičítat hodnotu iterace vynásobenou dvěma, tím dosáhneme postupného napouštění nádrže. Program doplníme o funkci sčítání a násobení. Doplníme propojení mezi jednotlivými terminály obr Obr Blokový diagram simulace plnění ní nádrže po bodu 5 6. V tuto chvíli program simuluje napouštění nádrže, ale ještě není zohledněna naplněnost nádrže. Abychom zohlednili množství vody v nádrži, rozpojíme spoj mezi tlačítkem STOP a podmínkovým terminálem. Vložíme porovnání (rovnost) a budeme vyhodnocovat rovnost výstupu ze součtu s maximální hodnotou (v našem případě s hodnotou 200). Obě hodnoty Boolean pak logicky sečteme (OR) a výstup připojíme k podmínkovému terminálu obr Obr Blokový diagram simulace plnění ní nádrže 7. Všechny podmínky zadání jsou splněny a výsledný program na obr považujeme pro tuto chvíli za hotový. V kapitole 4.3 se k němu ještě vrátíme Posuvný registr a zpětnovazební uzel Při programování smyček For nebo While často potřebujeme přístup k datům z předchozího cyklu (předchozí iterace). Při programování lze k tomu využít dvou nástrojů: posuvný registr (Shift Register) a zpětnovazební uzel (Feedback Node). 75

76 Posuvný registr (Shift Register) Posuvný registr přenáší hodnoty z jednoho kroku iterace (kroku cyklu) smyčky For nebo While do následujícího. Jedná se tedy o zvláštní lokální proměnnou, která předá do ní přivedenou výstupní hodnotu na konci jednoho cyklu (iterace) jako vstupní hodnotu v dalším cyklu (iteraci). Posuvný registr vytvoříme s pomocí pup-up menu (obr. 4.3 pro For Loop a 4.10 pro While Loop), výběrem položky Add Shift Register.. Na obrysu smyčky se tak vytvoří levý vstupní a pravý výstupní terminál posuvného registru (Shift Register). Je-li třeba, lze dříve vytvořený posuvný registr smazat tím, že na něj klikneme a pak stiskneme tlačítko Delete. Jedna smyčka může mít více Shift registrů. Vytvořený posuvný registr je typově nedefinovaný, zobrazí se jako žlutě zbarvený obr Datový typ (a tím i barvu datového typu) přijme až propojením s terminálem uvnitř smyčky. Vstupní i výstupní terminál posuvného registru se chová jako pár, proto se posunutím jednoho na jedné straně smyčky posune stejně i druhý terminál. Obr Vytvořený nepřipojený Shift Register Posuvný registr je nutno inicializovat, tj. přivést na jeho vstupní (levý) terminál zvenčí hodnotu již pro první cyklus ( nultý iterační krok). Při dalším cyklu je vstupem hodnota z posledního průběhu cyklu (resp. při předchozím spuštění VI). Na to je potřeba si dát pozor a na inicializaci pro první cyklus smyčky nezapomínat. Iteraci je potřeba provést až po definici datového typu registru. Průchod dat po sobě jdoucími cykly smyčky While s použitím posuvného registru je znázorněn na obr U smyčky For je průchod dat identický. Obr Tok dat pomocí posuvného registru Ukážeme si jednoduchý příklad pro použití posuvného registru. Máme vytvořit program, který bude počítat součet čísel od 1 do

77 1. Začneme vytvořením nového VI (Blank VI) a do blokového diagramu vložíme smyčku For. 2. Nyní vytvoříme posuvný registr kliknutím na okraj smyčky a výběrem Add Shift Register z pop-up menu. 3. Z palety Functions»Programming»Timing vložíme do smyčky For funkci součtu, k jednomu vstupnímu terminálu součtu připojíme terminál iterace i a k druhému vstupnímu terminálu součtu připojíme vstupní terminál posuvného registru. V tuto chvíli ještě nemá posuvný registr nadefinovaný typ proměnné, proto se neděste rozpojeného spoje mezi vstupním terminálem posuvného registru a vstupem funkce součtu obr Obr Připojení vstupů funkce součtu 4. Výstupní terminál součtu připojíme k výstupnímu terminálu posuvného registru, tím dojde k nadefinování datového typy a oba terminály posuvného registru zmodrají obr Obr Připojení vstupů funkce součtu 5. Pro správnou funkci programu musíme ještě inicializovat vstupní terminál posuvného registru vytvořením konstanty 0 a musíme určit počet opakování cyklu. Protože máme sčítat čísla do 10 a i bude rovno 10 při jedenáctém opakování smyčky, vložíme do N hodnotu 11 obr Obr Inicializace posuvného registru a nastavení N 6. Ještě zbývá vložit výstupní indikátor pro zobrazení výsledku součtu. Ten připojíme za smyčku k výstupu z posuvného registru. Součet se zobrazí po skončení smyčky. Výsledný program je na obr

78 Obr Součet čísel od 1 do 10 V příkladu jste si mohli všimnout, že barva terminálu (při jeho vytvoření žlutá) se přizpůsobí datovému typu, s nímž posuvný registr pracuje. Proto lze např. na vstup připojit konstantu (tedy hodnotu pro inicializaci) teprve poté, až je definován datový typ, tzn. k terminálu nejprve musíme připojit datový spoj uvnitř smyčky (viz body 3 a 4 příkladu). Kdybychom chtěli vytvořit program pro výpočet číselného faktoriálu 10!, nešlo by jen nahradit součet součinem v předchozím programu, ale bylo by nutno k iteraci i přičítat jedničku a teprve pak ji vkládat do součinu, Hodnota N by pak byla pouze 10. Konečný program je na obr Obr Výpočet faktoriálu 10! Pokud budeme k výpočtu uvnitř smyčky potřebovat hodnotu zapsanou do posuvného registru nejen z předchozího iteračního kroku, ale z většího počtu předchozích kroků, lze využít možnost vložení prvků k posuvnému registru, jak je naznačeno na obr a). Kliknutím pravého tlačítka myši na obrys smyčky v místě vstupního terminálu posuvného registru se zobrazí pop-up menu a v něm vybereme položku Add Element.. Přidáme tím jeden prvek k posuvnému registru, který nese hodnotu vždy o jeden krok zpět. Při odebrání prvku zvolíme položku Remove Element, případně Remove All (při odebrání všech elementů). Na obr b) je naznačeno, jak jsou prvky posuvného registru řazeny. Každý prvek je nutné také inicializovat. 78

79 a) přidání dalšího prvku Shift registru b) řazení prvků ů Shift registru Obr Elementy posuvného registru Pokud se pokusíte vytvořit další prvek u výstupního terminálu posuvného registru, vytvoří se opět u vstupního terminálu. Pokud je potřeba použít předchozí prvek do dalšího programu po ukončení smyčky, je nutno ho vyvést jako samostatnou hodnotu pomocí výstupního tunelu jak je vidět na obr Obr Výstup kroku n-1 ze smyčky Zpětnovazební uzel (Feedback Node) V případech, kdy chceme uložit data získaná v jednom kroku iterace (kroku cyklu) a použít je v kroku následujícím uvnitř jedné smyčky nebo jednoho VI, lze použít zpětnovazební uzel (Feedback Node). Stejně jako posuvný registr je i zpětnovazební uzel nutno před spuštěním VI inicializovat, tedy nastavit jeho výchozí hodnotu prostřednictvím inicializačního terminálu. Vraťme se nyní k příkladu použití posuvného registru z obr. 4.26). Klikneme-li nyní pravým tlačítkem na terminál posuvného registru, můžeme v zobrazeném pop-up menu zvolit položku Replace with Feedback Node.. Tím nahradíme použití posuvného registru uvnitř smyčky zpětnovazebním uzlem a struktura blokového diagramu se změní do podoby z obr a), po připojení konečné hodnoty přes tunel (nutno změnit mód tunelu na Last Value) k indikátoru získáme výsledný program, který je na obr b). 79

80 a) krok 1 b) krok 2 Obr Náhrada posuvného registru zpětnovazebním uzlem Výchozí (inicializační) hodnota zpětnovazebního uzlu se přivádí na incializační terminál. Šipka v symbolu zpětnovazebního uzlu potom ukazuje směr datového toku, tj. směr dat plynoucích z jednoho kroku ke kroku následujícímu. Je-li třeba směr datového toku změnit (to znamená změnit směr toku dat uložených v předchozím kroku), lze kliknout pravým tlačítkem na ikonu uzlu a v pop-up menu zvolit položku Change Direction (změna směru) Struktura Case Mnohokrát, když vyvíjíme počítačový program, musíme činit rozhodnutí a provést jednu sadu kódu, pokud je splněna podmínka, a další soubor kódu v případě, že podmínka je nepravdivá. Tím dochází k větvení programu podle různých podmínek. V běžných textových programovacích jazycích jsou to příkazy typu If, Then, Else, které fungují jako přepínače toku dat. V LabVIEW jsou všechny tyto příkazy nahrazeny strukturou Case. Obsluha každé podmínky je potom řešena v samostatném sub diagramu rámci (frame).. Volba konkrétního rámce se provádí řídicím signálem přivedeným na vstupní výběrový terminál (tzv. selektor). Je-li řídicím signálem logický datový typ (Boolean), jsou rámce automaticky označeny jako True a False obr Obr Struktura Case typ Boolean U signálu dalších typů (číselný, znakový) jsou rámce označeny celými čísly počínaje nulou, resp. znakovými hodnotami a jeden rámec musí být vždy definován jako výchozí (Default) tj. jako rámec, který se provede, pokud podmínce na selektoru nebude odpovídat žádný definovaný rámec obr

81 Obr Struktura Cases číselným selektorem Obrys struktury Case vložíme obdobně jako obrys struktur For či While. Z palety Functions»Programming»Structures (obr. 4.1) klikneme na ikonu Case Structure a kurzor, který se změnil na čtvereček se symbolem otazníku, vytvoříme obrys struktury. Základní variantou je dvouhodnotová logická struktura (typu Boolean) s dvěma rámci s jedním pro hodnotu log. 0 (False) a s druhým pro hodnotu log. 1 (True), jak je znázorněno na obr V horní části každého rámce se nachází pole s popiskem selektoru (Selector Label). Přechod z jednoho rámce struktury lze provádět kliknutím na šipku doprava na rámec pro další hodnotu vzestupného pořadí (tlačítko inkrementu), resp. na šipku doleva na rámec pro další hodnotu sestupného pořadí (tlačítko dekrementu). V daném rámci obsažený algoritmus se vykoná jen tehdy, je-li na výběrovém vstupu (selektoru) přítomna hodnota deklarovaná v popisku selektoru rámce. Jedna z hodnot může být deklarována jako výchozí (Default), jak je znázorněno na příkladu na obr Bez této hodnoty bude u číselných a znakových vstupů hlášena chyba místo bílé šipky Run přeškrtnutá šedá šipka obsahující Error List. Kliknutím na šipku dolů rozbalíme pop-up menu struktury Case, které umožňuje práci s jednotlivými rámci Case obr

82 Obr Pop-up menu Case struktury Menu obsahuje mnoho položek, vysvětleme si jen ty nejčastěji používané, některé nejsou na obr zobrazeny (zobrazují se jen možnosti, které lze u dané Case použít): Remove Case Structure smaže strukturu, obsah rámců bude zachován, Add Case After vloží nový rámec před za otevřený rámec, Add Case Before vloží nový rámec před právě otevřený rámec, Duplicate This Case vytvoří kopii rámce a zařadí ji za právě otevřený rámec k další úpravě zobrazena zůstane kopie, Delete This Case smaže právě otevřený rámec, Rearange Cases umožňuje měnit pořadí rámců, Show Case umožňuje přepínání mezi rámci stejně jako kliknutí levého tlačítka myši na šipku dolů, Add Case For Every Value načte všechny názvy vstupů ze selektoru a vytvoří pro ně rámce, Make This The Default Case označí otevřený rámec jako výchozí (Default). Připojíme-li na výběrový vstup (selektor) jiný datový typ (např. číselný), barva selektoru původně zelená (předpokládá se logický datový typ) se změní na jinou odpovídající datovému typu (např. na modrou nebo oranžovou) a počet vytvořených rámců musí odpovídat všem variantám konkrétních datových hodnot, které se budou na výběrovém vstupu při běhu programu vyskytovat. Na obr je uveden příklad 82

83 struktury Case pro číselné hodnoty na selektoru v rozsahu 0 až 3. Takže např. v rámci s popiskem 2 se vytvoří programová obsluha pro případ, kdy je na selektor přivedena číselná hodnota 2, v rámci s popiskem 3 se vytvoří programová obsluha pro případ, kdy je na selektor přivedena číselná hodnota 3 atd. Vytvořme si příklad, který ukazuje změnu textu popisu programu na uživatelském prostředí podle hodnoty číselného vstupu na selektoru. 1. Na uživatelském rozhraní nového VI si vytvoříme pro simulaci číselný vstup např. z palety Controls»Modern»Numeric,, který nadefinujeme na datový typ U32 (v blokovém diagramu bude mít modrou barvu) a textový výstup (indikátor) např. z palety Controls»Modern»String&Path.. 2. Přepneme se do blokového diagramu (Ctrl+E), mezi oba prvky vložíme Case strukturu a na její selektor přivedeme číselný vstup obr. 4.33, tím se True a False změnilo na 0, Default a 1. Obr Připojení číselného selektoru 3. Počet rámců (frame) potřebujeme podle zadání zvýšit ještě o 2 a 3. To provedeme pomocí pop-up menu, které rozbalíme kliknutím na šipku dolů vedle názvu rámce viz obr a zvolíme dvakrát Add Case After. Nyní máme připraveny 4 rámce s názvem 0, Default ; 1 ; 2 ; Do rámce 0, Default vložíme z palety Functions»Programming»String konstantu typu string do které vepíšeme Chyba programu a spojíme ji s výstupní hodnotou Stav chodu obr Jak je vidět, výstupní tunel je orámovaný barevně podle datového typu, ale je prázdný. Toto označení značí, že ostatní rámce nemají tento výstupní tunel definovaný. Dokud tak neučiníme, program bude hlásit chybu a nepůjde spustit. Obr Nastavení rámce 0, default 5. Postupně přepínáme mezi rámci 1 ; 2 ; 3 a definuje konstantu, kterou připojíme ke společnému výstupu, jak je zobrazeno na obr a), b) a c). Teprve po definici posledního rámce (rámec 3) je výstupní tunel vyplněn barvou, což indikuje, že všechny rámce nají tento výstupní tunel nadefinovaný. 83

84 Obr Definice výstupního tunelu Case struktury 6. Abychom mohli program vyzkoušet, dáme celou Case strukturu ještě do smyčky While, kterou budeme ukončovat stiskem tlačítka STOP a nezapomeneme na časové zpoždění např ms. Obr a) uživatelské prostředí b) blokový diagram Obr Konečný program Nyní si v přehledu popíšeme zadávání hodnot selektoru pro vykonání rámce: Pokud je třeba, aby se program v daném rámci vykonal pro určité hodnoty přivedené na selektor, běžně se v popisku uvede jedna hodnota (viz např. obr. 4.35). Pokud se má program v jednom rámci vykonat pro více hodnot přivedeným na selektor, uvede se v popisku seznam těchto hodnot oddělených čárkou (např. 4, 6, 7 nebo 0, Default = jakákoliv jiná nedefinovaná hodnota obr. 4.34). Má-li se program v daném rámci vykonat pro určitý rozsah hodnot, potom se do popisku zapíše hodnota dolní a horní meze (uzavřeného) intervalu s dvěma tečkami mezi nimi (např. pro interval <20, 30> se napíše ). Má-li se program v daném rámci vykonat pro hodnotu menší nebo rovnu zadanému číslu, resp. větší nebo rovnu zadanému číslu, zapíše se tato hodnota s dvěma tečkami před číslem, resp. za číslem (např. zápis..10 reprezentuje všechny hodnoty menší nebo rovny než je 10, zápis reprezentuje všechny hodnoty větší nebo rovny 100). Tento zápisy lze také vzájemně kombinovat. 84

85 Dále si uvedeme několik příkladů s využitím struktury Case: Příklad 1: Použití logické struktury Case (tj. s binárním řídicím signálem na selektoru) s využitím datových tunelů. Naším úkolem bude provádět výpočet součtu nebo rozdílu dvou čísel X a Y přivedených ze dvou číselných vstupů na dva vstupní datové tunely. Volba typu výpočtu se bude provádět páčkovým přepínačem přivedeným na selektor. Podle nastavení páčkového přepínače se v rámci struktury Case s popiskem True vypočte součet čísel X+Y, v rámci s popiskem False potom rozdíl čísel X-Y.. Výsledek z obou rámců je přiveden přes výstupní tunel na číslicový zobrazovač (indikátor) výsledku. 1. Na plochu uživatelského rozhraní umístíme páčkový přepínač (např. z palety Controls»Express»Buttons&Switches»Toggle Switch), dva číselné vstupy (např. z palety Controls»Express»Numeric Controls) a číselný indikátor (např. z palety Controls»Express»Numeric Indicators). Polohy páčkového přepínače označíme textovými popiskami (dvojklikem na plochu postupně vložíme popisky s textem Sčítání a Odčítání a ty potom umístíme do krajních poloh páčkového přepínače). Popisky u číselných vstupů a indikátorů upravíme podle obr Potom přepneme na zobrazení blokového diagramu (Ctrl+E) a upravíme rozmístění dosud vložených prvků. Z palety Functions»Express»Exec Controls»Case Structure vložíme obrys struktury Case. Do rámce True vložíme funkci sčítání Add (Functions»Programming»Numeric) a propojíme datové spoje. Nakonec přepneme do rámce False, vložíme obdobně funkci odčítání Substract a dokončíme datové propojení. Obr Příklad použití struktury Case pro sčítání a odčítání dvou čísel Příklad 2: Další příklad využití struktury Case je uveden na obr Zde je naším úkolem provádět dělení dvou čísel X (dělenec) a Y (dělitel) a při dělení nulou bude výsledek kladné nekonečno. 1. Obdobně jako v předchozím příkladu jsou čísla X a Y přivedena ze dvou číselných vstupů na dva vstupní datové tunely do rámců struktury Case. 2. Tentokrát využijeme vstupní selektor pro vyhodnocení případu, kdy dělitel Y má hodnotu rovnu nule, v tom případě nabývá výsledek dělení X/Y hodnoty nekonečna +. Na vstup selektoru je přiveden logický signál vytvořený z logické funkce 0 (různé od nuly), na jejíž vstup je přivedena číselná hodnota dělitele Y. Je-li hodnota čísla Y různá od nuly, bude na výstupu 85

86 logické funkce 0 logická hodnota True a vykonává se rámec označený popiskem True. Je-li zadána hodnota čísla Y = 0, bude na výstupu logické funkce 0 logická hodnota False a vykonává se rámec označený popiskem False. 3. Datové spoje z číselných ovladačů X a Y jsou přivedeny přes datové tunely do rámce True, kde je vložena funkce dělení Divide a její výstup je přiveden datovým spojem přes výstupní datový tunel na číselný indikátor označený popiskem Vysledek X/Y. 4. V rámci False nepřipojíme vstupní datové tunely (v tuto chvíli nás nezajímá jimi přenášená hodnota) a na výstupní tunel přivedeme konstantu nesoucí hodnotu kladného nekonečna (+Inf) tak, že na vstup tunelu (na vnitřní straně rámce False) klikneme pravým tlačítkem a v pop-up menu zvolíme Numeric Palette»+Inf. Do rámce ještě vložíme funkci (subvi) Beep.vi, která při vyvolání vygeneruje krátký zvukový signál. Vložení provedeme postupnou volbou Functions»Programming»Graphics&Sound»Beep.vi obr Obr Struktura Case pro dělení čísel s obsloužením dělení nulou Příklad 3: Často je při tvorbě programu potřeba, aby se uživatel rozhodoval podle jemu známých popisů. Ukážeme si příklad využití struktury Case pro tvorbu kalkulačky pro základní funkce sčítání, odčítání, násobení a dělení. 1. Vytvoříme si nové VI a na uživatelském rozhraní si vytvoříme číselné vstupy X a Y, výstup s názvem Vypocet a z palety Controls»Ring&Enum vstup Enum a nadefinujeme si vstupy Items textově sčítání, odčítání, násobení a dělení. 2. Přepneme na zobrazení blokového diagramu (Ctrl+E) a upravíme rozmístění dosud vložených prvků. Na ploše blokového diagramu vytvoříme Case strukturu. Na selektor připojíme vstup Enum. První dva rámce se nám automaticky přejmenují. 3. Z výběru pop-up menu u názvů rámce (šipka dolů) vybereme položku Add Case For Every Value,, které nám vytvoří všechny rámce pro nastavené hodnoty volby vstupu Enum (Items) najednou. 4. Do každého rámce vložíme příslušnou funkce, do rámce pro dělení můžeme vytvořit program s ošetřením dělení nulou a současně ošetření kladné a záporné hodnoty X při dělení nulou. 5. Na obrázku je zobrazen program pro uvedený příklad při volbě dělení a zadané hodnotě Y = 0 a X < 0 (záporné číslo). 86

87 Obr Struktura Case pro příklad Změny vlastností prvků V průběhu konání programu je někdy nutno změnit vlastnosti prvků v různých částech VI. Nejčastěji měníme hodnotu číselných nebo logických hodnot. Pro přenastavení hodnoty nebo použití hodnoty v jednom VI použijeme lokální proměnnou Lokální proměnná Lokální proměnnou určitého prvku vytvoříme zobrazením pop-up menu prvku a volbu Create»Local Variable Na obr a) je zobrazeno pop-up menu ledky (proměnné typu Boolean), lokální proměnná a její pop-up menu je zobrazena na obr b). a) Vytvoření lokální proměnné b) Pop-up menu lokální proměnné Obr Lokální proměnná 87

88 Z pop-up menu lokální proměnné nejčastěji používáme následující volby: Select Item umožňuje měnit, kterou proměnnou lokální proměnná zastupuje, Change To Read mění vstupní charakter lokální proměnné na výstupní, Change To Write. mění výstupní charakter lokální proměnné na vstupní. Lokální proměnnou můžeme vytvořit volbou Local Variable z palety Functions»Programming» g»structures.. Takto vytvořená lokální proměnná není definovaná, je potřeba ji přiradit proměnnou pomocí pop-up menu volbou Select Item a výběrem z nabízeného seznamu proměnných. Použití lokální proměnné si ukážeme v příkladu 2 v následující kapitole Property Node Obr pop-up menu s výběrem Property Node Funkce Property Node ( uzel vlastností ) slouží k získávání informací nebo zadávání vlastností prvku uživatelského rozhraní (čelního panelu) nebo VI. Tímto způsobem 88