1) Základní popis prostředí LabVIEW. čelním panelem (front panel) a blokovým diagramem ( block diagram Operate» Run

Transkript

1 1) Základní popis prostředí LabVIEW. LabVIEW je programovací prostředek pro vývoj aplikací v prostředí MS WINDOWS, podobně jako celá řada jiných komerčních programů. Zatímco ostatní programovací systémy využívají k tvorbě zdrojového kódu textově orientované jazyky, LabVIEW využívá grafický programovací jazyk označovaný jako G-language. Programové bloky jsou vytvářeny v podobě diagramů. To umožňuje intuitivně využívat systém i lidem s nevelkými zkušenostmi v programování. LabVIEW včetně podpůrných knihoven je především určen pro řízení přístrojů, sběru a zpracování dat. Programy vytvořené v prostředí LabVIEW se nazývají virtual instruments (VIs) protože jejich vzhled a činnost imitují skutečné přístroje. Přesto jsou jistou analogií k funkcím či procedurám známých z konvenčních programovacích jazyků. Každý virtuální přístroj se skládá z páru tvořeného uživatelským rozhraním - čelním panelem (front panel) a blokovým diagramem (block diagram). Čelní panel může obsahovat přepínače,tlačítka, grafy a další řídicí a indikační prvky. Blokový diagram představuje zdrojový kód programu ve formě vývojového grafu. Po spuštění programu LabVIEW se na obrazovce počítače objeví dvojice prázdných oken, (panelu a diagramu), které dohromady představují jeden nový VI. Obě okna jsou si velmi podobná a jejich záhlaví jsou zobrazena na následujících obrázcích. Ve spodních částech jsou pouze rolovací lišty, proto z důvodu místa nejsou okna zobrazena celá. Titulní pruh v záhlaví obou oken obsahuje název VI a známé ovládací prvky WINDOWS. Druhý řádek je tvořen nabídkou (menu) pro ovládání programu. Ve třetím pruhu jsou umístěny nejčastěji používané nástroje pro editování VI. Na pravém okraji druhého a třetího pruhu je čtvercová ikona představující editovaný VI. Ikony zastupují jednotlivé subvis ve složitějších, strukturovaných VIs. Kromě čtyř se nástrojová tlačítka na panelech obou oken neliší. V následujícím přehledu jsou jejich funkce popsány. Tlačítko pro spuštění VI. Stejného efektu lze dosáhnout pomocí menu použitím sekvence Operate» Run nebo pomocí klávesové zkratky <Ctrl-R>. Po spuštění aplikace se vzhled tlačítka změní podle druhého obrázku. Na třetím vyobrazení je znázorněno spouštěcí tlačítko v případě, že v zapojení diagramu je chyba a program nejde spustit.

2 Tlačítko umožňující stále dokola spouštět tentýž program. Používá se především při ladění nového VI. Tlačítko umožňující ukončení běžícího programu. Na prvním obrázku je jeho podoba v případě že VI neběží, na vyobrazení vpravo je vzhled tlačítka při běžícím programu. Tlačítko umožňující pozastavit běh programu a ze stejného místa ho opět spustit. Tlačítko ovládající roletovou nabídku ze které lze vybrat vhodnou akci pro úpravu textu (typ písma, velikost, styl, barvu apod.). Dvojice tlačítek umožňující srovnat objekty na ploše okna. První otevře paletu nástrojů s jejichž pomocí lze objekty srovnat k určité ose. Druhé tlačítko odkryje nástroje umožňující rozložit objekty rovnoměrně po ploše. Tlačítko tohoto nástroje je pouze v záhlaví okna diagramu VI a slouží k označení ladicího režimu. Po spuštění programu např. tlačítkem Run lze sledovat postup jeho provádění. Skupina tlačítek sloužící ke krokování programu. Prvním nebo druhým tlačítkem lze provést první krok programu. Pro další kroky už je třeba rozlišit které tlačítko použít. První umožňuje vstoupit do subvis a ten dále krokovat. Druhé tlačítko naopak umožňuje dílčí blok kódu rychle provést a tím z hlediska ladicího postupu přeskočit. Poslední tlačítko umožňuje ukončit provádění blokového diagramu nebo dílčího podprogramu. Poslední tlačítko, které se může objevit v nástrojovém pruhu. Má stejný účinek jako klávesa <Enter>, program ho zobrazí vždy, když má být potvrzen vstup nějakých dat. Stejný efekt se docílí také kliknutím levého tlačítka myši někde na volné ploše okna. Další nástroje které jsou v systému LabVIEW k dispozici nemusí být bezprostředně po jeho spuštění vidět. Jsou totiž umístěny na tzv. plovoucích paletách, které lze různě přesunovat nebo i zavírat. Jedná se o samostatná okénka WINDOWS. Jednotlivé palety se otevírají prostřednictvím menu Windows. Nejdůležitější pracovní nástroje, umožňující např. editování otevřeného VI jsou umístěny na paletě Tools, kterou lze zpřístupnit pomocí této sekvence menu Windows» Show Tools Palette. Změnu kurzoru lze provést i tlačítkem TAB. V prvním řádku palety vlevo je nástroj pro nastavování (Controls) vstupních veličin jednotlivých objektů na panelu VI. Nástrojem uprostřed lze umísťovat (Positions) objekty po ploše daného okna. Objekty mohou být tímto nástrojem zvětšovány nebo zmenšovány a také mohou být vybírány pro jiné operace např. vyhledávání.

3 Poslední nástroj v horním řádku slouží pro úpravu textů. Ve druhém řádku vlevo je velmi důležitý nástroj sloužící k propojení blokového diagramu (Wires). Druhý nástroj slouží ke spuštění roletového menu souvisejícího s daným objektem. Stejnou akci lze pohodlněji vyvolat pravým tlačítkem myši. Poslední tlačítko umožňuje rolovat okno bez použití rolovacích lišt. Ve třetím řádku jsou dva nástroje použitelné při ladění programu. Prvním lze v libovolném místě blokového diagramu běh programu zastavit vložením stopky (Breakpoint). Další nástroj rovněž poměrně důležitý, vloží na určené místo diagramu sondu (Probe), pomocí které se zobrazuje hodnota na daném spoji. Třetí nástroj kapátko (Color copy) umožňuje převzít barvu daného objektu. Posledním nástrojem v dolní části palety nástrojů je štěteček (Color tool) pomocí něhož lze jednotlivé objekty zbarvit. Paleta ovládacích prvků (Controls), kterou lze zobrazit pomocí sekvence menu Windows» Show Controls Palette obsahuje základní řídicí a indikační prvky ze kterých se vytváří uživatelské rozhraní VI. První tlačítko zleva, v horním řádku slouží k řízení a indikaci numerických veličin (Numeric). Po jeho stlačení se objeví celá řada rozmanitých potenciometrů, posuvníků, vkládacích polí, teploměrů, měřicích přístrojů a indikátorů. Kliknutím levým tlačítkem myši na vybraném ovladači jej lze přenést na panel VI a dalším kliknutím ho umístit na vybrané místo. Další tlačítko zpřístupní velké množství dvoustavových řídicích a indikačních prvků. Tyto logické (Boolean) ovladače nejčastěji používají ke spuštění nebo ukončení nějaké činnosti např. běhu programu. Třetí tlačítko v horním řádku umožňuje práci s řetězci (String & Table). Jednotlivé nástroje pro vkládání a indikování se používají stejným způsobem jako u předchozích typů. Z druhého řádku palety mohou být někdy použity nástroje ukryté pod prvními dvěma tlačítky (List & Ring) a (Array & Cluster). Mnohem častější použití má třetí tlačítko v druhé řadě, pod kterým se skrývají obrazovky grafů (Graph). Práce s grafy je poměrně komplikovaná a vyžaduje určitou zkušenost má-li graf odpovídat představám tvůrce. Ze zbývajících tlačítek této palety které může být ještě v této fázi užitečné, je prostřední ve třetí řadě. Skrývají se pod ním různé dekorační nástroje (Decorations) pro zvýraznění vzhledu tvořeného uživatelského rozhraní VI. Paleta funkcí (Functions), kterou lze zobrazit pomocí sekvence menu Windows» Show Functions Palette obsahuje základní prvky ze kterých se sestavuje blokový diagram vytvářeného VI. Vzhledem k tomu, že tato paleta je co do rozsahu podstatně složitější než paleta Controls, popíšeme si jen některé, nejdůležitější nástroje - funkce. Celá řada funkcí má svůj ekvivalent v textově orientovaných programovacích jazycích. Kliknutím na poslední ikonu vpravo dole se dostaneme do adresáře počítače.

4 Druhé tlačítko v prvním řádku skrývá numerické funkce (Numeric). Nejpoužívanějšími jsou např. součet, rozdíl, násobení, dělení, vložení různých konstant, trigonometrické, logaritmické a exponenciální funkce, práce s komplexními čísly a především konverze různých numerických formátů. Třetí tlačítko nahoře ukrývá funkce logické (Boolean). Uplatnění celé řady z nich je dostatečně definováno jejich názvy. Pod prvním tlačítkem ve druhém řádku je skryta celá řada užitečných funkcí pro práci s řetězci (Strings). Kromě řetězcové konstanty a několika funkcí pro práci se subřetězci - spojování a vybírání obsahuje tato nabídka funkce pro převod typu řetězec na numerické typy různých formátů a obráceně. Pod prostředním tlačítkem v druhé řadě se skrývá pleta s řadou funkcí umožňujících práci s poli (Arrays). Patrně nejužitečnější funkcí je zápis nebo čtení určitého prvku definovaného indexy. Poslední tlačítko ve druhé řadě (Clusters) zpřístupňuje funkce pro práci s datovými strukturami, které se např. v Pascalu označují jako záznam (Record) nebo v céčku jako (Struct). Clustery se velmi často používají při tvorbě grafů. Jako každý jiný programovací jazyk má i LabVIEW prostředky pro porovnávání různých hodnot s podobným účinkem jako mají relační operace např. v Pascalu. Tyto nástroje se zpřístupní tlačítkem (Comparison) ve třetím řádku, první zleva. Pro řízení časových prodlev a tvorbu různých dialogů, např. chybových hlášení, slouží celá řada funkcí dostupných prostředním tlačítkem ve třetí řadě (Time & Dialog). Z hlediska přehlednosti zdrojového kódu je velmi důležitou vlastností programovacího prostředku schopnost vytvářet strukturovaný kód, v případě LabVIEW potom strukturovaný diagram. K tomuto účelu slouží celá řada nástrojů obdobných, nebo zcela stejných jako v konvenčních programovacích jazycích. Mezi tyto prvky patří příkazy cyklů, přepínač (Case) nebo podmíněný příkaz (IF). Levým tlačítkem v horním řádku palety funkcí se zpřístupní nástroje pro vytváření jednotlivých struktur (Structures). Na připojeném obrázku je vzhled nabídky těchto nástrojů. První dva symboly zprava v horním řádku představují cykly typu For Loop a While Loop. Pod nimi jsou nástroje pro označení lokální a globální proměnné. Tyto prvky jsou dobře známy např. jazyka Pascal. Druhý symbol v prvním řádku slouží k tvorbě struktur Case nebo IF v závislosti na typu řídicí proměnné. Zbývající dva symboly představují struktury, které ve znakově orientovaných jazycích není nutné zdůrazňovat. První nástroj zleva ve spodním řádku (Formula Node) umožňuje vložit do diagramu textovou formulaci matematického vzorce nebo postupu, aniž by jej bylo nutné vytvářet grafickou cestou. Struktura v horním řádku vlevo je tzv. sekvence (Sequence). Při tvorbě diagramu je možné sestrojit i více samostatných celků.labview se snaží tyto samostatné celky obsluhovat tak, aby se zdálo, že pracují současně -paralelně. V některých úlohách je paralelní chod na překážku, proto se celky které by mohly způsobovat konflikt umístí do okének sekvencí. Tlačítkem umístěným vpravo dole na paletě funkcí lze do diagramu vložit již dříve uživatelem zkonstruovaný a ikonou opatřený VI. Poslední sada funkcí, kterým věnujeme v této přípravě pozornost se nachází pod prostředním tlačítkem ve čtvrté řadě. Jedná se o nástroje pro vstup a výstup dat (Instruments I/O). Pro toto laboratorní cvičení jsou nejdůležitější funkce ze skupiny GPIB konkrétně GPIB Write a GPIB Read.

5 2) Studium demonstračních VIs. Zdrojové soubory virtuálních nástrojů mohou být umístěny přímo v některém adresáři, potom se poznají podle přípony *.vi. Častějším a typičtějším řešením je sloučit několik zdrojových programů VI včetně subvi do jednoho knihovního souboru s příponou *.llb. Příklady zapojení nalezneme pod.examples... 3) Sestavení jednoduchých VIs pro řízení měřicích přístrojů. Při sestavování VI použijeme hotové ovladače MP subvi LabVIEW< >GPIB. Adresy měřicích přístrojù v binárním kódu přečteme na jejich zadních panelech a převedeme je do dekadického tvaru, ve kterém je zadáme do programu. Ovladače respektují programovací slova jednotlivých měřicích přístrojů. Prostudujte si ovladače některých MP. Např. programovací slovo pro řízení napěťového zdroje BM 572 má tvar : A B + - XX.XX>,kde A nebo B je sekce zdroje + nebo - je polarita napìtí zdroje, XX.XX je tvar èísla udávající hodnotu nastavovaného napìtí > je symbol proveď. Zjednodušené programovací slovo číslicového voltmetru M1T330 lze zapsat ve tvaru : R4E, kde R4 značí automatickou volbu rozsahu, E je symbol proveď. Voltmetr vrátí na sběrnici GPIB informační slovo ve tvaru : V + - X.XXX E + - X CR LF kde znaky CR a LF označují ukončení řetězce (návrat vozíku, nový řádek) Z řetězce, který voltmetr vrátil na sběrnici je nutné vytvořit číselnou hodnotu typu double, kterou zobrazíte pomocí numerického indikátoru. K převodu řetězce na numerickou hodnotu je použita sada nástrojů (Strings) z palety (Function). 4) Ovládání zdroje BM 572 a voltmetru M1T 330 V okně panelu umístěte řídící prvky pro nastavení adres a velikosti nastavení napětí.v okně diagramu umístěte ovladač BM 572 z knihovny přístrojů pristroj.llb.na zdroj připojte voltmetr pro kontrolu nastavovaného napětí. Ovládací program může vypadat např. takto: Okno panelu Okno diagramu

6 Každým spuštěním programu se nastaví na zdroji požadované napětí. Chceme-li si volit počet měření a přírustek napětí na zdroji, můžeme použít např. další ovladač, vyžívající cykl For loop. Program pro základní ovládání voltmetru M1T330 může obsahovat tyto prvky:

7 5) Sestrojení VI pro změření např. voltampérové charakteristiky dvojbranů Panel uživatelského rozhraní opatřete příslušnými řídicími prvky pro vložení adres měřicích přístrojů, rozsahu nastavovaného napětí, počtu měřených bodů a indikátorů odečtených údajů. Jedním z indikátorů by měl být graf, pro začátek Waveform Graph. Jednotlivá měření provádějte v rámci cyklu typu For. Terminál grafu v okně diagramu umístěte mimo měřicí cykl. Uvnitř cyklu budou umístěny ikony ovladačů měřicích přístrojů BM572 a M1T330. Do grafu se umístí pomocí tlačítka Select a VI... v paletě Function. V otevřeném dialogovém okně vyberte soubor pristroj.llb který obsahuje příslušné ovládače uvedených přístrojů. Po odladění sestaveného virtuálního systému sejměte postupně obsahy obou oken do schránky stisknutím kombinace kláves <Alt-PrtScrn>. Tyto obrázky vložte do dokumentu WORD. Příklad programu pro měření V-A charakteristiky lineárních i nelin. dvoubranů: Schéma pro měření charakteristik diod je uvedeno na dalším obrázku. Místo diody je možno zapojit libovolný dvojpól.