Проектирование сложных систем

1. Создание первого приложения и освоение начала технологии графического программирования.

2. Использовать CASE-структуры в создаваемых приложениях и применять циклы типа For-Do.

3. Создание программы, которая будет подсчитывать время выполнения определенного цикла.

4. Создание программы, которая реализует конкатенацию (слияние) строк и освоение технологии изменения свойств элементов управления и индикаторов.

Заключение

.

Список используемой литературы

Введение

Буквально за последние 5 лет на западе произошла революция в создании и разработке измерительных средств. Это в первую очередь связано с активным развитием компьютерных технологий применительно к технологиям измерений. Основными достижениями революции в измерительных технологиях стали: Так называемые DAQ — boards (Data Acquisition Boards — Платы сбор данных) измерительные модули, встраиваемые непосредственно в компьютер (ПК). Специализированные измерительные интегрированные программные оболочки для сбора, обработки и визуального представления измерительной информации (например — LabVIEW).

LabVIEW — самый популярный в мире программный продукт для систем сбора данных, их анализа, обработки и визуализации. Процесс освоения LabVIEW существенно облегчается благодаря наличию интерактивной обучающей системы, разветвленной контекстнозависимой помощи и множества примеров использования приемов программирования.

Целью курсового проектирования является закрепление знаний теоретического материала и формирование практических навыков управления техническими объектами и технологическими процессами.

Выполнение работы разделено на четыре этапа, каждый из которых предусматривает создание определенных приложений и применение циклов различных тип в своих программах.

1. Создание первого приложения и освоение начала технологии графического программирования

1) Запускаем программу.

2) В появившемся окне выполняем команду File > New Vi. Будет создана пустая передняя панель проекта (Front panal) и пустая блок диаграмма (Block Diagram).

3) Создадим программку, которая будет складывать два целых числа. Для этого щелчком мыши перейдем на переднюю панель, правой кнопкой мыши вызываем Control > Numeric > Numeric Control. Разместим число на передней панели, слева вверху.

4) Подпишем его, как «Число А». Для этой цели дважды щелкнем на надписи для числа и отредактируем ее.

5) Аналогично предыдущим устанавливаем ниже первого и подписываем, как «Число В» Это будут поля ввода наших параметров.

6) Для отображения результата поместим на интерфейсную панель Numerec Indicator.

Разместим его правее первых двух элементов на некотором расстоянии от них. Подпишем его, как «Результат». Заметим, что элементы одновременно вносятся и на переднюю панель и на блок диаграмму.

Теперь перейдем к основной части работы, а именно к графическому программированию. Создав визуальный интерфейс с двумя полями ввода чисел и одним цифровым индикатором, поставим и реализуем задачу, например, суммирования этих чисел. Для этого необходимо перейти в окно блок диаграмм, где мы видим три значка (терминала), которые соответствуют полям ввода чисел и индикатору. Реализация простого или сложного алгоритма будет сводится к элементарной последовательности действий, а именно, к установке необходимых значков, которые выполняют ту или иную функцию и связи (соединения) их между собой.

Теперь остается только соединить необходимые контакты соединительными проводами, что проделывается в обычном стиле программ такого типа. Наведите курсор мыши на блок диаграмме последовательно на четыре созданных элемента и вы обнаружите контакты для соединения. С помощью мыши соедините входы и выход суммирующего элемента Все, программа написана. Теперь остается запустить ее на выполнение и убедиться в ее работоспособности. Переходим в окно передней панели, запускаем программу на выполнение в циклическом режиме (вторая кнопка на панели инструментов под меню), меняем значения чисел, А и В и смотрим на полученный результат. Программа проверена. Для остановки пользуемся третей кнопкой на панели инструментов.

Сохраним результат на жестком диске под именем Урок1

Программа проверена.

Модернизация программы. Теперь изменим внешний вид наших графических объектов и возможности по вводу чисел. Для этого на передней панели подводим указатель на объект, соответствующий «числу А», и нажимаем правую кнопку мыши. В появившемся контекстном меню выбираем опцию замены.

Изменим размер ручки. Выбирая шарообразную ручку управления, увидим, что у нее есть четыре выделенных точки, которые можно использовать для изменения размера. Нажав и удерживая левую кнопку мыши, изменяем вид ручки. Теперь переместим метку «Число А», выделив и переместив ее в необходимую позицию. Пределы изменения можно регулировать, редактируя минимальное и максимальное значение регулятора.

Изменим атрибуты ручки «Число А». В выпадающем меню (нажав правую клавишу мыши) выберем изменение визуальных свойств объекта (Visible Items), а в них — Ramp. Для точного позиционирования ручки или отображения значения выберем еще и свойство Digital Display, которое также находится в Visible Items.

Рисунок 1.1

приложение графический программирование цикл Проделаем аналогичные шаги для остальных элементов интерфейса. В результате получим похожий рисунок. Получим его самостоятельно и просмотрите различные возможности и свойства использованных элементов.

Установим на панель графический экран, который будет отображать графическую зависимость значения суммы чисел от времени. Для этого на панели управления (Front panel) в контекстном меню выберем строку Modern, затем Graph, а в появившемся подменю — Waveform Chart. Перетащим этот элемент на переднюю панель, предварительно освободив для него место. Отредактируем его атрибуты в соответствии с рисунком.

Рисунок 1.2

Теперь продолжим разработку программного кода. Установим связь между значением суммы и Waveform Chart. Для этого перейдем в окно диаграмм и соединим проводником контакт окна результата с выходом сумматора (см. рис. 3).

Рисунок 1.3

До этого времени мы запускали программу на выполнение в циклическом режиме. Теперь же мы «поместим» фрагмент нашей диаграммы в цикл, например, который является аналогом оператора «While». Условием выхода из цикла будет нажатие на кнопку останова. Для реализации поставленной задачи необходимо выполнить следующие шаги.

Поместим базовую структуру в цикл. Для этого указателем в виде стрелки выделяем всю схему (удерживая нажатой левую клавишу мыши выделяем прямоугольную область куда попадают под выделение все необходимые элементы схемы), а затем перетягиваем выделенные элементы вовнутрь цикла.

Примечание: Процесс отладки и проверки исполнения приложения происходит во время составления диаграммы или во время формирования интерфейса, поэтому если кнопка запуска приложения неактивна, приложение не запустится и будет выдано сообщение об ошибке. Это связано с тем, что отсутствует условие выхода программы из цикла. Его нужно организовать.

Организуем выход из цикла по кнопке «СТОП».

Рисунок 1.4

Подведем указатель к левой части красного значка в правом нижнем углу цикла. Когда он преобразуется в катушку с проводом, нажмем правую кнопку мыши. В выпадающем меню следует выбрать пункт создания управляющего элемента (Create Control). В результате появится значок, соответствующий кнопке останова (см рисунок выше).

Чтобы изменения значений суммы, выводимой в виде графика, выполнялось с определенной задержкой во времени (для большей наглядности анализа работы) установим из функциональной панели внутрь цикла значок.

Создадим для него константу, соответствующую этой задержке. Для этого подведем указатель к левой части значка. Он преобразуется в вид катушки. Нажмем правую клавишу мыши и выберем пункт создания константы (Create >> Constant).

Введем значение с клавиатуры, равное, например, «250». В результате проделанной работы, диаграмма должна выглядеть следующим образом Рисунок 1.5

Теперь остается желаемым образом сформировать переднюю интерфейсную панель. Как и для любых визуальных приборов, регуляторов, ползунков, меню и т. д., для Waveform Chart также можно менять различные визуальные параметры и свойства. В итоге, визуально, должен получиться похожий результат. Запуск программы: Operate > Run или с помощью первой кнопки в виде стрелки Рисунок 1.6

Нажав на созданную нами кнопку «СТОП», мы остановим программу. Естественно программу можно остановить, нажав на красную кнопку останова программы на панели инструментов.

Изменим константу, определяющую задержку, на один из визуальных элементов управления.

1) На переднюю панель установим регулятор, например Horizontal Pointer Slider.

2) Подписываем его необходимым образом.

3) Меняем размер и диапазон значений от 0 до 1000.

4) Переходим в окно редактирования блок диаграмм.

5) Удаляем соответствующую константу и оборвавшуюся связь следующим образом: выделяем константу и связь и нажимаем на клавиатуре клавишу «Delete» .

6) Соединяем с помощью катушки контакт для установки задержки и задатчик.

Переходим на панель отображения и делаем перекомпоновку элементов на панели, меняем толщину и цвет линии прорисовки графика.

Совет: Изменение атрибутов цвета любого элемента на интерфейсной панели программируемого приложения удобнее всего осуществляется путем использования инструмента Get Color

В результате проделанных манипуляций должен получиться следующий графический интерфейс и код исполнения (диаграмма) программы.

Рисунок 1.7

Теперь реализуем задачу генерации массива случайных чисел и сохранения их в файле. Для ее решения понадобится составить диаграмму, которая показана на приведенном рисунке. Следует обратить внимание на то, что вместо привычного цикла While-Loop, здесь используется цикл For-Loop.

Рисунок 1.8

Условием завершения работы или выхода из такого цикла является равенство переменной цикла и числа, определяющего количество итераций. Другими словами, в Lab-VIEW для работы цикла типа For-Loop необходимо соединить пиктограмму N с константой, указывающей количество повторений. Для начала, результат будем выводить в виде графической зависимости случайных чисел от текущего значения числа итераций.

Для реализации поставленной задачи нужно выполнить следующие шаги:

1. Создать новый VI: File >> New VI (имя random. vi).

2. Установить на переднюю панель элемент Waveform Graph: с помощью команды контекстного меню Controls > Graph > Waveform Сhart. Изменить его внешний вид и свойства можно по своему усмотрению.

3. Перейти в окно редактирования блок диаграмм.

4. Поместить в окно блок диаграммы вышеупомянутый цикл с помощью команды контекстного меню: Functions > Structures > For Loop. Изменить его размеры и местоположение (если нужно), чтобы была возможность устанавливать дополнительные компоненты вовнутрь. Следует сказать, что «i» — это переменная цикла.

5. Щелчком правой кнопки мыши на символе N в цикле выбираем создание константы (Create Constant) и вводим с клавиатуры значение, например 50.

Рисунок 1.9

6. Создадим простейший генератор случайных чисел. Поместим в цикл пиктограмму, которая позволяет генерировать случайные числа в диапазоне от 0 до 1: Functions >Numeric > Random Number (0−1).

7. Соединим все компоненты так, как показано на рисунке, изображающем диаграмму. Для этого в цикл установим умножитель Functions >Numeric > Мultiply. Запустим программу на выполнение и посмотрим на получившийся результат. На экране воспроизводится набор случайных чисел.

Выполнив первый шаг, связанный с генерацией и визуализацией случайной последовательности, перейдем к основной задаче — записи данных на диск. Сначала мы используем самый простой, но, в то же время, элегантный подход для записи последовательности. Дословно он называется «Записью в Крупноформатную таблицу» (Write to Spreadsheet File). Используя соответствующую диаграмму (VI — виртуальный инструмент), без указания дополнительных параметров, например таких, как формат записываемого числа, создадим файл текстового формата, где через пробел последовательно будет записана сгенерированная последовательность.

Так как кроме входа «ввод одномерного массива» (1D data), другие входы (формат, путь и т. п.) нами не будут подсоединяться, то LabVIEW сформирует следующую последовательность действий:

· Сначала будет создан массив из 50-и чисел;

· Результат будет отображен в виде графика;

· Появится стандартное диалоговое окно, в котором будет предложено выбрать папку и имя файла, для сохранения данных;

· Если файл до этого не существовал, то он будет создан и в него будет записан массив чисел, а если он уже был на диске, то будет предложено добавить данные в файл или заменить уже существующие;

· После записи данных на диск программа сама завершит свое выполнение.

Запустим программу на исполнение.

Вводим имя файла: random.xls. Расширение имени файла .xls было выбрано не случайно, а с целью продемонстрировать возможность того, что файл созданный в LabVIEW можно с легкостью использовать и для работы с другими приложениями, например, с Microsoft Excel. В этом нет ничего удивительного, т.к. данные были сохранены в обычном текстовом формате. Поэтому не составит труда построить график в Excel, аналогичный графику в LabVIEW, используя Мастер Диаграмм Microsoft Excel.

В итоге, у нас получилось Рисунок 1.10

На этом уроке мы создали свое первое приложение, освоили начала технологии графического программирования, научились изменять и редактировать свойства графических элементов управления и индикации, использовать циклы типа While-Do и For-Loop в теле программы, сгенерируете массив данных и познакомитесь с последовательностью действий по организации файлового сохранения полученных данных на диске.

2. Использовать CASE-структуры в создаваемых приложениях и применять циклы типа For-Do

Создадим элементарную программу, которая позволит, в зависимости от положения тумблера, получать различный результат вычислений. Если тумблер находится в выключенном состоянии, то значение входного параметра будет умножаться на 10, а в противном случае — меняться не будет. Приступим к реализации задачи. Создаем новый проект. Формируем на панели графический интерфейс:

Рисунок 2.1

Элементы графического интерфейса, определяющие входные параметры размещаем слева, а выходные, т. е. результат — справа.

Теперь реализуем условный алгоритм. Заметим, что по умолчанию состояние определено как True (истина). Соединяем элементы диаграммы как показано на рисунке слева.

Рисунок 2.2

Такое состояние соответствует True. Создадим вид структуры в состоянии False. Переключаем режим CASE-структуры на False (ложь). Для этого необходимо подвести указатель мыши к переключателю вверху нажать левую кнопку. Состояние изменится. Внутреннее заполнение структуры исчезнет. Теперь мы должны заполнить структуру новым содержимым для состояния False. Согласно заданию реализуем алгоритм умножения значения входного параметра на 10. Для этого нужно установить необходимые компоненты в окно редактирования диаграмм и соединить их. Умножитель находится по следующему пути: Control > numeric > Multiply, константу вводим, воспользовавшись контекстным меню для нижнего входа умножителя (Create > Constant).

Переходим на интерфейсную панель и запускаем программу на выполнение в циклическом режиме.

Попробуем теперь создать программу, где будут использоваться приемы и навыки программирования, рассмотренные как в этом, так и в предыдущих уроках. Задача состоит в том, чтобы написать программу, которая генерирует последовательность случайных чисел и выводит их в виде графика. Кроме того, по однократному нажатию на кнопку должна производиться запись выборки чисел. Графический интерфейс должен включать, как необходимый и достаточный минимум, три графических объекта: окно отображения графика, кнопку записи данных на диск и кнопку останова выполнения программы.

В результате, должна визуально получиться похожая «лицевая» часть программы Рисунок 2.3

В процессе выполнения задания воспользуемся дополнительными функциями, связанными с нажатием на интерфейсные кнопки/переключатели. Речь идет о реакции (поведении) кнопки на нажатие, т. е. возвращается ли кнопка после нажатия в исходное состояние или же остается в нажатом состоянии и т. д.

Теперь остается реализовать алгоритм программы. Алгоритм реализуется обычным образом. Для реализации записи значений сигнала воспользуемся внутри цикла Case устройством записи. Для этого перетянем из функционального меню Functions, значок, который называется Write to Spreadsheet File. vi: Function > File I/O > Write to Spreadsheet File. vi, и соединим блоки так, как показано на рисунке.

В результате получим следующую диаграмму:

Рисунок 2.4

Из приведенных состояний программы видно, что генерируются выборки случайных чисел (по 100 значений в каждой), результат выводится в виде графика, а запись осуществляется посредством нажатия на кнопку. Следует отметить, что реализация CASE-структуры выполнена так, что при нажатии (т.е. когда условие «Тrue»), вызывается диалоговое меню записи файла на диск и осуществляется запись данных. Если же условие «False», то запись не происходит. Проверьте работу программы.

В некоторых ситуациях обычная синтаксическая запись выражения гораздо более удобна и выглядит нагляднее, чем эквивалентная графическая диаграмма. Особенно это актуально при написании математических выражений, вычисляемых по определенной формуле. Для этой цели в LabVIEW существует механизм Formula Node (Формульный узел или Редактор Формул). Formula Node относится к еще одной разновидности структур. Поэтому он находится в (Functions) > Structures > Formula Node.

Модернизируем программу для того, чтобы воспользоваться функцией. Программа будет строить графическую зависимость амплитуды от текущего значения переменной цикла. Редактор формул должен будет реализовывать следующую зависимость:

Результат = Амплитуда * SIN (Константа * Текущее значение переменной цикла). Удалим содержимое цикла в предыдущей программе Установим Formula Node в окно редактирования диаграмм. Для этого выполним команду (Functions) > Structures > Formula Node. Введем входные и выходные переменные для функции. Для этого подведем указатель мыши к левой стороне прямоугольника и нажмем правую кнопку мыши.

В выпадающем меню выбрем опцию Add Input, которая добавляет входной параметр узла. Введем имя входного параметра Ampl.

Аналогично добавляем еще один входной параметр, соответствующий переменной цикла. Называем его i. Для добавления выходного параметра необходимо нажать правой клавишей мыши на правой стороне рамки редактора формул, выбрать опцию Add Output и ввести имя выходного параметра у.

Чтобы ввести формулу, необходимо сначала установить курсор внутрь окна редактора формул и ввести ее. Для размещения формулы в середине окна редактора формул нужно перед первым символом нажать несколько раз Enter. Как обычно формула заканчивается символом «;».

Преобразованная диаграмма имеет вид:

Рисунок 2.5

А передняя панель:

Рисунок 2.6

На рисунке ниже приведена программа, формирующая и записывающая случайные числа и реализованная с помощью формульного окна, в которое помещена программа на языке С

Рисунок 2.7

Составим подпрограмму (графическую диаграмму и интерфейс) как показано на приведенных ниже рисунках:

Рисунок 2.8

Входными параметрами в нашем примере являются четыре действительных числа, три из которых — основные параметры, а четвертый — множитель. Каждое входное значение умножается на множитель, полученные значения усредняются, т. е. суммируются и делятся на три. Дальше осуществляется элементарная проверка. Если получаемое значение больше чем 0.5, тогда «зажигается» лампочка индикатора (значение «true»).

Рисунок 2.9

Получил sin: function > mathematics > elementary > trigonometric > sin

Теперь создадим уникальную графическую иконку для нашей подпрограммы. Для реализации этого необходимо подвести указатель мыши к установленной по умолчанию иконке в правом верхнем углу интерфейсной панели и сделать двойной щелчок левой клавишей мыши. Появится графический редактор иконок со стандартным набором инструментов для создания желаемого образа.

Следующим шагом будет сохранение нашей подпрограммы в библиотеке. Библиотека LabVIEW представляет собой составной файл, в котором находятся несколько различных виртуальных инструментов (как правило, объединенных тематически). Выбрать в меню File опцию Save As… В появившемся меню нужно отметить «substitute copy for original» и нажать кнопку «Continue…». Затем выбрать желаемую директорию и нажать кнопку New VI Library. Далее следует ввести имя библиотеки, например «ourlib». Потом следует ввести имя самой подпрограммы, например «subsin». Подпрограмма готова к использованию.

Теперь перейдем к созданию главной программы, в которой будет использоваться написанная нами подпрограмма. Есть несколько путей вызова иконки подпрограммы в окно редактирования диаграмм:

* Первый заключается в простом перетягивании иконки, которая находится в правом верхнем углу открытого окна подпрограммы в окно редактирования диаграмм главной программы. Нажав левую клавишу мыши на этой иконке, и удерживая ее в нажатом состоянии, перетащите в окно редактирования диаграмм.

* Второй способ более универсальный. Перейдя в окно редактирования диаграмм, в функциональной (Functions) панели необходимо выбрать Select a VI… В появившемся диалоговом окне выбираем созданную нами ранее библиотеку ourlib.

Создадим новый прибор, использующий только что созданную подпрограмму.

Составьте графическую диаграмму, как показано на рисунке ниже. Суть программы состоит в том, что на входы подпрограмм подаются случайные числа от четырех источников. Далее они обрабатываются и анализируются в соответствии с диаграммой. Результат выводится в виде графической зависимости. Условием завершения программы является превышение выходным параметром значения 0,8.

Рисунок 2.10

Рисунок 2.11

Делая программу, мы научились использовать CASE-структуры в создаваемых приложениях, применять циклы типа For-Do в своих программах, изменять свойства графического элемента управления «Кнопка», обрабатывать нажатия кнопок, использовать редактор формул для написания кода программы, разрабатывать подпрограммы и сохранять их в виде отдельного виртуального инструмента, оформлять иконку полученной подпрограммы и устанавливать связи иконки с используемыми в подпрограмме параметрами, изменять свойства подпрограммы и сохранять их в виде отдельных файлов или в составе библиотеки, использовать созданную подпрограмму в других приложениях.

3. Создание программы, которая будет подсчитывать время выполнения определенного цикла В программе будем использовать последовательность с тремя кадрами. Будут обеспечены следующие функции:

* первичная инициализация системного времени;

* фрагмент программы, время выполнения которого и подсчитывается;

* получение значения системного времени;

* подсчет времени работы программы;

* перевод значения из миллисекунд в секунды.

Будем реализовывать программу шаг за шагом.

Первый шаг — создание нового приложения File>>New VI.

Далее следует переключиться в окно редактирования диаграмм.

Следующим шагом будет выбор последовательности_структуры из функциональной палитры: Functions>Structures>Stacked Sequence Structure и перетягивание ее в область редактирования диаграмм. Для создания кадров последовательности необходимо подвести указатель мыши на границу области структуры и нажать правую кнопку мыши. В появившемся меню необходимо выбрать Add Frame After (Добавить кадр после). Таким образом, создадим 3 кадра (0…2).

Переменные, которые используются для передачи данных между кадрами — Локальные Переменные Последовательности (Sequence locals). В нашей программе такая переменная будет использоваться для передачи значения системного времени.

Создадим «наполнение» для каждого кадра. В начальный (0_й) кадр поместим компонент Tick Count, который считывает текущее значение системного таймера и возвращает результат в миллисекундах. Эта подпрограмма может быть загружена из меню Functions>Time & Dialog>Tick Count (ms). Особенность этой подпрограммы в том, что у нее начальное значение не определено. Поэтому затраченное время можно определить, если из того значения. Которое будет на часах при нажатии на кнопку «STOP» вычесть время запуска программы. Далее создадим упомянутую выше Локальную Переменную. Для этого нужно подвести указатель мыши к границе структуры, нажать правую кнопку мыши, и в выпадающем меню выбрать Add Sequence Local (Добавить Локальную Переменную Последовательности). Соединяем вывод Tick Count (ms) с появившимся терминалом локальной переменной. В результате, внутри него появится стрелочка, указывающая на то, что данные поступают из текущего кадра.

Рисунок 3.1

Наполним" содержанием следующий (1_й) кадр. В нем реализуем фрагмент программы, для которого подсчитывается время работы. Это будет, как и в предыдущих примерах, генератор случайных чисел. Программа реализуется в виде цикла While_Loop, условием выхода из которого является нажатие кнопки останова. График генерации случайных чисел выводится на переднюю панель в виде графика Waveform Chart.

В последнем (2_м) кадре воспользуемся все тем же Tick Count (ms) и подсчитаем разницу во времени. Для этого сравним текущее значение времени со значением, полученным в 0-м кадре.

Использовать значение, полученное в первом кадре, можно соединив Локальную Переменную (стрелочку в квадратике) с соответствующим выводом. Переводим миллисекунды в секунды путем деления значения на 1000 и выводим результат на цифровой индикатор, предварительно установив его на интерфейсной панели.

Интерфейсная панель будет выглядеть так. Здесь она показана после выполнения программы.

Рисунок 3.2

Остается проверить программу на работоспособность. Запускаем ее на выполнение. Для останова нажимаем кнопку «STOP». В результате мы увидим значение времени в секундах, которое было затрачено на выполнение программы до нажатия на кнопку" STOP" .

Перейдем к рассмотрению массивов, как важного и часто используемого элемента программирования задач сбора данных и управления.

Массив это набор данных одного типа. Массив может быть как одномерным, так и многомерным, и иметь до 231 элементов (ограничивается объемом оперативной памяти). Массивы в LabVIEW могут быть любого типа. Доступ к произвольному элементу осуществляется через его индекс. Индекс принадлежит диапазону чисел 0. N-1, где N — количество элементов массива. Заметьте, что первый элемент имеет индекс 0, второй — 1, и т. д. Структуру одномерного (1D) массива можно представить как показано на рисунке выше.

Создание массива, как элемента управления или индикации, осуществляется комбинированием оболочки массива и объекта данных, который может быть цифровым, булевым, строковым или комбинированным (кластером).

Давайте создадим массив.

Затем, выбрав массив, растянуть в сторону или вниз за черный прямоугольник так, чтобы в массиве получилось нужное число элементов.

Рассмотрим пример массивов элементов управления и индикаторов, различных типов данных:

Рисунок 3.3

Массивы могут быть не только одномерными. Например, двумерный (2D) массив имеет два индекса для каждого элемента. Первый указывает на номер строки, а второй? номер столбца.

Далее, в созданную оболочку массива необходимо поместить константу желаемого типа данных. Затем, выбрав массив, растянуть в сторону или вниз за черный прямоугольник так, чтобы в массиве получилось нужное число элементов.

Проведем упражнение с массивом. Создадим два массива: один для ввода данных, а другой для отображения результатов и свяжем их на блок диаграмме. Выход первого поступает на вход второго Рисунок 3.4

Продолжим изучение методов рабрты с массивами. В предыдущих уроках мы уже использовали структуры типа «цикл» для создания массивов (вспомните пример с записью на диск последовательности случайных чисел). Циклы типа For Loop и While Loop могут индексировать и создавать массивы автоматически. Такая особенность называется автоиндексирование.

Приведенная слева диаграмма показывает, как происходит создание и индексирование массива при использовании цикла типа For Loop.

Созданный массив выводится на индикатор. Заметим также, что соединительная линия внутри цикла меняется на утолщенную за его пределами, что сигнализирует о том, что мы уже имеем массив. Для создания 2-мерного массива необходимо созданную структуру поместить еще в один внешний цикл. В результате на выходе первого (внутреннего) цикла будет сформирован одномерный массив из пяти элементов. А на выходе внешнего цикла образуется двумерный массив 5×5, где 5- количество рядов, а 5-количество столбцов результирующего массива.

Рисунок 3.5

В LabVIEW реализовано достаточно много различных функций для работы с массивами в окне редактирования диаграмм. Они находятся на функциональной панели (Functions) в разделе массивов (Array). Рассмотрим некоторые из них, наиболее важные функции.

Array Size — возвращает размер массива. Если входной массив N_мерный, то выходной параметр (size) это одномерный массив с N элементами, которые указывают его размерность. Например, если входной 2D массив имеет размер 4×6, то на выходе будет сформирован одномерный массив из двух чисел, соответственно 4 и 6.

Initialize Array — создает массив размерности dimension size, все элементы которого принимают значение element. Для создания многомерного массива необходимо «растянуть» иконку _ «потянуть» за правый нижний угол вниз.

Build Array — создает массив из массивов или элементов, или добавляет элементы к уже существующему массиву. Можно изменить размер пиктограммы этой функции для увеличения количества входов.

Array Subset — «вырезает» подмассив согласно заданным значениям стартового индекса (index) и длине (length).

Index Array — выделение элемента массива (доступ к элементу массива). Используя эту функцию можно выделять не только элементы массива, но и желаемые ряды и столбцы массивов.

В LabVIEW для работы с массивами реализованы такие арифметические функции как сложение, умножение, деление и другие. Эти функции полиморфны, поэтому входные данные могут быть разного типа: скалярными или массивами. Например, можно суммировать скаляр с массивом или сложить два массива вместе.

На приведенном ниже примере показано, как легко можно умножить каждый элемент массива на заданное число. Для этого генерируется массив, элементы которого случайные числа. Далее реализуется умножение созданного массива на задаваемый параметр? множитель.

Как известно, наиболее удобной формой представления массива данных является представление в виде графиков. В предыдущих уроках мы уже встречались с простейшим выводом массива данных на графический индикатор. В этом уроке мы рассмотрим использование графических индикаторов совместно с массивами.

Рисунок 3.6

Как правило, нам необходимо изображать зависимость одного параметра от другого, т. е. 2D_графики. Это могут быть зависимости такого рода как, например, амплитуда сигнала от времени, спектр сигнала, статистические распределения и т. д.

Однако часто встречаются ситуации, когда необходимо задать дополнительные параметры, такие как начальное смещение «0» и интервал. Для решения этой проблемы в LabVIEW существует структура данных, называемая Кластером (Cluster).

Рассмотрим построение графической зависимости, используя функцию связки Bundle. Как получить массив случайных чисел, мы уже знаем. Следующим шагом будет формирование кластера. Для этого нужно установить в окне редактирования диаграмм функцию связки Functions > Cluster > Bundle. Добавим еще один вход Связки. Подводим стрелку мыши к пиктограмме, нажимаем левую клавишу и, не отпуская ее, потянем вниз так, чтобы получилось три входа. Свяжем пиктограмму с данными от генератора случайных чисел. Далее создадим две константы (Functions > Numeric > Numeric Constant), которые задают начало отсчета по оси Х и шаг.

Рисунок 3.7

Для этого установим первую константу. Изменим ее метку на Хо, значение с 0 на 3, и соединим с верхним входом связки. Создадим еще одну константу, которая будет задавать шаг по оси Х. Назначим имя константы dX, а значение как 0,5 и соединим со свободным входом функции связки. Если значение интервала вывода точек не является целым числом, то необходимо сначала изменить формат константы шага. Для этого нужно подвести указатель мыши к вновь созданной константе, нажать правую клавишу мыши, затем выбрать пункт меню Representation, а в подменю выбрать формат числа Double Precision (действительное двойной точности). Изменяем значение константы и метку.

Отметим, что п р и в е д е н н, а я последовательность создания кластера с использованием трех входных параметров не может быть изменена. Т. е., сначала необходимо формировать Xo, затем dX, а затем входной массив данных. Такая строго регламентированная последовательность объясняется синтаксисом самого языка.

И последний шаг. Установим Waveform Graph на интерфейсную панель и соединим с выходом функции Bundle. В результате должна получиться диаграмма.

Очень часто возникает необходимость построения одновременно нескольких зависимостей на одном графике. Для того, чтобы реализовать возможность такого построения, необходимо воспользоваться уже известной нам функцией Build Array (Functions > Array > Build Array). Модифицируем предыдущую программу _ генерируем второй массив случайных чисел. «Перетягиваем» в окно редактирования диаграмм функцию Build Array. Меняем ее размер так, чтобы образовалось два входа и делаем соединения, как показано на диаграмме.

Рисунок 3.8

После запуска программы убеждаемся, что действительно на одном графике размещены две различные зависимости. При нажатии правой клавиши мыши на области построения зависимостей появляется выпадающее меню с множеством различных опций и настроек. При чем, производя нажатия на различных компонентах, появляются уникальные, свойственные именно этим элементам, опции настроек. Так если сделать визуально видимыми все основные компоненты Waveform Graph, то это будет выглядеть следующим образом: Как видим, имеется достаточно много инструментария, который позволяет существенно изменять выводимые графики.

Рисунок 3.9

1. Plot Legend (настройка свойств графика) — определяет цвет и стиль графика или графиков. Изменение этой группы параметров позволяет индивидуально настраивать свойства каждой выводимой зависимости.

2. Cursor (курсор) — показывает положение курсора для каждой выводимой зависимости отдельно.

3. Grid mark — крупная сетка.

4. Mini_grid mark — мелкая сетка.

5. Graph palette (палитра графика) — позволяет манипулировать построением зависимости, например масштабом, во время работы программы.

6. Cursor mover — перемещает курсор в задаваемую позицию.

7. Cursor legend (тип курсора) — управляет и модифицирует опции, связанные с курсорами.

8. Scale legend (тип шкал) — осуществляет конфигурацию шкал.

9. X_scale — шкала Х.

10. Y_scale — шкала Y.

11. Label — метка (уникальное имя индикатора).

4. Создание программы, которая реализует конкатенацию (слияние) строк и освоение технологии изменения свойств элементов управления и индикаторов Как и во всех языках программирования высокого уровня, в LabVIEW также реализована работа со строками. Строки в LabVIEW это еще один тип данных, для работы с которыми существуют свои функции, индикаторы и элементы управления. «Напишем» элементарную программу, которая реализует конкатенацию (слияние) строк:

· создаем новое приложение;

· устанавливаем на интерфейсную панель поле ввода строки (строк): Controls > String & Path > String Control;

· создаем еще один такой же элемент, повторяя предыдущий шаг;

· следующий шаг текстовый индикатор для вывода результата. Устанавливаем его на панель: Controls > String & Path > String Indicator.

· переименуем все установленные на панели элементы, как показано ниже;

· переключаемся в окно редактирования диаграмм и устанавливаем пиктограмму_функцию сложения строк: Functions > String > Concatenate Strings.

· соединяем соответствующие выводы, как показано на диаграмме, и программа готова.

Рисунок 4.1

Выполним тестирование написанной программы. Заполняем первую и вторую строку ввода произвольной последовательностью символов, и запускаем программу на выполнение.

В контекстном меню к строке есть опция Password Display. Эта опция переключает поле ввода в режим, предназначенный для ввода пароля. При этом вместо вводимых символов, поле будет заполняться звездочками.

Напишем простую программу, которая при правильном или неправильном вводе пароля информирует об этом пользователя путем изменения цвета овальной «лампочки_индикатора» :

Приступаем к программированию. Переключаемся в окно редактирования диаграмм и устанавливаем знак сравнения проверку на равенство введенного пароля и константы, с которой он сравнивается: Functions > Comparison > Equal? Соединяем строку ввода и индикатор с соответствующими выводами. Для создания константы, с которой будет сравниваться вводимая строка, необходимо подвести указатель мыши в виде катушки ко второму выводу функции сравнения и нажать правую клавишу мыши. Теперь можно создать константу: Далее необходимо ввести значение константы_па_ роля, например «mypass». Все, можно проверить программу на работоспособность. Для этого, необходимо переключиться на интерфейсную панель.

Рисунок 4.2

Сначала введем верный пароль и запустите на исполнение, а затем неверный. Проанализируйте получившийся результат. Попробуйте модифицировать эту программу.

А теперь поработаем с функциями преобразования чисел в строку. Составим программу, как показано ниже. Причем для сложения строк используйте уже известную Вам функцию конкатенации, а для преобразования числа в строку _ новую функцию из того же функционального меню.

Запускаем программу. Следует обратить особое внимание на константу, которая определяет формат числа. Так, запись %.2f означает, что вводимое число будет преобразовано в строку, где 2 это количество знаков после запятой.

Создадим программу, которая будет генерировать 2-х мерный массив из 128 строк и 3-х столбцов. Первый столбец будет содержать данные синусоидальной волны, второй? шумовую волну, а третий? косинусоидальную волну. Кроме этого, результат формирования волн будет отображаться в виде графиков одной области и в табличном виде.

Программа может иметь, например, такой внешний вид:

Рисунок 4.3

При этом «листинг» ее должен быть следующим:

Рисунок 4.4

А теперь рассмотрим пример чтения данных из файла и представления их в виде графиков и таблицы. Последовательность уже знакомых действий будет следующая:

* создаем новое приложение;

* устанавливаем на переднюю панель таблицу Table: Controls>List & Table>Table, затем преобразовать в индикатор. При нажатии правой клавиши мыши на объекте выбрать пункт Change to Indicator

* устанавливаем элемент Waveform Graph (передняя панель): Control > Graph

* в окне редактирования диаграмм устанавливаем следующие компоненты

Number To Fractional String (блок диаграмма): (Functions>String>String/ Number Conversation).

Read From SpreadSheet File. vi (блок диаграмма): (Functions>File I/O).

Блок диаграмма программы чтения будет выглядеть так:

Рисунок 4.5

а передняя панель:

Рисунок 4.6

Выполняем необходимые соединения и запускаем программу. После запуска, в появившемся окне необходимо выбрать файл данных (созданный в предыдущем примере).

Немного модифицируем созданную программу. Разделим двумерный массив на три одномерных и построим графики каждого сигнала отдельно. Для этого воспользуемся уже известной функцией работы с массивами: Functions >> Array >> Index Array. С ее помощью будем выделять столбцы массива.

* добавляем еще три Waveform Graph;

* в окно редактирования диаграмм устанавливаем три Index Array, соединяем с исходным массивом и создаем константы (0, 1, 2), определяющие номер столбца массива, а значит и тип зависимости;

* корректируем соединения и запускаем программу.

В результате получаем новую программу:

Рисунок 4.7

Передняя панель будет выглядеть, например, так Рисунок 4.8

После запуска, в появившемся окне необходимо выбрать файл данных (созданный ранее).

В качестве основных блоков будем использовать уже созданные в предыдущих примерах виртуальные инструменты, которые необходимо только чуть-чуть модифицировать. Будут использованы программа записи и программа чтения Займемся подпрограммой записи. Загрузим ее и модифицируем иконку программы, дважды щелкнув левой клавишей мыши на иконке в правом верхнем углу. Изменим рисунок ее иконки (справа вверху), и сохраним ее как подпрограмму (см. первый урок) Аналогично модифицируем и подпрограмму, которая считывает и визуализирует данные;

Рисунок 4.9

Для начала, создадим графический интерфейс, который состоит из трех кнопок с соответствующими надписями, для которых установлена опция программной реакции по отпусканию клавиши (смотри рисунок) Для кнопок нужно усьтановить цвет во включеном и выключенном состоянии и подписать их.

Теперь следует сконфигурировать работу подпрограмм так, чтобы при вызове (нажатии на соответствующую клавишу) открывалась передняя панель подпрограммы, а по завершению работы с ней исчезала. Для этой цели необходимо нажать правую клавишу мыши на выбранной подпрограмме, и в выпадающем меню выбрать опцию конфигурирования подпрограммы (SubVI Node Setup). В появившемся окне следует установить соответствующие метки.

По этой работе мы научились работать со строковыми переменными и использовать функции преобразования, освоили технологию изменения свойств элементов управления и индикаторов. Также познакомились с технологией изменения свойств элементов управления и индикаторов. Создали приложение, в котором применялись функции генерации сигналов, массивы строки, а также операции визуализации данных, сохраненных в файле.

Заключение

В результате выполненной курсовой работы, освоили начала технологии графического программирования, научились изменять и редактировать свойства графических элементов управления и индикации, использовать циклы типа While-Do и For-Loop в теле программы, сгенерируете массив данных и познакомитесь с последовательностью действий по организации файлового сохранения полученных данных на диске.

Делая программу, мы научились использовать CASE-структуры в создаваемых приложениях, применять циклы типа For-Do в своих программах, изменять свойства графического элемента управления «Кнопка», обрабатывать нажатия кнопок, использовать редактор формул для написания кода программы, разрабатывать подпрограммы и сохранять их в виде отдельного виртуального инструмента, оформлять иконку полученной подпрограммы и устанавливать связи иконки с используемыми в подпрограмме параметрами, изменять свойства подпрограммы и сохранять их в виде отдельных файлов или в составе библиотеки, использовать созданную подпрограмму в других приложениях. Также научились работать со строковыми переменными и использовать функции преобразования.