Федеральное агентство по образованию Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ"

Федеральное агентство по образованию

Санкт-Петербургский государственный электротехнический
университет "ЛЭТИ"
____________________________________________________
КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРИБОРОСТРОЕНИИ
Методические указания
к лабораторным работам
Санкт-Петербург
Издательство СПбГЭТУ "ЛЭТИ"
2005
УДК 502.3/.5:681.785
Компьютерные технологии в приборостроении: Методические указания к
лабораторным работам / Сост.: М. М. Еид, Б. Г. Комаров, П. Г. Королев, Н. И.
Куракина, А. В. Панков, И. Н. Пестова. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2005. 32 с.
Дано описание средств графического программирования LabView,
приведены рекомендации к построению виртуальных приборов, моделирующих
работу вычислительных и логических устройств, и по их отладке.
Предназначены для студентов специальностей 190100, 190900, 071900
дневной и вечерней форм обучения.
Утверждено
редакционно-издательским советом университета
в качестве методических указаний
 СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2005
Введение
Настоящий курс лабораторных работ направлен на изучение и освоение
принципов создания виртуальных средств, моделирующих работу процессора
вычислительного устройства.
Программная система LabView является удобным средством для
проектирования измерительных каналов, приборов, систем. Она обеспечивает
построение и моделирование измерительных структур различной сложности.
Система имеет библиотеку виртуальных модулей (моделей) измерительных
средств, их отдельных блоков и компонентов. Она позволяет пользователю
создавать виртуальные измерительные приборы любой сложности и формировать
свою библиотеку виртуальных средств (VI). Система обладает удобными
средствами редактирования и отладки и обеспечивает работу с реальными
измерительными приборами, модулями и сигналами.
Создание виртуального измерительного средства связано с определением его
измерительной функции, созданием лицевой панели с органами управления и
средствами представления данных, созданием структурной схемы, выполняющей
заданную измерительную функцию, редактированием и отладкой работы
измерительного устройства. Для этого система поддерживает соответствующие
режимы: создание лицевой панели измерительного прибора  Panel, создание
структурной схемы и отладка работы  Diagram.
Каждый режим имеет свое окно, панель управления и поддерживается
библиотекой (палитрой) моделей функциональных блоков (виртуальных модулей).
3
1. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА
1.1.
Панель управления
Панель управления программной системы (ПС) LabView всегда находится
на мониторе в верхней части окна. Вид панели изображен на рис. 1.1, там же
указано функциональное назначение элементов.
Выполнение до конца
Группировка
Пошаговое выполнение
Выравнивание
Индикация выполнения
Пауза
Остановка
Циклический запуск
Запуск
Рис. 1.1
Нажатие на соответствующую кнопку вызывает выполнение указанной
команды или включение режима.
Кроме того, система имеет дополнительный набор инструментов, которые
могут быть выбраны с помощью дополнительного окна Tools из списка Windows
раздела панели управления (Windows\Show Tools Panel). Набор инструментов Tools
полезно иметь открытым во время работы, разместив его в левом верхнем углу
рабочего окна.
Вид окна Tools и назначения инструментов приведены на рис. 1.2, в номерах
инструментов на первом месте  номер строки, на втором  номер столбца в
палитре.
1.1
1.2
1.3
2.1
2.2
2.3
Операция
Позиционирование
Редактирование текста
Соединение
Всплывающий объект
Перемещение окна
3.1 Установка точек останова
3.2 Установка контрольных
точек
3.3 Определение цвета
4 Установка цвета
Рис. 1.2
4
Все перечисленные инструменты предназначены для управления процессом
создания виртуального устройства и его тестирования: для выбора нужных
функциональных блоков при формировании лицевой панели и структурной схемы
устройства, редактирования, отладки.
При разработке виртуального прибора (ВП) полезно иметь открытым окно
минимальной помощи (Help\Show Simple Help), в котором дается краткое описание
назначения и использования функционального блока, на который наведен указатель
манипулятора  мыши.
Далее рассмотрены инструменты управления и редактирования окна Tools и
панели управления, их назначение и способы применения.
1.1.1. Инструменты управления
Запуск  если стрелка целая, нажатие на кнопку вызывает запуск ВП; если
стрелка "сломана", в структурной схеме ВП имеются ошибки и запуск ВП
невозможен.
Остановка – вызывает немедленную остановку работы ВП.
Операция  указатель мыши позволяет выполнять операции на лицевой
панели: управление переключателями; в режиме Diagram при двойном нажатии
правой кнопки мыши (2ПКМ) на объекте обеспечивает переход в режим Panel с
указанием с помощью "шатра" соответствующего элемента на лицевой панели, а
также задание параметров элементов структурной схемы (Case и т. п.) (более
подробно см. 1.3.5).
1.1.2. Инструменты редактирования
Редактирование текста  позволяет вводить текст в поле метки, создавать и
редактировать надписи на лицевой панели ВП или структурной схеме и др.
Позиционирование ("стрелка")  нажатие левой кнопки мыши (ЛКМ) на
объекте обеспечивает его выделение для последующего редактирования: изменения
размеров, перемещения, удаления.
Соединение  обеспечивает соединение элементов структурной схемы ВП.
Выравнивание  предназначена для выравнивания нескольких элементов ВП.
Предварительно такие элементы следует выделить.
Группировка  предназначена для группировки выделенных элементов ВП.
Всплывающий объект  при нажатии ЛКМ или ПКМ возникает
всплывающее меню Functions (в режиме Diagram) или Controls (в режиме Panel).
Перемещение окна – позволяет перемещать окна.
Определение цвета  позволяет определить цвет объекта/фона.
5
Установка цвета  обеспечивает выбор цвета из палитры. Для выбора цвета
объекта/фона следует нажать ЛКМ на пиктограмме объекта/фона и выбрать цвет из
предложенной палитры. Для окраски выбранным цветом следует поместить
указатель на объект и нажать ЛКМ.
1.1.3. Инструменты отладки
Циклический запуск  обеспечивает повторяющийся запуск ВП.
Установка контрольных точек  позволяет установить контрольные точки в
структурной схеме с индикацией результатов выполнения алгоритма. Установка
точек осуществляется нажатием ЛКМ в нужном месте структурной схемы, снятие 
закрытием окна индикации.
Установка точек останова  позволяет установить точки останова в
структурной схеме для поэтапного выполнения алгоритма; установка и снятие
точек осуществляются нажатием ЛКМ в требуемом месте структурной схемы ВП.
Выполнение до конца  обеспечивает выполнение алгоритма до конца,
игнорируя все установленные точки останова.
Пошаговое выполнение  обеспечивает выполнение алгоритма шаг за шагом
по нажатию кнопки Запуск или Пошаговое выполнение.
Индикация выполнения  позволяет отслеживать последовательность
распространения данных (выполнения операций) в процессе работы ВП.
Пауза  вызывает приостановку работы ВП; для продолжения необходимо
нажать кнопку Запуск или отпустить кнопку Пауза.
1.2. Лицевая панель (Panel)
Режим Panel предназначен для формирования лицевой панели ВП с
помощью палитры Controls. Режим обеспечивает выбор органов управления,
модулей представления данных, редактирование вида лицевой панели
измерительного устройства. Для переключения в режим Panel из режима Diagram
следует в меню Windows панели управления выбрать Show Panel (Windows\Show
Panel).
1.2.1. Выбор органов управления
В окне Tools должен быть выбран инструмент Операция. Переместив маркер
в область окна лицевой панели, необходимо нажать ПКМ, во всплывающем окне
появится палитра Controls, из которой разработчик выбирает группу средств, и
далее необходимый функциональный блок (целесообразно палитру Controls
6
держать на экране ЭВМ постоянно, для чего следует выбрать Windows\Show
Control Panel). Элементы управления в LabView делятся на два типа: элементы,
задающие исходные данные для функционирования ВП (Controls), и элементы
отображающие результаты измерений и обработки (Indicators). Чтобы сменить тип
объекта управления, следует щелкнуть ПКМ на объекте и затем выбрать из
предложенного списка Change to Indicator или Change to Control (в зависимости от
типа объекта). Для любого объекта управления разработчик ВП может указать:
1) диапазон представления величины;
2) точность представления величины;
3) вид кода представления;
4) размерность величины.
Приведем пример выбора некоторых наиболее часто используемых при
выполнении лабораторных работ блоков:
1) переключатель логический: Panel\ (ПКМ) \Controls \ Boolean\ Vertical
switch;
2) индикатор температуры: Panel\ (ПКМ) \ Controls\ Numeric\ Thermometr;
3) одноканальный осциллограф: Panel\ (ПКМ) \ Controls\ Graph\Waweform
Ghart;
4) цифровое отсчетное устройство: Panel\ (ПКМ) \ Controls\Numeric\Digital
Indicator.
1.2.2. Установка метки (надписи на лицевой панели)
Для обозначения органов управления, установленных на лицевой панели,
используются метки  надписи, обозначающие их назначение или режим работы,
"привязанные" к объекту. Для создания метки следует поместить указатель
(Операция или Редактирование текста) на объект, нажать ПКМ\Show\Label, после
чего набрать в окне требуемый текст. Тот же текст появится и на структурной схеме
ВП рядом с обозначением объекта. К языку текста метки требований не
предъявляется. Для изменения текста метки следует выбрать указатель
Редактирование текста и ввести в поле метки новый текст. Для удаления метки
следует отключить режим Show\Label или удалить весь текст.
1.2.3. Редактирование
Для редактирования надписей необходимо на нужном месте установить
маркер Редактирование текста и сделать два щелчка ЛКМ, после чего можно
приступать к редактированию текста.
7
Для установки диапазона шкалы измерительного устройства (Dmin, Dmax)
необходимо на поле шкалы щелкнуть ЛКМ (после чего граница диапазона будет
отмечена белым фоном), набрать нужные числа и нажать клавишу <Enter> на
клавиатуре.
Для выбора точности и вида представления результата на цифровом
отсчетном устройстве следует на объекте щелкнуть ПКМ\Format & Precession и
указать в соответствующих полях требуемые значения.
Выделение объекта, перемещение и изменение размеров осуществляется
инструментом Позиционирование ("стрелка"). Для изменения размеров объекта
поместить указатель на любой из углов объекта (после чего указатель приобретет
форму угольника), нажать ЛКМ и, не отпуская ее, перемещением указателя
изменить размер.
Для группировки и выравнивания нескольких объектов следует выделить
объекты, выбрать Группировка или Выравнивание соответственно, далее выбрать
способ группировки или выравнивания.
Для отмены предшествующих действий следует использовать Edit\Undo.
Для удаления, перемещения в буфер копирования, вставки объектов следует
использовать режимы Delete, Cut, Copy, Paste из меню Edit (предварительно объект
должен быть выделен). Перечисленные операции с объектами ВП могут
осуществляться только в том режиме (Panel, Diagram), в котором происходило
создание объекта.
1.2.4. Установка и выбор цвета
Для выбора нужного цвета объекта/фона необходимо выбрать в окне Tools
режим Установка цвета и из предлагаемой палитры цветов выбрать требуемый
цвет объекта/фона. Для изменения цвета/фона объекта следует нажать ЛКМ с
указателем "кисточка" на объекте.
1.2.5. Графическое представление данных
Для графического представления данных предназначены объекты из палитры
Graph меню Controls – так называемые виртуальные осциллографы. В
лабораторных работах могут применяться объекты Waveform Chart и Waveform
Graph (однокоординатный осциллограф) и XY Graph (двухкоординатный
осциллограф).
Каждый элемент из палитры Graph имеет атрибуты Legend и Palette. Атрибут
Legend позволяет проектировщику ВП задать вид представления данных на
осциллографе (тип и цвет линии).
8
Среда LabView предоставляет возможность задавать способ представления
данных по горизонтальной и вертикальной осям осциллографов. Для этого
следует щелкнуть ПКМ на объекте и выбрать X Scale или Y Scale и далее 
Formatting, где задается способ представления данных на графике.
Виртуальный осциллограф Waweform Chart позволяет наблюдать изменения
во времени одного или нескольких сигналов одновременно. Для отображения
одной величины достаточно соединить пиктограмму виртуального осциллографа с
источником входного сигнала (см. 1.3.7). Для того чтобы одновременно наблюдать
на экране несколько величин, необходимо связать эти данные в структуру с
помощью многовходовой сборки Bundle, после чего соединить с виртуальным
осциллографом. Количество одновременно отображаемых величин не ограничено.
Виртуальный осциллограф Waweform Graph позволяет отображать
накопленную информацию – массив числовых данных. Для этого следует с
помощью многовходовой сборки Bundle объединить в одну структуру: начальную
координату по горизонтальной оси, шаг по горизонтальной оси, массив
накопленных данных, и далее соединить ее с виртуальным осциллографом.
Аналогичным образом можно отобразить несколько массивов данных. Для
этого полученные структуры необходимо объединить в массив элементом Build
Array и соединить с осциллографом.
Виртуальный осциллограф XY Graph является аналогом двухлучевого
осциллографа. Для отображения зависимости сигнала X от сигнала Y их следует
связать в структуру с помощью элемента Bundle, после чего соединить с
виртуальным осциллографом.
Виртуальный осциллограф XY Plot позволяет проследить зависимость
одного параметра от другого.
Виртуальный осциллограф Waweform Chart используется для представления
разнородных физических величин (таких, как, например, температура и
электрический ток). Виртуальный осциллограф Waweform Graph предназначен для
выдачи однородной информации.
Для изменения размеров экрана виртуального осциллографа следует выбрать
режим позиционирования, поместить указатель в угол экрана и затем изменить его
размер так, как было описано ранее.
1.3. Структурная схема (Diagram)
Режим Diagram предназначен для построения структурной схемы ВП. Режим
обеспечивает выбор функциональных блоков для структурной схемы устройства,
ввод и редактирование измерительных функций, соединение блоков,
9
редактирование связей и отладку режимов работы виртуального измерительного
устройства.
Все функциональные блоки можно разделить на источники данных,
преобразователи и индикаторы. Они имеют, соответственно, только выходы, входы
и выходы и только входы. Входы функциональных блоков, как правило,
расположены с левой стороны, выходы  с правой. В связи с этим для удобства
формирования структурной схемы источники данных рекомендуется размещать в
левой части структурной схемы, преобразователи  в центре, а индикаторы  в
правой части.
Для переключения в режим Diagram из режима Panel следует в меню
выбрать Windows/Show Panel.
Все выбранные в режиме Panel элементы и их метки отображаются в виде
соответствующих структурных блоков в окне режима Diagram.
1.3.1. Задание числовых величин
При разработке структурной схемы ВП для моделирования измерительных
функций пользователь может использовать заданные числовые величины или
Режим
Diagram
Выбор функциональных блоков из меню
Таблица 1.1
Меню
Палитра
Блок функциональный
Functions
Numeric
Numeric Constant (константа)
Numeric\Additional
Numeric Constant
Reciprocal of e (e–1)
некоторые математические и физические константы. Пример выбора таких
функциональных блоков приведен в табл. 1.1.
1.3.2. Выбор функциональных блоков
Режим Diagram обеспечивает выбор функциональных блоков (как
стандартного набора, так и созданных пользователем) из библиотеки виртуальных
средств.
Выбирать из библиотеки стандартные блоки удобно с помощью
всплывающего меню Functions, вызываемого при нажатии ПКМ в режиме Diagram.
Далее, нажимая ПКМ или ЛКМ, можно просмотреть всплывающие палитры и,
выбрав нужный блок, поместить его в окно структурной схемы.
Перечислим основные типы функциональных блоков, наиболее часто
используемых при выполнении заданий (табл. 1.2).
10
Основные типы функциональных блоков
Таблица 1.2
Режим
Diagram
Меню
Functions
Палитра
Блок функциональный
Numeric (операции с Add (сложение)
числами)
Multiply (умножение)
Diagram
Functions
Array
Diagram
Functions
Cluster
Diagram
Functions
Tutorial
Diagram
Functions
Time&Dialog
Index
Array
(выделение
элемента массива)
Bundle
(многовходовая
сборка)
Demo Votage Read
(имитация
измерения
напряжения)
Wait Until Next ms (ожидание
N миллисекунд)
В процессе работы ВП выполнение функциональных блоков осуществляется
при поступлении данных на все его входы. В случае готовности данных на входах
нескольких функциональных блоков структурной схемы их выполнение
происходит в порядке слева направо, сверху вниз.
Редактирование структурной схемы объекта производится аналогично
редактированию лицевой панели. Следует помнить, что размеры всех элементов
структурной схемы являются фиксированными. Исключение составляют только
функциональные блоки Sequence, Case, While Loop, For Loop и Formula Node (см.
далее).
1.3.3. Ввод и редактирование измерительных функций
Для задания измерительных
функциональный блок Formula Node.
Режим
Diagram
Меню
Functions
функций
Палитра
Structures
в
явном
виде
предназначен
Блок функциональный
Formula Node
Функциональный блок Formula Node предназначен для задания
измерительных функций ВП в явном виде, например функции преобразования
термопары
t = 0.5U2 + 0.0025|U3| .
11
Для реализации в разрабатываемом ВП измерительных функций следует
выбрать блок Formula Node из палитры Function. Внутри функционального блока
записывается измерительная функция (несколько функций), каждая из которых
должна завершаться символом ";" (точка с запятой). Список выполняемых блоком
математических операции, функций и правила их записи можно просмотреть,
открыв окно Help (Help\Show Simple Help) и наведя указатель мыши на границу
формульного узла. Например, приведенная ранее функция преобразования
термопары будет записана в виде
t=0.5*U^2+0.0025*abs(U^3).
Чтобы начать ввод текста в формульный узел, следует в панели Tools
выбрать инструмент Операция или Редактирование текста, поместить указатель
на поле, ограниченное рамкой функционального блока и нажать ЛКМ.
Для работы функционального блока следует сформировать его входы и
выходы и наименования передаваемых через них данных, причем входы (выходы)
могут располагаться как с правой, так и с левой стороны блока. Для создания
входов (выходов) следует поместить указатель на одну из сторон функционального
блока и нажать ПКМ, после чего выбрать из предложенного списка Add Input
(Добавить вход) или Add Output (Добавить выход) и указать в нем имя переменной.
Имена переменных на входах и выходах формульного узла должны совпадать с
именами переменных, входящих в измерительную функцию.
В случае, если измерительная функция не помещается в окно
функционального блока, можно инструментом Позиционирование изменить его
размер.
1.3.4. Реализация последовательности действий
Для
реализации
последовательности
действий
представляется
целесообразным
воспользоваться
функциональным
блоком
Sequence
(последовательность).
Режим
Diagram
Меню
Functions
Палитра
Structures
Блок функциональный
Sequence
Применение этого блока в структурной схеме ВП позволяет существенно
повысить наглядность схемы и логику работы ВП. Этот блок обязательно следует
использовать в том случае, когда естественное соединение функциональных
12
модулей ВП не обеспечивает требуемой последовательности выполнения операций.
Отображение функционального блока в структурной схеме ВП приведено на
рис. 1.3.
Структура отображает собой последовательность действий ВП. Отображается только
одно из них. Общее количество действий,
описанных в структуре, и номер отображаемого
указываются в верхней части функционального
блока.
Для передачи данных от одного действия
структуры к другому служит локальный переход.
Рис. 1.3
Для создания локального перехода следует поместить указатель на структуру
(т. е. на ее контур) и нажать ПКМ\Add Sequence Local. Направление передачи
данных LabView определяет автоматически при проведении связи к локальному
переходу. Места прохождения связей с данными, поступающими в структуру извне,
выглядят как туннели на границе функционального блока.
Для добавления нового действия в последовательность следует нажать
ПКМ\Add Sequense After или ПКМ\Add Sequense Before. Для удаления текущего
действия из последовательности следует нажать ПКМ\Delete This Frame.
Для просмотра скрытых действий следует поместить указатель в верхнюю
часть структуры (при этом он должен принять вид треугольника), после чего
щелчком ЛКМ будет осуществлен переход на предыдущее (последующее)
действие. Также для перехода можно нажать ПКМ на контуре структуры, выбрать
из списка Show Sequence и далее выбрать номер действия.
Внутри каждого действия структуры Sequence могут быть размещены любые
функциональные блоки LabView. Передача управления от одного действия к
другому производится только после готовности всех входных данных.
1.3.5. Реализация структуры с ветвлением
Структура с ветвлением обеспечивает выбор одной из нескольких ветвей
алгоритма функционирования ВП в зависимости от заданного условия.
Режим
Меню
Палитра
Блок функциональный
Diagram
Functions
Structures
Case
13
Структура имеет специальный вход условия, которым может быть либо
логическое значение (Истина, Ложь  если существуют лишь две ветви), либо
номер выбираемой ветви алгоритма функционирования ВП.
Структура представляет собой набор окон, переход между которыми
осуществляется так же, как и в структуре Sequence. По умолчанию структура имеет
две ветви. Для создания дополнительных ветвей следует на контуре структуры
выполнить ПК и в раскрывшемся списке выбрать пункт Add Case (Добавить ветвь).
Для удаления неиспользуемой ветви следует выбрать Delete This Case. Переход с
одной ветви алгоритма на другую аналогичен переходам по структуре Sequence.
Структура выбора может иметь один или несколько выходов или не иметь их
вообще. В случае, если хотя бы одна из ветвей алгоритма передает данные дальше,
то
необходимо,
чтобы
и
остальные
ветви передавали
данные из структуры Case.
Рис. 1.4
При организации связи от объекта
внутри структуры выбора к ее границе на границе образуется туннель белого цвета,
видимый из любой ветви структуры. Данные того же типа, получаемые в других
ветвях алгоритма, необходимо при организации связей передавать на тот же
туннель. При правильно организованной передаче данных из структуры все
туннели должны быть окрашены в черный цвет (рис. 1.4).
1.3.6. Реализация циклов
При разработке структурной схемы ВП итерационные алгоритмы могут быть
реализованы с помощью двух видов циклов: While и For.
Режим
Diagram
Меню
Functions
Палитра
Блок функциональный
Structs
While loop
For loop
Для передачи данных из предыдущей итерации цикла в последующую
используются локальные переменные цикла, обозначаемые на структурной схеме
ВП треугольными стрелками, цвет которых совпадает с цветом линии связи.
Для создания локальной переменной цикла следует поместить указатель на
левую или правую границу функционального блока цикла, нажать ПКМ и в
раскрывшемся списке выбрать Add Shift Register. Количество таких регистров для
цикла не ограничивается.
Для цикла For критерием прекращения итераций является выполнение
заданного количества итераций. Условие прекращения выполнения цикла While
14
может быть определено на каждой итерации цикла. Особенностью выполнения
цикла While является то, что вначале выполняется тело цикла и лишь затем
проверяется условие (цикл с постусловием). Логическая переменная – условие
выполнения итерации  соединяется с символом продолжения итераций.
Нумерация итераций для двух видов циклов начинается с нуля.
Передача данных по окончании цикла далее может быть произведена как
через локальную переменную, так и непосредственно с помощью проведения связи
через границу структуры цикла. В последнем случае на контуре структуры появится
черный туннель. Цикл While позволяет передавать как единичные данные, так и
массивы данных. Цикл For при передаче данных через туннель формирует массив
из N элементов.
Следует помнить, что данные, формируемые при выполнении цикла, могут
быть переданы далее только после прекращения выполнения цикла.
Рис. 1.5
На рис. 1.5 приведен пример подсчета суммы 10 целых чисел от 0 до 9 и
выдача результата за пределы цикла.
1.3.7. Соединение блоков и редактирование связей
Для соединения функциональных блоков структурной схемы из палитры
Tools следует выбрать инструмент Соединение. При помещении указателя (в
режиме соединения) на функциональный блок структурной схемы начнет мигать
соответствующий вывод (представляется полезным включить режим Simple Help,
при котором в отдельном окне приводится краткое описание функционального
блока, на который установлен указатель, их выводы и назначения выводов). Выбрав
требуемый вывод, следует нажать ЛКМ на нем и затем поместить указатель на
второй вывод и вновь нажать ЛКМ. В случае, если проведенная связь недопустима,
то линия пунктирная, а стрелка Запуск окажется "сломанной".
Для наглядности и удобства редактирования структурной схемы объекта
можно изменить конфигурацию существующих линий связи. Для этого, выбрав из
15
палитры Tools указатель "Перемещение", его необходимо поместить на участок
линии связи и затем, при нажатой ЛКМ, "перетащить" линию в другое место
структурной схемы ВП. При проведении линии связи можно "принудительно"
изменять ее направление (в отличие от предлагаемого средой при ее создании). Для
этого следует в местах изменения направления нажимать ЛКМ, после чего
продолжать создание связи.
Следует помнить, что работа функциональных узлов
структурной схемы ВП, разработанных в среде LabView,
возможна только при появлении на их входах всех данных.
Поэтому соединение элементов структурной схемы в виде
Рис. 1.6"
обратной связи" является ошибочным (рис. 1.6)
Цвет и толщина линии связи зависит от типа передаваемых по ней данных. В
табл. 1.3 и 1.4 приведены характеристики основных типов линий связи.
Основные типы данных
Таблица 1.3
Цвет линии
Данные
Синяя
Целочисленные данные
Оранжевая
Вещественные данные
Зеленая
Логические данные
Розовая
Символьные данные
Черная пунктирная
Недопустимое соединение
Основные типы линий связи
Тип линии
Таблица 1.4
Данные
Тонкая
Единичные данные
Толстая синяя, оранжевая
Массив
или зеленая
соответствующего типа
Толстая коричневая
Структура (Cluster) данных одного типа
Толстая розовая
Массив символьных данных (в том числе многомерный)
или структура разнотипных данных
данных
(в
том
числе
многомерный)
При неправильном соединении объектов структурной схемы ВП линия связи
становится прерывистой. Наиболее часто это обусловлено следующими причинами:
 соединены два различных выхода;
 несовместимость типов данных;
 линия связи не имеет источника или приемника данных ("оборванная
связь").
16
Для разрыва (удаления) связи между функциональными узлами структурной
схемы следует выделить линию связи щелчком ЛКМ на ней и нажать клавишу
<Delete>. Если связь изменяет свое направление, то при нажатии ЛКМ будет
выделен лишь один ее участок. Для выделения всей линии следует 2 раза щелкнуть
на ней ЛКМ, в этом случае линия будет выделена между двумя соседними узлами
("разветвление линии"). Для выделения всех связей между функциональными
блоками (эта же линия) следует затем 3 раза щелкнуть на ней ЛКМ.
Удаление неправильного соединения выполняется аналогично. В случае,
когда неправильных соединений в структурной схеме слишком много, удобно
воспользоваться меню Edit\Remove Bad Wires или комбинацией клавиш
<Ctrl>+<B>.
Удаление, копирование, выравнивание и группировка объектов на
структурной схеме ВП производится теми же операциями, что и для объектов
лицевой панели ВП (см. 1.2.3).
1.3.8. Создание функционально законченного ВП
Большим достоинством среды программирования LabView является
возможность создания функционально законченных ВП, которые могут быть
использованы в качестве ВП нижнего уровня в структурной схеме новых ВП. Для
создания ВП, позволяющего использовать его как ВП нижнего уровня, следует:
1. Нажать ПКМ на пиктограмме ВП, расположенной в правом верхнем углу
лицевой панели, и выбрать Show Connector (Показать входы). Пиктограмма примет
вид квадрата с отдельными секторами. Количество таких секторов обычно
совпадает с количеством элементов управления ВП. Каждый сектор будет
соответствовать выводу ВП при его включении в структурную схему другого ВП.
Если разработчика не устраивает предлагаемый автоматически способ разбиения,
то он может выбрать его вручную, нажав ПКМ на пиктограмме и выбрав Rotate,
Flip Horizontal, Flip Vertical или Patterns.
2. Связать органы управления ВП с секторами пиктограммы элементом
Соединение. Для установления связи следует нажать ЛКМ на органе управления
ВП (который будет выделен "шатром"), а затем – на секторе пиктограммы, который
будет выделен цветом. Если при установлении связи была допущена ошибка,
следует поместить указатель (инструмент Соединение) на сектор пиктограммы,
который нужно отсоединить, нажать ПКМ и выбрать Disconnect This Terminal. Для
"развязывания" всех элементов структурной схемы следует выбрать Disconnect All
Terminals. Отметим, что внешне связь органа управления ВП с сектором
пиктограммы никак не проявляется.
17
3. После установления связи требуемых элементов управления с
пиктограммой (могут быть связаны не все элементы и не все секторы пиктограммы
задействованы) разработчик ВП может создать значок (пиктограмму), который
будет соответствовать прибору при включении его в структурную схему другого
ВП. Для этого следует нажать ПКМ на пиктограмме и выбрать режим Edit Icon.
После выполнения перечисленных действий ВП готов для включения его в
структурную схему другого ВП. Следует отметить, что лицевая панель такого ВП
при его работе в составе ВП более высокого уровня не будет видна оператору. При
работе ВП высокого уровня такой объект рассматривается только как один из
элементов его структурной схемы. Для изменения характеристик такого ВП его
можно открыть как обычный ВП (File\Open) или щелкнув 2 раза ЛКМ на его
пиктограмме в структурной схеме.
Созданный законченный ВП удобно хранить в библиотеке ВП – файле с
расширением llb, содержащем один или несколько ВП, относящихся к данной
разработке. Разработчик ВП может либо поместить ВП в существующую
библиотеку ВП, либо создать новую.
Для создания новой библиотеки следует выбрать File\Save\New VI Library,
после чего разработчику будет предложено дать библиотеке название. Указав имя и
подтвердив его нажатием VI Library, разработчик может либо сразу сохранить в ней
ВП, либо сделать это позднее. Для помещения ВП в имеющуюся библиотеку
используется File\Save, и можно, перемещаясь по папкам, войти в выбранную
библиотеку и подтвердить сохранение ВП.
При сохранении ВП в библиотеках разработчик может назначать им имена
длиной до 256 символов. Длина имени сохраняемого как отдельный файл ВП
ограничена 8 символами.
Для включения в состав разрабатываемого ВП существующего (в том числе
помещенного в библиотеку) ВП разработчик должен использовать раздел палитры
функций Functions\Select a VI. Выбор ВП производится аналогично открытию
файла ВП. Выбрав ВП, следует дважды щелкнуть ЛКМ на его имени, после чего
его пиктограмма будет включена в состав структурной схемы разрабатываемого
ВП.
1.3.9. Отладка работы ВП
ПС LabView имеет в своем составе средства, для отладки разработанных ВП.
Отладка ВП может осуществляться только в режиме Diagram. Режим отладки ВП
позволяет:
18
 запускать ВП в замедленном режиме работы, при этом оператор имеет
возможность наблюдать последовательность передачи данных в структурной схеме
ВП и их значения (в режиме Индикация выполнения);
 устанавливать точки останова в структурной схеме ВП;
 задавать глубину отладки (при необходимости контроля выполнения
вложенных ВП, вызываемых из структурной схемы тестируемого ВП);
 устанавливать контрольные точки (Probe) в структурной схеме ВП.
При отладке работы ВП в режиме Индикация выполнения на структурной
схеме постоянно отображаются данные, передаваемые на каждом шаге работы ВП.
Функциональные блоки ВП, завершившие свою работу и выдавшие данные в
схему, отображаются ярким цветом; блоки, не начинавшие работу,  серым цветом.
При приостановке работы ВП (Пауза, Пошаговое выполнение) блок, выполнение
которого должно завершиться в следующий момент времени, выделен.
Для установки в структурной схеме точек останова следует в палитре Tools
выбрать Установка точек останова и нажать ЛКМ в выбранной точке структурной
схемы ВП. Для продолжения процесса отладки после достижения точек останова
следует щелкнуть ЛКМ на кнопке Пошаговое выполнение.
При установке контрольных точек в схеме на мониторе раскрывается
дополнительное окно, содержащее одно отсчетное устройство. Удаление
контрольной точки производится закрытием этого окна.
При отладке ВП полезно включить режим пошагового выполнения. Для
этого служит кнопка Пошаговое выполнение, расположенная на панели управления.
Режим Пошаговое выполнение соответствует установке точек останова на
каждом узле структурной схемы ВП. Для продолжения отладки (выполнение
следующего шага) следует нажать ЛКМ на кнопке Пошаговое выполнение.
Отпускание кнопки Пауза приведет к выполнению ВП в замедленном режиме до
конца и игнорированию всех установленных в структурной схеме точек останова.
В режиме пошагового выполнения работы ВП оператор может выбирать
глубину отладки ВП:
 выполнение активного ВП без просмотра по шагам работы входящих в его
состав ВП нижнего уровня;
 выполнение активного ВП и ВП нижнего уровня;
 немедленный возврат из ВП нижнего уровня на один уровень вверх.
Просмотр установленных контрольных точек (Probe) может выполняться как
при отладке в режиме Diagram, так и при нормальной работе ВП (режим Panel).
19
2. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО. АРИФМЕТИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ.
Цель работы: изучение арифметических
применяемых в вычислительных устройствах.
операций
и форматов данных,
Задание
1) Организовать 2 устройства цифрового ввода в формате "8-разрядное
целое", выполнить операции сложения и вычитания с числами, приведенными в
табл. 2.1.
Отобразить входные и выходные данные (операнды и результат) в двоичном
и шестнадцатеричном кодах в знаковом и беззнаковом представлении в 8-и 16разрядном форматах.
2) Организовать 2 устройства цифрового ввода в формате "16-разрядное
целое", выполнить операции умножения с числами, приведенными в табл. 2.1.
3) Организовать 2 устройства цифрового ввода в формате "8-разрядное
целое", выполнить операции деления с числами, приведенными в табл. 2.1.
Отобразить входные и выходные данные (операнды и результат) в двоичном
и шестнадцатеричном кодах в знаковом и беззнаковом представлении в 8-и 16разрядном форматах.
Исходные данные и результаты записать в табл. 2.2 и 2.3.
Объяснить полученные результаты.
Порядок выполнения работы
Визуальные компоненты арифметических операций находятся в палитре
Numeric (рис. 2.1).
Рис. 2.1
Для изменения представления данных следует воспользоваться контекстным
меню, щелкнув правой кнопкой мыши на индикаторе (устройстве ввода) лицевой
панели ВИ: Representation (рис. 2.2).
20
Рис. 2.2
Для изменения формата данных воспользоваться контекстным меню,
щелкнув правой кнопкой мыши на индикаторе (устройстве ввода) лицевой панели
ВИ: Format & precision (рис. 2.3).
Рис. 2.3
21
№
1
2
3
4
5
6
№
1
2
3
4
5
6
№
1
2
3
Задание для выполнения операций сложения и вычитания
Таблица 2.1
1-й операнд
2-й операнд
127
1
127
127
128
128
128
1
127
128
128
127
Задание для выполнения операции умножения
1-й операнд
2-й операнд
127
127
128
128
63
2
64
2
8
8
11
11
11
12
15
16
16
16
Задание для выполнения операции деления
1-й операнд
2-й операнд
3
2
255
4
127
4
В случае, если не удается ввести число в десятичном коде, следует
организовать его ввод в шестнадцатеричном коде, а индикацию – в десятичном.
22
Таблица 2.2
Результаты выполнения операций с 8-разрядными беззнаковыми числами
№ Операция
1-й операнд
2-й операнд
8-разрядный результат
D
B
H D
B
H D
B
H
1.
2.
16-разрядный результат
D
B
H
Таблица 2.3
Результаты выполнения операций с 8-разрядными числами со знаком
№ Операция
1-й операнд
2-й операнд
8-разрядный результат
D
B
H D
B
H D
B
H
1.
2.
23
16-разрядный результат
D
B
H
3. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО. ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ
Цель работы: изучение логических операций.
Задание
1) Организовать 2 устройства ввода логических данных (рис. 3.1) и
выполнить над ними операции И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, исключающее ИЛИ,
включающее ИЛИ.
2) Организовать 2 устройства цифрового ввода в формате "8-разрядное
целое", выполнить те же операции, что и в п. 1, над числами, заданными в табл. 3.1.
Отобразить входные и выходные данные (операнды и результат) в двоичном,
шестнадцатеричном и десятичном кодах в знаковом и беззнаковом представлениях.
3) Организовать устройство цифрового ввода в формате "8-разрядное
беззнаковое целое", выполнить операции логического и циклического сдвига
(левого и правого), сдвига с битом переноса (рис 3.2)
Количество сдвигов при выполнении сдвига с битом переноса задать равным
единице, операции повторить многократно (см. задание в табл. 3.2).
Порядок выполнения работы
Для создания устройств ввода логических величин следует воспользоваться
органами управления из меню "Control", палитра Boolean (рис. 3.1)
Рис. 3.1
Визуальные компоненты логических операций выбираются из меню
Functions, палитра Boolean (рис. 3.2).
24
Рис. 3.2
При исследовании сдвигов, для сохранения результатов выполнения
операции следует создать локальную переменную и связать ее с выходом
визуального компонента сдвига (рис. 3.3).
Рис. 3.3
Визуальные компоненты сдвиговых операций выбираются из меню
Functions, палитра Advanced, группа Data manipulation (рис. 3.4).
Для изменения представления данных воспользоваться контекстным меню,
щелкнув правой кнопкой мыши на индикаторе (устройстве ввода) лицевой панели
ВИ: Representation.
Для изменения формата данных воспользоваться контекстным меню,
щелкнув правой кнопкой мыши на индикаторе (устройстве ввода) лицевой панели
ВИ: Format & precision.
25
Рис. 3.4
Исходные данные и результаты записать в табл. 3.3 и 3.4.
Объяснить полученные результаты.
Задание для выполнения логических операций
№
1
2
3
4
5
1-й операнд
FE
EF
F0
01
A5
2-й операнд
1
1
0F
02
5A
Задание для выполнения сдвиговых операций
№
1
2
3
4
5
6
7
Таблица 3.1
1-й операнд
1
1
1
F
F0
A5
A5
Таблица 3.2
2-й операнд (число сдвигов)
1
3
7
4
4
1
2
26
Таблица 3.3
Результаты выполнения логических операций
№ операция
1-й операнд
2-й операнд
B
H
B
H
1.
2.
Результат
B
H
Таблица 3.4
Результаты выполнения сдвиговых операций
№
Операция
1-й операнд
H
B
Логический
сдвиг влево
Логический
сдвиг вправо
Циклический
сдвиг влево
Циклический
сдвиг вправо
Сдвиг влево с
переносом
Сдвиг вправо
с переносом
2-й операнд
H
С-бит
B
H
-
27
Результат
B
4. ГЕНЕРАТОРЫ И ОСЦИЛЛОГРАФЫ.
Цель работы: изучение возможностей LabView для генерации и наблюдения
формы сигналов.
Задание
1) Построить генератор сигналов (синус, меандр, пила, треугольник).
Организовать возможность управления амплитудой, частотой, фазовым
сдвигом, количеством отсчетов за период.
2) Наблюдать результаты работы генератора с помощью цифровых
осциллографов (рис. 4.3, 4.4).
Порядок выполнения работы
Визуальные компоненты генерации сигналов находятся в палитре Analysis
(рис. 4.1). Выберите ВИ генерации массива значений синусоидальной функции
(Sine Pattern.vi).
Рис. 4.1
Для того, чтобы определить значения входных параметров выберите
инструмент «Соединение» и, устанавливая его на терминалы ВИ «Sine Pattern»,
воспользуйтесь контекстным меню, из которого нужно выбрать пункт «Create
Control», (рис 4.2).
28
Рис. 4.2
Воспользовавшись следующими сведениями, постройте виртуальный
инструмент генератора сигналов и разработайте инструкцию по работе с ним.
Sine Pattern (Генератор синусоидального сигнала).
Генерирует массив, содержащий значения синусоидальной функции.
Samples (число отсчетов).
Samples задает количество элементов в выходном массиве, должно быть равным
количеству элементов в массиве полученного сигнала(вход "N" модуля INT4).
,где
а – амплитудное значение, n – количество отсчётов,  – фаза (начальная фаза), Т –
цикл (период).
Amplitude (амплитуда).
Amplitude задает амплитудное значение синусоидального сигнала, устанавливается
по умолчанию на 1.0.
Phase (фаза).
Фаза устанавливается по умолчанию на 0. Фаза должна быть указана в
градусах, а не в радианах.
Cycles (циклы).
Параметр «циклы» устанавливается по умолчанию на 1.0. Поскольку он
является числом с плавающей точкой, для синусоидального сигнала возможно
задание нецелого числа циклов.
29
Sinusoidal Pattern (синусоидальный сигнал).
Самый большой массив значений синусоидальной функции, который может
быть сгенерирован, зависит от размера оперативной памяти в вашей системе и
теоретически ограничен 231 – 1 элементами.
Рис. 4.3.
Пример реализации генератора синусоидального сигнала и отображения
сигнала на графике Waveform graph представлен на рис.4.3. Могут быть
использованы графики Waveform chart, Waveform graph, X-Y graph.
Рис. 4.4.
Пример построения фигуры Лиссажу с помощью графика X-Y graph приведен
на рис. 4.4.
30
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ……………………………………………………………….………..
1. Инструментальные средства …………………………………….………..
1.1. Панель управления …………………………………………………….
1.1.1. Инструменты управления …………………………………………
1.1.2. Инструменты редактирования ………………………………………
1.1.3. Инструменты отладки ……………………………………………..
1.2. Лицевая панель (Panel) …………………………………………………..
1.2.1. Выбор органов управления ………………………………………….
1.2.2. Установка метки (надписи на лицевой панели) …………………
1.2.3. Редактирование ………………………………………………………
1.2.4. Установка и выбор цвета ………………………………………….
1.2.5. Графическое представление данных ………………………………..
1.3. Структурная схема (Diagram) ………………………………….………..
1.3.1. Задание числовых величин ………………………………………….
1.3.2. Выбор функциональных блоков …………………………………….
1.3.3. Ввод и редактирование измерительных функций ……………….
1.3.4. Реализация последовательности действий …………………………
1.3.5. Реализация структуры с ветвлением ………………………………..
1.3.6. Реализация циклов ………………………………………….………..
1.3.7. Соединение блоков и редактирование связей ……………………...
1.3.8. Создание функционально законченного ВП ……………………….
1.3.9. Отладка работы ВП ……………………………………………….….
2. Вычислительное устройство. Арифметические операции……………..
3. Вычислительное устройство. Логические операции……………………
4. Генераторы и осциллографы…………………….
31
3
4
4
5
5
6
6
6
7
7
8
8
9
10
10
11
12
13
14
15
17
18
20
24
28
Редактор Э.К.Долгатов

Подписано в печать
Формат 6084 1/16. Бумага офсетная.
Печать офсетная. Гарнитура “Times”. Печ. л. 2.0.
Тираж _250_ экз. Заказ

Издательство СПбГЭТУ "ЛЭТИ"
197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5