Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лабораторная работа 3
ИССЛЕДОВАНИЕ ИЕРАРХИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ПОСТРОЕНИЯ ВИРТУАЛЬНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ И НАЛАДКИ ПРОГРАММ В СРЕДЕ LabVIEW
Цель работы: ознакомления с иерархической структурой построения ВИ, изучения процедур и инструментов создания модулей ВИ - ПВИ, средств наладки и документирования разработанных ВИ.
Сжатые теоретические сведения
Одним из основных этапов проектирования ВИ в среде LabVIEW является разработка программного обеспечения, которая базируется на методах графического программирования. Главным принципом построения программ в среде LabVIEW является принцип модульности. Этот принцип допускает иерархическую (многоуровневую) структуру программного обеспечения, когда ВИ более высокого уровня использует модули более низких уровней. Это позволяет разделять большие и сложные проекты на отдельные простые фрагменты – модули. Таким образом, программирование в LabVIEW реализуется в направлении от простого к сложному. Модули в LabVIEW получили название подвиртуальных инструментов (ПВИ или SubVI) и выполняют такую же функцию, как подпрограмма в традиционных языках линейного текстового программирования.
На базе уже разработанных ВИ в LabVIEW формируются библиотеки ПВИ, элементы которых вместе со встроенными модулями пакета активно используются для разработки новых ВИ. Это позволяет сократить время проектирования новых ВИ за счет использования библиотек уже разработанных ПВИ, а также за счет возможного распараллеливания процесса разработки отдельных ПВИ.
Для того, чтобы разработанный ВИ можно было использовать как ПВИ, ему ставится в соответствие иконкка – графическое условное обозначение, которое может содержать рисунок и надпись. Иконкка используется для идентификации ПВИ среди других, а также для переноса функции ПВИ на функциональную панель и соединение с другими модулями программами.
Разработка иконки ПВИ выполняется в два этапа:
- создается внешний вид иконки, которая отвечает основным функциям;
- разрабатывается панель соединений, которая назначает входные и исходные выводы для подключения соответствующих данных к ПВИ на функциональной панели.
Иконка, которая предлагается программным обеспечением LabVIEW при разработке ВИ по-умолчанию, расположенная в верхнем правому углу обеих основных панелей и имеет стандартный вид. Для того, чтобы ей придать вид соответствующего ПВИ, иконку нужно отредактировать. Открыть окно редактирования можно командой Edit Icon (Редактирование иконки) из контекстного меню иконки или двойным щелчком ЛКМ на ее изображении. Окно редактирования содержит увеличенный прототип иконки по центру, палитру инструментов слева и варианты реального изображения иконки в черно-белом и цветном форматах справа. Палитра инструментов позволяет рисовать и стирать изображение по точкам, проводить линии, фигуры, выделять и передвигать участки и заполнять их цветом, писать текст. После завершения редактирования и нажатия на кнопку ОК внешний вид иконки закрепляется за ПВИ.
Разработка панели соединений ПВИ выполняется только из передней панели ВИ. Из контекстного меню иконки ВИ выбирается команда Show Connector (Показать панель соединений). Эта команда обратного действия. LabVIEW предложит панель соединений, которая содержит входы для ПВИ слева, а выходы – справа. Количество входов и выходов отвечает количеству элементов ввода и вывода данных на передней панели. В случае потребности количество отводов и их взаимное положение можно изменить командами контекстного меню панели-иконки. Для обозначения отводов панели соединений необходимо:
- выделить конкретный вывод на панели соединений щелчком мыши, при этом указатель должен принять вид катушки;
- подвести показатель мыши в виде катушки к соответствующему элементу передней панели и зафиксировать этот выбор щелчком, при этом избранный элемент выделяется бегущим пунктиром;
- сделать щелчок на открытой части передней панели, при этом пунктир исчезнет, а вывод на панели соединений будет окрашен в цвет, который отвечает типу данных элемента передней панели;
- поочередно выполнить операции, приведенные выше для других отводов панели соединений и элементов передней панели.
Разработанный таким образом ПВИ сохраняется в памяти ЭВМ в директории, которая будет использоваться как библиотечная. Для использования ПВИ при разработке новых ВИ, его можно вызывать на функциональную панель через меню панели Functions » Select а VI… из открывающегося поискового окна. Нужно найти библиотечную директорию и выбрать соответствующее имя нужного ПВИ. После подтверждения выбора иконка ПВИ появится на функциональной панели.
Назначение отводов иконки можно пересмотреть на функциональной панели, если выбрать опции Visible Item » Terminals (при наведении указателя мыши в режиме соединения на выводе) или при помощи окна контекстной помощи, которое открывается через опцию меню основной панели Window. Если сделать двойной щелчек на иконке вызванного ПВИ, можно пересмотреть его переднюю и функциональную панели, которые отвечают основным панелям прототипа ВИ.
Существует еще один упрощенный способ формирования ПВИ, который выполняется из функциональной панели. На функциональной панели ВИ выделяется фрагмент-прототип, который должен стать будущим ПВИ. Из меню основной панели Edit выбирается опция Create SubVI (Создать ПВИ). Выделенный фрагмент заменяется иконкой стандартного вида. Назначение выводов ПВИ выполняется автоматически соответственно типу данных, которые входили и выходили от выделенного фрагмента.
Созданный таким образом ПВИ также имеет переднюю и функциональную панели, которые открываются щелчком мыши на иконке ПВИ. На передней панели ПВИ автоматически устанавливаются элементы ввода и вывода данных, которые отвечают типу входных и выходных данных, выделенного при его создании фрагмента-прототипа. Функциональная панель содержит блок-диаграмму фрагмента-прототипа, которая соединяет элементы передней панели. Иконку ПВИ нужно отредактировать способом, описанным выше, а ПВИ присвоить имя и сохранить в библиотечной директории.
Созданный ПВИ, вместе с разработанными раньше, может быть использован для разработки ВИ, уровень которых выше, чем составляющие ПВИ. На базе нового ВИ также может будет создан ПВИ, который в свою очередь может встраиваться в ВИ еще более высокого уровня и так далее. Если возникает потребность пересмотреть из каких элементов складывается окончательный ВИ, то можно просто постепенно открывать ПВИ один за одним. Но такая процедура громоздкая учитывая большое количество возможных вложений одних ПВИ в другие. Для более эффективного пересмотра иерархической структуры ВИ, в среде LabVIEW предусмотрено окно VI Hierarchy (oкно иерархии), которое вызывается при помощи линейки меню основной панели View »VI Hierarchy. В этом окне отображаются иконки всех ПВИ, которые входят в состав ВИ, в виде иерархической схемы с их распределением по уровням иерархии. Уровень иерархии определяется количеством вложений ПВИ друг в друга. Окно иерархии показывает какие и сколько ПВИ входят в состав ВИ, как они взаимодействуют между собой, какой их уровень иерархии. Окно также позволяет пересмотреть любой отображенный ПВИ. Вызывается ПВИ двойным щелчком мыши на иконке выбранного ПВИ, после чего появится его передняя панель.
Наладка ВИ. Во время проектирования ПВИ особенное внимание необходимо уделять правильности его работы. Если в работе ПВИ будут присутствовать ошибки его функционирования, особенно скрытые, это поставит под угрозу правильность функционирования всего прибора Выявления и ликвидация ошибок выполняется на этапе наладки ВИ, который включает несколько этапов и приемов:
- поиск неправильных соединений и устранение ошибок,
- подсветка последовательности выполнения программы,
- пошаговое выполнение программы,
- контроль выполнения программ при помощи пробников,
- остановку программы в отдельных точках и ее последующая наладка.
При неправильном соединении элементов блок-диаграммы или отсутствия некоторых соединений программа ВИ становится невыполняемой. Программная среда выявляет ошибки, которые вызывают неопределенность данных для устройств ВИ или противоречат принципам их работы (например, соединение между собой двух и больше выходов, отсутствие отдельных входных данных, неправильное, непоследовательное управление циклическими структурами, введение текущих не сохраненных исправлений в ПВИ и т.д.). Свидетельством того, что выявлена ошибка, есть кнопка Пуск (Run) в виде надломленной стрелки. При нажатии на такую кнопку вместо запуска программы появляется список ошибок с объяснением и описанием места их возникновения. При выделении отдельной ошибки нажатием ЛКМ в отдельном окне приводятся рекомендации по устранению ошибки, а при двойном нажатии ЛКМ – автоматически происходит переход к блок-диаграмме с указанием (при помощи мерцания) места возможной ошибки. После устранения всех выявленных ошибок (синтаксических) кнопка Пуск приобретает нормальный вид и программа ВИ может быть запущена на выполнение.
Но программная среда не выявляет всех ошибок, которые могут быть сделаны программистом, поэтому в результате выполнения программы можно не получить ожидаемого результата. Для поиска ошибок используется визуализация процесса выполнения программы и порядка прохождения данных при помощи режима подсветки данных, который включается при нажатии на кнопку с изображением лампочки на линейке управления . В этом случае вместе с пуском программы выполняется анимация процесса ее выполнения (прохождение данных изображается шариками, которые двигаются по проводам) с освещением промежуточных данных.
Для более детального анализа процесса выполнения программы каждым элементом ВИ применяют ее пошаговое выполнение (с подсветкой или без неё). Для этого применяются три кнопки, расположенные на линейке управления , при помощи которых выполняются такие действия:
- шаг через элемент (в том числе с входом в ПВИ и возможным пошаговым прохождением его программы);
- шаг, в обход элемента (данные проходят через элемент без детализации прохождения внутри него);
- шаг выхода из подпрограммы ПВИ при отсутствии необходимости детального прохождения подпрограммы.
Рис. 1. Окно пробника
Для просмотра данных при выполнении программы в обычном или пошаговом режиме могут применяться пробники, устанавливаемые на соединителях на блок-диаграмме (рис.1). Пробники вызываются указателем мыши в режиме установки пробника (в виде круга с знаком Р на желтом фоне), который устанавливается из вспомогательной панели View>>Tools Palette. При установке пробника на линии соединения появляется метка с номером этого пробника. Одновременно появляется окно пробника с тем самым номером, которое показывает тип данных и величины, которые протекают через соединение. Особенно полезны пробники во время просмотра данных в виде массивов и кластеров. Окно пробника не связано с блок-диаграммой и остается на экране монитора при переключении на переднюю панель. Это позволяет контролировать ход данных в контролируемых точках также и из передней панели.
Для просмотра и наладки больших программ, начиная с определенного места, стоит использовать остановку программы в отдельной точке. Остановка происходит на избранном элементе блок-диаграммы. Выбор элемента выполняется при помощи указателя мыши в виде знака «Стоп» в режиме установки точек останова (назначается при помощи панели Tools). При этом избранный элемент подсвечивается красной окантовкой. При прохождении программой выбранного элемента происходит остановка в режиме паузы, включается кнопка «Пауза» на линейке инструментов, после чего можно продолжить выполнение программы, отключив режим паузы или в пошаговом режиме выполнение программы. Отключение точек остановки выполняется повторным щелчком указателя мыши в виде знака «Стоп».
Стоит помнить, что выполнение наладочных операций значительно замедляет процесс выполнения программы и поэтому, после наладки, этот режим необходимо выключать.
Документирование ВИ. Для объяснения функциональных особенностей разработанного ВИ или ПВИ для других пользователей (а также для самого себя спустя некоторое время) в LabVIEW имеется возможность задокументировать аннотацию на этот ВИ. Аннотация записывается в окне VI Description панели Documentation. Для открытия панели Documentation сначала открывается панель VI Properties... (Свойства ВИ) через меню основных панелей File » VI Properties... или через одноименную опцию контекстного меню иконки в верхнем правом углу основных панелей. Панель VI Properties…, имеет окно Category (Категория), в котором и выбирается опция Documentation (рис.2). Аннотация, которая записана в окне VI Description, будет возникать как подсказка в окне контекстной помощи Context Help при приведении указателя мыши на иконку ВИ или ПВИ на основных панелях Lab VIEW.
Рисунок 2
Самым простым способом аннотирования функциональных возможностей ВИ является создание объясняющих записей непосредственно на основных панелях, использованием указателя мыши в режиме редактирования текста. Щелчком указателя мыши устанавливается свободное место на панели, куда и вводится текст при помощи клавиатуры.
Для оформления отчетов передняя панель разработанного ВИ (или ПВИ), его блок-диаграмма та иерархическая схема могут быть задокументированы одиним из способов, предусмотренных в ЭВМ. Документирование вызывается из линейки меню основной панели File » Print. Появляется окно с тем же названием Print, которая имеет несколько страниц-анкет, при помощи которых возможно задокументировать результаты разработки ВИ в полном или в сокращенном объеме (отдельно передняя и функциональная панели, иерархическая схема, иконка и т.д. или комбинации этих элементов по выбору). Вид документов может быть предварительно пересмотрен опцией Preview...(Просмотр). На последних страницах окна Print предлагается выбрать печать результатов разработки ВИ на принтер или их сохранение в файлах разного формата на диске, а также предлагается выбрать параметры этого документирования. Сохранение в файлах других форматов (HTML или Word), в отличие от принятых в среде LabVIEW, позволяет выполнить печать в соответствующей среде в дальнейшем. Например, сохранение в формате RTF позволяет выполнить печать в приложениях Word.
В среде LabVIEW предусмотрена еще и оперативная печать содержания основных панелей, а также содержания иерархического окна. Для этого достаточно воспользоваться опцией линейки меню File » Print Window (Печать окна). Особенно это полезно при печати передней панели, которая может содержать и результаты выполнения программ.
Порядок выполнения работы
Завданя 1: выполнить наладку и исправление ошибок в программе ВИ, разработанной раньше.
1. Запустите ВИ Convert C-F.vi, разработанный раньше, и удалите несколько связей на блок-диаграмме. Следите за кнопкой Пуск. Нажмите кнопку Пуск и просмотрите список ошибок. По очереди вызывая ошибки, внесите необходимые исправления. Сделайте выводы.
2. Выполните подсветку выполнения программы (кнопка с лампочкой на панели управления основной панели). Запустите программу и следите за ходом ее выполнения.
3. Выполните программу в пошаговом режиме несколько раз, изменяя входные данные и управление ходом выполнения программы. Проанализируйте правильность хода выполнения программы и правильность сделанных вычислений.
4. Установите несколько пробников. Запустите программу и проверьте промежуточные данные в пробниках. Сделайте проверку несколько раз, изменяя данные.
5. Выберите и установите точки остановки программы. Запустите ВИ на выполнение и продолжите выполнение программы после остановки в обычном режиме.
6. Выполните п.5 с продолжением в пошаговом режиме. Сделайте выводы.
7. Исправьте ошибки и настройте программу Debug Exercise (Main).vi. Сделайте описание программы. Нарисуйте блок-схему с указанием выявленных ошибок.
Задание 2: создайте из разработанного ВИ ПВИ для последующего использования в других приборах.
1. Отредактируйте иконку вашего ПВИ, вызвав редактор иконок при помощи ПКМ на иконке ВИ в верхнем правом углу передней панели. Иконка будет обозначать данный ПВИ на блок-диаграмме другого ВИ. Вид иконки должен отображать функциональные свойства ПВИ и помогать идентифицировать его среди других.
2. Нажав ЛКМ на иконке ВИ, расположенной на передней панели, выберите опцию Show Connector. Вид иконки изменится на панель соединений. Установите количество входов и выходов соответственно количеству устройств на передней панели (опции Add и Remove Terminal). Пометьте отводы панели соединений, поставив в соответствие каждый вывод панели соединений устройства ввода-вывода передней панели. Для этого подведите указатель мыши в виде катушки на контактный отвод панели соединений, нажмите ЛКМ, а затем нажмите ЛКМ на соответствующее устройство передней панели. Повторите операции обозначения для всех необходимых устройств передней панели.
3. Проверьте правильность обозначения отводов при помощи меню контекстной помощи.
4. Сохраните ПВИ под именем Demo Temp C-F (sub).vi. Закройте разработанный ПВИ.
5. Откройте переднюю панель для нового ВИ. Включите функциональную панель и вызовите к ней ПВИ под именем Demo Temp C-F (sub).vi. Для этого на панели Functions выберите опцию Select а VI... и в окне, которое открылось, найдите нужный ПВИ. Опять установите необходимые элементы на переднюю панель для повторного создания модели измерителя температур, но уже с использованием ПВИ. Подключите терминалы элементов передней панели к терминалу ПВИ, активно используя окно контекстной помощи.
6. Включите вновь созданный ВИ и проверьте его работоспособность. Выполните наладку полученного ВИ в пошаговом режиме, выполняя шаги с входом и без входа в ПВИ. Проверьте другие операции наладки. Сделайте выводы.
7. Отредактируйте внешний вид полученного ВИ, изменив окраску передней панели, окраску отдельных элементов и их размеры. Измените элементы управления на аналогичные, но другого типа, например, цифровые дисплеи на поворотные, стрелочные или ползунковые приборы. Установите цифровые дисплеи для показывающих приборов. Сохраните ВИ под именем Demo Temp C-F.vi.
8. Проанализируйте иерархическую схему ВИ Demo Temp C-F.vi через меню View» VI Hierarchy.
9. Проанализируйте иерархическую структуру ВИ Debug Exercise (Main) путем последовательного открытия ПВИ и просмотра иерархической схемы, которая вызывается через меню View» VI Hierarchy.
10. Пересмотрите иерархическую схему ВИ измерителя нелинейных искажений из меню Help » Find Examples» Measurements(search) » Distortion Measurements » Advanced Harmonic Analyser. Определите уровень иерархии всего ВИ и количество ПВИ, которые используются для его построения. Откройте ПВИ на разных уровнях иерархии и найдите ПВИ, которые входят в их состав в соответствии с иерархической схемой. Сравните ПВИ самого низкого уровня с ПВИ высшего уровня. Сделайте выводы.
11. Сделайте аннотацию к разработанному ВИ Demo Temp C-F.vi и на ПВИ, которые входят в его состав. Аннотацию выполните в окне, которое открывается через опцию VI Properties.... Просмотрите комментарии, которые сопровождают ВИ или ПВИ в окне контекстной помощи при наведении указателя мыши на иконку.
12. Задокументируйтете разработанный ВИ Demo Temp C-F.vi. Просмотрите процедуру документирования на принтер и в файл. Сберегите документацию на ВИ в полном объеме (включая и блок-схему ПВИ) в RTF файлах и распечатайте на принтере, используя Microsoft Word.
Контрольные вопросы
1. В чем заключается основной принцип построения программного обеспечения в среде LabVIEW?
2. Каким образом включается и обозначается режим наладки ПВИ в пошаговом режиме?
3. Как изображаются пробники на функциональной панели? Как отличить один пробник от другого?
4. Каким образом устанавливается и снимается остановка программы возле избранного элемента блок-диаграммы?
5. Каким образом устанавливается и снимается пробник на блок-диаграмме ВИ?
6. Как выполняется процедура поиска и исправления ошибок програмного обеспечения ВИ?
7. Как редактируется внешний вид иконок ВИ и ПВИ? Какие форматы иконок используются ?
8. Что такое иконка и панель соединений и как они вызываются? Какое их назначение?
9. Какая последовательность создания ПВИ?
10. Какие режимы пошагового выполнения программы вы знаете?
11. Назовите этапы наладки ВИ.
12. Каким образом вводится аннотация на разработанный ВИ, какое ее назначение и как она используется; при разработке?
13. Каким образом печатается документация на разработанный ВИ?
14. Каким образом сохраняется на диске документация на разработанный ВИ и как ее можно использовать?
15. Как пересматривается и документируется иерархическая схема виртуальных инструментов?
16. Назовите способы, которые позволяют создавать ПВИ.
17. Каким образом просматривается иерархическая схема ВИ и какую информацию можно получить с ее помощью?
18. Как сохраняются и вызываются ПВИ при разработке новых ВИ?