Системы реального времени. Методические указания к лабораторным работам для студентов III курса дневного и IV курса заочного отделений АВТФ (направлен

УДК 004.031.43(076.5)

С 409

Составители: В.Г. Качальский, канд. техн. наук, доц.,

В.В. Ландовский, канд. техн. наук

Рецензент В.А. Астапчук, канд. техн. наук, доц.

Работа подготовлена на кафедре автоматизированных систем управления

© Новосибирский государственный технический университет, 2010

2

ПРЕДИСЛОВИЕ

Исследование и построение современных систем управления, основанных на активное применение вычислительной техники и современных технических устройств ввода-вывода и программных средств необходимо для обучения инженерно-технического персонала.

Целью курса «Системы реального времени» является ознакомление с основными современными направлениями в развитии автоматизированных систем управления производственными и технологическими процессами, а так же научными исследованиями.

ОПИСАНИЕ ПРОГРАММЫ LabVIEW

LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) –

пакет графического программирования для разработки программ. Пакет похож на приложения C, БЕЙСИК или NI LabWindows и вместе с тем отличается в одном важном отношении. Другие системы программирования для создания строк программы используют текстовооснованные языки, в то время как LabVIEW – графический язык программирования Gr, позволяющий разрабатывать программы в форме блок-схемы.

LabVIEW – универсальная среда для разработки систем сбора, обработки данных и управления экспериментом и технологическими процессами, включающая обширную библиотеку функций, методов анализа (спектральный и корреляционный и вейвлетный анализ, методы фильтрации, статистическая обработка и пр.), библиотеки драйверов устройств, выполненных в наиболее распространенных стандартах

(plug-in board, GPIB/IEEE-488, CAMAC, VXI/VME, PXI/PCI, SCXI).

Основой среды является графическое (Gr) программирование на простом и наглядном языке блок-диаграмм, состоящих из функциональных узлов и связей между ними. Среда LabVIEW ориентирована на совместное проведение экспериментальных исследований и теоретического анализа в реальном времени.

3

LabVIEW представляет собой среду прикладного графического программирования, используемую в качестве стандартного инструмента для проведения измерений, их анализа и последующего управления приборами и исследуемыми объектами. LabVIEW может использоваться на компьютерах с операционными системами Windows, MacOS, Linux, Solaris и HP-UX.

Компьютер, оснащенный измерительно-управляющей аппаратной частью и LabVIEW, позволяет полностью автоматизировать процесс физических исследований.

Создание любой программы для достижения этих целей (виртуального прибора) в графической среде LabVIEW отличается большой простотой, поскольку исключает множество синтаксических деталей.

LabVIEW, подобно C или БЕЙСИКУ, является универсальной системой программирования с большими библиотеками функций и подпрограмм для любой задачи программирования. LabVIEW также содержит специфические библиотеки для сбора данных GPIB, последовательного инструментального управления, анализа, представления и хранения данных. LabVIEW также включает стандартные средства отладки программы, позволяя устанавливать контрольные точки, наблюдать прохождение данных через программу, подпрограммы, что делает разработку и отладку программы проще и нагляднее.

4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИЗУЧЕНИЕ ПАКЕТА ГРАФИЧЕСКОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ LabVIEW

1.1. ВВОДНЫЙ КУРС ПО ИЗУЧЕНИЮ LabVIEW

Упражнение 1. Создание виртуального инструмента (VI)

Необходимо создать VI, чтобы моделировать измерение температуры и объема жидкости.

Передняя панель

1.Откройте новую переднюю панель, выбирая File>>New. Если закрыты все VI, выберите New VI из диалогового окна LabVIEW. Откроются два окна: серое – палитра Средства управления и белое – палитра Диаграмма. Если одна из палитр невидима, выберите

Windows>>Show Controls или Windows>>Show Diagram, чтобы отобра-

зить палитру Диаграмма.

2.Выберите Tank из окошка Controls>> Numeric и поместите на лицевую панель.

3.Наведите указатель на Tank и щелкните правой кнопкой мыши.

Воткрывшемся окне выберите Visible Items>>Digital Display. Напеча-

тайте Volume в текстовом блоке (Tools A) рядом с числовым значением уровня на лицевой панели (рис. 1).

Рис. 1

5

4.Масштабируйте индикатор резервуара, чтобы отобразить объем резервуара между 0.0 и 1000.0, изменяя значения min и max прямо на шкале Tank тем же инструментом (A) .

5.Поместите термометр из Controls>>Numeric на лицевой панели. Масштабируйте шкалу в пределах между 0 и 100. Измените размеры объекта, растягивая или сжимая его за углы (после выделения пунктиром) и подводя к ним указатель.

6.Передняя панель должна быть такой же, как на рис. 1.

Диаграмма

7.Откройте палитру Диаграмма, выбрав Windows>>Show Diagram. Выберите перечисленные ниже объекты из палитры Функции и поместите их в блок-схему.

8.Выберите монитор процессов Functions>>Select VI из ката-

лога Program Files\Nation Instruments\LabVIEW\Activity, моделирующего чтение напряжения, температуры и объема с измерительного датчика.

Генератор случайных чисел Functions>>Numeric генерирует чис-

ло между 0 и 1. Функция умножения Functions>>Numeric (2 экземпляра) умножает два числа и возвращает результат. Выберите числовую константу Functions>>Numeric. Введите значение 10.00,

изменяя еѐ тип правой кнопкой Representation. Чтобы просматривать справочную информацию функции или VI, выберите Show Context Help из меню Help и затем перемещайте курсор над каждой функцией и VI. Окно справки для Process Monitor показано на рис. 2 (слева – вход, справа – выходы).

6

10.Выберите File>>Save as и сохраните VI как Temp&Vol.vi в сво-

ѐм каталоге.

11.Запустите VI, нажав на кнопку Run. Обратить внимание на значения для объема и температуры, которые отображаются на лицевой панели. Нажав на кнопку Run Continuously, запустите программу циклически.

12.Закройте VI, выбрав File>>Close.

Упражнение 2. Документирование VI Необходимо создать описание к VI.

Передняя панель

1.Откройте Temp&Vol.vi, созданный в упражнении 1.

2.Выберите File>>Properties>>Documentation. Введите описание для VI, как показано на рис. 4, и нажмите OK.

Рис. 4

3.Наведите указатель на Tank и выберите Data Operations>> Description end Tip. Напечатайте описание «Индикатор уровня жидкости

Tank» и нажмите OK.

4.Установите указатель на термометр и выберите Data Operations>> Description end Tip. Напечатайте описание «Отображение моделируемой температуры (Degris °C) измерения». Нажмите OK.

7

5.Выберите Show Context Help из меню Help. Поместите курсор на объем и затем на термометр. Напечатанное описание открывается в окне справки.

6.Сохраните и закройте VI.

Упражнение 3. Создание иконок

Цель – создать иконку и соединитель для VI. Чтобы использовать VI как подпрограмму, нужно создать иконку для представления подпрограммы на блок-схеме другого VI и соединители, с которыми можно соединять входы и выходы. LabVIEW обеспечивает отдельные инструментальные средства, с которыми можно создавать или редактировать иконку для VI. Иконка VI представляет VI как подпрограмму в блок-схеме другого VI.

Передняя панель

1.Откройте файл Temp&Vol.vi, сохраненный в упражнении 2.

2.В передней панели выберите иконку в верхнем правом углу и Edit Icon. Двойным щелчком на иконке можно вызвать ее редактор.

3.Сотрите заданную по умолчанию иконку.

4. Нарисуйте термометр.

5. Создайте текст. Иконка показана на рис. 5.

6.Закройте редактор иконки, нажав OK. Новая иконка появляется в подокне иконки.

7.Определите шаблон терминала соединителя, выбрав Show Connector в правом верхнем углу. По умолчанию LabVIEW выбирает

Рис. 5

8

шаблон терминала, основанный на числе средств управления и индикаторов на передней панели. Соединитель имеет два терминала.

8.Поверните соединитель (Rotate) на 90.

9.Назначьте терминалы температуре и объему, нажимая инструментом последовательно на Таnk – терминал 1, термометр – тер-

минал 2.

10.Сохраните VI, выбрав File>>Save.

11.Закройте VI, выбрав File>>Close.

Упражнение 4. Вызов подприбора (SubVI)

Необходимо создать VI, использующий Temp&Vol.vi как subVI.

Передняя панель

1.Откройте новую переднюю панель, выбрав File”New.

2.Выберите горизонтальный переключатель из палитры Controls”Boolean и маркируйте его как объем. Поместите свободные

3.Выберите измеритель из Controls”Numeric и поместите его на переднюю панель. Маркируйте его как Tank Volume (рис. 6).

4.Измените диапазон измерителя в пределах между 0.0 и 1000.0.

Рис. 6

Диаграмма

5. Перейдите к блок-схеме, выбрав Windows”Show Diagram.

9

6.Щелкните в свободной области блок-схемы и выберите Functions”Select a VI..., после чего появится диалоговое окно выбора. Выберите Temp&Vol.vi из вашего каталога.

7.Добавьте на блок-схему другие объекты, как показано на рис. 7.

Рис. 7

из Functions”Numeric. Назначьте указанное значение константе, используя средство маркировки, измените тип данных, точность. Это пе-

реводной множитель для измерения в литрах или галлонах . Select Function из Function>>Comparison возвращает значение TRUE или

FALSE в зависимости от булева ввода . Divide function из

Functions>>Numeric делит значение в литрах на 3.785, чтобы преобразовать это в галлоны.

8.Соедините объекты диаграммы.

9.Вернитесь в панель Control и нажмите кнопку Run.

10.Нажмите на переключатель, чтобы выбрать панель Галлоны или Литры , а затем нажмите кнопку Run.

11.Сохраните VI как Gallons&Liters.vi в вашем каталоге.

Упражнение 5. Отладка VI

Используя зонд и его окно, необходимо исследовать поток данных в Диаграмме.

Передняя панель

1.Откройте Gallons&Liters.vi, созданный в упражнении 4.

2.Выберите Windows>>Show Diagram.

3.Если палитра Инструментальные средства не открыта, выбе-

рите Windows>>Show Tools Palette.

10