Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование средств идентификационных измерений сигналов. Практикум.pdf
Конечно, это довольно грубая оценка. Для получения более точного
1
() .
−=D
La
δδ
результата нужно выбрать меньший раствор циркуля δ, и тогда в длину
береговой линии L войдут глубокие фиорды. Так при последовательном
уменьшении δ мы будем увеличивать разрешающую способность, и длина
береговой линии будет увеличиваться.
Измеряя длину циркулем, мы столкнемся со сложностями при изме-
рении береговой линии островов и рек. В связи с этим удобнее будет ис-
пользовать альтернативный способ, при котором карту покрывают сеткой,
как это показано в верхней части рис. 2.4.
Если ячейки сетки будут квадратными со стороной δ, то число N(δ)
ячеек, необходимых для покрытия береговой линии на карте, приближен-
но будет равно числу шагов, которое потребуется, чтобы обойти берего-
вую линию циркулем с раствором δ. В этом случае при уменьшении вели-
чины δ число ячеек, необходимых для покрытия береговой линии, увеличивается.
Если предположить, что береговая линия имеет вполне определенную
длину LN, а число ячеек сетки N(δ) обратно пропорционально величине δ,
то при уменьшении δ величина L(δ) = N(δ)·δ стремится к LN. Однако, как
выяснилось, это не так.
Согласно рис. 2.5, уменьшение длины шага δ действительно приводит
к возрастанию измеренной длины. Однако этот график выполнен в дважды логарифмическом масштабе, и очевидно, что измеренная длина береговой линии вовсе не стремится к постоянному значению. Напротив, она
описывается приближенной формулой:
По той же логике можно предположить, что а = LN (по крайней мере,
при достаточно малых δ), а показатель D равен единице. Однако при вычислении показателя D для береговой линии Норвегии он оказывается
приблизительно равным 1,52. Это позволяет сделать вывод, что береговая
линия – это фрактал с фрактальной размерностью D.
21
Рис. 2.5. Измеренная длина береговой линии L(δ)
как функция шага δ (км) – длины стороны δ·δ квадратных ячеек
На рис. 2.6 показаны графики, аналогичные графику на рис. 2.5, по-
строенные для различных географических и геометрических объектов
(данные взяты из книги Мандельброта «Чему равна длина береговой линии
Британии?»).
Рис. 2.6. Длина береговых линий как функция выбранного шага δ (км)
Здесь тоже все точки выстраиваются вдоль прямых, угловой коэффи-
циент которых равен 1–D. Так, например, размерность береговой линии
Великобритании D ≈ 1,3, а окружности D
22
= 1 [9, с. 35; 11, с. 14].
окр
Лабораторная работа № 1
ЗНАКОМСТВО СО СРЕДОЙ ПРОГРАММИРОВАНИЯ LabVIEW
Цель работы
Познакомиться с языком графического программирования и средой
разработки LabVIEW. Научиться производить простые вычисления при
помощи среды разработки LabVIEW. Получить навыки программирования в среде разработки LabVIEW.
Задание к работе
1. Изучить основные инструменты программирования в среде разра-
ботки LabVIEW.
2. Создать виртуальный прибор, позволяющий вычислять значения
математических выражений, приведенных в табл. 3.8 и 3.9.
3. Оформить отчет о выполненной работе.
Теоретические сведения
Название LabVIEW – это англоязычная аббревиатура Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench (среда разработки лабораторных
виртуальных приборов). Программирование в LabVIEW отличается от
традиционного написания последовательных команд. Язык программиро-
вания, применяемый в LabVIEW, называется «G» (от англ. graphical – графический), а процесс создания программы сводится к составлению блок-
диаграммы, которая затем компилируется в машинный код. Благодаря
гибкости и наглядности графического кода LabVIEW позволяет решать
самые разнообразные задачи в области науки и техники гораздо проще
и быстрее, чем с применением традиционных языков программирования.
Не менее важным достоинством является то, что LabVIEW позволяет
управлять процессом измерения в автоматическом или интерактивном
режиме, а обработка и анализ полученных данных может производиться
с помощью огромного набора функциональных библиотек. Кроме того,
23
для взаимодействия с исследователем или оператором LabVIEW имеет
информативный и простой в применении графический интерфейс. В довершении многоплатформенность LabVIEW позволяет ей работать на
компьютерах с операционными системами Windows, MacOS или Linux
[4, с. 3].
Так как функционально и внешне программы LabVIEW похожи на
реальные приборы, их называют virtual instruments (VI) или виртуальными
приборами (ВП). Здесь и далее, говоря о программе, мы будем называть ее
виртуальным прибором или ВП.
При запуске LabVIEW на экране отображается диалоговое окно
(рис. 3.1), предлагающее два варианта действий. Первый вариант позволяет создать проект (Create Project) или новый ВП (Blank VI). Второй – открыть недавний проект и файл из списка (под кнопкой Open Existing).
Рис. 3.1. Стартовое диалоговое окно LabVIEW
24
При создании нового ВП (Blank VI) открываются два окна, содержа-
щие лицевую панель (Front Panel) (рис. 3.2, а) и блок-диаграмму (Block
Diagram) (рис. 3.2, б) виртуального прибора.
а
б
Рис. 3.2. Интерфейсы:
а – лицевая панель; б – блок-диаграмма
В окне лицевой панели создается интерфейс нового ВП при помощи
элементов управления и отображения. В окне блок-диаграммы создается
исходный графический код, определяющий функционал будущего ВП.
Как упоминалось выше, исходный код LabVIEW представляет собой
блок-диаграмму, где все команды, операторы циклов и сравнения представлены в виде графических обозначений. Блок-диаграмма состоит из узлов, терминалов и проводников данных.
В верхней части каждого окна располагаются главное меню и ин-
струментальная панель, на которой расположены инструменты для запус-
ка, редактирования и отладки ВП (подробнее см. в табл. 3.1). В правом
верхнем углу окон отображается иконка и соединительная панель будуще-
го виртуального прибора [4, с. 4].
25
Основные функции инструментальной панели
Запуск (Run) во время выполнения ВП
Непрерывный запуск (Run Continuously). ВП будет циклически выпол-
Прервать выполнение (Abort Execution) ВП
Пауза (Pause) выполнения ВП
Подсветка выполнения (Highlight Execution). Переход в режим визуали-
Включить функцию Контекстная справка (Context Help)
Кнопка Функция
Запуск (Run) правильно собранного ВП
Запуск (Run) при наличии ошибок в блок-диаграмме ВП
няться до нажатия кнопки Стоп (Stop) или Прервать (Abort)
зации процесса передачи данных по блок-диаграмме
Таблица 3.1
При включении функции Контекстная справка (Context Help) на
экране появляется окошко Context Help (рис. 3.3). В этом окошке выво-
дится краткая информация об элементе, на который наведен курсор мыши.
Для получения более подробной справки можно щелкнуть по ссылке По-
дробная справка (Detailed Help).
Часто требуется одновременно отображать на экране окна блок-
диаграммы и лицевой панели. Для этого можно выбрать меню Окно > Па-
нели слева и справа (Window > Tile Left and Right) или комбинацию клавиш
Ctrl+T.
Рис. 3.3. Окно функции «Контекстная справка»
26
ВП создается путем построения его лицевой панели и блок-
а
б
диаграммы из функциональных блоков. Эти блоки собраны в двух палит-
рах: в палитре Элементы управления и отображения (Controls) и в палитре Функции (Functions).
Палитра Элементы управления и отображения (рис. 3.4, а) доступна
только при работе на лицевой панели. В ней содержатся элементы ввода
(текстовые поля, кнопки, переключатели и т. п.) и элементы вывода (индикаторы, дисплеи и т. п.). Вызов палитры осуществляется щелчком правой кнопкой мыши на рабочем поле лицевой панели или при помощи
пункта меню Вид > Палитра элементов управления и отображения (View >
Controls Palette).
Палитра Функции (рис. 3.4, б) доступна при работе на панели блокдиаграммы и вызывается щелчком правой кнопки мыши на ее рабочем
пространстве или при помощи пункта меню Вид > Палитра функций (View
> Functions Palette) [4, с. 6].
Рис. 3.4. Палитры:
а – элементов управления и отображения; б – функций
27
В процессе построения ВП курсор мыши должен выполнять различ-
ные функции (перемещение блоков по панели, соединение блоков про-
водниками и т. п.). Все возможные функции курсора для удобного переключения между ними собраны в Палитре инструментов (Tools Palette)
(рис. 3.5). Вызвать ее можно щелчком правой кнопки мыши одновременно
с нажатием клавиши Shift.
Рис. 3.5. Палитра инструментов
По умолчанию включен автоматический выбор функции (инструмен-
та). При этом функция курсора подбирается в зависимости от объекта, на
который наведен курсор.
Выбор любого инструмента из палитры приводит к отключению ав-
томатического выбора. Снова включить этот режим можно нажатием
кнопки Автоматический выбор инструмента (Automatic Tool Selection)
вверху Палитры инструментов или нажатием сочетания клавиш
Shift+Tab [4, с. 7].
Процесс создания ВП в LabVIEW можно разбить на две части: формирование лицевой панели и разработка блок-диаграммы. При формировании лицевой панели или блок-диаграммы элементы управления или
функциональные блоки из соответствующих палитр перетаскиваются на
рабочие поля панелей.
При установке каждого элемента лицевой панели на панели блокдиаграммы появляется соответствующий терминал данных (terminal). Эти
терминалы обеспечивают информационную связь между лицевой панелью
и блок-диаграммой. Терминалы элементов управления позволяют вводить
28
информацию в блок-диаграмму, а терминалы индикаторов – выводить ее
из блок-диаграммы на лицевую панель.
Обработка введенной информации производится размещенными на
панели блок-диаграммы функциями (Functions), подприборами (SubVI),
структурами (Structures) и необходимыми константами. Каждый из таких
элементов или узлов также имеет терминал для ввода и вывода информа-
ции. Узлы аналогичны операторам, функциям и подпрограммам традици-
онных языков программирования. Они соединяются с терминалами эле-
ментов лицевой панели и между собой проводниками (wires). В процессе
обработки данные проходят через проводники и узлы от входных терминалов к выходным [4, с. 8].
Принцип потока данных (Dataflow) – это принцип, согласно которому выполняется код, написанный на языке «G». Этот принцип заключается в том, что каждая функция начинает выполняться лишь тогда, когда
на ее вход поступают все необходимые данные. Последовательность выполнения команд при этом кодом никак не задается. Напротив, предпола-
гается, что вычисление необходимых для этой функции данных выполня-
ется в параллельных потоках.
На рис. 3.6 приведен пример программы, вычисляющей сумму квадрата переменной x и квадратного корня переменной y. Согласно принципу
потока данных операции возведения в квадрат и извлечения корня выпол-
няются в разных потоках данных. Наверняка утверждать, какая операция
закончит выполнение первой, нельзя. Однако можно точно сказать, что
операция сложения начнет выполнение только после завершения опера-
ций возведения в степень и извлечения корня [4, с. 9].
Типы данных терминалов могут различаться в зависимости от функ-
ционала узла, которому он принадлежит. Для определения типа данных
терминала в LabVIEW введено буквенно-графическое обозначение для
каждого типа. Также по обозначению терминала можно определить направление потока данных – в терминал или из терминала. Так, например,
на рис. 3.6 терминалы x и y являются терминалами ввода в блокдиаграмму, а терминал result – терминалом вывода.
29
Число с плавающей запятой двойной точности
Число с плавающей запятой одинарной точности
Синий
32-разрядное целое число со знаком (I32)
Синий
16-разрядное целое число со знаком (I16)
Синий
8-разрядное целое число со знаком (I8)
Синий
Беззнаковое 32-битовое целое число (U32)
Синий
Беззнаковое 16-битовое целое число (U16)
Синий
Беззнаковое 8-битовое целое число (U8)
Зеленый
Логический тип (Boolean)
Розовый
Строковый тип (String)
Зеленый
Путь к файлу или каталогу
Коричневый
Кластер – заключает разные типы данных
Рис. 3.6. Пример работы потока данных
Буквенно-графические обозначения и описания терминалов основных
типов данных, применяемых в LabVIEW, приведены в таблице 3.2.
Таблица 3.2
Основные типы данных LabVIEW
Обозначение Цвет Тип данных
Оранжевый
(DBL)
Оранжевый
(DBL)
Проводники, соединяющие терминалы, отображают пути передачи
данных. Направление передачи данных всегда одинаковое: от источника
к приемнику. Цвет и толщина проводников указывают на типы передава-
емых данных. По проводникам одинарной толщины (см. рис. 3.6) передаются скалярные величины, по утолщенному проводнику – одномерные
30