конспект Гугнин
.pdfМинистерство образования и науки Украины
ОДЕССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
В.П. Гугнин, Г.А. Оборский
САПР ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
ОДЕССА ОНПУ 2011
Министерство образования и науки Украины
ОДЕССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт промышленных технологий, дизайна и менеджмента
Кафедра МСМС
В.П. Гугнин, Г.А. Оборский
САПР ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
Конспект лекций для иностранных студентов обучающихся, по специальности
8.05100201 метрологическое обеспечение испытаний и качества продукции
Утверждено на заседании кафедры
металлорежущих станков, метрологии и сертификации Протокол № 4 от 21.12.2010 г.
Одесса ОНПУ 2011
Рецензенти:
П.Т.Слободяник, канд. техн. наук, доц.; П.А.Швагирев, канд. техн. наук, доц.
САПР измерительных систем. Конспект лекций для иностранных студентов, обучающихся по специальности 8.05100201 – метрологическое обеспечение испытаний и качества продукции / Авт.: В.П. Гугнин, Г.А. Оборский. –
Одесса 2011. – 154 с.
Изложены основы работы в среде программирования LabVIEW, освоение которых позволит обучающемуся создавать виртуальные средства измерительной техники и измерительные системы и сделает LabVIEW необходимым рабочим инструментом метролога.
Содержание конспекта лекций, кроме глав и разделов, разбито на лекции. Объем каждой лекции избран исходя из условия обеспечения максимального облегчения усвоение материала и возможности выполнения приведенных примеров и заданий за компьютером за одно занятие. Каждая лекция заканчивается набором вопросов для самопроверки. Практические задания предусматривают разработку виртуальных средст измерительной техники, что позволяет освоить дисциплину без наличия дополнительного оборудования получения и обработки измерительной информации.
Конспект лекций содержит краткое изложение дисциплины «САПР измерительных систем» и предназначен для студентов обучающихся по специальности 8.05100201 – метрологическое обеспечение испытаний и качества продукции очной и заочной форм обучения.
Автори:
В.П. Гугнин, канд. техн. наук, доц.; Г.О. Оборский док. техн. наук, проф.
СОДЕРЖИНИЕ |
|
|
ВВЕДЕНИЕ………………………………………...………………………….. 6 |
|
|
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СРЕДЕ LABVIEW……………………………. 11 |
|
|
1.1. Вход в среду программирования измерительных систем LabVIEW..…. |
11 |
|
1.2. Создание виртуального средства измирительной техники......………… |
13 |
|
1.3. Главное меню……………………………………………………………… |
|
13 |
1.4. Палитры LabVIEW………………………………………………………… |
|
14 |
1.4.1. Палитра инструментов………………………………………………….. |
15 |
|
1.4.2. Палитры лицевой панели……………………………………………….. |
17 |
|
1.4.3. Палитры панели блок-диаграммы……………………………………… |
19 |
|
1.4.4.Поиск объектов на палитрах Controls и Functions…………………….. 21
1.4.5.Контекстное меню………………………………………………………. 21
2. ВЫПОЛНЕНИЕ АРИФМЕТИЧЕСКИХ ДЕЙСТВИЙ В LABVIEW 23
2.1.Расчет простейшей электрической цепи…………………………………. 23
2.2.Редактирование ВП………………………………………………….……. 25
2.2.1.Создание объектов………………………………………………………. 25
2.2.2.Выделение объектов…………………………………………………….. 26
2.2.3.Перемещение объектов……………………………………………….. 26
2.2.4.Удаление объектов………………………………………………………. 27
2.2.5.Отмена и восстановление действий……………………………………. 27
2.2.6.Копирование объектов………………………………………………... 27
2.2.7.Метки объектов………………………………………………………….. 27
2.2.8.Выделение и удаление проводников данных………………………….. 28
2.2.9.Автомасштабирование проводников данных………………………..... 29
2.2.10.Разорванные проводники данных…………………………………….. 29
2.2.11.Редактирование текста (изменение шрифта, стиля и размера)……... 29
2.2.12. Изменение размеров объектов………………………………………… |
30 |
2.2.12.Выравнивание и распределение объектов в пространстве………….. 30
2.2.13.Установка порядка размещения объектов……………………………. 31
2.2.14.Приведение нескольких объектов к одному размеру………………... 31
2.2.15.Копирование объектов между ВП…………………………………….. 31
2.2.16. Окрашивание объектов………………………………………………… |
32 |
3.РЕШЕНИЕ ЛИНЕЙНЫХ АЛГЕБРАИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ……. 32
3.1.Определение токов в цепи с использованием узла Формула…………... 33
3.2.Решение алгебраических уравнений в матричной форме………………. 33
3.3.Матричные операции в среде LabVIEW…………………………………. 36
4.МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ ПЕРЕМЕННЫХ НАПРЯ-
ЖЕНИЙ И ТОКОВ В СРЕДЕ LabVIEW…………..…………….. |
39 |
|
4.1. Моделирование синусоидальных токов и напряжений………………… |
39 |
|
4.2.Моделирование синусоидального напряжения при помощи
виртуального генератора синусоидальных колебаний…….…… |
..…………. 40 |
|
4.3. Моделирование двух синусоидальных величин - напряжения и тока… |
42 |
|
4.4. Моделирование напряжения, тока и мощности……………………… |
|
44 |
5. МАССИВЫ В СРЕДЕ LabVIEW………………………………………… |
|
47 |
5.1. Создание массива элементов управления и индикации………………… |
|
47 |
3
5.2.Двумерные массивы…………………………………………………….. 49
5.3.Функции работы с массивами…………………………………………….. 50
5.4.Основные функции работы с массивами……………………………...…. 51
5.5.Автоматическое масштабирование функций работы с массивами…….. 55
5.6. Функции для работы с массивами логических переменных…………… |
55 |
6. СТРУКТУРЫ………………………………………………………………. 57 |
|
6.1.Цикл с фиксированным числом итераций For Loop…………………….. 57
6.1.1.Автоматическая индексация……………………………………………. 59
6.1.2.Пример построения окружности при помощи структуры For Loop…. 59
6.1.3.Индексация нескольких массивов в одном цикле…………………….. 60
6.2.Организация доступа к значениям предыдущих итераций цикла……... 61
6.2.1.Сдвиговый регистр (Shift Register)……………………………………... 61
6.2.2. |
Стек сдвиговых регистров……………………………………………… |
62 |
6.2.3. |
Узел обратной связи…………………………………………………….. 63 |
|
7.ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ УПРАВЛЕНИЯ И ИНДИКАЦИИ…... 65
7.1.Механическое действие логических элементов…………………………. 65
7.2.Логические функции………………………………………………………. 66
7.3.Функции сравнения……………………………………………………….. 68
7.4.Цикл по условию While Loop…………………………………………….. 69
7.4.1.Элементы цикла While Loop…………………………………………... 69
7.4.2.Доступ к значениям предыдущих итераций цикла……………………. 69
7.4.3.Автоиндексирование в цикле по условию……………………………... 69
7.4.4.Примеры использования цикла по условию…………………………... 70
8.СТРУКТУРЫ ВЫБОРА И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ…………….. 73
8.1.Структура выбора (Case Structuers)………………………………………. 73
8.2.Примеры использования структуры выбора (Case Structuere)…………. 74
8.3.Структуры последовательности (Sequence)……………………………... 77
8.3.1. Структура открытой последовательности Flat Sequence Structure…… |
77 |
||
8.3.2. Структура многослойной последовательности………………………... 78 |
|
||
9. СТРУКТУРА ОБРАБОТКИ ДАННЫХ СОБЫТИЯ……………….…. |
80 |
|
|
9.1. События обрабатываемые структурой Event Structurе………………….. |
81 |
|
|
9.2. Параметры узла данных события………………………………………… |
|
|
83 |
9.3. Примеры использования структуры Event Structurе……………………. |
85 |
|
|
10. КЛАСТЕРЫ……………………………………………………………….. 88 |
|
|
|
10.1.Создание кластеров из элементов управления и индикации…………... 88 |
|
||
10.2. Порядок элементов в кластере…………………………………………... |
88 |
|
|
10.3. Создание кластера констант…………………………………………….. |
89 |
|
|
10.4. Функции работы с кластерами………………………………………….. |
90 |
|
|
10.5. Сборка кластеров………………………………………………………… |
|
|
90 |
10.6. Разделение кластера……………………………………………………… |
|
|
91 |
10.7. Масштабирование кластера……………………………………………... |
92 |
|
|
10.8. Преобразование кластера в массив……………………………………... 92 |
|
|
|
10.9. Кластеры ошибок………………………………………………………… |
|
|
94 |
11. ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ДАННЫХ……………………. |
97 |
|
|
11.1. График диаграмм………………………………………………………… |
|
|
97 |
4
11.2.Соединение графиков……………………………………………………. 99
11.3.График осциллограмм и двухкоординатный график осциллограмм…. 99 11.3.1 Одиночный график осциллограмм……………………………………. 100
11.4.График множества осциллограмм………………………………………. 101
11.4.1. Одиночные двухкоординатные графики осциллограмм……………. 102 11.5. Графики интенсивности…………………………………………………. 103
12. ВИРТУАЛЬНЫЕ ПОДПРИБОРЫ……………………………………... 105
12.1.Создание и настройка ВПП………………………………….………….. 105
12.2.Редактирование иконки (Edit Icon)……………………………………... 106
12.3.Настройка соединительной панели (Connector)……………………….. 107
12.3.1. Привязка полей ввода/вывода данных к элементам лицевой панели 108
12.4.Использование подпрограмм ВП……………………………………….. 109
12.5.Редактирование подпрограммы ВПП…………………………………... 109
12.6.Установка значимости полей ввода/вывода данных………………….. 109
12.7.Создание ВПП из секции блок-диаграммы…………………………….. 110
12.8. Использование единиц измерения……………………………………… |
110 |
13. СТРОКИ И ТАБЛИЦЫ………………………………………………….. 113 |
|
13.1. Создание строковых элементов управления и индикации……………. |
113 |
13.2. Преобразование числа в строку…………………………………………. 115 13.3. Преобразование строк в числовые данные……………………………... 116 13.4. Таблицы…………………………………………………………………... 116
14. ФУНКЦИИ РАБОТЫ ФАЙЛАМИ…………………………………….. 120
14.1.Основы файлового ввода/вывода……………………………………….. 121
14.2.Функции файлового ввода/вывода низкого уровня……………………. 121
14.3. Сохранение данных в новом или уже существующем файле………… |
123 |
14.4. Форматирование строк таблицы символов…………………………….. 124 |
|
14.5. Функции файлового ввода/вывода высокого уровня………………... 126 |
|
14.6. Экспресс ВП ввода/вывода. …………………………………………… |
128 |
15. ЭКСПРЕСС ВП……………………………………………………..…….. 130 |
|
15.1. Использование экспресс ВП…………………………………………….. 130 |
|
15.2. Динамический тип данных (Dynamic Data Type)……………………… |
134 |
15.3. Создание собственного меню…………………………………………… |
135 |
16. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПРИЕМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ……... |
138 |
16.1. Формирование отчетов…………………………………………………... 138 |
|
16.2. Изменение внешнего вида элементов управления и индикации……… |
140 |
16.2.1.Окно редактирования внешнего вида элементов лицевой панели…. 140
16.2.2.Режим настройки………………………………………………………. 141
16.2.3. Определение типа……………………………………………………… |
142 |
17. ОБРАБОТКА ИЗОБРАЖЕНИЙ………………………………………... |
143 |
17.1.Представление графики в LabVIEW……………………………………. 143
17.2.Холст, кисти и краски……………………………………………………. 144
17.3.Подписи к рисункам……………………………………………………... 148
17.4.Операции с графическими данными……………………………………. 150
17.5. Создание собственных элементов индикации |
151 |
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………… |
154 |
5
Лекция 1 Цель лекции – ознакомится с системой автоматизированного проекти-
рования (САПР) LabVIEW, с особенностями языка графического программирования G основанного на принципе потока данных, усвоение понятий виртуального прибора и подприбора.
ВВЕДЕНИЕ
Проектирование современных средств измерительной техники и измерительных систем намыслемо без применения средств автоматизации проектирования, которые создают необходимую основу для полной реализации потенциальных возможностей системного подхода. Среди множества систем автоматизированного проектирования (САПР), САПР LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) предоставляет возможность одновременного осуществления функций множества электроизмерительных приборов (осциллографы, анализаторы спектра, измерители частоты), а также функции специального математического обеспечения для обработки результатов измерений, наиболее полно удовлетворяющей требованиям исследователя.
Данные, полученные от физического объекта, могут быть как данные режима реального времени, так и данные в виде файлов.
Появление программы LabVIEW позволило существенно упростить и сделать универсальным комплекс объект — измерение. Появилась возможность на основании датчика, аналогово-цифрового преобразователя и соответствующих программных средств осуществлять функции множества измерительных приборов различного назначения, а также функции обработки результатов измерений. Все это в совокупности является основной характерной чертой так называемого виртуального прибора, который в метрологии принято называть средством измерительной техники (СИТ). Возможность записи больших массивов данных позволяет запоминать результаты измерений, что позволяет проводить ретроспективный анализ, статистическую обработку и т.д.
Реализации программ в LabVlEW называют виртуальными приборами (ВП), которые по своей сути являются СИТ поскольку их внешнее графическое представление и способ функционирования могут имитировать работу реальных физических измерительных устройств и результаты измерений.
Программа LabVIEW, как средство прикладного программирования, по своей логической структуре близка к конструкции языков высшего уровня. Однако в ней использует язык графического программирования G (Джей) при создании программ, т.е. похож на объектно-ориентированные языки программирования, привычные для широкого круга пользователей. Как универсальная система программирования, программа LabVIEW имеет обширные библиотеки для работы с внешними устройствами (порты), обработки, анализа и представления данных.
Прежде чем вы приступите к изучению пакета, желательно узнать, что такое LabVIEW и что он может сделать. LabVIEW это – среда разработки лабораторных виртуальных приборов является средой программирования, с помо-
6