Постановка задачи

Целью моей работы было изучить основы моделирования в программной среде LabView для дальнейшего применения LabView в задаче компьютерного моделирования распространения волны в коаксиальном кабеле.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Поиск публикаций, книг о среде программирования LabView.

2. Изучить базовый функционал и разработать модель распространения волны в коаксиальном кабеле.

Программная среда моделирования National Instruments LabView

LabVIEW (англ. Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) — это среда разработки и платформа для выполнения программ, созданных на графическом языке программирования «G» фирмы National Instruments (США).

Программа LabVIEW называется и является виртуальным прибором (англ. Virtual Instrument) и состоит из двух частей:

· блочной диаграммы, описывающей логику работы виртуального прибора;

· лицевой панели, описывающей внешний интерфейс виртуального прибора.

Виртуальные приборы могут использоваться в качестве составных частей для построения других виртуальных приборов.

Лицевая панель виртуального прибора содержит средства ввода-вывода: кнопки, переключатели, светодиоды, верньеры, шкалы, информационные табло и т. п. Они используются человеком для управления виртуальным прибором, а также другими виртуальными приборами для обмена данными.

Структура LabVIEW

Основные элементы структуры

Программы в LabVIEW называются виртуальными инструментами (ВИ), так как их вид и функционирование имитируют реальные измерительные приборы. Однако, при этом ВИ подобны функциям в программах стандартных языков программирования. Структура ВИ может быть представлена следующими элементами. • Интерактивный интерфейс пользователя ВИ называется лицевой панелью, потому что он моделирует панель физического прибора. Лицевая панель может содержать кнопки, переключатели, регуляторы и другие органы управления и индикаторы. Вы вводите данные, используя мышь и клавиатуру, и можете увидеть результаты на экране компьютера. • ВИ получает команды от структурной схемы, которую Вы создаете в графическом языке G. Структурная схема представляет собой наглядное представление решения Вашей задачи. Структурная схема также содержит исходные коды для ВИ. • Пиктограмма и соединитель ВИ представляют собой графический список параметров, обеспечивающий возможность обмена данными Вашего ВИ с другими ВИ и субВИ (ВИ- подпрограммами). Пиктограмма и соединитель позволяют Вам использовать Ваш ВИ как 4 основную программу (программу верхнего уровня) или как подпрограмму (субВИ) внутри других программ или подпрограмм. Таким образом, LabVIEW придерживается концепции модульного программирования. Вы можете разделить прикладную программу на несколько более простых подпрограммах, а затем создаете несколько ВИ для выполнения каждой подпрограммы и объединяете эти ВИ на общей структурной схеме, выполняющей основную программу. В результате Ваш основной ВИ верхнего уровня содержит совокупность субВИ, которые реализуют функции прикладной программы. Так как Вы можете запустить каждый субВИ отдельно от остальной части прикладной программы, отладка происходит намного проще. Кроме того, многие субВИ низкого уровня часто выполняют задачи, общие для нескольких прикладных программ, так что Вы можете разработать специализированный набор субВИ, хорошо подходящий для прикладных программ, которые Вы будете создавать.

Лицевая панель

Интерфейсом пользователя ВИ подобно интерфейсу пользователя реального прибора является лицевая панель. Лицевая панель ВИ - прежде всего комбинация органов управления и индикаторов. Органы управления моделируют инструментальные устройства ввода данных и передают данные на структурную схему ВИ. Индикаторы моделируют инструментальные устройства вывода, которые отображают данные, собранные или сгенерированные структурной схемой ВИ.

Структурная схема

Окно схемы содержит структурную схему ВИ, которая является исходным графическим текстом ВИ в LabVIEW. Вы создаете структурную схему соединяя вместе объекты, которые посылают или получают данные, выполняют определенные функции и управляют потоком выполнения. Первичные программные объекты структурной схемы - узлы, терминалы и провода. Когда Вы помещаете орган управления или индикатор на лицевую панель, LabVIEW помещает соответствующий терминал на структурную схему. Вы не можете удалить терминал, принадлежащий органу управления или индикатору. Терминал исчезнет, только когда Вы удалите орган управления или индикатор. Пиктограммы функций также имеют терминалы. Вы можете представить себе терминалы как порты ввода и вывода. Данные, которые Вы вводите в органы управления, поступают с лицевой панели через терминалы органов управления на структурную схему. Затем данные поступают в функции. Когда функции завершают свои внутренние вычисления, они производят новые значения данных на своих выходных терминалах. Данные поступают на терминалы индикаторов и повторно попадают на лицевую панель, где они и отображаются. Данные выходят из терминала-источника и приходят на терминал-адресат. Узлы - элементы выполнения программы. Они аналогичны инструкциям, операторам, функциям и подпрограммам в стандартных языках программирования. Функция - один из типов узлов. LabVIEW имеет обширную библиотеку функций для математических вычислений, сравнения, преобразования, ввода/вывода и так далее. Другой тип узлов - структура. Структуры являются графическим представлением циклов и операторов выбора традиционных языков программирования, повторяя блоки инструкций или выполняя их по условию. LabVIEW имеет также специальные узлы для 5 взаимосвязи с внешними текстовыми программами и для вычислений по текстовым формулам. Провода - пути данных между терминалами источника и адресата. Вы не можете подключить терминал-источник к другому источнику, но можете подключать терминал- адресат к другому терминалу-адресату. Вы можете подключать один источник к нескольким адресатам. Провода имеют различный вид или цвет, в зависимости от типа данных, которые передаются по проводам. Принцип, который управляет выполнением программы в LabVIEW, называется потоком данных. Запущенный узел выполняется только тогда, когда на всех входах появляются данные; узел выдает данные на все выходные терминалы только тогда, когда он заканчивает выполнение; и данные сразу же поступают от терминала источника на терминал адресата. Метод потока данных отличается от метода потока управления, по которому выполняется стандартная программа, в которой команды выполняются в последовательности, в который они написаны. Поток управления регулируется командами. Поток данных - управляется данными или зависит от данных.

Пиктограмма и соединитель

Когда пиктограмма ВИ помещена в схему другого ВИ, первый ВИ становится субВИ, то есть подпрограммой в LabVIEW. Органы управления и индикаторы субВИ получают данные от вызывающего ВИ и возвращают их ему же. Соединитель - набор терминалов, которые связаны с соответствующими органами управления и индикаторами субВИ. Пиктограмма является либо наглядным представлением назначения ВИ, либо текстовым описанием ВИ или его терминалов. Соединитель во многом подобен списку параметров обращения к функции; терминалы соединителя действуют подобно параметрам. Каждый терминал связан с соответствующим отдельным органом управления или индикатором на лицевой панели. Каждый ВИ имеет заданную по умолчанию пиктограмму, которая отображается в окне пиктограммы в верхнем правом углу окна лицевой панели и структурной схемы.

Создание ВИ

Рабочие инструменты в LabVIEW

Инструмент - специальный режим действия курсора мыши. Вы используете инструменты, чтобы выполнять определенные функции. Многие из инструментов LabVIEW содержатся в палитре Tools (Windows>>Show Tools Palette) (табл. 1.1). Вы можете также получить временную версию палитры Tools в расположении вашего курсора, щелкая кнопкой мыши при нажатии <Ctrl - Shift>. Вы можете поменять один инструмент на другой любым из следующих способов в режиме редактирования:

• Нажать кнопку мыши на нужном Вам инструменте в палитре Tools.

• Использовать клавишу, чтобы последовательно менять наиболее часто используемые инструменты.

• Нажать пробел, чтобы переключиться между “рукой” и “стрелкой”, когда активна лицевая панель, и между “катушкой” и “стрелкой”, когда активна структурная схема.

Таблица 1.1.

Рабочий инструмент	Оригинальное название	Русское название	Функции инструмента
	Operating tool	Инструмент Действия - “Рука”	Размещает объекты палитр Controls и Functions на лицевой панели и структурной схеме
	Positioning tool	Позиционный инструмент - “Стрелка”	Размещает объекты, изменяет их размеры и выбирает их.
	Labeling tool	Меточный инструмент	Редактирует тексты меток объектов и создает свободные метки
	Wiring tool	Монтажный инструмент - “Катушка”	Подключает объекты друг к другу на структурной схеме.
	Object pop-up menu tool	Инструмент Объектного меню	Вызывает объектное меню.
	Scroll tool	Инструмент прокрутки	Прокручивает окно без использования слайдеров.
	Breakpoint tool	Инструмент Контрольной точки	Устанавливает контрольные точки на ВИ, функциях, циклах, структурах.
	Probe tool	Инструмент Пробы	Создает пробные измерители на проводах.
	Color Copy tool	Инструмент Копии цвета - “Пипетка”	Копирует цвета для вставки с помощью Цветового инструмента.
	Color tool	Цветовой инструмент - “Кисть”	Устанавливает цвета переднего плана и фона