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虚拟仪器,电子科技大学自动化学院 虚拟仪器课程组 02888013287 ,2.3 LabVIEW的程序结构,主要的程序结构有： 循环（While循环和For循环） 选择(Case结构) 顺序（Sequence结构） 事件(Event结构),2.3.1 For循环,1For循环的创建 基本的For循环结构由循环框、循环次数端口和计数端口组成。,循环框,计数端口,循环次数端口,2For循环的工作流程 For循环用于将结构中的程序循环执行指定的次数。 在开始For循环之前，从循环次数端口读入循环次数，计数端口输出0值。 接下来执行For循环框内框图代码程序，每执行一次计数端口值自动加1。 循环次数达到设定值后，退出循环。,3For循环的数据通道与自动索引 数据通道是用连线工具连接循环框内外的数据端口时，在框架上自动形成的方形通道图标 。 图标空心表明此时数据通道具有自动索引功能，实心图标不能索引 。 自动索引是指将循环框外面的数组成员逐个依次进入循环体内，或将循环框内的数据累加成一个数组输出到循环框外面。,例如：下图中通道自动索引功能有效时，每一次循环产生一个新的数据，存储在循环的边框通道上，待循环结束以后，产生的6个数据将传送到一个数组指示器中。自动索引功能无效时，只有最后一次For循环产生的1个随机数传到循环外。,空心,实心,4移位寄存器 创建：右击边框，弹出一个菜单，选择Add Shift Register选项，可添加一个移位寄存器。 用途：主要用于While循环和For循环，将上一次循环的值传给下一次循环。 数据类型： 数字型、布尔型、字符串等 。 初始化：在循环外将初始值连到移位寄存器的左端口，有默认初值。 还可以存储前几次循环的值，在移位寄存器的左端口或右端口上右击鼠标弹出菜单，选择Add Element选项，可创建附加的左端口来存储前几次循环的值。,5反馈节点 功能：在循环中，将数据从一次循环传递到下一次循环。 反馈节点箭头的方向表示数据流的方向。 反馈节点和移位寄存器可以互换，在反馈节点或移位寄存器图标上弹出快捷菜单选Replace with shift Register或Replace with Feedback Node即可。 移位寄存器左端口多于1个时不能转换为反馈节点。,下面是用移位寄存器（左图）和反馈节点（右图）实现a+的框图程序。,2.3.2 While循环,For循环和While循环的区别： For循环要执行预先指定的循环次数。 而While循环只有在条件端口接收到的值为False时才停止循环。While循环不必知道循环次数。 While循环不满足条件也要执行1次。 For循环当N1时1次都不执行。,1.While循环的创建 While循环由循环框、条件端口和计数端口组成。,循环框,条件端口,计数端口,2.While循环的工作流程 条件端口控制循环的停止与否。 条件端口有两种状态 ： 当使用状态为Stop if True 时，若输入值为Ture，则停止循环 。若输入值为False，则继续执行下一次循环。 当使用状态为Continue if True 时，若输入值为Ture，则继续执行下一次循环。若输入值为False，则停止循环。 循环结束后，才去检测条件端口的值，因此不管条件是否成立，循环至少要执行一次。,计数端口用于统计循环执行的次数，While循环每执行一次，计数端口的值就加1。 计数端口从零开始计数，也就是说，在第一次循环结束时，计数端口的值为0，如果循环执行了10次，则计数端口的值为9。 While循环也具有数据通道索引和移位寄存器、反馈接点的功能，它们的用法与For循环相同，只是While循环的边框数据通道默认为不能索引。,用While 循环实现求X的立方和,2.3.3 Case结构,Case结构的功能：根据条件，程序执行不同的分支。改变了程序的流程。,2.3.3 Case结构,1.Case结构的创建 Case结构由选择框架、选择端口、选择器标签，以及递增/递减按钮组成。,选择标签,递增按钮,递减按钮,选择框架,选择端口,2Case结构的工作流程 Case结构有一个条件选择端口 （Selector），根据连到该端口 的值来判断执行哪一个子Case。 Selector端口的数据类型有布尔型、数字型和字符串型。 3设置选择结构的默认项 应设置一个默认项来处理超出条件选项范围的情况。 设置选择结构默认项的方法是在选择结构边框上单击鼠标右键，选择Make This The Default Case。,4选择结构数据通道的设置 输入数据时，每个子Case框可连可不连数据通道。 输出数据时，每个子Case框必须为通道连接数据。否则程序不能运行，这时通道的图标是空心的，只有为每个子Case框的数据端口都连接数据后，图标才变成实心。 Use Default if Unwired可使程序中没有连线的子Case框输出默认值。,CASE0 (Add)，VI就进行加法运算，CASE1，则VI将进行减法运算。 使用了一个数字型Text Ring控制器（在控制模板中的Ring&Enum子模板中） 注意：当在一个子Case中建立了一个输出数据通道后，必须给每一个子Case定义输出数据通道。,设定默认的子CASE，当所有条件都不满足时，执行默认子CASE,例子,2.3.4 顺序结构,LabVIEW是一种数据流程序设计语言，没有明确的先后顺序，当节点所有输入端的数据全部有效时，节点才执行。 Sequence结构，它是一种先后顺序执行的结构，看上去象电影胶片的帧（Frame），每一帧为一段框图程序，按照帧（Frame）的顺序来执行框图程序。 两种形式顺序结构，Flat Sequence Structure平铺式顺序结构和Stacked Sequence Structure层叠式顺序结构。功能相同，区别仅在于表现形式不同。,1. 顺序结构的创建 在函数模板的Structures子模板中选择创建顺序结构。选取Stacked Sequence Structure层叠式顺序结构 。 在结构边框上面单击鼠标右键，从弹出的快捷菜单中选择“Add Frame After”或“Add Frame Before”可以增加子图形代码框。 在结构边框上右击弹出的快捷菜单，选择ReplaceReplace with Flat Sequence，可以将层叠式顺序结构变换为平铺式顺序结构,2.顺序结构的工作方式 数据传递至顺序结构时，层叠式从标识0开始执行，依次顺序执行；平铺式从左至右执行所有子图形代码框。 从结构外面向顺序结构写数据时，可连接可不连接这个数据通道；但是当顺序结构向外输出数据时，各个图形代码框中只能有一个连接这个数据通道。 代码框之间的数据传递，平铺式可从一帧直接连线到另一帧来传递数据，层叠式则需要通过局部变量Sequence Local来传送数据。,在层叠式顺序结构的边框上面右击，选择Add Sequence Local即可在当前帧创建一个顺序局部变量端口。 将本帧中的数据连接到该局部变量端口，该数据就可传到后面的帧，该数据不会作用到它前面的帧。 如下图示意了层叠式顺序结构通过局部变量传递数据的情况。在标识是1号帧的一个数据传递到标识是2号的帧进行“或”运算，0号帧不能使用该数据。,例：使用Sequence结构，设计一个VI，计算产生一个与指定的数字相等的随机数所需花费的时间。,读取定时器的当前值,VI程序每隔10ms执行循环,四舍五入取整,2.3.5 事件结构 Event Structure,LabVIEW的程序设计主要是基于一种数据流驱动的方式进行的，即将整个程序看作一个数据流过的通道，数据按照程序流程从控制量到显示量。在图形化的编程语言中有独特的优势。 面向对象的程序设计技术引入“事件驱动”机制：系统会等待并响应用户或其他触发事件发出的消息，并对这种消息作出响应。 事件驱动就是等待事件发生，然后按照对应指定事件的程序代码进行响应，处理完后再回到等待事件状态。 例如：对用户界面的操作采用事件结构，能够及时被响应，达到用户在前面板的操作与图形代码同步执行的效果。（如点击鼠标、按下键盘、改变控件的值等）,怎样使用事件结构Event Structure ？,先创建1个新的事件结构，在结构中添加事件源和该事件源发生的事件，在各个事件对应的框内编写该事件发生时要执行的程序。 1.事件结构的创建 事件结构位于在Structures子模板中 事件结构包括：结构框、事件标签、超时端口和事件数据端口。,事件标签 ：当前框图程序响应的事件名称 。,超时端口，默认值为-1，表示无限等待 。,事件数据端口 可读,结构框 放入事件发生后需执行的程序,2事件结构的使用 右击事件结构边框，从弹出的快捷菜单中选择Edit Events Handled by ThisCase，这时将弹出编辑事件对话框。,显示当前建立的事件，默认“Timeout事件。,增加事件,删除事件,可以选择的事件源,相应的事件源可产生的事件消息,例如：建立一个5秒的超时事件和一个“OK Button” 开关值发生变化的事件,要求： 方法1：任一事件发生都执行同一个子图形代码框程序，显示出对话框“超时或单击了OK按钮”。 方法2：由不同的框图程序响应不同的事件，显示出对话框“超时事件”或“单击了OK按钮事件”。,法1： 在前面板添加放置一个“OK Button” 控件 。 在编辑事件对话框中单击按钮 新建一个事件，选取“EventSources”事件源窗口中的“OK Button”，并在“Event”事件窗口中选择“Value Change” 。 选取OneButtonDialog函数，放置在Event Structure中。 在message数据端口新建一个常量，输入“超时或单击了OK按钮”。 在超时端口连接值为5000的一个数字常量。,运行程序，如果单击了“OK Button”按钮或等待5秒都会显示出对话框“超时或单击了OK按钮”。,法2： 在事件结构边框的快捷菜单中选择Add Event Case来创建事件结构的一个分支 。 在弹出的对话框中，选取“EventSources”事件源窗口中的“OK Button” 。并在“Event”事件窗口中选择“Value Change” 。 后面的设置与法1类似。,2.3.6 公式节点,在框图程序中，如果需要设计较复杂的数学运算，框图将会十分复杂，工作量大，而且不直观，调试、改错也不方便。 利用公式节点，只需将数学公式的文本表达式输入在公式节点的框图内，并连接相应的输入、输出端口，则LabVIEW会自动地根据公式计算出正确的结果，并从输出端输出。 使用步骤： （1）创建新的公式节点 （2）在框中输入文本行表示的数学公式和文本语句 （3）添加输入/输出数据端口，并命名（与公式中变量同名） （4）连接程序中的数据端口与公式节点的输入/输出端口,（1）公式节点的创建 从函数模板的Structures子模板上选择公式节点Formula Node，在框图中设置公式节点。 公式节点的边框大小可以改变，用户可以使用标签工具，将数学公式直接输入到公式节点的框内。,以函数 y=x2+x+1为例,1. 用常规的LabVIEW算数函数实现此函数计算 2. 用公式节点来实现同一函数 在框内输入一个或多个公式，每个公式语句必须以分号结束 在公式节点边框上弹出快捷菜单，并从弹出菜单中选择Add Input或Add Output选项来创建公式节点的输入或输出端口。在添加端口后出现的方框内填入变量名称。,公式节点中常用的运算符,其中，条件运算符的“?”前的部分是判定条件，“?”和“：”间的部分为当条件为True时的表达式，“：”后的部分为当条件为False时的表达式。,公式节点语句中还可以使用数学函数：abs、acos、acosh、asin、asinh、atan、atan2、atanh、ceil、cos、cosh、cot、csc、exp、expml、floor、getexp、getman、int、intrz、ln、lnp1、log、log2、max、min、mod、pow、rand、rem、sec、sign、sin、sinc、sinh、sizeOfDim、sqrt、tan、tanh。 公式节点中可声明变量，也支持一些常用的C语言的语句（包括赋值语句、 IF条件语句、 for和do 、while循环语句、Switch分支语句），每条语句以分号结尾。 公式节点的语法与C语言相同,例：用公式节点计算y1=x3+x2+5和y2=m*x+b,分析： 公式的输入端口共有3个输入量，分别是m、b和x。3个输入量经过公式节点中的两条语句完成指定的运算，通过输出端口输出y1和y2。,补充：前面板对象属性的动态控制,在前面板设计编程时，我们可以修改和设定对象控件的属性，但是在程序运行时能否由用户修改或程序自身改变呢？ 方法是：创建对象的属性节点Property Node ，通过对属性节点的“写”操作，完成对对象属性的修改。 同样通过对属性节点的“读”操作，在程序中读取对象的属性。,例：程序运行中，用Knob控件改变图形曲线的颜色,提示：建立CHART的属性节点 ，改为可写，并指定为曲线Plot的颜色Color属性，用Knob的值控制CASE，分别送5种颜色值给属性节点,属性节点的建立和使用方法,在对象控件上右击，菜单中选择CreateProperty Node ，则在框图程序中建立了一个属性节点，该属性节点默认的属性是” Visble”,可读。 在Property Node 上右击，在弹出菜单中选择Change to write，则改为可写。 在Property Node 上右击，在弹出菜单中选择Property，弹出菜单中再选择需要控制的属性。,2.3.7 局部变量和全局变量,1局部变量： 程序太复杂，连线困难，需用局部变量。 局部变量的作用范围：同1个程序之间 （1）创建 法一：为前面板对象创建局部变量。 在对象上面单击鼠标右键，选择CreateLocal Variable。 法二：在框图程序中新建局部变量，然后再指向某个对象。 可以为一个对象创建多个局部变量。 局部变量具有读、写两种属性。并可互换。,(2) 使用示例 程序中，建立了“停止”控件的两个局部变量。 循环内的局部变量处于“读”状态，读出当前“停止”控件的状态，送给“指示灯”控件显示。 循环外的局部变量 则处于“写”状态，它在每次程序运行前赋给“停止”控件，赋值为“False”，以保证程序运行时进入循环状态。,2全局变量 不同程序之间交换数据，需用全局变量。 全局变量VI只有前面板而无框图程序。 （1）创建 选择全局变量图标，右击，选择Open Front Panel，打开全局变量声明VI的前面板。 按照需要的数据类型加入控件 。 切换到框图程序窗口，单击全局变量图标，选择需要它指向的控件。 返回到全局变量声明VI的前面板，将该VI文件存盘，完成全局变量的建立。,（2）调用 由函数模板中的Select a VI子模板打开选择用户程序对话框，选择已经保存的全局变量声明VI程序，此时将在框图程序中显示全局变量数据端口。 如果在全局变量声明VI中建立多个控件，可以用操作工具在全局变量的图标上单击，在列出的所有变量对象中选择所需的对象。,（3）使用示例 利用全局变量在不同VI中传递数据。 创建一个全局变量声明，其中包含一个数值型控件并命名为“数值”和布尔型控件并命名为“状态”，保存为“GVvi”。 新建一个VI命名为“采集信息.vi”，前面板中有一个旋钮开关和按键开关，将它们的值送到全局变量中。由函数模板中的Select a VI子模板打开选择用户程序对话框，选择“GVvi”，调用两次全局变量声明，选择全局变量的不同数据类型，对端口连线并保存VI。如图,“采集信息”框图程序,新建VI “显示信息.vi”，前面板中有一个表盘指针控件和LED控件。采用同样的方法在框图程序窗口选择创建的全局变量，并在全局变量图标上单击鼠标右键，选择“Change to Read”。,“显示信息”框图程序,分别运行两个VI程序，可以发现由程序“采集信息”得到的数据，通过全局变量传递到程序“显示信息”中，实现了两个程序之间的数据传递。,上机练习,1、创建一个模拟温度测量的VI子程序，模拟产生温度范围为7090度，子VI文件名为“模拟温度.vi” 2. 创建1个子VI,功能为用公式法求解一元二次方程。,习题：2.3,1. 用While循环，创建一个程序使之当输入0到100之间的随机数，大于等于循环次数时继续运行。 2.学习使用双重For循环。创建一个程序，画出X从1到N的立方和曲线（N大于等于1小于等于100，X、N均为整数） 3.创建一个VI程序，不断地产生随机数，直到产生的随机数与程序指定的数值相匹配。记录下共产生了多少个随机数才与程序的指定值相匹配。 4.创建一个VI程序，每秒测量一次温度，并显示在波形Chart指示器上。使用移位寄存器对连续三次测量温度值求平均，显示实时温度测量曲线