0.3 LabVIEW的基本概念

LabVIEW是一個(gè)功能完整的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，具有區(qū)別于其他程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的一些獨(dú)特結(jié)構(gòu)和語(yǔ)法規(guī)則。應(yīng)用LabVIEW編程的關(guān)鍵是掌握LabVIEW的基本概念和圖形化編程的基本思想。在深入學(xué)習(xí)LabVIEW之前，有必要先介紹一些LabVIEW中的基本概念術(shù)語(yǔ)和結(jié)構(gòu)，這是理解與學(xué)習(xí)LabVIEW的基礎(chǔ)。

0.3.1 VI與子VI

用LabVIEW開發(fā)的應(yīng)用程序稱為虛擬儀器（Virtual Instrument，VI）。

一個(gè)最基本的VI由前面板和后面板兩部分組成。

VI運(yùn)行采用數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)，具有順序、循環(huán)、條件等多種程序結(jié)構(gòu)控制。

與其他編程語(yǔ)言一樣，在LabVIEW中也存在子程序的概念。在LabVIEW中的子程序稱為子VI。在程序中使用子VI有以下益處：

（1）將一些代碼封裝成為一個(gè)子VI（即一個(gè)圖標(biāo)或節(jié)點(diǎn)），可以使程序的結(jié)構(gòu)變得更加清晰、明了。

（2）將整個(gè)程序劃分為若干模塊，每個(gè)模塊用一個(gè)或者幾個(gè)子VI實(shí)現(xiàn)，易于程序的編寫和維護(hù)。

（3）將一些常用的功能編制成為一個(gè)子VI，在需要時(shí)可以直接調(diào)用，不用重新編寫這部分程序，因而子VI有利于代碼復(fù)用。

正因?yàn)樽覸I的使用對(duì)編寫LabVIEW程序有很多益處，所以在使用LabVIEW編寫程序時(shí)經(jīng)常會(huì)使用子VI。基于LabVIEW圖形化編程語(yǔ)言的特點(diǎn)，在LabVIEW環(huán)境中，子VI也是以圖標(biāo)（節(jié)點(diǎn)）的形式出現(xiàn)的，在使用子VI時(shí)，需要定義其數(shù)據(jù)輸入和輸出的端口，然后就可以將其當(dāng)做一個(gè)普通的VI來(lái)使用了。

0.3.2前面板

前面板就是圖形化用戶界面，用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量，是人機(jī)交互的窗口。由于VI前面板是模擬真實(shí)儀器的前面板，所以輸入量稱為控制，輸出量稱為指示。

在前面板中，用戶可以使用各種圖標(biāo)，如旋鈕、按鈕、開關(guān)、波形圖、實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖等，這樣可使前面板的界面同真實(shí)的儀器面板一樣。圖0-9 是一個(gè)波形發(fā)生器程序的前面板。

前面板對(duì)象按照功能可以分為控制、指示和修飾三種。控制是用戶設(shè)置和修改VI程序中輸入量的接口；指示則用于顯示VI程序產(chǎn)生或輸出的數(shù)據(jù)。如果將一個(gè)VI程序比作一臺(tái)儀器的話，那么控制就是儀器的數(shù)據(jù)輸入端口和控制開關(guān)，而指示則是儀器的顯示窗口，用于顯示測(cè)量結(jié)果。

在本書中，為方便起見，將前面板中的控制和指示統(tǒng)稱為前面板對(duì)象或控件。

值得一提的是，任何一個(gè)前面板對(duì)象都有控制和指示兩種屬性，在前面板對(duì)象的右鍵彈出菜單中選擇“轉(zhuǎn)換為顯示控件”或“轉(zhuǎn)換為輸入控件”命令，可以在控制和指示兩種屬性之間切換。請(qǐng)注意，如果用于輸入的前面板對(duì)象被設(shè)置為指示，或用于輸出的前面板對(duì)象被設(shè)置為控制，則LabVIEW會(huì)報(bào)錯(cuò)。

修飾的作用僅是將前面板點(diǎn)綴得更加美觀，修飾并不能作為VI的輸入或輸出來(lái)使用。在控制選板中專門有一個(gè)修飾子選板。當(dāng)然，用戶也可以直接將外部圖片（BMP或JPEG格式）粘貼到前面板中作為修飾。

0.3.3框圖程序

每一個(gè)前面板都有一個(gè)框圖程序與之對(duì)應(yīng)。框圖程序是用圖形化編程語(yǔ)言編寫的，可以把它理解成傳統(tǒng)編程語(yǔ)言程序中的源代碼。用圖形來(lái)進(jìn)行編程，而不是用傳統(tǒng)的代碼來(lái)進(jìn)行編程，這是LabVIEW最大的特色。

框圖程序由節(jié)點(diǎn)、端口和連線組成。

1．節(jié)點(diǎn)

節(jié)點(diǎn)是VI程序中的執(zhí)行元素，類似于文本編程語(yǔ)言程序中的語(yǔ)句、函數(shù)或者子程序。節(jié)點(diǎn)之間由數(shù)據(jù)連線按照一定的邏輯關(guān)系相互連接，以定義框圖程序內(nèi)的數(shù)據(jù)流動(dòng)方向。0.3.2節(jié)中波形發(fā)生器的框圖程序就是一個(gè)典型的例子，如圖0-10所示。

LabVIEW共有4種類型的節(jié)點(diǎn)，參見表0-6。

節(jié)點(diǎn)是LabVIEW作為G語(yǔ)言這種圖形化編程語(yǔ)言的特色之一，是圖形化的常量、變量、函數(shù)以及VIs和Express VIs。

一般情況下，LabVIEW中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)至少有一個(gè)端口，用于向其他圖標(biāo)傳遞數(shù)據(jù)。

2．端口

節(jié)點(diǎn)之間、節(jié)點(diǎn)與前面板對(duì)象之間通過數(shù)據(jù)端口和數(shù)據(jù)連線來(lái)傳遞數(shù)據(jù)。

端口是數(shù)據(jù)在框圖程序部分和前面板之間傳輸?shù)耐ǖ澜涌冢约皵?shù)據(jù)在框圖程序的節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)慕涌凇６丝陬愃朴谖谋境绦蛑械膮?shù)和常數(shù)。

端口有兩種類型：控制器/指示器端口和節(jié)點(diǎn)端口(即函數(shù)圖標(biāo)的連線端口)。控制或指示端口用于前面板，當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，從控制器輸入的數(shù)據(jù)就通過控制器端口傳送到框圖程序。而當(dāng)VI程序運(yùn)行結(jié)束后，輸出數(shù)據(jù)就通過指示器端口從框圖程序送回到前面板的指示器。當(dāng)在前面板創(chuàng)建或刪除控制器或指示器時(shí)，可以自動(dòng)創(chuàng)建或刪除相應(yīng)的控制器/指示器端口。上述控制程序有兩個(gè)控制器端口、一個(gè)指示器端口，同時(shí)在框圖程序中，Add功能函數(shù)在圖標(biāo)下隱含著節(jié)點(diǎn)端口。

3．連線

連線是端口間的數(shù)據(jù)通道，類似于文本程序中的賦值語(yǔ)句。數(shù)據(jù)是單向流動(dòng)的，從源端口向一個(gè)或多個(gè)目的端口流動(dòng)。不同的線型代表不同的數(shù)據(jù)類型，每種數(shù)據(jù)類型還通過不同的顏色予以強(qiáng)調(diào)。

連線點(diǎn)是連線的線頭部分。

當(dāng)需要連接兩個(gè)端點(diǎn)時(shí)，在第一個(gè)端點(diǎn)上單擊連線工具（從工具選板調(diào)用），然后移動(dòng)到另一個(gè)端點(diǎn)，再單擊第二個(gè)端點(diǎn)。端點(diǎn)的先后次序不影響數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向。

當(dāng)把連線工具放在端點(diǎn)上時(shí)，該端點(diǎn)區(qū)域?qū)?huì)閃爍，表示連線將會(huì)接通該端點(diǎn)。當(dāng)把連線工具從一個(gè)端口接到另一個(gè)端口時(shí)，不需要按住鼠標(biāo)。當(dāng)需要連線轉(zhuǎn)彎時(shí)，單擊一次鼠標(biāo)，即可以正交垂直的方向彎曲連線，按空格鍵可以改變轉(zhuǎn)角的方向。

接線頭是為了保證端口的連線位置正確。當(dāng)把連線工具放到端口上，接線頭就會(huì)彈出。接線頭還有一個(gè)黃色小標(biāo)識(shí)框，顯示該端口的名字。

節(jié)點(diǎn)/連接端口可以讓用戶把VI變成一個(gè)對(duì)象（SubVI，即VI子程序），然后在其他VI中像子程序一樣被調(diào)用。圖標(biāo)作為SubVI的直觀標(biāo)記，當(dāng)被其他VI調(diào)用時(shí)，圖標(biāo)代表SubVI中的所有框圖程序。而連接端口表示該SubVI與調(diào)用它的VI之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的輸入/輸出端口，就像傳統(tǒng)編程語(yǔ)言子程序的參數(shù)端口一樣，它們對(duì)應(yīng)著SubVI中前面板上的控制和指示。連接端口通常是隱藏在圖標(biāo)中的。圖標(biāo)和連接端口都是由用戶在編制VI時(shí)根據(jù)實(shí)際需要?jiǎng)?chuàng)建的。

0.3.4數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)

由于框圖程序中的數(shù)據(jù)是沿?cái)?shù)據(jù)連線按照程序中的邏輯關(guān)系流動(dòng)的，因此，LabVIEW編程又稱為“數(shù)據(jù)流編程”。“數(shù)據(jù)流”控制LabVIEW程序的運(yùn)行方式。對(duì)一個(gè)節(jié)點(diǎn)而言只有當(dāng)它的輸入端口上的數(shù)據(jù)都被提供以后，它才能夠執(zhí)行。當(dāng)節(jié)點(diǎn)程序運(yùn)行完畢以后，它會(huì)把結(jié)果數(shù)據(jù)送到其輸出端口中，這些數(shù)據(jù)很快地通過數(shù)據(jù)連線送至與之相連的目的端口。“數(shù)據(jù)流”與常規(guī)編程語(yǔ)言中的“控制流”類似，相當(dāng)于控制程序語(yǔ)句一步一步地執(zhí)行。

兩數(shù)相加前面板如圖0-11所示，兩數(shù)相加框圖程序如圖0-12所示，這個(gè)VI程序把控制a和b中的數(shù)值相加，然后再把相加之和乘以100，結(jié)果送至指示c中顯示。

在這個(gè)程序中，框圖程序從左向右執(zhí)行，但這個(gè)執(zhí)行次序不是由其對(duì)象的擺放位置來(lái)確定的，而是由于相乘節(jié)點(diǎn)的一個(gè)輸入量是相加節(jié)點(diǎn)的運(yùn)算結(jié)果。只有當(dāng)相加運(yùn)算完成并把結(jié)果送到相乘運(yùn)算節(jié)點(diǎn)的輸入端口后，相乘節(jié)點(diǎn)才能執(zhí)行下去。注意，一個(gè)節(jié)點(diǎn)只有當(dāng)其輸入端口的所有數(shù)據(jù)全都有效地到達(dá)后才能執(zhí)行下去，而且只有當(dāng)它執(zhí)行完成后，它才把結(jié)果送到輸出端口。

再看另一個(gè)VI的框圖程序，如圖0-13所示。該程序是乘法節(jié)點(diǎn)和除法節(jié)點(diǎn)并行執(zhí)行。這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)相互之間沒有數(shù)據(jù)依賴的關(guān)系，它們是相互獨(dú)立的，輸入數(shù)據(jù)是同時(shí)到達(dá)減法節(jié)點(diǎn)，它們是并行執(zhí)行的。但是如果根據(jù)某種要求，需要先執(zhí)行除法，后執(zhí)行乘法，該怎么辦呢？用順序結(jié)構(gòu)可解決這個(gè)問題。