中级LabVIEW程式设计技巧与观念

中级LabVIEW程序设计技巧与观念 I

if叙述的写法

a=a+1的写法

getch( )与kbhit( ) 平行循环执行时的同步性

程序中有while 循环的结Occurrence 的功能及使束方法

巢状if结构的改良

用方法

State Machine 的观念及写法

高科技产业需要好的生产设备作为进攻市场的利器。而如何控制生产设备的自动化则是决定此设备优劣的要件之一。

在一个公司考虑采用何种系统来控制生产机器，选择多数日系机器都采用的PLC (Programmable Logic Controllers)系统(如三菱的FX2或A系列)，或藉由PC接口(如ISA、PCI、GPIB等)来控制机器的系统，是最优先考虑的难题，因这两种截然不同的控制系统需用不同的软件及各有优劣，因此往往也很难下决定。

当初本公司在决定要采用PLC系统或是PC-based系统确实经过一番挣扎，由于大部分工程师的背景并非机械或控制科系出身，要想建立公司自行发展的技术基础，无论是采用PLC系统或是PC-based系统均需重新学习。最后决定采用PC-based 的系统来作自动化控制，并使用软件为National Instruments 公司的LabVIEW(以下简称LV)，主要着眼于其发展的弹性与潜力比PLC系统来的大，不仅可随全世界的软件进展而不断改良，而使其应用范围越来越广，举凡机械运动、仪器量测、网络通讯、影像处理…等均可应用，除此之外，更可支持active X的对象(objects)的插入连结应用于LV中，进而使LV的能力也越发强大到令人咋舌的地步。

在LabVIEW程序设计的技巧与观念上，以下提供一些个人心得供大家参考：

if叙述的写法：

在LabVIEW中并没有if的语法，这对写惯了text-based程序语言的人来说，刚开始还真有点绑手绑脚，施展不开。解决的方法为所有的if判断叙述均改用case结构来取代即可，原本就有写过C语言的工程师很快就能上手了，但还是要花

一小段时间来适应。

a=a+1的写法：

有没有搞错？这么基本的写法还要讨论吗？程度也未免太低了吧！没错，它是很简单，但刚开始时也确实有些小困扰，因LabVIEW中，一个变量在一般情形下只能出现在block diagram中一次，将一个数值变量加一后再连回自己本身是最直觉的想法，但若如此，便会因data flow的方向相互抵触的关系出现断线，解决的方法有两种：

1. 1. 使用local variable，如：

2. 2. 若是在循环中便可使用shift register来帮忙达成目的，如下图所示，但记得shift register最好要给初值，否则初值将预设为0。

getch( )与kbhit( )﹔

对C语言有经验的人一定很怀念这两个函式：getch( )与kbhit( )，这两个函式的功用差不多，差异是kbhit( )只会侦测到键盘是否有按键被按下，而getch( )则除了kbhit( )的功用外，还会传回被按下按键的ASCII code。这两个函式可让程序暂停去等待某些键盘指令，非常好用也非常常用，例如：按下”y”或”Y”代表YES，”n”或”N”代表NO等等。 但一到LabVIEW中就发现，当程序执行时想要实时读取键盘有何输入并不是很方便，常用的做法是设一个numeric control或string control，用鼠标去移动到control上及按鼠标键，然后再由键盘输入某些键，再按enter或移动鼠标到toolbar上按下一个勾勾的按键，才能将键入的键值由程序读入，对于只为了单纯目的让程序继续的单击动作(如按下”y”或”n”)而言，似乎太麻烦了，然而这类单击动作显然还是非常有需要的。

以下提供一个简单的subVI：getch( ).vi，具有C语言中getch( )的功能，如此便很容易加到一般程序中了。当程序读到键盘有按键被按下时，将按下的键值传

出后即结束。因其中有用到一个read keyboard.vi的subVI，使用时要注意在主程序呼叫getch( ).vi前，要先呼叫过Open Keyboard.vi，否则getch( ).vi中的Read Keyboard.vi会读不到键盘，而主程序结束前要呼叫Close Keyboard.vi。

程序中有while 循环的结束方法：

一般而言，当程序执行完所有的程序代码后就自动结束，这种情形也就没什么需要讨论的。所以以下针对程序中有while 这种无限循环在程序里面的情形作讨论。

1. 1. 程序在执行时，按下上方tool bar中的红色圆形停止键。这个方法看起来方便但实际上并不理想，理由是你并没有真正在程序中写使程序结束的程序代码，而是用LabVIEW本身去终止你的程序，程序的data flow将停止在你按下停止键那一刻的地方。 2. 2. 稍微改良的简便方法，是用一个Boolean Control(如stop)来连在循环中的停止符号前，按下此control 即停止循环，而结束程序。如下图：

要注意的是，当按下stop时，程序并不是马上停止，而是要等到下一次重复循环时，做完循环内的动作才会停止。

3. 3. 用一个Boolean Control(如stop)来连在循环中的一个case，在true的情形中放进Functions> Application Control中的Stop，当按下此Control时强迫此程序停止。

不过使用这个方法要注意一点，就是其实用Stop这个vi来终止程序的话，和用tool bar中的红色圆形停止键的效果是一样的，也就是由LabVIEW硬生生地将程序终止，若在程序结束前有些所谓结束动作，例如关闭某些接口档案的stream或channel，或是让仪器机械手臂复归到某状态或位置等，那么就可能无法执行了。

4. 但若程序中有两个(以上)的平行循环均需停止才能结束程序的话，一般的方法为在一个循环的停止符号前连一个Boolean control，如2.中所述，而在其它循环的停止符号前连上此Boolean control的local variable即可。如下图所示：

此法看来甚为理想，但实际上仍有其缺点，这是由于LV的while loop设计为当循环的停止符号收到停止讯号时，并不会立即停止循环，必须要执行完下一次在循环中的程序代码后才会停止循环，这在某些情形下会发生预期外的结果。例如，我的程序中有两个while loop，第一个每1秒重复一次，第二个则每1小时重复一次，当我按下Boolean control同时给两个循环停止讯息，希望立即终止程序时，第一个循环最坏的情形在2秒内便停止了，但第二个循环可能要超过1小时才停止！

那要如何解决这种现象呢？可以考虑使用上述3.的方法，或请参考Occurrence 的功能及使用方法中的说明。

Occurrence 的功能及使用方法： 当程序在等待某种事件发生，如甲事件，然后立即去做乙事件，常用的写法为用一个while loop去等待甲事件的发生，若甲事件的发生了，则终止此等待循环去做乙事件，但为了增进程序效率，通常这个等待循环中会加上delay一段时间，若delay的时间短，如一秒以下，甲事件发生到乙事件开始的时间差可能可以在容忍范围内，但若delay的时间长，如一小时，那么甲事件发生到乙事件开始的时间差显然不符合要求。这时就可以利用Occurrence 的功能了。

Occurrence 的icon在Functions> Advanced> Synchronization中可找到，是LabVIEW中同步控制的功能之一。这边用下面的例子来说明，有两个平行循环，左边的每一秒计时一次，右边的每10秒计时一次，希望当stop键按下时，两个循环同时终止。若用前述local variable的方法来控制，结果是当第一个循环停止了，但第二个循环却要等10秒才停止。而以下这个程序则可达到同时结束的目的。当stop键按下时，由第一个循环Set Occurrence产生一个讯息，传出第一个循环外由Generate Occurrence产生Occurrence的讯号，再传到每一个循环中的wait on occurrence去产生true讯号已终止循环。顺带一提，使用wait on occurrence可在其ms timeout(-1)的connector上连上一数字作为delay的时间，可不用再使用其它的delay功能。

平行循环执行时的同步性：

当程序中有数个平行循环同时进行时，大部分的情形是希望各平行循环每次开始时均能够同步，可避免一些出乎预期的状况发生。常用有两种方法叙述如下﹔

1. 1. 使用Wait Until Next ms Multiple﹔

在循环中加入Wait Until Next ms Multiple的icon并均连上相同的常数做为delay的时间长短，并于程序执行时，同时启动这两个循环，如此可确保之后各循环每次开始时均同步开始，如下图所示﹔

但注意，这并不表示各循环所执行的次数也一样，如上例，若Task A 执行一次费时少于100ms，而Task B执行一次费时大于100ms，可确定的Task A的循环每执行过一次必为100ms，Task B的循环每执行过一次必为100ms的整数倍，因此有可能甲循环执行了两次或多次，但乙循环只执行了一次而已。若要各循环执行的次数也相同的话，便需利用下面第2.中所

叙述的功能了。

2. 2. 使用Rendezvous﹔ Rendezvous为集合地、会合点的意思，这个功能可在Functions> Advanced> Synchronization中找到，使用时要先Generate Rendezvous给固定个数的循环，而各循环中则要加入Wait at Rendezvous这个icon。当程序执行时，即使有某循环先结束，也会等到使用这个Rendezvous的所有循环均结束后，然后再一起同步重新执行循环。注意，要结束程序前要记得Destroy Rendezvous。使用这个方法便可确定各循环每个循环必定同时开始，且各循环执行的次数也一定相同。下面是一个简单的例子，可注意到各循环所执行的次数均相同，且循环中delay的时间长短并不会影响到循环执行次数，反正各循环等待的时间必相同，就是耗时最长的那个循环的等待时间啦。

巢状if结构的改良﹔

if…else的语法往往造成了复杂的结构，如C语言中：

if (a==FALSE) b=TRUE

else if (c==FALSE) b=TRUE

else if (d==FALSE) b=FALSE ….;

这样写出来似乎很厉害 (因别人要花点时间才能了解如何做逻辑判断)，但也有可读性不佳的缺点。尤其写在LabVIEW中，因其是graphic language之故，可读性更差(看起来还真是”巢状”啊)。例如下例，要看完并了解程序如何逻辑判断，恐怕要花上一段时间(因false的case中也可能藏有程序代码)，另一个缺点是程序编译完后的VI文件较占硬盘空间。

虽然有时如同上图的巢状结构无法避免，但当判断的条件增多时，可考虑将数个条件以Build Array的方法再加上case结构来改写，自己再做个真值表来决定各case中的内容即可。下图为一个写法的示意图。

要注意的小地方是Boolean Array并不能直接连上case结构，要将之转成数字后才可以，因此程序中用了一个Boolean Array To Number的功能。

State Machine 的观念及写法：

先让我们来看看State Machine的标准写法吧。基本上一个State Machine也祇不过是一个循环内加上一个case结构而已。每当循环重做(iterate)一次时，就只做众多case中的一个，再用enum type的constant决定下一次循环重做时所要进入的case。

下面举一个简单例子，说明有三件顺序性的工作用State Machine方法所写出的结果。

State Machine依其用法可视作是sequence的变形，但是比单用sequence的结构具有更多的弹性与优点，叙述如下：

1. 1. 因使用enum type做为各步骤的说明，因此可将state machine

中各case的title均写成文字叙述，这也使得程序的叙述性及可读性较好。

2.

3.

4.

2. 比较容易将流程图写成程序，也可很容易调整流程中各步骤的顺序，当程序出现多个路径时(如若选YES时去做task 1，选NO时去做task 2之类或更复杂的情况)，只要在最后选择next state时稍加改变即可，换个角度来看，也就是很容易达成其它程序语言中的goto的效果，却能保持程序结构的完整性。

3. 因为有一个error state专门处理各state传来的error或

exception的讯息，使得程序设计时，可集中也较容易处理Error Handler的讯息。而当处理完成时，又可选择回到哪一个state去，或是走到close state来结束这个State Machine的循环。

4. 在最后有一个close state，也就是在此不论程序执行有无错误发生，最终都会到这个state进行一定结束程序的步骤，使程序可以顺利结束。如此一来，便不致因错误发生时，因某些关闭动作没有做而产生意想不到的结果或”挂”在那里了。