Einführung in LabVIEW

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1 Einführung in LabVIEW von Wolfgang Georgi, Ergun Metin 4., neu bearbeitete Auflage Hanser München 2009 Verlag C.H. Beck im Internet: ISBN Zu Leseprobe schnell und portofrei erhältlich bei beck-shop.de DIE FACHBUCHHANDLUNG

2 Inhaltsverzeichnis Wolfgang Georgi, Ergun Metin Einführung in LabVIEW ISBN: Weitere Informationen oder Bestellungen unter sowie im Buchhandel. Carl Hanser Verlag, München

3 Inhalt Teil I: Grundlagen des Programmierens in LabVIEW 17 1 Was ist LabVIEW? Entwicklungsstufen Was will dieses Lehrbuch? Installation Einführendes Beispiel Programmierung von c = a + b Speicherung als Programm Add.vi Starten und Stoppen von Add.vi Fehlersuche in Add.vi (Debugging) Beispiel für eine Grafik in LabVIEW Grundlegende Konzepte von LabVIEW Frontpanel Blockdiagramm Rezepte Shortcuts Einstellungen, Sprachenwahl, Paletten Einstellungen 'Neu und geändert in 8.x' Frontpanel Blockdiagramm Ausrichtungsgitter Wiederherstellungen Sprachenwahl Menüpunkte Werkzeuge Optionen Datei VI-Einstellungen Paletten Werkzeugpalette (Tools Palette) Eingabe-/Ausgabe-Elemente Funktionenpalette Programmstrukturen Strukturiertes Programmieren Sequenz Alternative, Case-Struktur Schleifen...60

4 10 Inhalt 4 Datentypen Numerische Datentypen Kontextmenü: Darstellung Kontextmenü: Format und Genauigkeit Boolesche Datentypen String und Pfad Arrays Definition und Initialisierung eines 1-dimensionalen Arrays Definition und Initialisierung eines 2-dimensionalen Arrays Rechnen mit Arrays: Addition Rechnen mit Arrays: Multiplikation Steuerung von FOR-Schleifen mit Arrays Behandlung einzelner Arrayelemente Cluster Erzeugung eines Clusters Clusterwerte ändern Aufschlüsseln eines Clusters Umordnen der Elemente eines Clusters Ring & Enum Gestaltung von Panel und Diagramm Unterprogramme Wozu Unterprogramme (SubVIs)? Erstellen von Unterprogrammen Einführendes Beispiel Weitere Hinweise für die Erstellung eines Unterprogramms Einstellungen für Programme und Unterprogramme Erstellen von Unterprogrammen mit internem Zustand Erstellen von polymorphen Unterprogrammen Aufruf von Unterprogrammen Statische Bindung Dynamische Bindung VI-Referenz öffnen und schließen Aufruf eines VI über seine Referenz Beispiel für den SubVI-Austausch während der Laufzeit Rekursiver Aufruf von Unterprogrammen Testen (Debugging) von ablaufinvarianten SubVIs Prozessvisualisierung OOP-Konzepte Eigenschafts- und Methodenknoten Grafische Ausgabe Chart (Signalverlaufs-Diagramm) Darstellung einer Sinuskurve Darstellung von zwei oder mehr Kurven in einem Chart Legende zu einem Chart oder Graphen Skalierung der Ordinate in einem Chart Graph...124

5 Inhalt Darstellung einer Sinuskurve Darstellung von zwei oder mehr Kurven in einem Graphen Skalierung der Abszisse in einem Graphen XY-Graph Darstellung einer Relation im XY-Graphen Darstellung mehrerer Relationen in einem XY-Graphen Signalverlauf Express-VIs Ein Express-VI zur Erzeugung von Kurven Express-VI zur Erstellung von Berichten Referenzen Einführendes Beispiel Vertauschung von zwei Variablenwerten Referenzen auf Bedien- und Anzeigeelemente Lösung des Vertauschungsproblems Vererbung Eigenschaften der Basisklasse Eigenschaften von abgeleiteten Klassen Datentransfer von und zur Festplatte Dateifunktionen Allgemeines zur Speicherung von Dateien Menüs Einführendes Beispiel Modifiziertes Beispiel Beispiel: Anlegen einer Protokolldatei Überschreiben ohne Warnung Pfade Pfadkonstanten Pfadkonstante 'Standardverzeichnis' 'Standardverzeichnis' ändern 'Standard-Datenverzeichnis' ändern Lesen und Schreiben anderer Datentypen Verketten von Schreib- und Lesefunktionen Tabellenkalkulation Pfade in einer EXE-Datei Fortgeschrittene Dateitypen LVM-, TDMS- und TDM-Dateien Diadem ZIP-Dateien Konfigurationsdateien LabVIEW-Kurzüberblick Aufbau des LabVIEW-Systems Interpretieren oder kompilieren? Datenflussprogrammierung Projektverwaltung...178

6 12 Inhalt 9.3 Erstellung von EXE-Dateien Warum EXE-Dateien? Erstellung einer EXE-Datei Entwicklungsumgebung von LabVIEW 8.x Deaktivierungsstrukturen Debug-Einstellung in der Projektverwaltung LabVIEW-Bibliotheken Umwandeln von LLB-Bibliotheken Einbindung von C-Programmen unter Windows Programmieren einer eigenen DLL in C oder C Anschließen einer DLL an einen CLF-Knoten Hilfen zu LabVIEW Teil II: Technische Anwendungen Fouriertransformation Zeit- und Frequenzbereich Die reelle Fouriertransformation Darstellung der Fourierkoeffizienten c in LabVIEW k 10.2 Diskrete Fouriertransformation Satz von Shannon Aliasing Frequenzauflösung Filterung Filtertypen Ideale und reale Filter Beispiel eines digitalen Filters LabVIEW-Filterfunktionen Filterung im Frequenzbereich Idee der Filterung im Frequenzbereich Die inverse Fouriertransformation in LabVIEW Beispiel eines Tiefpasses Differenzialgleichungen Lösen mit LabVIEW-ODE-Funktionen Lösen nach dem Analogrechnerprinzip Blockdiagramm-Darstellung Vereinfachungen Globale Variablen Genauigkeit numerischer Verfahren Systeme von Differenzialgleichungen Systeme gewöhnlicher Differenzialgleichungen Gekoppeltes Feder-Masse-System...236

7 Inhalt Lösung mit eingebauter ODE-Funktion Lösung mit Blockdiagramm wie in MATLAB Umwelt und Tourismus Parallelverarbeitung, Ereignis-, Zeitsteuerung Einführendes Beispiel Grundbegriffe der Parallelverarbeitung Multiprocessing, Multitasking, Multithreading Synchronisation von Prozessen Parallelverarbeitung unter LabVIEW Erzeugen von Ressourcen für die Prozesskommunikation Freigabe von Ressourcen der Prozesskommunikation Zeitbegrenzung schont Ressourcen Prozess-Synchronisation ohne Datenaustausch Occurrences Semaphor Rendezvous Prozess-Synchronisation mit Datenaustausch Melder-Operationen Queue-Operationen Ereignisgesteuerte Programmierung Frontpanel-Ereignisse Wertänderungs-Ereignisse Zeitschleifen Teil III: Kommunikation Serielle Eingabe/Ausgabe RS Programmierung der RS-232 in LabVIEW Die USB-Schnittstelle Programmierung unter Windows Programmierung unter Linux Feld-Bus, CAN-Bus CAN-Protokoll CAN-Controller CAN-Hardware, erste Anwendungen Weitere Beispiele für den Datenaustausch mittels CAN-Bus CAN-Bus mit Laptop und einem Sensor CANopen-Protokoll CAN-Bus mit Laptop und mehreren Sensoren Der byte-serielle GPIB-Bus Installierung der Software Entwicklung eines VI...302

8 14 Inhalt 16 Messdaten-Eingabe/-Ausgabe Datenerfassungskarten Allgemeines Treiber, Measurement and Automation Explorer (MAX) Physikalische und virtuelle Kanäle, Task Programmierung von Datenerfassungs-VIs, simulierte Geräte Programmierung von VIs zur Analogausgabe Programmierung von VIs zum Digital-I/O Programmierung mit Hilfe des DAQ-Assistenten Programmatische Task-Erstellung USB-Gerät NI USB Begriffe 'differentiell', 'RSE' und 'NRSE' Zwei Analogwerte mit der NI USB-6521 lesen Triggern mit NI USB Streaming mit NI USB Ältere NI-Karte PCI-MIO-16E TEDS IVI-Gerät NI USB Teil IV: Fortgeschrittene Techniken Professionelle Programmentwicklung Sequenzstruktur Zustandsautomaten Notation für Zustandsautomaten Umsetzung Zustandsdiagramm LabVIEW-Programm Strings für die Zustandsauswahl Enum für die Zustandsauswahl Verwendung von Ctl-Elementen bei der Enum-Programmierung Münzautomat Münzautomat mit Queues und Ereignisstrukturen Programmierhilfen Arbeiten mit vorgefertigten Strukturen (Templates) Beurteilung Programmeffizienz und geeignete Werkzeuge Objektorientierte Programmierung Warum objektorientiert? Erstes Beispiel zur objektorientierten Programmierung Bildung einer Klasse Private Eigenschaften der Klasse Methoden der Klasse Weitere Beispiele zur OOP Vererbung Polymorphie Modulaustausch Schutz einer Klassenbibliothek...398

9 Inhalt LabVIEW: Tabellenkalkulation, Datenbanken Schreib-/Lesebefehle zur Tabellenkalkulation Allgemeines über ActiveX ActiveX-Container in LabVIEW ActiveX in LabVIEW zur Steuerung von Anwendungen Beispiele zur Anwendung auf Excel Öffnen und Schließen von Excel Sichtbarmachen einer Excel-Tabelle Eintragen von Daten in eine Excel-Tabelle Verwendung von SubVIs Geschwindigkeit der Datenspeicherung Erstellen von Makros zum Umwandeln einer Tabelle in eine Grafik Aufruf von Makros in LabVIEW mit Hilfe von ActiveX Erhöhung der Geschwindigkeit Schreiben mehrerer Dateien Microsoft-Datenbank Access Einführung Verbindung mit der Datenbank SQL Verwendung von SubVIs Internet, Server und Client Allgemeine Bemerkungen zum Internet Ethernet Ethernet-Karten, MAC- und IP-Adresse TCP/IP-Protokoll Einfaches LabVIEW-Beispiel: Ping Programmieren mit DataSocket Programmieren mit TCP/IP Server und Client Beispiel für die Übertragung von Sinusdaten über TCP/IP TCP/IP-Server und mehrere Clients Vorüberlegungen TCP/IP-SubVIs Schreiben über TCP/IP Lesen von TCP/IP Anwendungsbezogene Fehlerbehandlung Server und Client als Zustandsautomaten Client/Server-Anwendung Client-Anwendung Server mit einem Client Server mit mehreren Clients Compact RIO-System und FPGA Definition Installation...463

10 16 Inhalt 21.3 Programmierbeispiele Zusammenarbeit crio-9012 mit einem Laptop FPGA-Anwendung auf dem crio-9012 mit Laptopunterstützung FPGA-Anwendung auf dem crio-9012 ohne Laptopunterstützung Eine regelungstechnische Anwendung Literatur 493 Index 494