CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH LabVIEW 1.1: Giới thiệu về LabVIEW LabVIEW (viết tắt của nhóm từ Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) là một phần mềm máy tính được phát triển bởi công ty National Instruments, Hoa kỳ. LabVIEW còn được biết đến như là một ngôn ngữ lập trình với khái niệm hoàn toàn khác so với các ngôn ngữ lập trình truyền thống như ngôn ngữ trình C, Pascal. Bằng cách diễn đạt cú pháp thông qua các hình ảnh trực quan trong môi trường soạn thảo, LabVIEW đã được gọi với tên khác là lập trình G (viết tắt của Graphical, nghĩa là đồ hoạ). LabVIEW (Virtual Instrument Engineering Workbench) là một môi trường phát triển dựa trên ngôn ngữ lập trình đồ hoạ, thường được sử dụng cho mục đích đo lường, kiểm tra, đánh giá, xử lý, điều khiển các tham số của thiết bị.
LABVIEW là một ngôn ngữ lập trình đa năng, giống như các ngôn ngữ lập trình hiện đại khác. LABVIEW gồm có các thư viện thu nhận dữ liệu, một loạt các thiết bị điều khiển, phân tích dữ liệu, biểu diễn và lưu trữ dữ liệu. Nó còn có các công cụ phát triển được thiết kế riêng cho việc nối ghép và điều khiển thiết bị. LABVIEW khác với các ngôn ngữ lập trình thông thường ở điểm cơ bản là: các ngôn ngữ lập trình khác thường dùng trên cơ chế dòng lệnh, trong khi đó LABVIEW dùng ngôn ngữ lập trình Graphical để tạo ra các chương trình ở dạng sơ đồ khối.
Trong LABVIEW ta xây dựng giao diện người sử dụng bằng việc thiết lập các công cụ và các đối tượng. Giao diện người sử dụng được hiểu như là một Front Panel rồi sau đó ta đưa code vào trong sơ đồ khối để điều khiển các đối tượng ở trên front panel. Sơ đồ khối cũng có thể hiểu giống như một lưu đồ thuật toán. LABVIEW được tích hợp đầy đủ các chức năng giao tiếp với các phần cứng GPIB, VXI, PXI, RS-232, RS-485, các thiết bị thu nhận dữ liệu.
LABVIEW cũng xây dựng các đặc trưng cho việc kết nối các ứng dụng của ta với Web sử dụng LABVIEW Web Server và, chuẩn mạng TCP/IP và Active X. LABVIEW được dùng nhiều trong các phòng thí nghiệm, lĩnh vực khoa học kỹ thuật như tự động hóa, điều khiển, điện tử, cơ điện tử, hàng không, hóa sinh, điện tử y sinh,. Hiện tại ngoài phiên bản LABVIEW cho các hệ điều hành 3 Luan van Windows, Linux, Hãng NI đã phát triển các mô-đun LABVIEW cho máy hỗ trợ cá nhân (PDA). Các chức năng chính của LabVIEW có thể tóm tắt như sau: Thu thập tín hiệu từ các thiết bị bên ngoài như cảm biến nhiệt độ, hình ảnh từ webcam, vận tốc của động cơ,.
Giao tiếp với các thiết bị ngoại vi thông qua nhiều chuẩn giao tiếp thông qua các cổng giao tiếp: RS232, RS485, USB, PCI, Ethernet Mô phỏng và xử lý các tín hiệu thu nhận được để phục vụ các mục đích nghiên cứu hay mục đích của hệ thống mà người lập trình mong muốn Xây dựng các giao diện người dùng một cách nhanh chóng và thẩm mỹ hơn nhiều so với các ngôn ngữ khác như Visual Basic, Matlab, … Cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển như PID, Logic mờ (Fuzzy Logic), một cách nhanh chóng thông qua các chức năng tích hợp sẵn trong LABVIEW. Cho phép kết hợp với nhiều ngôn ngữ lập trình truyển thống như C, C++, … Các phần mềm nhúng vào LabVIEW Wolfram Research Mathematica Microsoft Excel The MathWorks MATLAB and Simulink MathSoft Math CAD Electronic Workbench MultiSim Texas Instruments Code Composer Studio Ansoft RF circuit design software Microsoft Access Microsoft SQL Server Oracle 4 Luan van 1.2: Giao diện của LabVIEW 1.1: Front panel Là giao diện của người sử dụng. Ví dụ sau đây minh họa front panel.1: Front panel Xây dựng front panel với các bộ điều khiển (controls) và các hiển thị (Indicators), chúng được sử dụng với các chức năng vào ra dữ liệu. Các điều khiển bao gồm các núm (knobs), nút ấn (push buttons), mặt đồng hồ và các thiết bị vào dữ liệu khác.
Control là các đối tượng được đặt trên Front Panel để cung cấp dữ liệu cho chương trình. Nó tương tự như đầu vào cung cấp dữ liệu. Để mở giao diện người dùng trước tiên ta phải khởi động LabVIEW. Đối với Windows 7 trở xuống ta chọn Start > All Program > National Instruments LabVIEW.
Khi đó phần mềm sẽ bắt đầu khởi động và sau 1 khoảng thời gian sẽ xuất hiện cửa sổ Getting Started. Tại cửa sổ này chúng ta có thể chọn mới (NEW) BlankVI để mở VI trống , Empty Project hoặc VI from Template (VI mẫu) dể mở giao diện người dùng. Hoặc mở những giao diện đã được viết sẵn như trên hình minh hoạ ở mục (Open). Chúng ta cũng có thể tuỳ chọn tạo mới theo yêu cầu ở mục New> More hay tuỳ chọn mở ở các nơi lưu trữ ngoài thư viện mặc định ở Browse Cửa số Getting Started được biểu thị bời hình dưới đây: 5 Luan van Hình 1.2: Cửa sổ Getting Started 1.2: Block Diagram Là sơ đồ khối: Block Diagram của 1 VI là một sơ đồ được xây dựng trên môi trường LABVIEW, nó có thể gồm nhiều đối tượng và các hàm khác nhau để tạo các câu lệnh để chương trình thực hiện.
Block Diagram là một mã nguồn đồ hoạ của 1 VI. Các đối tượng trên Front Panel được thể hiện bằng các thiết bị đầu cuối trên Block Diagram, không thể loại bỏ các thiết bị đầu cuối trên Block Diagram. Các thiết bị đầu cuối chỉ mất đi sau khi loại bỏ đối tượng tương ứng trên Front panel. Ví dụ sau đây minh hoạ Block Diagram: Hình 1.3: Block Diagram 6 Luan van Cấu trúc của một Block Diagram gồm các thiết bị đầu cuối (Termial).
Terminal: là các cổng mà dữ liệu truyền qua giữa Block Diagram và Front panel, và giữa các Node trong Block Diagram. Các Terminal nằm ở dưới dạng các Icon của các Function. Nodes: là các phần tử thực hiện chương trình, chúng tương tự như các mệnh đề, toán tử, hàm và các chương trình con trong các ngôn ngữ lập trình thông thường. Wires: là các dây nối dữ liệu giữa các node.3: Các thanh công cụ 1.1: Thanh công cụ của Front panel Sử dụng các nút ấn của thanh công cụ dùng để chạy và tạo ra một VI.
Thanh công cụ xuất hiện trên front panel có dạng như sau: Hình 1.4: Thanh công cụ của Front panel Trong đó: Kích nút Run dùng để chạy một VI, trong đó VI chạy thì trạng thái nút ấn thay đổi theo nếu VI không không có lỗi gì thì trạng thái có dạng như sau: Khi nút ấn Run ở trạng thái này thì có nghĩa VI của ta đang bị lỗi nào đó mà ta cần phải xử lý. Để tìm lỗi ta kích đúp vào nút này để hiển thị danh sách toàn bộ các lỗi trong VI của ta. Kích vào nút Run Continuously để chạy VI liên tục cho đến khi muốn huỷ hay dừng lại. Ta cũng có thể ấn tiếp nút lệnh này để không cho phép chạy liên tục.
Trong lúc VI chạy, nút hủy bỏ hoạt động xuất hiện và nếu ta ấn vào biểu tượng này thì chương trình đang chạy dừng ngay lập tức. Với một chú ý nên tránh dùng nút lệnh này để dừng một VI, bởi vì ta sẽ không biết trạng thái 7 Luan van của VI. Ta nên thiết kế chương trình dừng VI ví dụ ta có thể sử dụng chuyển mạch ở front panel. Kích vào nút lệnh Pause để tạm dừng chương trình VI đang chạy.
Khi ta kích vào nút lệnh Pause thì LABVIEW sẽ làm sáng vị trí ta dừng hoạt động trong sơ đồ khối. Khi ta muốn chạy tiếp chương trình thì ta ấn lại nút lệnh này. Dùng để thiết lập font cho VI bao gồm kích thước, kiểu loại, màu sắc. Dùng để sắp xếp các đối tượng thẳng hang nhau bao gồm các đường thẳng đứng, mép trên, trái … Dùng để phân bố các đối tượng… Lựa chọn Reorder khi ta có các đối tượng gối lên nhau và ta muốn định nghĩa đối tượng là đứng trước hay đứng sau.
Việc lựa chọn một trong các đối tượng với việc định vị vị trí của nó rồi sau đó di chuyển lên phía trước hay di chuyển về phía sau… 1.2: Thanh công cụ của Block Diagram Hình 1.5: Thanh công cụ Block Diagram Kích vào nút lệnh Highlight Execution ta sẽ thấy luồng dữ liệu chạy trong sơ đồ khối. Khi ta kích lại nút lệnh này quá trình sẽ bị dừng lại. Kích vào nút lệnh Step into dùng để lặp từng bước một trong vòng lặp, subVI. Kích vào nút lệnh Step over dùng để bỏ qua một vòng lặp hoặc một subVI.
Kích vào nút lệnh Step out dùng để nhảy ra ngoài vòng lặp hoặc subVI.3: Bảng điều khiển Palettes Việc lập trình trên LABVIEW cần sử dụng các bảng: Tools Palette, Controls Palette, Functions Palette, các bảng đó cung cấp các chức năng để người sử dụng có thể tạo và thay đổi trên giao diện Front Panel và Block Diagram. 8 Luan van Tools Palettes Tools Palettes xuất hiện trên cả Front Panel và Block Diagram. Bảng này cho phép người sử dụng có thể xác lập các chế độ làm việc đặc biệt của con trỏ chuột. Khi lựa chọn một công cụ, biểu tượng của con trỏ sẽ được thay đổi theo biểu tượng của công cụ đó Nếu thiết lập chế độ tự động lựa chọn công cụ và người sử dụng di chuyển con trỏ qua các đối tượng trên Front Panel hoặc Block Diagram, LABVIEW sẽ tự động lựa chọn công cụ phù hợp trên bảng Tools Palette Để truy cập vào Tools palette ta chọn Menu: ViewTools palette.
Các công cụ trong Tools palette gồm có: Hình 1.6: Tool panel Operating tool: Dùng để thay đổi giá trị điều khiển hoặc lựa chọn văn bản trong điều khiển. Positioning tool: Dùng để lựa chọn, di chuyển, thay đổi các kích thước đối tượng. Labeling tool: Dùng để soạn thảo văn bản dạng text và tạo ra các nhãn. Wiring tool: Dùng để nối các đối tượng lại với nhau trong sơ đồ khối Object shortcut menu: Dùng để truy cập vào một đối tượng bằng cách kích chuột trái.
9 Luan van Scrolling tool: cuộn xuyên qua cửa sổ không sử dụng thanh công cụ cuộn. Breakpoint tool: Dùng để thiết lập điểm dừng trên các VI, functions, nút, dây nối, các cấu trúc lệnh để dừng hoạt động ở tại vị trí này Probe tool: Dùng để tạo ra những đầu dò trên các dây nối trong sơ đồ khối. Việc sử dụng Probe tool dùng để kiểm tra các giá trị trung gian trong VI. Color copy tool: Dùng để copy các màu cho việc paste bằng việc sử dụng Coloring tool.
Coloring tool: Dùng để tô màu cho một đối tượng. Nó cũng có thể hiển thị ngay việc thiết lập màu sắc mặt trước và mầu nền.