Grundlagen zur LabVIEW-Umgebung

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Video: Einführung in die LabVIEW-Umgebung

Willkommen bei LabVIEW. In dieser Anleitung werden die Grundlagen zu LabVIEW und zur grafischen Programmierung vermittelt.

LabVIEW-Programme werden als virtuelle Instrumente oder VIs bezeichnet, da mit ihnen Messinstrumente wie Oszilloskope oder Multimeter nachgeahmt werden. LabVIEW enthält eine Vielzahl von Werkzeugen zur Erfassung, Analyse, Darstellung und Speicherung von Daten sowie zur Fehlersuche in Programmcode.

Wenn Sie ein neues VI erstellen, sehen Sie zwei Fenster – das Frontpanel und das Blockdiagramm.

Frontpanel

Wenn Sie ein neues oder vorhandenes VI öffnen, wird das Frontpanel des VIs angezeigt. Das Frontpanel ist die Benutzeroberfläche des VIs. In Abbildung 1 sehen Sie ein Beispiel für ein Frontpanel.

(1) Frontpanel  |  (2) Symbolleiste  |  (3) Elementepalette

Abbildung 1: Beispiel für ein Frontpanel

Elementepalette

Die Elementepalette enthält die Bedien- und Anzeigeelemente zum Erstellen der Benutzeroberfläche eines VIs. Wählen Sie zur Anzeige der Palette "Ansicht»Elementepalette" oder klicken Sie mit der rechten Maustaste auf eine freie Stelle auf dem Frontpanel. Die Palette ist in verschiedene Kategorien unterteilt. Sie können je nach Bedarf verschiedene Kategorien ein- und ausblenden. In Abbildung 2 sind alle Kategorien der Elementepalette sowie der Inhalt der Kategorie "Modern" sichtbar.

Abbildung 2: Elementepalette

Zum Ein- und Ausblenden von Kategorien (Unterpaletten) klicken Sie auf die Schaltfläche "Anpassen" und aktivieren oder deaktivieren Sie unter "Sichtbare Paletten ändern" die gewünschte Kategorie.

Bedien- und Anzeigeelemente

Jedes VI hat ein Frontpanel, das Sie als Benutzeroberfläche konfigurieren können. Über Frontpanel können Sie auch Daten austauschen, wenn Sie das VI von einem anderen Blockdiagramm aus aufrufen. Fügen Sie zum Erstellen der Benutzeroberfläche Bedien- und Anzeigeelemente auf dem Frontpanel ein. Wenn das Frontpanel als Benutzeroberfläche verwendet wird, können Sie Elemente bearbeiten, um Daten einzugeben und Ergebnisse in Anzeigen auszugeben. Bedienelemente sind Eingaben und Anzeigeelemente sind Ausgaben.

Typische Bedienelemente sind Drehknöpfe, Druckschalter, Drehregler, Schieber und String-Elemente. Mit Bedienelementen werden Eingabegeräte simuliert und Daten an das Blockdiagramm des VIs gesendet. Typische Anzeigeelemente sind Graphen, Diagramme, LEDs und Status-Strings. Mit Anzeigeelementen werden Ausgabegeräte simuliert und die vom Blockdiagramm erfassten oder erzeugten Werte angezeigt.

In Abbildung 1 sehen Sie die beiden Bedienelemente "Anzahl der Messungen" und "Verzögerung (s)" und das Anzeigeelement "Temperaturgraph", bei dem es sich um einen XY-Graphen handelt.

Der Benutzer kann die Eingangswerte für die "Anzahl der Messungen" und "Verzögerung (s)" ändern. Die vom VI erzeugten Werte werden im Anzeigeelement "Temperaturgraph" angezeigt. Die Werte von Anzeigeelementen sind die im Blockdiagramm ermittelten Ergebnisse.

Jedes Bedien- und Anzeigeelement hat einen bestimmten Datentyp. So hat zum Beispiel der horizontale Schieber "Verzögerung (s)" den Datentyp "numerisch". Die gängigsten Datentypen lauten "numerisch", "boolesch" und "String".

Numerische Bedien- und Anzeigeelemente

Mit dem numerischen Datentyp können Zahlen verschiedenen Typs, zum Beispiel ganze oder reelle Zahlen, dargestellt werden. Zwei häufig verwendete numerische Objekte sind das numerische Bedienelement und das numerische Anzeigeelement (vgl. Abbildung 3). Drehspulinstrumente und Skalen stellen ebenfalls numerische Werte dar.

(1) Inkrementieren-/Dekrementieren-Schaltfläche  |  (2) Numerisches Bedienelement  |  (3) Numerisches Anzeigeelement

Abbildung 3: Numerische Bedien- und Anzeigeelemente

Zum Eingeben oder Ändern eines Werts in einem numerischen Bedienelement klicken Sie entweder mit dem Bedienwerkzeug auf die Pfeilschaltflächen oder klicken Sie die Zahl doppelt an, geben Sie eine neue Zahl ein und bestätigen Sie die Eingabe anschließend mit <Enter>.

Boolesche Bedien- und Anzeigeelemente

Der Datentyp "boolesch" stellt Daten dar, die zwei Zustände annehmen können: TRUE und FALSE (oder EIN und AUS). Mit booleschen Bedien- und Anzeigeelementen werden boolesche Werte ein- und ausgegeben. Boolesche Elemente dienen zur Nachbildung von Schaltern und LEDs. In Abbildung 4 sehen Sie einen vertikalen Umschalter und eine runde LED.

Abbildung 4: Boolesche Bedien- und Anzeigeelemente

String-Bedien- und -Anzeigeelemente

Mit dem String-Datentyp werden ASCII-Zeichen dargestellt. String-Bedienelemente dienen zur Eingabe von Text wie Passwörtern oder Benutzernamen. Mit String-Anzeigeelementen wird Text dargestellt. Die am häufigsten genutzten String-Elemente sind Tabellen und Texteingabefelder (vgl. Abbildung 5).

Abbildung 5: String-Bedien- und -Anzeigeelemente

Blockdiagramm

Zu den Blockdiagrammobjekten zählen Anschlüsse, SubVIs, Funktionen, Konstanten, Strukturen und Verbindungen, über die Daten zwischen den Blockdiagrammobjekten übertragen werden.

(1) Anzeigeelementanschlüsse  |  (2) Verbindungen  |  (3) Knoten  |  (4) Bedienelementanschlüsse

Abbildung 6: Beispiel für ein Blockdiagramm und das zugehörige Frontpanel

Nach dem Erstellen des Frontpanels wird dem VI mit Hilfe grafisch dargestellter Funktionen Programmcode hinzugefügt, um die Elemente des Frontpanels zu steuern. Das Blockdiagramm enthält den Programmcode.

Abbildung 7: Blockdiagramm

Anschlüsse

Frontpanel-Objekte werden im Blockdiagramm als Symbole dargestellt. Blockdiagrammanschlüsse haben Ein- und Ausgänge, über die Daten zwischen dem Frontpanel und dem Blockdiagramm ausgetauscht werden. Anschlüsse sind das Gegenstück zu Parametern und Konstanten in befehlsorientierten Programmiersprachen. Es gibt Anschlüsse für Bedien- und Anzeigeelemente und für Knoten. Die Anschlüsse der Bedien- und Anzeigeelemente gehören zu den jeweiligen Elementen auf dem Frontpanel. Daten, die Sie über die Frontpanel-Bedienelemente ("a" und "b" im vorherigen Frontpanel) eingeben, werden über die Elementanschlüsse an das Blockdiagramm übergeben. Anschließend passieren die Daten die Additions- und Subtraktionsfunktion. Wenn die Additions- und die Subtraktionsfunktion ihre Berechnungen abgeschlossen haben, erzeugen sie neue Werte. Die Werte werden an die Anzeigeelemente übergeben ("a+b" und "a–b" in der vorhergehenden Frontpanel-Abbildung).

Konstanten, Bedien- und Anzeigeelemente

Konstanten sowie Anzeige- und Bedienelemente haben im Blockdiagramm die Funktion von Ein- und Ausgängen. Nehmen Sie beispielsweise den Algorithmus zur Berechnung einer Dreiecksfläche:

Fläche = 0,5 * Basis * Höhe

In diesem Algorithmus sind "Basis" und "Höhe" die Eingänge und "Fläche" ist der Ausgang (vgl. Abbildung 8).

Abbildung 8: Frontpanel zur Berechnung der Fläche eines Dreiecks

Die Konstante 0,5 wird vom Benutzer nicht geändert. Daher wird sie nur in der Dokumentation des Algorithmus auf dem Frontpanel angezeigt.

In Abbildung 9 sehen Sie eine mögliche Realisierung dieses Algorithmus in einem LabVIEW-Blockdiagramm. Im Blockdiagramm gibt es vier verschiedene Anschlüsse, die zu zwei Bedienelementen, einer Konstante und einem Anzeigeelement gehören.

(1) Bedienelement  |  (2) Anzeigeelement  |  (3) Konstante

Abbildung 9: Blockdiagramm zur Berechnung der Dreiecksfläche mit Elementen in Symbolansicht

Beachten Sie, dass sich die Symbole für "Basis (cm)" und "Höhe (cm)" vom Symbol für die "Fläche (cm2)" unterscheiden. Es gibt zwei wesentliche Unterschiede zwischen Anzeige- und Bedienelementen im Blockdiagramm. Der erste ist ein Pfeil am Anschluss, der die Richtung des Datenflusses anzeigt. Bei Bedienelementen zeigt der Pfeil an, dass die Daten den Anschluss verlassen, und bei Anzeigeelementen zeigt er an, dass die Daten in den Anschluss eingehen. Der zweite Unterschied sind die Ränder der Anschlüsse. Bedienelemente haben einen dicken Rand, Anzeigeelemente einen schmaleren.

Sie können Anschlüsse als Symbole oder minimiert anzeigen. In Abbildung 10 ist das gleiche Blockdiagramm mit Datentypsymbolen zu sehen. Bedien- und Anzeigeelemente sind weiterhin klar unterscheidbar.

Abbildung 10: Blockdiagramm zur Berechnung der Fläche eines Dreiecks mit Elementen in Datentypdarstellung

Blockdiagrammknoten

Knoten sind Objekte im Blockdiagramm, die Ein- und/oder Ausgänge haben und Funktionen in einem laufenden VI ausführen. Knoten entsprechen Anweisungen, Operatoren, Funktionen und Unterprogrammen in befehlsorientierten Programmiersprachen. Knoten sind Funktionen, SubVIs, Express-VIs oder Strukturen. Strukturen sind Programmsteuerungselemente wie Case-Strukturen, For-Schleifen oder While-Schleifen.

Funktionen

Funktionen sind die grundlegenden Ausführungselemente in LabVIEW. Die Additions- und die Subtraktionsfunktion in Abbildung 6 sind Funktionsknoten. Funktionen haben ein Anschlussfeld, aber kein Frontpanel oder Blockdiagramm. Bei einem Doppelklick auf eine Funktion wird diese daher lediglich markiert. Das Symbol einer Funktion hat einen hellgelben Hintergrund.

SubVIs

Nachdem Sie ein VI erstellt haben, können Sie es in anderen VIs verwenden. Ein VI, das im Blockdiagramm eines anderen VIs aufgerufen wird, nennt man SubVI. SubVIs können in anderen VIs wiederverwendet werden. Für die Erstellung eines SubVIs werden ein Anschlussfeld und ein Symbol benötigt.

Ein SubVI-Knoten entspricht einem Unterprogrammaufruf in befehlsorientierten Programmiersprachen. Der SubVI-Knoten ist nicht identisch mit dem SubVI an sich, ebenso wenig wie die Aufrufanweisung für ein Unterprogramm in einem Programm identisch mit dem Unterprogramm selbst ist. Ein Blockdiagramm mit mehreren identischen SubVI-Knoten ruft dasselbe SubVI mehrmals auf.

Die Bedien- und Anzeigeelemente eines SubVIs empfangen Daten vom Blockdiagramm des aufrufenden VIs und geben Daten an das Blockdiagramm aus. Wenn Sie ein SubVI doppelt anklicken, wird das Frontpanel dieses VIs angezeigt. Das Frontpanel enthält Bedien- und Anzeigeelemente. Das Blockdiagramm enthält Verbindungen, Symbole, Funktionen, ggf. SubVIs und sonstige LabVIEW-Objekte.


Für jedes VI wird in der rechten oberen Ecke des Frontpanels und Blockdiagramms ein Symbol angezeigt. Ein Beispiel eines Standardsymbols ist hier abgebildet. Das VI-Symbol ist die grafische Kennzeichnung eines VIs. Das Symbol kann sowohl Text als auch Bilder enthalten. Bei Verwendung eines VIs als SubVI kennzeichnet das Symbol das SubVI im Blockdiagramm des übergeordneten VIs. Die Zahl auf dem Standardsymbol gibt an, wie viele neue VIs nach dem Start von LabVIEW geöffnet wurden.


Um ein VI als SubVI verwenden zu können, müssen Sie ein Anschlussfeld (vgl. Abbildung oben) erstellen. Das Anschlussfeld enthält die Anschlüsse des Symbols, die ähnlich der Parameterliste eines Funktionsaufrufs in befehlsorientierten Programmiersprachen den Bedien- und Anzeigeelementen des VIs entsprechen. Sie gelangen zum Anschlussfeld, indem Sie das Symbol in der rechten oberen Ecke des Frontpanels mit der rechten Maustaste anklicken. Im Blockdiagramm kann nicht auf das Anschlussfeld zugegriffen werden. Das Symbol eines SubVIs hat einen weißen Hintergrund.

Express-VIs

Express-VIs sind Knoten, die nur eines minimalen Verdrahtungsaufwands bedürfen, da sie über Dialogfelder konfiguriert werden. Express-VIs sind für gängige Messungen geeignet. Weitere Informationen dazu finden Sie im Thema "Express-VIs" der LabVIEW-Hilfe. Express-VIs werden auf dem Blockdiagramm als erweiterbare Knoten dargestellt. Das jeweilige Symbol befindet sich auf einem blauen Hintergrund.

Funktionenpalette

Die Funktionenpalette enthält die VIs, Funktionen und Konstanten, die im Blockdiagramm verwendet werden. Zum Öffnen der Palette wählen Sie "Ansicht»Funktionenpalette". Die Funktionenpalette ist in verschiedene Kategorien unterteilt. Diese können je nach Bedarf ein- und ausgeblendet werden. In Abbildung 11 sind alle Kategorien der Funktionenpalette sowie der Inhalt der Kategorie "Programmierung" sichtbar.

Abbildung 11: Funktionenpalette

Zum Ein- und Ausblenden von Kategorien klicken Sie auf die Schaltfläche "Anpassen" und aktivieren oder deaktivieren Sie unter "Sichtbare Paletten ändern" die gewünschte Kategorie.

Suchen nach Elementen, VIs und Funktionen

Wenn Sie "Ansicht»Elementepalette" oder "Ansicht»Funktionenpalette" auswählen, um die Paletten "Elemente" und "Funktionen" zu öffnen, werden zwei Schaltflächen oben auf der Palette angezeigt.


Suchen – Bei Betätigung dieser Schaltfläche wechselt die Palette in den Suchmodus, so dass in den Paletten nach Elementen, VIs oder Funktionen gesucht werden kann. Zum Verlassen des Suchmodus klicken Sie auf die Schaltfläche "Zurück".

Anpassen – Bietet Optionen zur Auswahl eines Formats für die aktuelle Palette, zum Aus- und Einblenden von Kategorien für alle Paletten und zum alphabetischen Ordnen von Elementen in den Formaten "Text" und "Baumstruktur". Klicken Sie im Menü auf "Optionen", um die Seite "Elemente- und Funktionenpalette" des Dialogfelds "Optionen" zu öffnen. Darin können Sie ein Format für alle Paletten auswählen. Diese Schaltfläche wird nur angezeigt, wenn Sie die Reißzwecke in der linken oberen Ecke zum Fixieren der Palette anklicken.

Solange Sie noch nicht mit dem Aufbau der Paletten vertraut sind, suchen Sie Funktionen und VIs mit Hilfe der Schaltfläche "Suchen". Wenn Sie zum Beispiel nach der Funktion "Zufallszahl" suchen, klicken Sie auf die Schaltfläche "Suchen" in der Symbolleiste der Funktionenpalette und geben Sie "Zufallszahl" in das Textfeld ein. Daraufhin werden alle Treffer aufgelistet, die entweder mit dem eingegebenen Wort beginnen oder das Wort enthalten. Sie können ein Suchergebnis anklicken und es in das Blockdiagramm ziehen, wie in Abbildung 12 dargestellt.

Abbildung 12: Suche nach einem Objekt auf der Funktionenpalette

Klicken Sie doppelt auf das Suchergebnis, um die Position des entsprechenden Objekts auf der Palette anzuzeigen.

Schnelleinfügeliste

Sie können auch im Dialogfeld "Schnelleinfügeliste" nach VIs und Frontpanel-Objekten suchen.  Zur Anzeige der Schnelleinfügeliste drücken Sie die Tastenkombination <Strg + Leertaste>.

Die Schnelleinfügeliste bietet sich besonders an, wenn Sie nach einer bestimmen Funktion oder Operation suchen. Schon während der Eingabe eines Suchbegriffs werden automatisch übereinstimmende Namen von Funktionen angezeigt. Markieren Sie dann die gewünschte Option und klicken Sie das Blockdiagramm oder Frontpanel an, um das Objekt einzufügen.

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