中大型LABVIEW软件三层设计架构
labview的基本构成
labview的基本构成LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种图形化编程环境，主要用于测量和控制系统的设计。
LabVIEW的基本构成包括以下几个关键元素：1. 前面板（Front Panel）:•用户界面：前面板是LabVIEW程序的用户界面。
它是用户与程序交互的地方，包括控件（如按钮、滑块、图表）和指示器（如图形、数值显示）。
•控件和指示器：控件用于接收用户输入，而指示器用于显示程序输出或中间结果。
2. 图形程序（Block Diagram）:•数据流图：图形程序是LabVIEW的核心，用于实现程序的功能。
它是一个数据流图，其中各个图元表示不同的函数或操作。
连接这些图元的线表示数据流的方向。
•节点和连接线：图形程序由节点（图元）组成，节点执行特定的操作。
连接线表示数据的流向，沿着连接线传递数据。
3. 函数和VI（Virtual Instrument）:•函数：LabVIEW中的函数是基本的操作单元，执行特定的任务，如数学运算、逻辑判断等。
• VI： VI是LabVIEW中的虚拟仪器，可以包含一个或多个前面板和图形程序。
VI可用于将程序模块化，实现可重用的代码。
4. 控制面板（Control Palette）:•控制和显示元素：控制面板是LabVIEW中包含各种控制和显示元素的工具箱。
用户可以从控制面板中拖拽这些元素到前面板，用于构建用户界面。
5. 工具栏（Toolbar）:•编辑和运行：工具栏包含各种工具，如编辑工具、运行工具等，用于编辑程序和执行程序。
6. 项目（Project）:•项目资源：项目视图允许用户组织和管理LabVIEW项目，包括VI文件、数据文件、图标等。
项目视图使得对项目中的所有资源进行集中管理变得更加方便。
这些基本构成元素共同形成LabVIEW的整体框架，LabVIEW的独特之处在于其图形化编程环境，使得用户可以通过直观的方式设计、测试和部署测量和控制系统。
labview架构设计思路实例
labview架构设计思路实例LabVIEW是一种图形化编程语言，用于控制和测量系统。
在进行LabVIEW架构设计时，需要考虑以下几个方面：1. 模块化设计，模块化设计是LabVIEW架构设计的关键。
将系统分解为不同的模块，每个模块负责特定的功能。
例如，可以将数据采集、数据处理、用户界面等功能模块化设计，以便于维护和扩展。
2. 合理的数据流，在LabVIEW中，数据流是非常重要的。
设计时需要考虑数据的流向和处理方式，确保数据能够在不同模块之间流通，并且能够正确地被处理和显示。
3. 使用适当的设计模式，LabVIEW中可以使用一些常见的设计模式，例如状态机、观察者模式等。
这些设计模式可以帮助提高系统的可扩展性和灵活性。
4. 考虑性能和实时性，如果系统需要实时性能，需要特别关注数据处理的速度和系统的响应时间。
可以使用并行计算、硬件加速等技术来提高系统的性能。
5. 考虑可扩展性和可维护性，在设计LabVIEW架构时，需要考虑系统的可扩展性和可维护性。
合理的模块化设计和良好的代码结构可以帮助提高系统的可扩展性和可维护性。
举例来说，假设我们要设计一个数据采集和显示系统。
我们可以将系统分解为数据采集模块、数据处理模块和用户界面模块。
数据采集模块负责从传感器或设备中采集数据，数据处理模块负责对采集到的数据进行处理，用户界面模块负责将处理后的数据显示给用户。
我们可以使用状态机设计模式来管理数据采集的状态，使用观察者模式来更新用户界面。
同时，我们需要考虑数据的流向和处理方式，确保数据能够正确地在不同模块之间流通和处理。
总之，LabVIEW架构设计需要考虑模块化设计、合理的数据流、适当的设计模式、性能和实时性、可扩展性和可维护性等方面，以确保系统具有良好的可扩展性、可维护性和性能。
实验三-LabVIEW编程的程序结构实验-分支机构与顺序结构
以方程式y=x2+x+1为例
• 1. 用常规的LabVIEW算数函数实现此方程 • 2. 用公式节点来实现同一方程
– 在框内输入一个或多个公式，每个公式语句必须以分 号结束 – 在公式节点边框上弹出快捷菜单，并从弹出菜单中选 择Add Input或Add Output选项来创建公式节点的输入 或输出端口。
公式节点包含元素
• 表达式中能够使用符号 + , - , * , / , ** , != , = = , > , < , >= ,<= , && , || , & , | , ^ , 等 • 可使用数学运算子模板中的函数：如三角、指数、 对数等 • 公式节点中可使用
– IF条件语句， – for和do { }、while循环 – Swtich ( ) case分支语句
《虚拟仪器》－3
LabVIEW编程的程序结构实验 ——Case结构和Sequence结构
§7-1 Case 结 构
顺序结构
分支结构
循环结构
§7-1 Case 结 构
• Case结构是一种控制程序分支的结构，与常规文本编程 语言的IF语句或Swtich语句类似。 • Case结构有一个条件选择端口 ? （Selector），根据连到 Selector端口 ? 的值来判断执行哪一个子Case。Selector 端口的数据类型有布尔型和数值型。 • 通过打开函数模板中的Structure子模板，可在框图程序中 放置Case结构
例：使用Sequence结构，设计一个VI，计算产生一
个与指定的数字相等的随机数所需花费的时间。
―等待Wait‖：控制VT定时执行，每次执行单元（比如循 环）内部，在执行代码运行结束后，开始计时。保持此状态 直到毫秒计数器的值等于预先设定的值。用于每次执行单元 至少执行时间设定。 ―等待下一个整数倍的毫秒Wait until Next ms Multiple‖： 每次执行单元（比如循环）内部，在执行代码开始运行时， 就开始计时。保持此状态直到毫秒计数器的值等于预先设定 数的整数倍。用于同步各单元操作。
labview组成方案
LabVIEW组成方案引言LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一款由美国国家仪器公司（National Instruments）开发的图形化编程语言与开发环境。
LabVIEW广泛应用于工程、科学和研究领域，以其易于使用、灵活性和强大的功能而受到广大用户的青睐。
本文将介绍LabVIEW的主要组成方案，包括软件和硬件方面的内容。
软件组成LabVIEW开发环境LabVIEW开发环境是LabVIEW的核心组成部分，是用户进行编程开发和实验控制的界面。
它提供了一套完整的工具集，包括图形编辑器、函数库、调试工具、数据分析工具等。
通过直观的图形化编程，用户可以轻松地创建虚拟仪器控制界面（Virtual Instrument）。
LabVIEW应用程序LabVIEW应用程序是用户在开发环境中创建的实际运行的程序。
它可以用于各种用途，如数据采集、控制系统、信号处理等。
LabVIEW应用程序可以以exe 可执行文件的形式发布，也可以嵌入到其他软件中作为组件使用。
LabVIEW模块LabVIEW还提供了丰富的模块，用于扩展其功能。
这些模块包括： - 数据采集模块：用于接口与各种硬件设备进行数据采集，如DAQ卡，传感器等。
- FPGA模块：用于对FPGA进行编程，实现硬件加速和高速控制。
- 即时嵌入系统模块：用于开发控制和嵌入式系统应用，如嵌入式系统和实时操作系统。
- 通信模块：用于进行网络通信、数据库访问等。
- 图像处理模块：用于图像采集、处理和分析。
硬件组成数据采集硬件LabVIEW可与各种数据采集硬件相结合，实现数据的实时采集和处理。
常见的数据采集硬件包括DAQ卡、传感器、采样仪等。
这些硬件设备可通过LabVIEW 提供的底层驱动程序进行控制和管理。
控制器控制器是LabVIEW与外部设备进行通信和控制的关键元件。
常见的控制器包括： - PXI：一种工业控制器，具有高性能和可扩展性，适用于复杂的实时控制和数据采集应用。
LabVIEW程序设计与虚拟仪器之程序结构ppt文档
While循环可以进行嵌套。 【例2.1】 使用While循环每0.5秒显示一个随机数和循环 次数，最后波形显示所有随机数序列。 VI的前面板和程序框图如图2-2所示，While循环条件端子 与布尔开关对象相连，只要开关状态为“关”，程序重复执行， 直到条件端子为“开”，停止循环。While循环框内放置一个 随机数对象和Time Delay Express VI，每0.5秒循环一次，在前 面板显示随机数和循环次数，最后利用While循环的自动索引 功能将随机数序列通过波形显示出来，可以看到，波形的横坐 标表示循环次数，当循环次数为115时，随机数加1是1.38577。
图2-6 例2.2的前面板和程序框图
2.1.3 For循环 For循环位于Functions→Structures子模板上。 For循环有两个固定的数据端子，分别是计数端子(Loop
Count)和重复端子(Loop Iteration)，如图2-8所示。其中计数端 子连接整型数值，指定循环次数；重复端子输出已经执行循环 的次数，循环次数默认从“0”开始计数，依次增加“1”。
LabVIEW程序设计与虚拟仪器之程序结构
LabVIEW程序设计与虚拟仪器之程序结构
本章将系统介绍LabVIEW提供的程序结构，包括While Loop(While循环)、For Loop(For循环)、Shift Register(移位寄存 器)、Case Structure(分支结构)、Sequence Structure(顺序结构)、 Formula Node(公式节点)等。
2.1 循 环 结 构
在LabVIEW中有While循环 和 For循环 两种循环结构。二
者的区别是：While循环只要满足循环退出的条件则退出相应 的循环，否则变成死循环；而For循环是预先确定循环次数， 当循环体运行完指定的次数后自动退出循环。 2.1.1 While循环
LabVIEW多核编程的三种开发架构
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开发并行程序
多核 编程
• 多核技术能够使服务器并行处理任务，多核架构能够使用的软件更 出色地运行。但是对运行程序也要是能针对多核进行并行处理，否 则程序运行性能的提升并不明显。 • 在多核处理器上开发程序要比在单核处理器上要困难得多。虽然多 个应用程序可以方便地运行在不同处理器上，但是程序员们必须非 常谨慎地编写程序代码，以有效利用多核技术。
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任务并行化
多核 编程
• 图1显示的简单数据采集过程中，上部分代码为模拟电压输入任务，下部分代 码为数字输出任务。每个线程可在不同CPU内核中运行，极大提升了执行速度 。
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数据并行化
多核 编程
• 硬件设计师通过使用多核处理器来改善计算能力，软件程序员也必 须找到新的编程策略来驾驭并行计算的能力。一项技术的出现有效 地利用了多核处理器并行化处理数据的优势，我们称之为“分治策 略(Divide and Conquer)”技术。
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开发并行程序
多核 编程
• 假如有一个或某几个线程占用了 100% 的 CPU，此时系统对其他线 程就会反应迟钝。例如，程序的执行线程占用了100% 的 CPU，那么 用户对界面的操作就会迟迟得不到响应，甚至于用户会误认为程序 死锁了。所以在程序中要尽量避免出现 100% 占用 CPU 的情况。 • 此类问题最简单的解决方法就是在循环内加一个延时。在很多情况 下，运行时间很长的循环往往都只是为了等待某一个任务的完成， 在此类循环体的内部几乎没有耗时较多的、又有意义的运算，所以 必须在循环框内加延时。
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谢谢观看！
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开发并行程序
多核 编程
• 编写并行程序的首要挑战就是，确定程序中哪些部分能够并行地执行，然后 通过代码予以实现。这些可以并行执行的代码称为线程。因此，整个并行程 序也被称为多线程应用程序。 • 行业专家认为编写能够利用多核处理器的应用程序是一个严峻的挑战。
labview主／从设计模式和生产者／消费者设计模式
5.2 LabVIEW设计模式——主／从设计模式和生产者／消费者设计模式在上一节中曾经谈到过，NI LabVIEW 中提供了六种最基本的设计模式。
本节首先介绍其中的两种：主／从设计模式与生产者／消费者设计模式（Master/Slave design pattern and Producer/Consumer design pattern）。
这是由于这两种设计模式在结构上极为相似（使用的内置函数不同），所以我们在这里将一起来讨论（基本结构参见图5.2-1、图5.2-2）。
图5.2-1 主／从设计模式图5.2-2 生产者／消费者设计模式5.2.1 主／从设计模式（Master/Slave design pattern）与主／从设计模式的相关内置函数（Notifier_通知）参见下图所示。
图5.2.1-1 主／从设计模式内置函数（通知）关于这些内置函数的定义和使用方法请参考LabVIEW Help文件，这里就不再进行讨论了。
对于绝大多数LabVIEW的学习者来讲，仅仅依据这些主／从操作提供的内置函数（通知），即便是借助于帮助文件也很难理解和设计出正确的应用程序代码或基本架构。
因为这些内置函数的内部程序代码是不对外开放的、不公开的，所以我们也就很难理解的更准确或更全面。
那么如何正确的使用它们呢？通常有两个最简单、最直接的方法可以解决这个问题：一是，查看NI给出的设计模式或例程；二是，查看其它使用者所提供的实用例程。
其实，这里也再次间接的告诉大家，更多查看和理解其它LabVIEW开好者所提供的实用例程是学习LabVIEW的最好方法之一。
通过图5.2-1，就可以初略地领会到NI 基于数据流的图形化代码主／从设计模式的表达形式或架构。
从图5.2-1中，可以看到主／从设计模式的基本构成是：包括了两个While循环（上面为主循环、下面的为从循环）和若干个“通知”内置函数（Notifier）构成。
主循环中的Case 结构用来确定是否向从循环发出通知。
实验三-LabVIEW编程的程序结构实验-分支机构与顺序结构
LabVIEW编程的程序结构实验 ——Case结构和Sequence结构
§7-1 Case 结 构
顺序结构
分支结构
循环结构
§7-1 Case 结 构
• Case结构是一种控制程序分支的结构，与常规文本编程 语言的IF语句或Swtich语句类似。 • Case结构有一个条件选择端口 ? （Selector），根据连到 Selector端口 ? 的值来判断执行哪一个子Case。Selector 端口的数据类型有布尔型和数值型。 • 通过打开函数模板中的Structure子模板，可在框图程序中 放置Case结构
• 公式节点的语法与C语言相同
习题7-1： y1=x3+x2+5 y2=m*x+b
补充：前面板对象属性的动态控制
• 在前面板设计编程时，我们可以修改和设 定对象控件的属性，但是在程序运行时能 否由用户修改或程序自身改变呢？ • 方法是：创建对象的属性节点，通过对属 性节点的“写”操作，完成对对象属性的 修改。 • 同样通过对属性节点的“读”操作，在程 序中读取对象的属性。
“Tick Count(ms)函数”：用与Express VI完成定时任务。
全局变量和局部变量
• 全局变量：在多个VI有效。 • 局部变量：在本VI有效。 • 在Sequence结构中，各个Frame之间是通过局部 变量（Sequence Locals）来传递数据的，由于 各Frame是按照编号的顺序由前向后执行，因此 局部变量只能由前向后传递数据。 • 在需要使用局部变量向后传递数据的Frame的边 框上右击鼠标弹出快捷菜单，选择Add Sequence Local选项，可创建一个局部变量
选作：
程序运行中，用Knob控件改变图形CHART控件中点和曲线的 颜色分别为红、橙、紫、绿色。
labview组成三要素答案
labview组成三要素答案什么是LabVIEW及其作用：LabVIEW是 Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench的缩写，它是一个使用图像符号来编写程序的编程环境。
在这一点上，它不同于传统的编程语言，如C，C++或Java，这些语言使用文本方式编程。
然而，LabVIEW不仅仅是一种编程语言，它还是为科学家和工程师等设计的一种编程开发环境和运行系统，编程只是这些人工作的一部分。
LabVIEW开发环境可以工作在运行Windows，Mac或Linux系统的计算机上，用LabVIEW编写的应用程序可以运行在上述系统上，还可以运行在Microsoft Pocket PC，Microsoft Windows CE，Palm OS以及多种嵌入式平台上，包括FPGA（Field Programmable Gate Array）、DSP （Digital Signal Processor）和微处理器。
三要素：1、前面板：是VI的交互用户界面，模拟了物理仪器的前面板。
前面板可包含旋钮、按钮、图形及其他输入控件和显示控件，用户可以使用鼠标或键盘输入，在屏幕上观察程序产生的结果。
2、框图：是VI的源代码，由LabVIEW的图形化编程语言即G语言构成。
框图是实际可执行的程序。
框图的构成有低级VI、内置函数、常量和程序执行控制结构。
用连线将合适的对象连接起来，定义他们之间的数据流。
3、图标：是子VI的图形化表示，将庞大的程序封装成一个图标，通过图标上的输入、输出接口实现数据的输入和输出。
通过使用LabVIEW功能强大的图形编程语言能够成倍提高生产率，人们称为这种语言为G语言。
使用传统的编程语言需要花费几周甚至几个月才能编写的程序，用LabVIEW只需几小时就可以完成。
因为LabVIEW是专为测量、数据分析并提交结果而设计的，且LabVIEW 拥有如此功能众多的图形用户界面又易于编程，是的它对于仿真、结果显示、通用编程甚至讲授基本编程概念也同样是很理想的语言。
LabVIEW编程中的软件架构与模块化设计方法
LabVIEW编程中的软件架构与模块化设计方法随着科技的不断发展，软件程序的复杂性也日益增加。
为了提高软件的可维护性和可扩展性，软件架构和模块化设计成为了程序开发领域中的重要话题。
在LabVIEW编程中，软件架构和模块化设计同样具有重要意义。
本文将探讨LabVIEW编程中的软件架构与模块化设计方法。
一、软件架构的重要性在软件开发过程中，软件架构是程序的基础，它定义了程序中各个模块之间的关系和交互方式。
一个好的软件架构可以提高程序的可维护性、可扩展性和可重用性，降低开发成本和风险，提高开发效率。
在LabVIEW编程中，软件架构同样起着至关重要的作用。
软件架构能够帮助开发人员实现程序的可重用性。
通过将程序按照功能划分为多个模块，可以使得这些模块能够在不同的程序中复用。
这样一来，开发人员不仅可以减少编写代码的工作量，还能够提升开发效率。
此外，软件架构还能够提高程序的可维护性和可扩展性。
通过将程序划分为多个模块，每个模块负责完成一部分功能，不同模块之间的关系清晰明了。
这样一来，当需要修改或者扩展程序时，只需对特定模块进行修改，不会对其他模块产生影响。
这种模块化的设计方式可以减少开发人员的工作量，同时降低开发风险。
二、LabVIEW中的软件架构在LabVIEW编程中，可以采用面向对象的思想来实现软件架构。
面向对象的编程思想将程序看作是一系列对象的集合，每个对象负责完成特定的功能。
在LabVIEW中，可以将每个模块看作是一个对象，对象之间通过消息传递的方式进行通信和交互。
在LabVIEW中，可以使用VI（Virtual Instrument）进行模块的封装。
VI是LabVIEW的基本运行单位，每个VI都可以看作是一个模块。
通过VI，可以实现不同模块之间的消息传递和数据共享。
为了实现模块的封装和解耦，可以使用Local变量和Global变量进行数据的共享。
Local变量只在当前VI中有效，可以实现模块内部的数据传递；而Global变量可以在整个程序中共享数据，可以实现模块之间的数据传递。
LabVIEW的程序结构
在层叠式顺序结构的边框上面右击，选择Add Sequence Local即 可在当前帧创建一个顺序局部变量端口。
将本帧中的数据连接到该局部变量端口，该数据就可传到后面的 帧，该数据不会作用到它前面的帧。
如下图示意了层叠式顺序结构通过局部变量传递数据的 情况。在标识是1号帧的一个数据传递到标识是2号的帧 进行“或”运算，0号帧不能使用该数据。
下面是用移位寄存器（左图）和反馈节点（右图）实现 a++的框图程序。
2 While循环 For循环和While循环的区别：
For循环要执行预先指定的循环次数。
而While循环只有在条件端口接收到的值为 False(or:True)时才停止循环。While循环不必知道循 环次数。 While循环不满足条件也要执行1次。 For循环当N<1时1次都不执行。
在message数据端口新建一个常量，输入“超时或单 击了OK按钮”。
在超时端口连接值为5000的一个数字常量。
运行程序，如果单击了“OK Button”按钮或等待5秒都 会显示出对话框“超时或单击了OK按钮”。
法2：
在事件结构边框的快捷菜单中选择Add Event Case…来 创建事件结构的一个分支 。 在弹出的对话框中，选取“EventSources”事件源窗口 中的“OK Button” 。并在“Event”事件窗口中选择 “Value Change” 。 后面的设置与法1类似。
超时端口，默认
值为-1，表示无 限等待 。
事件数 据端口
结构框
2．事件结构的使用
可有一个或多个子图形代码框，该图形代码框可以设置为响应多 个事件。 右击事件结构边框，从弹出的快捷菜单中选择Edit Events Handled by ThisCase…，这时将弹出编辑事件对话框。 显示当前建立的事件， 默认“Timeout’事件。 增加事件 删除事件
虚拟仪器软件开发平台LabVIEW第四章程序结构
给定值的随机数所需要的时间 time to match.vi
4.4公式节点（Formula Node）
☎ 公式节点（Formula Node） ♥ 公式节点是一个大小可变的方框，可以利用它直
接在流程图中输入公式。从 Functions»Structures中选择公式节点就可以把 它放到流程图中。
正数。如果它是正的，VI就计算它的平方根，反 之则显示出错。 Square root.vi
4.3 顺序结构
☎ 顺序结构 ♥ 代码式的传统编程语言中，默认的情况是，程序
语句按照排列顺序执行，但LabVIEW中不同，它是 一种图形化的数据流式编程语言。
♥ 顺序结构的图标像是电影胶片可以按一定顺序执
行多个子程序。首先执行0帧中的程序，然后执行 1帧中的程序，逐个执行下去。与Case结构类似， 这多帧程序在流程图中占有同一个位置。
☎ 图形化的程序语言，又称为“Ｇ”语言。使用
这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代 之的是流程图。
☎ 利用LabVIEW，可产生独立运行的可执行文件，
它是一个真正的３２位编译器。
3.2 LabVIEW的运行机制
☎ LabVIEW应用程序的构成
♥ LabVIEW应用程序，即虚拟仪器（VI），它包括 前面板（front panel）、流程图（block diagram）以及图标/连结器(icon/connector)三 部分
♥ 前面板 前面板是图形用户界面，也就是VI的虚 拟仪器面板，这一界面上有用户输入和显示输出 两类对象，具体表现有开关、旋钮、图形以及其 他控制（control）和显示对象（indicator）在 前面板后还有一个与之配套的流程图。
LabVIEW子VI与VI的层次结构
LabVIEW子VI与VI的层次结构例2－1 是我们创建的第一个VI，也是一个极其简单的VI。
其实在图形化语言中，最经常使用的是子VI。
子VI 类似于文本语言中的子程序。
在图形化语言中，子VI 是提供给其它VI 使用的VI，子VI 可以实现与调用VI 之间的数据交换。
子VI 除了可以被其它VI 使用外，它的另一个作用就是简化程序框图。
对于一个复杂的程序框图可以通过创建多个子VI 来进行化简。
子VI 是模块化程序设计的基础和主要部件。
子VI 使得程序易于调试、理解和维护。
所以理解和创建子VI 是构建VI 的基础。
LabVIEW 函数选板上所提供的内置VI都属于子VI。
这些内置VI 是LabVIEW 开发环境所提供的，安装LabVIEW 后即可获得。
除此之外，我们还可以创建适合自己使用的子VI。
2.5.1 创建子VI 创建子VI 有两种方法，一是通过创建一个新VI 来实现；另一个是从现有的VI 中提取部分代码构成一个子VI。
我们通过一个滤波器的设计来介绍第一种方法，创建一个适合自己使用的子VI。
例2－2 理想滤波器滤波器是信号处理中比较常用的部件，在实际工程应用中也常常用到。
一般情况下，我们可以选择LabVIEW 所提供的滤波器内置VI。
在LabVIEW 的函数选板中，选择：》信号处理》滤波器可以看到多种滤波器内置VI，包括高级IIR 滤波器和高级FIR 滤波器供我们在设计中使用，参见下图。
图2－14 LabVIEW 所提供的滤波器内置VI 我们在电动式振动台的测试项目中，需要准确测试振动加速度的峰值，可是在实际的加速度信号中往往包含许多谐波分量，从而导致无法准确的测量出加速度的峰值。
为了解决这个问题，最好的办法是就是对加速度信号进行滤波处理。
使用上述滤波器内置VI 可以实现滤波处理，但是我们担心滤波后信号的幅度和相位是否会发生改变。
也就是说，滤波器的幅频特性和相频特性是否真正会令我们满意。
其实，我们只是期待能够提取加速度信号的基波分量，并不关心其它分量的信息。
LabVIEW中的模块化设计和架构优化
LabVIEW中的模块化设计和架构优化LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种基于图形化编程的开发环境，专门用于实时数据采集、控制和监测。
在开发LabVIEW应用程序的过程中，模块化设计和架构优化是非常重要的。
本文将介绍LabVIEW中的模块化设计和架构优化的方法和技巧。
一、模块化设计的意义和好处模块化设计是将一个复杂的系统或应用程序拆分为多个独立的模块，每个模块都具有特定的功能和责任。
模块化设计的主要目的是提高系统的可维护性、可重用性和可扩展性。
首先，模块化设计使得系统的各个模块之间相互独立，改变一个模块不会影响其他模块的功能和逻辑。
这样，在修改和维护系统时，只需关注特定的模块，而不必担心其他模块的影响。
其次，模块化设计提供了更好的可重用性。
每个模块都可以被独立地测试和验证，并且可以在不同的应用程序中重复使用。
这样，可以大大减少开发和测试的时间和成本。
最后，模块化设计使系统更易于扩展。
当需要添加新的功能或模块时，只需开发新的模块并将其集成到现有的系统中，而不必重新设计整个系统。
二、LabVIEW中的模块化设计方法在LabVIEW中，可以使用以下几种方法实现模块化设计。
1. 使用子VI（SubVI）将复杂的功能模块拆分为多个独立的VI。
每个VI代表一个独立的模块，具有特定的功能和输入输出接口。
通过将这些VI集成到一个主VI中，可以构建一个完整的系统。
2. 使用公共变量（Global Variable）和局部变量（Local Variable）实现模块间的数据传输。
公共变量可以提供多个VI之间的全局共享变量，而局部变量则只在单个VI内部有效，可以实现局部数据传递。
3. 使用事件（Event）和消息队列（Message Queue）来实现模块间的通信和协调。
通过事件和消息队列，不同的模块可以异步地进行通信，并相互传递数据和命令。
LaBVIEW第三章程序结构
2021/10/10
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顺序结构
但是你要注意，这里并没有规定A、B、C ３个节点的执行 顺序。在LabVIEW中这种情况下，A、B、C的执行顺序是不确定 的，如果你需要对它们规定一个确定的顺序，那就需要使用本 节介绍的“顺序结构”。
右图是顺序结构的图标，它看上去像是电影胶片。它可以 按一定顺序执行多个子程序。首先执行0帧中的程序，然后执 行1帧中的程序，逐个执行下去。与Case结构类似，这多帧程 序在流程图中占有同一个位置。
优点：当帧数不多时，把每个帧平铺，比较直观，方便代码阅
读。
3、添加局部变量：在堆叠顺序结构中，用添加局部变量的方
法，使接入该变量的数据在当前帧后面的各个帧中可以作为输
入数据使用。平铺顺序结构可以不添加局部变量，因为每个帧
都是可见的，不需要借局部变量机制在帧之间传送数据。
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例题：创建一个 VI，计算生成等于某个给定值的随机数所 需要的时间。
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下面是1＋2＋3＋4＋…＋100的程序，如图：
说明：进行第一次运算的是0+0，For循环中的重复 端子是从0开始计数，移位即寄存器在没有初始 化的情况下，默认的数值是0，所以第一次运算 的是0+0，第二次运算的是寄存器的0与重复端子 的1相加，所以循环要进行101次。而计数端子输 出的数据始终是101。
在前面板上放置一个数值输入控件“阶次n”和一个数值显 示控件“求和结果”
• 在程序框图上放置两个For循环嵌套结构，外层循环的计数 端口与“阶次n”连接，输出是各个数的阶乘所组成的一个 数组。它的重复端子加1作为内层循环的循环次数，内层循 环利用一个移位寄存器实现阶乘运算，移位寄存器的初始 值设为1。
LabVIEW程序的主要框架
LabVIEW程序的主要框架在开始界面的New栏里选More...，弹出对话框里会有很多模板可以选择，因为是从8.2开始用的。
对于我们常用的来说，还是Frameworks-Design Patterns里的几个模板值得好好研究一下。
下面简单介绍下几种简易的框架：Master/Slave Deisgn Pattern（主从设计模式）如上图模板用于创建主/从模式的应用程序。
主循环始终保持执行状态，并向一到多个从循环发送通知，使其执行代码。
从循环收到通知后，将连续执行循环内部的代码直到完成任务，然后等待下一个通知。
与改模式相比，生产者/消费者模式仅当队列中仍有数据时，消费者循环才会执行。
在这种模式下，Master循环通过Notifier（通知器）来控制Slave循环的工作。
这种模式有什么用呢？如果是传统的单循环结构，当程序处理代码耗时过长的话，很有可能会造成控制指令响应的滞后。
而在主从模式下，Master循环可以用来接收控制指令，Slave循环用来执行相应的代码，从响应上来说，就能够避免长时间不响应的情况出现。
Producer/Consumer Design Pattern (Events)（响应事件的生产者/消费者模式）如上图该模板用于生产者/消费者模式的应用程序，以事件驱动的方式，生成队列中的项。
如需要响应事件实现代码的异步执行，同时不影响用户界面的响应速度，可考虑用该模式替代“用户界面事件处理器”模式。
这种模式的结构很类似于主从模式，这里的两个循环变成了Producer循环和Consumer循环。
在主循环里，用一个Event Structure响应用户的界面操作，每一步操作通过Queue送到Consumer循环里执行。
这样，实现了界面和事物代码的分离，有助于代码的模块化设计。
Producer/Consumer Design Pattern (Data)（处理数据的生产者/消费者模式）该模板用于创建生产者/消费者模式的应用程序。
中大型LABVIEW软件三层设计架构(带图片目录完整版)
中大型LABVIEW软件三层设计架构目录一、总览 (2)二、详解 (3)(1) Driver Level﹔ (3)a.组态(configuration)：开启或关闭与仪器的连结、将仪器初始化及设定组态等。
(3)b.量测(measurement)：由仪器读出测量值或特定的资料。
(3)c.动作／状态(action/status)：一个流程的启始或结束动作、检查错误等。
(3)(2) Test Level： (4)(3) Main Level： (4)a) 可让操作者设定或更改操作参数： (5)b) 在特定的情况下使用适当的Control： (5)c) 要将众多的Control及Indicator依使用功能分类，并适当地利用页面切换来显示。
5d) 在执行程序时可以选择cancel或abort： (5)e) 在Front Panel上多使用图形，避免过多的文字或数据。
(5)f) 在Main Level中统一处理所有的exception massage： (6)一、总览通常一个VI若包含三、四十个以上的subVI(不包含LabVIEW本身在Functions中提供的VI)时，就可算是一个中大型的软件计划(software project)了。
虽然比起软件工程中的一些作业环境软件(如Windows系列)或大型应用软件(如Word、Excel)等仍算是小工程，但其复杂性亦在一定程度之上，若没有事先想好在撰写程序时的一些规划与方法，想要完成这类中大型的软件绝对不是一件简单的事。
尤其这类软件通常不是由一个人，而是由一个团队所共同完成的，因此整个软件的结构，就要能让团队中的每一成员都能清楚的了解，而且要够简单，才算是好的软件结构。
以下将参考由Rick Bitter等人所着”LabVIEW Advanced rogramming Techniques”，中之第4章的部分内容，介绍所谓软件计划中的三层式结构(the Three-Tiered Structure)的概念及其优点。
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通常一个VI若包含三、四十个以上的subVI(不包含LabVIEW本身在Functions中提供的VI)时，就可算是一个中大型的软件计划(software project)了。
虽然比起软件工程中的一些作业环境软件(如Windows系列)或大型应用软件(如Word、Excel)等仍算是小工程，但其复杂性亦在一定程度之上，若没有事先想好在撰写程序时的一些规划与方法，想要完成这类中大型的软件绝对不是一件简单的事。
尤其这类软件通常不是由一个人，而是由一个团队所共同完成的，因此整个软件的结构，就要能让团队中的每一成员都能清楚的了解，而且要够简单，才算是好的软件结构。
以下将参考由Rick Bitter等人所着”LabVIEW Advanced Programming Techniques”，中之第4章的部分内容，介绍所谓软件计划中的三层式结构(the Three-Tiered Structure)的概念及其优点。
需要软件结构的主要原因，是当软件人员发展软件到某一阶段时，若没有计划或无意的创造了许多subVI，但各subVI之间有许多部分其实是重复撰写的；或各VI相互间呼叫时没有一定的纪律，使得在VI Hierarchy中所看到的各VI间的联机是错综复杂，像个盘丝洞一般，这将可能会使多人发展的软件计划增加所耗费的时间和可能出错的机会、减低程序的效率，以及增加debugging时的困难。
为了改善上述的情形，所以要提倡三层式结构的概念。
三层式结构由上而下依次为：Main Level、Test Level和Driver Level，这种结构是由经验中得来的，在多人发展的软件计划中显得简单明了，当大家都能遵照这个结构来写程序时，这种结构就可以充分显现出它的优点。
那这三个阶层到底如何区别呢？以通俗的比喻来说，假设我们如果要组织一个篮球队参加全国比赛，每个球员要练习基本动作及体能，如何跑、如何跳、手脚该如何放置才是正确位置等，这就相当于系统中Driver Level所做的事情；接下来，将各球员组合练习某一套防守或进攻的战术，如二三区域联防、人盯人防守，每个人该在什么位置才能正确接应等，则像是T est Level中一项项的test了；而最后比赛时，场上的战略运用，包括何时要用什么战术组合、如何更换球员、何时喊暂停、终场前是不是要故意犯规或采拖延战术等等，对照过来，就像是在Main Level中，如何将T est Level中各test 做最有效能的整合与排列组合等的工作。
简单来说，Driver Level包含了程序与所有仪器、组件、马达或其它应用软件的沟通、控制等较低阶的事情，使其可完成某一项基本的动作，例如初始化、马达走到home位置、雷射以设定的能量及频率发射光束‧‧‧等。
可注意到我们在这边所说的driver，并不像一般在别处所称驱动程序的那种driver那么低阶，真正最低阶的工作还是要有现成的VI来帮忙才行；在Test Level中，则是如何连接各个Driver VI的基本动作，使可做完出一套连续、有意义的流程，来执行某项测试，例如让手臂由A点走到B点，下降夹取一个螺丝，再走至C点装到某面板上，然后回到A点等待，类似这样控制一个流程的进行，便是Test VI的工作内容；Main Level则包含了使用者接口(User Interface)或称人机接口(Man-Machine Interface) ，目的是整合各项测试和例外处理(Exception Handling)等，将它们以适当的顺序及流程组合，很容易地让使用者操作。
当一个软件计划严格的遵照上述的三层结构来撰写时，最大的优点是可使程序代码的再使用(code reuse)达到最大化，在不同的T est VI中，可重复使用相同的Driver VI；而在不同程序的Main Level中，又可重复使用相同的T est VI，这将使得程序维护或修改的时间与精力大幅减少；同时当我们已有一个程序的样板(template)后，可增加软件版本更新的速度。
另一个很重要的好处是，当我们在撰写某一个level中的程序时，并不需要关心在另一个level中有什么其它的程序是如何执行的，而只要专注在自己的这个level的程序上就可以了，这使得由团队来共同完成一个大型计划的工作变得容易许多。
以下将依Driver Level、Test Level、Main Level的顺序，来介绍在各level写程序时的原则与心得﹔(1) Driver Level﹔通常在Driver Level所写的程序是比较低阶的，其功能是把一些最基本的I/O动作按某一顺序连接起来，形成基本动作，大致分为三大类﹔a. 组态(configuration)：开启或关闭与仪器的连结、将仪器初始化及设定组态等。
b. 量测(measurement)：由仪器读出测量值或特定的资料。
c. 动作／状态(action/status)：一个流程的启始或结束动作、检查错误等。
简单来讲，Driver Level的内容是藉由一些接口(卡)，经digital I/O或analog I/O由仪器取得上一些sensor的电压值，或传出一些电压值来控制机器、仪器或马达等的组态与动作，使得仪器或机器能够正确设定及做出一些基本的动作。
另外程序与仪器间的资料传递或在自身计算机的存取动作，规定档案的格式以及存取等等，也都属于Driver Level中应该完成的事项。
但是真正最低阶的工作还是需要NI提供的VI来进行，我们所写的Driver VI仍是属于较高阶的。
以下举一个利用7344卡来控制马达动作，而使BM7移动的Driver VI实例﹔首先要确定马达所有的动作有哪些，我们可简单分类如下﹔初始设定、找寻Home点、移到指定位置、以及回报现在位置等。
当然我们必须先在MAX上做细部的设定，接下来再回到LabVIEW中来撰写Driver VI。
看起来我们必须写四个Driver VI来控制马达，但这样往往造成subVI过多的情形，因此我的建议是将关于同一个仪器或装置的Driver VI合并为一个。
合并的方法为利用一个enumerated type的control加上case结构即可。
完成后如下图﹔利用名为Action的enum control来控制此Driver VI要进行何项动作。
记得在编辑icon时，要将此enum control加到input terminal即可。
在Test Level中呼叫时的方法就可如下图所示了﹔如此一来，我们便可以利用一个subVI来完成数个动作了，减少了一些管理subVI的辛苦。
但请注意，这样的Driver VI要看情形而在其File> VI Properties…> Execution中设定为reentrant，因它很有可能同时被数个Test VI呼叫。
在大型程序计划发展时，一个观念很重要：Driver Level中的VI是整个软件计划中最重要的部分，它们的好坏直接决定了这个软件计划的成功与否和完成后的品质，就像要盖高楼大厦，打地基、灌水泥以及基本用料的好坏才是决定建筑物好坏最重要的地方，若基础的部分不好，无论大楼外观有多雄伟或多漂亮，假使地震一来，都有可能会倒塌。
Driver VI若不先规划，往往会造成程序效率减低，以及重复的程序代码过多等现象。
虽然在最后主程序执行时并看不到Driver VI，但它们可是最重要的无名英雄，所以在设计Driver VI时需要多费点心思喔！(2) Test Level：在Test Level中的VI此处暂称为Test VI，它可以呼叫Driver Level的VI，但只能被Main Level 中的VI呼叫。
有一个不成文的规定：Test VI间不可以互相呼叫；否则会使三层结构又被破坏了。
可是在写程序时，有时又觉得难以避免，或为了图方便想说就暂时先呼叫一下吧，若有这情形发生，那就要请重新检视一下Driver Level中的VI，是否要重写某些部分或在写一些新的Driver VI，以避免上述的情形发生。
有一个重要的原则，一个Test VI内只要安排一套完整的测试即可，不要在同一个T est VI中去完成两个(以上)的测试，否则未来若整个计划要作修改时，T est VI可能就又要修改了。
一个完整的Test VI当然要包含对仪器设备的初始化，组态设定等，它是一个可以单独执行的VI，也就是说，即使此Test VI不放到Main Level之下，它也一样可以单独执行来完成一项测试。
另一个重要观念是，各个Test VI间是不要有什么关联的，因为当在Main Level中的某个T est VI执行时，它并不确定前一个T est VI结束时的机器状态是否合于要求，因此要重新设定，或是要重新检查一下，以避免不能执行或有预料外的状况发生。
流程图对于我们来撰写Test Level中的VI是特别有用，因流程图的概念也正好就是LabVIEW 中所谓data flow的概念，因此当一项测试的流程图清楚的画出来并能解释其流程时，即使我们还没有开始写程序，我们几乎可以说这个T est VI的程序设计已完成60%以上了，这一点也不夸张，因剩下的部分只是将流程图中各方块的连接，换成LabVIEW中各function VI或Driver VI的连接而已。
(3) Main Level：Main Level又称人机接口(Man-Machine Interface, MMI)，设计Main Level程序的中心观念是不仅要能完成测试外，而且操作上要越能user-friendly越好，因为当使用者在操作仪器设备时，他其实并不见得很关心细节的部分是如何运作的，他或许只希望能很轻松愉快的尽快完成工作，然后轻松愉快的下班回家。
例如，使用者希望手臂能够走到某特定位置去夹取一个螺丝，最好是按下某个屏幕上的按钮就好了，只要看着屏幕上一切正常的讯息，说不定他还可以有时间悠闲地喝杯咖啡呢！通常Main Level VI的设计往往利用while循环不断的polling，大部分的时候也不只一个while 循环。
其内容要包含几个重点：a) 可让操作者设定或更改操作参数：例如可选择何项测试及执行顺序、接口的地址、档案的路径等等，但也请注意，需设定的选项并非越多越好，太多的选项容易使人分散注意力而容易出错。
b) 在特定的情况下使用适当的Control：有时Control需加些心思来点变化，以表示其不同的重要性，最简单的当然是以大小、颜色来区别，当然在执行时也可利用property node中闪烁的效果来强调，不过一般而言，常用的重要Control通常用按钮放在Front Panel上显眼的地方；而较不常用的Control，通常利用放在cluster或tab control中，利用invisible的功能或换至其它页面使其平常不出现在Front Panel上。