《虚拟仪器与LABVIEW编程技术》课件-第4章

第4章结构控制4.1循环结构4.2条件结构4.3事件结构4.4顺序结构4.5公式节点综合实训小结习题

LabVIEW中所有的结构都包含在“结构”子选板中，如图4-1所示。图4-1“结构”子选板

4.1循环结构

4.1.1For循环1．For循环建立“For循环”(ForLoop)是LabVIEW最基本结构之一。在程序框图中创建For循环方法：在函数选板中的“编程”(Program)下的“结构”(Structures)子选板中，用鼠标点击“For循环”图标，然后在程序框图窗口中需要创建的空白区域再单击鼠标，同时按住鼠标向右下角拖曳到合适大小即可，如图4-2所示。图4-2For循环的建立

图4-3所示为使用For循环索引随机数(RandomNumber)的程序，程序按照设定的总数执行了50次，即由波形图表显示出50个随机数图形，程序执行完毕，计数接线端输出显示为49。

图4-3使用For循环索引随机数的程序

2．For循环的数据通道及自动索引

For循环的数据通道(DataCommunication)是循环体内的数据与循环体外的数据(输入/输出)进行交换的通道，所有结构要通过数据通道才能和外部节点进行数据交换。数据通道位于边框上，其显示形式为小方格，小方格的颜色和数据类型的系统颜色一致，若为浮点数，则数据通道的颜色为橙色。

通道有输入数据通道和输出数据通道，以图4-4为例说明数据通道的创建方法：选择“连线工具”，将程序框图界面中数组常量连接至For循环左侧循环体边框后，系统会自动生成数据通道。该例中，连接到For循环的数组默认为能自动索引，即循环体边框外面的数组元素依次进入到循环边框内；若不需要索引，可以右击循环体边框上的数据通道，选择“禁用索引”(DisableIndexing)命令，则连接到循环体的数组默认为不能自动索引，如果需要自动索引；可以在数据通道上单击右键，选择“开启自动索引”(EnableIndexing)。“开启自动索引”时，数据通道的外观为空的矩阵符号[]；“禁用索引”时，数据通道的外观为实心的方框。

图4-4所示为索引二维数组(2DArray)程序，程序中使用了两个嵌套的For循环；外层的For循环每执行一次则从输入的二维数组中索引出一行数组，里层的For循环则是每执行一次再从刚生成的一维数组(1DArray)中索引出一个数据元素。图中嵌套的两个For循环均未连接计数接线端，此时For循环执行的次数等于数组的长度，即循环一直执行至所有元素索引完毕为止。

图4-4使用For循环索引二维数组程序

图4-5所示为使用For循环生成二维数组程序，程序中也使用了两个嵌套的For循环：里层的For循环通过4次执行得到的循环数累积输出一个一维数组0～3；外层的For循环依次为这个数组中的各个元素加上当前循环计数，再将6次循环产生的6个一维数组累积成二维数组输出，输出结果同图4-4中的二维数组相同。

图4-5使用For循环生成二维数组程序

3.移位寄存器与反馈节点

1)移位寄存器

利用移位寄存器(ShiftRegister)可以把上一次循环中产生的数据传递到下一次循环。移位寄存器是成对出现的，分别出现在循环体边框的两个垂直边上。

移位寄存器创建方法：在循环边框上单击右键，从弹出快捷菜单中选择“添加移位寄存器”(AddRegister)可创建一对移位寄存器，如图4-6所示。也可以创建多个左侧移位寄存器，但是只能有一个右端口。添加左侧端口的方法有两个：一是在移位寄存器上单击右键，从快捷菜单选择“添加元素”(AddElement)来增加数据终端；二是直接对寄存器上的左侧端口进行拖曳。

图4-6添加移位寄存器

新创建移位寄存器出现在两个垂直边框上，是颜色为黑色的相对的端口，当将其连接到相应的数据上时，才会显示相应数据的颜色，如图4-7所示。图4-7用移位寄存器求随机数的最大值

2)反馈节点

前、后两次数据的交换，除使用移位寄存器实现外，还可以使用反馈节点来实现。当一次循环完成后，反馈节点会保存相应数据，并传递到下一次循环；即移位寄存器和反馈节点的功能是相似的，当For循环的边框太大时，使用移位寄存器会造成过长的连线，而反馈节点的优点在于可以节省掉过长的连线，使程序看上去更加简洁。

反馈节点位于函数选板中的“编程”下的“结构”子选板中，如图4-8所示。

图4-8自动创建反馈节点

4. For循环应用实例

例4-1使用For循环创建程序，完成从1～100这100个数相加求和，如图4-9所示。图4-91～100求和程序框图

解创建步骤如下：

(1)前面板窗口创建一个数值显示控件，在该控件上单击右键弹出快捷菜单，从“表示法”(Representation)中选择“I32”。

(2)创建一个For循环，为其设定的循环总数为100。

(3)添加一对移位寄存器，为左侧的端子赋初始值为0。

(4)添加“加法”(Add)函数，将该函数的一个输入端与移位寄存器的左侧输出端相连。

(5)将循环次数i接入“加1”(Increment)函数的输入端，并将“加1”函数的输出端连接至“加法”函数的另一个输入端。

(6)将“加法”函数的输出端与移位寄存器的右侧端子的输入端相连。

(7)将移位寄存器右侧端子的输出端与数值显示控件的接线端连接。

4.1.2While循环的组成

“While循环”(WhileLoop)是一种条件循环，循环会控制程序反复执行一段代码，直到某个条件成立发生为止。

1．While循环建立

建立While循环的方法与For循环是一样的，在函数选板的“编程”下的“结构”子选板中，单击鼠标选中“While循环”图标，然后在程序框图窗口中需要创建的空白区域再单击鼠标，同时按住鼠标向右下角拖曳到合适的大小即可，如图4-10所示。由图可见，循环框不是闭合的，并有代表重复执行的箭头。

图4-10While循环结构图

While循环有两个固定的接线端：计数接线端是一个输出接线端，它输出循环当前执行的次数，循环数是从0开始计数的；条件接线端是一个布尔量输入接线端，程序在每次循环结束时检查条件接线端，因此，布尔量的值将控制循环是否继续执行。“条件接线端”的条件有两种，这两种条件可以在端口上单击右键所弹出的快捷菜单中进行转换，如图4-11所示。条件接线端默认的状态为“真(T)时停止”(StopifTrue)，即条件接线端的布尔量为“真”时退出循环，如图4-11(a)所示；如果将条件接线端的状态改为“真(T)时继续”(ContinueifTrue)，则条件接线端的布尔量为“假”时退出循环，如图4-11(b)所示。如果条件接线端连接的是一个按钮，则按钮按下时循环停止。

图4-11While循环条件接线端

2. While循环应用实例

例4-2使用While循环创建程序，实现0～100这100个数相加求和。

解程序框图如图4-12所示。

创建步骤参考例4-1，这里稍有不同：

(1)创建一个While循环，其循环次数用一个“大于等于？”函数来确定，i≥100时退出循环。

(2)使用反馈节点代替移位寄存器。

运行该程序，前面板中显示控件的显示结果应为5050。

图4-121～100求和程序框图

4.2条件结构

“条件结构”(CaseStructure)类似于文本编程语言中的switch语句、ifelse语句或者case语句。条件结构包含两个或两个以上子程序框图，每个子程序框图中的一段程序代码对应一个条件分支，条件结构每次只能看到一个子程序框图，即每次程序运行时只选择其中的一个框图执行，执行其中的哪一个子程序框图是由输入值决定的。

4.2.1条件结构创建

条件结构的创建同循环结构相同，在函数选板的“编程”下的“结构”子选板中选择“条件结构”图标即可。条件结构由选择器标签(CaseSelectorLabel)、分支选择器(SelectorTerminal)和分支子程序框图组成，如图4-13(a)所示。

子框图的数量根据实际需要确定，下面举例说明如何将选择器与选择器标签相匹配。当枚举型控件连接到选择器接线端时，选择器标签会自动转换为两个字符串。当为该枚举型控件设定几个枚举型值后，在条件结构边框上单击右键，弹出的快捷菜单上选择“为每个值添加分支”(AddCaseForEveryValue)命令，就会增加到几个子程序框图，如图4-13(b)所示。图4-13条件结构选择器标签

需要注意的是，选择器接线端的数据类型必须与选择器标签中的数据类型一致，如果不一致，LabVIEW则会自动报错，同时选择器值中的字体颜色变为红色，提示必须修改，否则程序将无法执行。不同数据类型的条件结构如图4-14所示，其中布尔型条件结构如图4-14(a)所示，整型数条件结构如图4-14(b)所示，字符串型条件结构如图4-14(c)所示，枚举型条件结构如图4-14(d)所示。

图4-14不同数据类型的条件结构

4.2.2条件结构的数据输入和输出通道

当向“条件结构”内引入连线或从“条件结构”向外引出连线时，会在边框上生成隧道；当向“条件结构”隧道输入数据时，所有分支都可以使用该数据，所有的分支各个子程序框图连接或不连接这个数据的隧道都可以。但是从“条件结构”边框向外输出数据时，各个子程序框图都必须为这个隧道连接数据，否则会出现代码错误，程序无法运行。此时，输出隧道的图标是空心，表示部分分支中没有接入输入值。当每个分支的输出隧道都连接好数据时，输出隧道才会变为实心，程序才能正常运行。

4.2.3条件结构应用实例

例4-3求一个数的平方根，若该数大于等于0，则计算该数的平方根并输出计算结果；若该数小于0，则输出错误的数值为-9999。

解创建步骤如下：

(1)前面板窗口创建一个数值输入控件和数值显示控件。

(2)程序框图中创建一个条件结构，其子框图为“真”和“假”两个。

(3)将数值型输入控件的接线端与条件结构连接，生成隧道。

(4)使用“大于等于？”函数，将数值与0进行比较，该函数的输出端接入分支选择器。

(5)在“真”子框图中添加“平方根”函数，其输入端连接左侧隧道，输出端连接到“条件结构”右侧边框产生隧道。

(6)在“假”子框图中添加“数值常量”，并为其赋值 -9999。

运行该程序，前面板中显示控件的显示结果如图4-15所示。

图4-15例4-2前面板及程序框图

4.3事件结构

所谓事件，是指发生了某种事情的通知。事件可以来自于用户界面、外部I/O或者其他方式。LabVIEW支持两种来源的事件：(1)用户界面事件。(2)编程生成事件。

图4-16为事件结构，图中各部分含义为：

(1)事件超时接线端(TimeoutTerminal)：用来设定超时时间，其接入数据是以毫秒为单位的整数值。

(2)选择器标签(SelectorLabel)：标识当前显示的子框图所处理事件的事件源。

(3)事件数据节点(DataNode)：为子框图提供所处理事件的相关数据，事件数据节点由若干个事件数据端子构成。

编辑事件结构的方法：在“事件结构”边框上单击右键弹出快捷菜单，如图4-17所示，选择“添加事件分支”(AddEventCase)选项，可以弹出“编辑事件”对话框，如图4-18所示。“编辑事件”对话框内包括事件说明符、事件源和事件三部分。

图4-17事件结构添加分支

图4-18“编辑事件”对话框

4.4顺序结构

4.4.1平铺式顺序结构1.平铺式顺序结构建立“平铺式顺序结构”(FlatSequenceStructure)位于函数选板“编程”下的“结构”子选板中，选择其下拉菜单中的“平铺式顺序结构”对象，拖至程序框图中，按住鼠标左键，向右下方拖动到所需大小后松开按键，即可创建一个平铺式顺序结构，如图4-19(a)所示。

新建好的平铺式顺序结构只有一帧，可以通过单击鼠标右键，在出现的快捷菜单中选择“在后面添加帧”(AddFrameAfter)选项或者“在前面添加帧”(AddFrameBefore)选项进行子框图的添加，通过拖动框图四周的箭头可以改变框图大小。添加好的顺序结构如图4-19(b)所示。

图4-19平铺式顺序结构

2.平铺式顺序结构数据传递

平铺式顺序结构中，两个帧之间的数据传递可以通过直接连线的方式来实现，连线经过两帧连接处时将产生一个小方块，称为隧道，数据通过隧道进行传输。如图4-20(a)所示，在第0帧创建了一个“字符串常量”(Stringconstant)，连线经过第1帧直接传输到第2帧，运行之后输出显示为“LabVIEW”(如图4-20(b)所示）。

图4-20平铺式顺序结构数据传递

4.4.2层叠式顺序结构

1.层叠式顺序结构建立

在LabVIEW2015集成开发环境中，不能直接创建“层叠式顺序结构”(StackedSequenceStructure)，但“层叠式顺序结构”可以通过“平铺式顺序结构”转换而来。在“平铺式顺序结构”对象中，单击鼠标右键，在出现的快捷菜单中选择“替换为层叠式顺序”(ReplacewithStackedSequence)，即可创建“层叠式顺序结构”，如图4-21(a)所示。层叠式顺序结构添加帧的方法同平铺式顺序结构相同，但每次只能看到一个子框图，按照子框图0、1、2的顺序执行；单击顶部的顺序选择标识符左右两侧的箭头，可以增加或减少子框图的序号。图4-21(b)为添加好的层叠式顺序结构的每一个子框图。

图4-21层叠式顺序结构

2.层叠式顺序结构数据传递

在层叠式顺序结构中，两个帧之间的数据传递不能通过直接连线的方式来实现，必须要借助“局部变量”(LocalVariable)来实现。建立“局部变量”的方法是：在“顺序结构”的边框上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“添加顺序局部变量”(AddSequentialLocalVariables)选项，此时在弹出快捷菜单的位置会出现一个小方框，小方框的颜色会随传输数据类型的系统颜色发生变化。为这个小方框连接数据后，它的中间会出现一个指向顺序结构框的箭头，此时数据已经存储到顺序局部变量中。

图4-22(a)中，第0帧输入字符串创建了一个“字符串常量”，该常量存储于该子框图的顺序局部变量中，数据经过第1帧向第2帧传输时，此时第2帧必须也要创建顺序局部变量才能进行数据接收；创建后小方框中的箭头方向指向外，表明数据传输方向指向字符串显示控件，运行之后输出显示为“LabVIEW”，如图4-22(b)。

图4-22层叠式顺序结构数据传递

例4-4使用顺序结构实现由“随机数”函数产生0～1的随机数，计算出这些随机数的平均值达到0.5所用的时间，同时显示出随机数累加值、循环次数。

解该程序使用顺序结构来实现，这里选用“层叠式顺序结构”，该顺序结构共有3帧，每一帧具体编辑如下：

(1)第0帧中放置一个时间计数器。时间计数器返回计算机开机到当前的时间，时间单位为毫秒。

(2)第1帧中使用移位寄存器将连续产生的随机数进行累加，用累加值除以循环次数，则可得到这些随机数的平均值。将该平均值直接送入“判定范围并强制转换”(InRangeandCoerce)函数，比较它是否在0.5000～0.5001范围内，如果在此范围内，则退出循环。

(3)第2帧中放置一个时间计数器。用当前时间值减去程序开始运行的时间，即可得到程序运行所消耗的时间。

运行程序，观察前面板的显示结果，如图4-23所示。

图4-23例4-4的程序框图

4.5公式节点

在程序设计中，如果复杂的运算完全依赖于图形代码来实现，工作量会比较大，而且程序框图也会显得十分复杂、不直观，调试也不方便。LabVIEW提供了一种专门用于编辑、处理数学公式的结构形式，称为公式节点。在公式节点内，可以直接输入数学公式或者方程式，并连接相应的输入、输出端口。

公式节点适合于含有多个变量和较为复杂的方程，以及对已有代码的利用。可通过复制、粘贴的方式将已有的文本代码移植到公式节点中，无需通过图形化的编程语言再次创建相同的代码。

4.5.1公式节点的建立

在函数选板的“编程”下的“结构”子选板中，选择“公式节点”(FormulaNode)拖至程序框图空白处，按住鼠标左键，向右下方拖动到所需大小后松开按键，即可创建一个公式节点，如图4-24所示。

图4-24公式节点

4.5.2公式节点的编辑

公式节点中的代码看上去就像一小段C语言的程序。公式节点中也可以声明变量，可以使用C语言的语法，可以加语句注释，每个公式语句也是以分号结束。公式节点的变量可以与输入/输出接线端连线无关，但是变量不能有单位。

需要输入变量时，使用鼠标右键单击“公式节点”边框，在弹出的快捷菜单中，选择“添加输入”即可添加一个输入变量，选择“添加输出”即可添加一个输出变量。输入和输出变量位于节点框上，可以沿节点框四周移动，在变量中添加变量名，即可完成变量的定义。图4-25所示的公式节点中定义了“x”“m”“n”三个输入变量和一个输出变量“y”。使用鼠标右键单击变量，在弹出的快捷菜单中选择“删除”即可删除该变量。

例4-5如图4-25所示，使用公式节点完成数学运算，x＞0，y = 2mx2 - 3nx + 1和x≤0，y = -mx2 + 2x - 3。图4-25使用公式节点完成数学运算

综合实训

1.前面板创建函数发生器程序的前面板如图4-26所示。

图4-26函数发生器程序的前面板

(1)打开一个新的前面板窗口。

(2)按题目要求添加控件到前面板。

①依次添加信号频率、采样频率、采样点数、幅度、相位、占空比等数值型输入控件对象。

②按图4-26所示添加两个布尔型控件。

③添加波形图表。

④添加信号源控件。

首先在枚举型控件中键入“正弦波”，然后在控件上单击右键，从弹出的下拉菜单中选择“在后面添加项”，如图4-27所示。重复此操作，直至三角波、方波和锯齿波全部键入。

图4-27信号源控件的项目添加

2.程序框图创建

函数发生器的程序框图如图4-28所示。图4-28函数发生器的程序框图

(1)条件结构包含有不同的程序，它仅仅执行所选定情况下的子程序。

(2)将信号源与条件结构相连，在缺省条件下，条件结构只有两种情况。在此例中信号源枚举控制包含四种元素，则必须添加两种以上情况到条件结构。即用鼠标右键点击条件结构并从弹出菜单中选择“在后面添加”重复执行上述操作，以得到所需的情况。

(3)关于采样频率的创建。首先在采样频率上单击右键，从弹出的下拉菜单中选择“创建”→“局部变量”，即可创建，但注意此时得到的函数是显示量，需要右键转化为输入量。

(4)添加波形发生器到条件结构的各个情况。单击子程序显示条两侧的增加或减少箭头，以在不同情况直接转换。

①添加正弦波VI到正弦波情况结构，从“信号处理”(SignalDispose)的“信号生成”(SignalGeneration)中选择“正弦波”(Sine)得到，如图4-29(a)所示。使用连线工具将“正弦波”的连线端点分别与采样