第4章結構控制4.1循環結構4.2條件結構4.3事件結構4.4順序結構4.5公式節點綜合實訓小結習題

LabVIEW中所有的結構都包含在“結構”子選板中，如圖4-1所示。圖4-1“結構”子選板

4.1循環結構

4.1.1For循環1．For循環建立“For循環”(ForLoop)是LabVIEW最基本結構之一。在程序框圖中創建For循環方法：在函數選板中的“編程”(Program)下的“結構”(Structures)子選板中，用鼠標點擊“For循環”圖標，然后在程序框圖窗口中需要創建的空白區域再單擊鼠標，同時按住鼠標向右下角拖曳到合適大小即可，如圖4-2所示。圖4-2For循環的建立

圖4-3所示為使用For循環索引隨機數(RandomNumber)的程序，程序按照設定的總數執行了50次，即由波形圖表顯示出50個隨機數圖形，程序執行完畢，計數接線端輸出顯示為49。

圖4-3使用For循環索引隨機數的程序

2．For循環的數據通道及自動索引

For循環的數據通道(DataCommunication)是循環體內的數據與循環體外的數據(輸入/輸出)進行交換的通道，所有結構要通過數據通道才能和外部節點進行數據交換。數據通道位于邊框上，其顯示形式為小方格，小方格的顏色和數據類型的系統顏色一致，若為浮點數，則數據通道的顏色為橙色。

通道有輸入數據通道和輸出數據通道，以圖4-4為例說明數據通道的創建方法：選擇“連線工具”，將程序框圖界面中數組常量連接至For循環左側循環體邊框后，系統會自動生成數據通道。該例中，連接到For循環的數組默認為能自動索引，即循環體邊框外面的數組元素依次進入到循環邊框內；若不需要索引，可以右擊循環體邊框上的數據通道，選擇“禁用索引”(DisableIndexing)命令，則連接到循環體的數組默認為不能自動索引，如果需要自動索引；可以在數據通道上單擊右鍵，選擇“開啟自動索引”(EnableIndexing)。“開啟自動索引”時，數據通道的外觀為空的矩陣符號[]；“禁用索引”時，數據通道的外觀為實心的方框。

圖4-4所示為索引二維數組(2DArray)程序，程序中使用了兩個嵌套的For循環；外層的For循環每執行一次則從輸入的二維數組中索引出一行數組，里層的For循環則是每執行一次再從剛生成的一維數組(1DArray)中索引出一個數據元素。圖中嵌套的兩個For循環均未連接計數接線端，此時For循環執行的次數等于數組的長度，即循環一直執行至所有元素索引完畢為止。

圖4-4使用For循環索引二維數組程序

圖4-5所示為使用For循環生成二維數組程序，程序中也使用了兩個嵌套的For循環：里層的For循環通過4次執行得到的循環數累積輸出一個一維數組0～3；外層的For循環依次為這個數組中的各個元素加上當前循環計數，再將6次循環產生的6個一維數組累積成二維數組輸出，輸出結果同圖4-4中的二維數組相同。

圖4-5使用For循環生成二維數組程序

3.移位寄存器與反饋節點

1)移位寄存器

利用移位寄存器(ShiftRegister)可以把上一次循環中產生的數據傳遞到下一次循環。移位寄存器是成對出現的，分別出現在循環體邊框的兩個垂直邊上。

移位寄存器創建方法：在循環邊框上單擊右鍵，從彈出快捷菜單中選擇“添加移位寄存器”(AddRegister)可創建一對移位寄存器，如圖4-6所示。也可以創建多個左側移位寄存器，但是只能有一個右端口。添加左側端口的方法有兩個：一是在移位寄存器上單擊右鍵，從快捷菜單選擇“添加元素”(AddElement)來增加數據終端；二是直接對寄存器上的左側端口進行拖曳。

圖4-6添加移位寄存器

新創建移位寄存器出現在兩個垂直邊框上，是顏色為黑色的相對的端口，當將其連接到相應的數據上時，才會顯示相應數據的顏色，如圖4-7所示。圖4-7用移位寄存器求隨機數的最大值

2)反饋節點

前、后兩次數據的交換，除使用移位寄存器實現外，還可以使用反饋節點來實現。當一次循環完成后，反饋節點會保存相應數據，并傳遞到下一次循環；即移位寄存器和反饋節點的功能是相似的，當For循環的邊框太大時，使用移位寄存器會造成過長的連線，而反饋節點的優點在于可以節省掉過長的連線，使程序看上去更加簡潔。

反饋節點位于函數選板中的“編程”下的“結構”子選板中，如圖4-8所示。

圖4-8自動創建反饋節點

4.?For循環應用實例

例4-1使用For循環創建程序，完成從1～100這100個數相加求和，如圖4-9所示。圖4-91～100求和程序框圖

解創建步驟如下：

(1)前面板窗口創建一個數值顯示控件，在該控件上單擊右鍵彈出快捷菜單，從“表示法”(Representation)中選擇“I32”。

(2)創建一個For循環，為其設定的循環總數為100。

(3)添加一對移位寄存器，為左側的端子賦初始值為0。

(4)添加“加法”(Add)函數，將該函數的一個輸入端與移位寄存器的左側輸出端相連。

(5)將循環次數i接入“加1”(Increment)函數的輸入端，并將“加1”函數的輸出端連接至“加法”函數的另一個輸入端。

(6)將“加法”函數的輸出端與移位寄存器的右側端子的輸入端相連。

(7)將移位寄存器右側端子的輸出端與數值顯示控件的接線端連接。

4.1.2While循環的組成

“While循環”(WhileLoop)是一種條件循環，循環會控制程序反復執行一段代碼，直到某個條件成立發生為止。

1．While循環建立

建立While循環的方法與For循環是一樣的，在函數選板的“編程”下的“結構”子選板中，單擊鼠標選中“While循環”圖標，然后在程序框圖窗口中需要創建的空白區域再單擊鼠標，同時按住鼠標向右下角拖曳到合適的大小即可，如圖4-10所示。由圖可見，循環框不是閉合的，并有代表重復執行的箭頭。

圖4-10While循環結構圖

While循環有兩個固定的接線端：計數接線端是一個輸出接線端，它輸出循環當前執行的次數，循環數是從0開始計數的；條件接線端是一個布爾量輸入接線端，程序在每次循環結束時檢查條件接線端，因此，布爾量的值將控制循環是否繼續執行。“條件接線端”的條件有兩種，這兩種條件可以在端口上單擊右鍵所彈出的快捷菜單中進行轉換，如圖4-11所示。條件接線端默認的狀態為“真(T)時停止”(StopifTrue)，即條件接線端的布爾量為“真”時退出循環，如圖4-11(a)所示；如果將條件接線端的狀態改為“真(T)時繼續”(ContinueifTrue)，則條件接線端的布爾量為“假”時退出循環，如圖4-11(b)所示。如果條件接線端連接的是一個按鈕，則按鈕按下時循環停止。

圖4-11While循環條件接線端

2.?While循環應用實例

例4-2使用While循環創建程序，實現0～100這100個數相加求和。

解程序框圖如圖4-12所示。

創建步驟參考例4-1，這里稍有不同：

(1)創建一個While循環，其循環次數用一個“大于等于？”函數來確定，i≥100時退出循環。

(2)使用反饋節點代替移位寄存器。

運行該程序，前面板中顯示控件的顯示結果應為5050。

圖4-121～100求和程序框圖

4.2條件結構

“條件結構”(CaseStructure)類似于文本編程語言中的switch語句、ifelse語句或者case語句。條件結構包含兩個或兩個以上子程序框圖，每個子程序框圖中的一段程序代碼對應一個條件分支，條件結構每次只能看到一個子程序框圖，即每次程序運行時只選擇其中的一個框圖執行，執行其中的哪一個子程序框圖是由輸入值決定的。

4.2.1條件結構創建

條件結構的創建同循環結構相同，在函數選板的“編程”下的“結構”子選板中選擇“條件結構”圖標即可。條件結構由選擇器標簽(CaseSelectorLabel)、分支選擇器(SelectorTerminal)和分支子程序框圖組成，如圖4-13(a)所示。

子框圖的數量根據實際需要確定，下面舉例說明如何將選擇器與選擇器標簽相匹配。當枚舉型控件連接到選擇器接線端時，選擇器標簽會自動轉換為兩個字符串。當為該枚舉型控件設定幾個枚舉型值后，在條件結構邊框上單擊右鍵，彈出的快捷菜單上選擇“為每個值添加分支”(AddCaseForEveryValue)命令，就會增加到幾個子程序框圖，如圖4-13(b)所示。圖4-13條件結構選擇器標簽

需要注意的是，選擇器接線端的數據類型必須與選擇器標簽中的數據類型一致，如果不一致，LabVIEW則會自動報錯，同時選擇器值中的字體顏色變為紅色，提示必須修改，否則程序將無法執行。不同數據類型的條件結構如圖4-14所示，其中布爾型條件結構如圖4-14(a)所示，整型數條件結構如圖4-14(b)所示，字符串型條件結構如圖4-14(c)所示，枚舉型條件結構如圖4-14(d)所示。

圖4-14不同數據類型的條件結構

4.2.2條件結構的數據輸入和輸出通道

當向“條件結構”內引入連線或從“條件結構”向外引出連線時，會在邊框上生成隧道；當向“條件結構”隧道輸入數據時，所有分支都可以使用該數據，所有的分支各個子程序框圖連接或不連接這個數據的隧道都可以。但是從“條件結構”邊框向外輸出數據時，各個子程序框圖都必須為這個隧道連接數據，否則會出現代碼錯誤，程序無法運行。此時，輸出隧道的圖標是空心，表示部分分支中沒有接入輸入值。當每個分支的輸出隧道都連接好數據時，輸出隧道才會變為實心，程序才能正常運行。

4.2.3條件結構應用實例

例4-3求一個數的平方根，若該數大于等于0，則計算該數的平方根并輸出計算結果；若該數小于0，則輸出錯誤的數值為-9999。

解創建步驟如下：

(1)前面板窗口創建一個數值輸入控件和數值顯示控件。

(2)程序框圖中創建一個條件結構，其子框圖為“真”和“假”兩個。

(3)將數值型輸入控件的接線端與條件結構連接，生成隧道。

(4)使用“大于等于？”函數，將數值與0進行比較，該函數的輸出端接入分支選擇器。

(5)在“真”子框圖中添加“平方根”函數，其輸入端連接左側隧道，輸出端連接到“條件結構”右側邊框產生隧道。

(6)在“假”子框圖中添加“數值常量”，并為其賦值?-9999。

運行該程序，前面板中顯示控件的顯示結果如圖4-15所示。

圖4-15例4-2前面板及程序框圖

4.3事件結構

所謂事件，是指發生了某種事情的通知。事件可以來自于用戶界面、外部I/O或者其他方式。LabVIEW支持兩種來源的事件：(1)用戶界面事件。(2)編程生成事件。

圖4-16為事件結構，圖中各部分含義為：

(1)事件超時接線端(TimeoutTerminal)：用來設定超時時間，其接入數據是以毫秒為單位的整數值。

(2)選擇器標簽(SelectorLabel)：標識當前顯示的子框圖所處理事件的事件源。

(3)事件數據節點(DataNode)：為子框圖提供所處理事件的相關數據，事件數據節點由若干個事件數據端子構成。

編輯事件結構的方法：在“事件結構”邊框上單擊右鍵彈出快捷菜單，如圖4-17所示，選擇“添加事件分支”(AddEventCase)選項，可以彈出“編輯事件”對話框，如圖4-18所示。“編輯事件”對話框內包括事件說明符、事件源和事件三部分。

圖4-17事件結構添加分支

圖4-18“編輯事件”對話框

4.4順序結構

4.4.1平鋪式順序結構1.平鋪式順序結構建立“平鋪式順序結構”(FlatSequenceStructure)位于函數選板“編程”下的“結構”子選板中，選擇其下拉菜單中的“平鋪式順序結構”對象，拖至程序框圖中，按住鼠標左鍵，向右下方拖動到所需大小后松開按鍵，即可創建一個平鋪式順序結構，如圖4-19(a)所示。

新建好的平鋪式順序結構只有一幀，可以通過單擊鼠標右鍵，在出現的快捷菜單中選擇“在后面添加幀”(AddFrameAfter)選項或者“在前面添加幀”(AddFrameBefore)選項進行子框圖的添加，通過拖動框圖四周的箭頭可以改變框圖大小。添加好的順序結構如圖4-19(b)所示。

圖4-19平鋪式順序結構

2.平鋪式順序結構數據傳遞

平鋪式順序結構中，兩個幀之間的數據傳遞可以通過直接連線的方式來實現，連線經過兩幀連接處時將產生一個小方塊，稱為隧道，數據通過隧道進行傳輸。如圖4-20(a)所示，在第0幀創建了一個“字符串常量”(Stringconstant)，連線經過第1幀直接傳輸到第2幀，運行之后輸出顯示為“LabVIEW”(如圖4-20(b)所示）。

圖4-20平鋪式順序結構數據傳遞

4.4.2層疊式順序結構

1.層疊式順序結構建立

在LabVIEW2015集成開發環境中，不能直接創建“層疊式順序結構”(StackedSequenceStructure)，但“層疊式順序結構”可以通過“平鋪式順序結構”轉換而來。在“平鋪式順序結構”對象中，單擊鼠標右鍵，在出現的快捷菜單中選擇“替換為層疊式順序”(ReplacewithStackedSequence)，即可創建“層疊式順序結構”，如圖4-21(a)所示。層疊式順序結構添加幀的方法同平鋪式順序結構相同，但每次只能看到一個子框圖，按照子框圖0、1、2的順序執行；單擊頂部的順序選擇標識符左右兩側的箭頭，可以增加或減少子框圖的序號。圖4-21(b)為添加好的層疊式順序結構的每一個子框圖。

圖4-21層疊式順序結構

2.層疊式順序結構數據傳遞

在層疊式順序結構中，兩個幀之間的數據傳遞不能通過直接連線的方式來實現，必須要借助“局部變量”(LocalVariable)來實現。建立“局部變量”的方法是：在“順序結構”的邊框上單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇“添加順序局部變量”(AddSequentialLocalVariables)選項，此時在彈出快捷菜單的位置會出現一個小方框，小方框的顏色會隨傳輸數據類型的系統顏色發生變化。為這個小方框連接數據后，它的中間會出現一個指向順序結構框的箭頭，此時數據已經存儲到順序局部變量中。

圖4-22(a)中，第0幀輸入字符串創建了一個“字符串常量”，該常量存儲于該子框圖的順序局部變量中，數據經過第1幀向第2幀傳輸時，此時第2幀必須也要創建順序局部變量才能進行數據接收；創建后小方框中的箭頭方向指向外，表明數據傳輸方向指向字符串顯示控件，運行之后輸出顯示為“LabVIEW”，如圖4-22(b)。

圖4-22層疊式順序結構數據傳遞

例4-4使用順序結構實現由“隨機數”函數產生0～1的隨機數，計算出這些隨機數的平均值達到0.5所用的時間，同時顯示出隨機數累加值、循環次數。

解該程序使用順序結構來實現，這里選用“層疊式順序結構”，該順序結構共有3幀，每一幀具體編輯如下：

(1)第0幀中放置一個時間計數器。時間計數器返回計算機開機到當前的時間，時間單位為毫秒。

(2)第1幀中使用移位寄存器將連續產生的隨機數進行累加，用累加值除以循環次數，則可得到這些隨機數的平均值。將該平均值直接送入“判定范圍并強制轉換”(InRangeandCoerce)函數，比較它是否在0.5000～0.5001范圍內，如果在此范圍內，則退出循環。

(3)第2幀中放置一個時間計數器。用當前時間值減去程序開始運行的時間，即可得到程序運行所消耗的時間。

運行程序，觀察前面板的顯示結果，如圖4-23所示。

圖4-23例4-4的程序框圖

4.5公式節點

在程序設計中，如果復雜的運算完全依賴于圖形代碼來實現，工作量會比較大，而且程序框圖也會顯得十分復雜、不直觀，調試也不方便。LabVIEW提供了一種專門用于編輯、處理數學公式的結構形式，稱為公式節點。在公式節點內，可以直接輸入數學公式或者方程式，并連接相應的輸入、輸出端口。

公式節點適合于含有多個變量和較為復雜的方程，以及對已有代碼的利用。可通過復制、粘貼的方式將已有的文本代碼移植到公式節點中，無需通過圖形化的編程語言再次創建相同的代碼。

4.5.1公式節點的建立

在函數選板的“編程”下的“結構”子選板中，選擇“公式節點”(FormulaNode)拖至程序框圖空白處，按住鼠標左鍵，向右下方拖動到所需大小后松開按鍵，即可創建一個公式節點，如圖4-24所示。

圖4-24公式節點

4.5.2公式節點的編輯

公式節點中的代碼看上去就像一小段C語言的程序。公式節點中也可以聲明變量，可以使用C語言的語法，可以加語句注釋，每個公式語句也是以分號結束。公式節點的變量可以與輸入/輸出接線端連線無關，但是變量不能有單位。

需要輸入變量時，使用鼠標右鍵單擊“公式節點”邊框，在彈出的快捷菜單中，選擇“添加輸入”即可添加一個輸入變量，選擇“添加輸出”即可添加一個輸出變量。輸入和輸出變量位于節點框上，可以沿節點框四周移動，在變量中添加變量名，即可完成變量的定義。圖4-25所示的公式節點中定義了“x”“m”“n”三個輸入變量和一個輸出變量“y”。使用鼠標右鍵單擊變量，在彈出的快捷菜單中選擇“刪除”即可刪除該變量。

例4-5如圖4-25所示，使用公式節點完成數學運算，x＞0，y?=?2mx2?-?3nx?+?1和x≤0，y?=?-mx2?+?2x?-?3。圖4-25使用公式節點完成數學運算

綜合實訓

1.前面板創建函數發生器程序的前面板如圖4-26所示。

圖4-26函數發生器程序的前面板

(1)打開一個新的前面板窗口。

(2)按題目要求添加控件到前面板。

①依次添加信號頻率、采樣頻率、采樣點數、幅度、相位、占空比等數值型輸入控件對象。

②按圖4-26所示添加兩個布爾型控件。

③添加波形圖表。

④添加信號源控件。

首先在枚舉型控件中鍵入“正弦波”，然后在控件上單擊右鍵，從彈出的下拉菜單中選擇“在后面添加項”，如圖4-27所示。重復此操作，直至三角波、方波和鋸齒波全部鍵入。

圖4-27信號源控件的項目添加

2.程序框圖創建

函數發生器的程序框圖如圖4-28所示。圖4-28函數發生器的程序框圖

(1)條件結構包含有不同的程序，它僅僅執行所選定情況下的子程序。

(2)將信號源與條件結構相連，在缺省條件下，條件結構只有兩種情況。在此例中信號源枚舉控制包含四種元素，則必須添加兩種以上情況到條件結構。即用鼠標右鍵點擊條件結構并從彈出菜單中選擇“在后面添加”重復執行上述操作，以得到所需的情況。

(3)關于采樣頻率的創建。首先在采樣頻率上單擊右鍵，從彈出的下拉菜單中選擇“創建”→“局部變量”，即可創建，但注意此時得到的函數是顯示量，需要右鍵轉化為輸入量。

(4)添加波形發生器到條件結構的各個情況。單擊子程序顯示條兩側的增加或減少箭頭，以在不同情況直接轉換。

①添加正弦波VI到正弦波情況結構，從“信號處理”(SignalDispose)的“信號生成”(SignalGeneration)中選擇“正弦波”(Sine)得到，如圖4-29(a)所示。使用連線工具將“正弦波”的連線端點分別與采樣