Lebview編程中虛擬儀器人機界面的整體模式設計

以虛擬信號發(fā)生器為例，介紹了Lebview編程中人機界面的整體模式、彈出式模式及動態(tài)調用模式的設計與實現方法，并分析比較了各自的應用特點。

1 前言

Lebview現在已經越來越廣泛地應用于測量、控制、教學、科研等領域，它采用圖形化編程方式，內置大量功能，能夠很方便地完成數據采集分析顯示、儀器控制、測量測試、工業(yè)過程仿真及控制等多種操作，并具有良好的可擴展性。

在應用Lebview進行實際項目開發(fā)時往往要求程序能夠實現多功能集成化，這時程序界面的統一化、便于操作等要求就十分重要。本文以虛擬信號發(fā)生器的開發(fā)過程為例，對使用Labview開發(fā)虛擬儀器時人機界面模式的設計與實現進行了研究。

2 虛擬信號發(fā)生器的系統要求及分析

2.1 系統要求

虛擬信號發(fā)生器的總體設計要求如下'1、實現多功能信號發(fā)生，能夠產生常用波形（正弦波、三角波、方波、齒鋸波等）、用戶自定義函數波形、加噪波形等。2、可進行參數調節(jié)、并完成波形的數字存儲功能。3、要求良好的人機交互界面，易于操作。

2.2 設計分析

在Lebview中實現單一功能的信號發(fā)生較為簡單，只需在前面板放置相應的控件進行波形參數設置、波形顯示及數據存儲路徑選擇，然后在框圖程序窗口選擇合適的功能節(jié)點，并完成各節(jié)點及端點的邏輯連接即可達到要求。

按照系統設計要求，程序不但需要實現多種功能，同時還應該具有能讓用戶便捷地進行操作的特點，而簡單地將多個子功能程序放在一起并不能滿足要求。

我們針對"便于操作、良好的人機交互界面"這個系統要求進行了綜合分析，設計了三種具有不同特點的人機界面模式：整體界面模式、彈出式界面模式、動態(tài)調用界面模式。

3 虛擬信號發(fā)生器的人機界面設計

3.1整體界面模式設計

整體界面模式的特點：所有功能模塊的參數設置及實現均在同一界面下，不同的功能對應不同的功能按鈕。當按下某一按鈕時，將實現相應的功能操作。

3.1.1 前面板設計

在前面板設計中，我們將公共參數放在一組，以免出現重復控件；將各子功能的特征參數分在不同的組中，以方便用戶操作。波形的顯示由一個graph控件完成，數據存儲也共用同一功能區(qū)。用互鎖按鈕實現各子功能之間的切換。該模式下的前面板如圖1所示。

圖1 整體界面模式的前面板

3.1.2 框圖程序設計要點

我們選用了選擇結構來完成整體界面模式的實現：將常用信號模塊、用戶函數信號模塊、加噪信號模塊分別作為選擇結構的三個分支。當按下所需功能按鈕時，執(zhí)行所選的子框圖程序，完成相應操作。這里需要注意的是各子功能按鈕應該設置為互鎖關系，即在任一時刻只允許有一個按鈕被按下。當另一按鈕被按下時，原先在按下狀態(tài)的按鈕將自動彈起。

我們將各子功能按鈕放入一個數組中，則該數組內容對應各按鈕的開關狀態(tài)。然后設置一個while循環(huán)結構，利用循環(huán)結構的移位寄存器比較本次循環(huán)中的按鈕數組內容和上次循環(huán)中的按鈕數組內容，若相等，則說明沒有按下其他按鈕；若不等，說明有另外的按鈕按下，此時需要將按鈕數組的內容重寫：原來按下的按鈕邏輯值應該改為"false",而新按下的按鈕邏輯值應變?yōu)?true".可將當前按鈕狀態(tài)內容與前一次的按鈕狀態(tài)內容進行異或運算來實現這兩步功能。更新后的按鈕狀態(tài)通過局部變量對原按鈕數組內容進行重寫完成。互鎖邏輯的框圖程序如圖2所示。

圖2 互鎖邏輯框圖程序

整體界面模式的優(yōu)點在于所有子功能模塊均在同一界面下，整體可視性、可操作性較好。但當子模塊類型較多時，將出現界面過于臃腫而不易操作、編程過于繁雜的問題，此時我們可以通過Tab控件進行功能模塊的分類，以達到簡化前面板界面的目的。

3.2 彈出式界面模式

彈出式界面模式的特點：在主程序面板按下子功能按鈕時，將彈出相應功能的子程序面板，子面板運行完畢后將返回主面板。

3.2.1 前面板設計

我們將各子功能模塊做成多個子程序，為調用方便與主程序放置在同一路徑下。主程序的前面板只需實現相應功能的調用按鈕配置。當需要使用某項功能時，按下對應的按鈕即可將子程序界面調出，執(zhí)行完畢后關閉子程序則可退回主程序界面，進行其他功能的調用。虛擬信號發(fā)生器運行過程中的彈出式界面如圖3所示（調用"常用波形發(fā)生"子功能程序）。

圖3 彈出式界面模式下的前面板架構

3.2.2 框圖程序設計要點

利用Labview的事件驅動功能可以較容易地實現彈出式界面的設計要求，因此我們選擇事件結構來實現虛擬信號發(fā)生器的彈出式界面的程序設計。

在主程序的事件結構中，為每個功能按鈕的事件發(fā)生指定相應子功能程序的調用。這樣，每次當某一功能按鈕按下時，Labview會自動通知程序所發(fā)生的事件，然后按照為這個事件指定的程序代碼對事件進行響應。主程序的框圖設計如圖4所示。

圖4 彈出式界面模式的主框圖程序

彈出式界面模式的優(yōu)點在于界面及程序結構清晰，所有子模塊單獨編程，由主程序按需調用，這樣可以大大減少編程的復雜程度。

3.3 動態(tài)調用模式

動態(tài)調用模式的特點：子功能程序僅在被調用時動態(tài)加載入內存，調用結束后即釋放。

3.3.1前面板設計

我們將程序界面分為左右兩個區(qū)域：左邊區(qū)域設置各功能按鈕，可按需調用子功能；右邊區(qū)域由子面板控件subpanel構成，在子功能被調用時顯示和運行相應界面及功能。圖5所示的是程序調用"函數信號發(fā)生"子功能程序時的界面情況。

圖5 動態(tài)調用模式的前面板

3.3.2 框圖程序設計要點

為了方便調用子功能程序，將主程序和各子功能程序保存在同一路徑下。

主程序運行時，當需要調用某一子功能程序時，首先應該知道該子程序的整體路徑：可以先使用cur-renl VI'S Poih函數和Stdp Path函數獲取主程序的路徑，將此路徑與需要調用的子程序名合成子程序的整體路徑。然后由loodondRun函數將已知路徑的子程序加載并啟動，最后在subponel控件對應的調用節(jié)點中使用Insert VI方法將子程序的面板插入子面板控件中。

不同子功能程序的選擇要求由選擇結構實現。

動態(tài)調用界面模式的優(yōu)點在于子模塊單獨編程，結構清楚，編程的復雜程度低；程序動態(tài)加載，占用內存少，加載速度快。

4 總結

我們基于虛擬信號發(fā)生器的設計對Labview編程中常用的三種人機界面模式：整體界面模式、彈出式界面模式、動態(tài)調用界面模式進行了詳細的分析和研究，在實際項目開發(fā)中可以根據具體情況直接選用這些模式進行界面設計，也將它們綜合使用，以達到更高的設計要求。

另外需要指出的是，每種模式的實現方法也是靈活多變的，比如2.1中涉及到的互鎖按鈕也可以用枚舉（Enum）控件實現相同的功能。而互鎖邏輯的實現也能使用事件結構結合設置控件屬性節(jié)點的方法實現：當某一功能按鈕（如"常用波形"按鈕）按下時，執(zhí)行相應程序代碼：將自身的邏輯值置為lrue,同時使其他功能按鈕的值為false.