LabVIEW: Entorno gráfico de programación

Figura 2-2. Frames de una secuencia.

El menú contextual puede desplegarse presionando con el botón secundario del ratón en el borde de la estructura. Este menú permite crear frames antes y después del mostrado, además de otras opciones. La opción Sequence Local crea unos ‘túneles’ entre un frame y los demás para compartir datos; en uno de ellos se escribirá un valor (simbolizado con una flecha hacia el exterior del frame) y en los posteriores podrá leerse (con una flecha hacia el interior); no se podrá leer en frames anteriores al de escritura porque evidentemente el dato en el túnel aún no ha sido escrito.

Figura 2-3. Sequence Local: permite compartir datos entre frames.

También pueden pasarse y recibirse datos desde una estructura SEQUENCE al exterior a través de túneles, representados mediante un pequeño cuadrado en el borde de la estructura. Cuando hay un dato de salida, sólo un frame de la estructura puede escribir valores en él.

FLAT SEQUENCE funciona de igual forma, sólo que es más visual: los frames se ven uno a continuación del siguiente, el orden de ejecución será de izquierda a derecha. En este caso no hay Sequence Local y los datos podrán cablearse directamente desde un frame a otro a través de túneles. El menú contextual también será el que permita añadir y eliminar frames. Se puede cambiar de un tipo de SEQUENCE a otro de forma automática.

En la figura 2-4 puede verse una estructura FLAT SEQUENCE con dos frames: en el primero se genera un número aleatorio y se pasa al segundo frame a través de un túnel.

Figura 2-4. FLAT SEQUENCE con dos frames.

2.2. CASE

La estructura CASE es el equivalente a varias de los lenguajes basados en texto: IF, SWITCH y TRY. Su utilidad es ejecutar un código u otro dependiendo de una condición.

Al igual que una estructura SEQUENCE, en este caso también se tiene un menú en la parte superior donde se puede elegir el subdiagrama que se muestra. En este menú se puede ver la condición para ejecutar el código del subdiagrama correspondiente. En la figura 2-5 se muestra un CASE con dos subdiagramas: uno se ejecutará cuando la condición que se evalúa sea FALSE y otro cuando sea TRUE.

Figura 2-5. Estructura CASE.

El terminal que aparece en el lado izquierdo marcado con el símbolo «?» es llamado selector. El valor que llega a este selector es la condición que se evalúa para seleccionar el subdiagrama a ejecutar. Si el tipo de datos que se conecta al selector del CASE es booleano, éste actuará como una sentencia IF… THEN…ELSE de un lenguaje de texto tradicional. También pueden conectarse otros tipos de datos; en este caso actuará como un SWITCH…CASE. Pueden conectarse al selector datos booleanos, numéricos (incluidos enum y ring), strings y clusters de error. En la figura 2-6 pueden verse todos estos casos.

Figura 2-6. Tipos de datos que son válidos en un CASE.

Para un selector booleano sólo se tendrán dos casos: verdadero o falso. Para numéricos, la condición será que el dato del selector sea igual al mostrado en el menú del CASE, para datos enum o ring se puede escribir el nombre del ítem en lugar del valor numérico. Con los strings sucede lo mismo que con los numéricos enum o ring: el valor mostrado en el menú aparecerá como un texto encerrado en comillas dobles. En caso de conectar al selector un cluster de error, cambiará el color del borde de la estructura, y los subdiagramas se ejecutarán dependiendo de si el selector marca un error o no.

Cuando el selector se conecta a un string o a un dato numérico, es obligatorio tener algún caso que se ejecute por defecto, es decir, debe haber un caso que se ejecute cuando en el selector haya un valor que no esté asignado explícitamente a algún subdiagrama. Para hacer que un subdiagrama sea ejecutado por defecto, debe seleccionarse Make This The Default Case en el menú contextual.

Se pueden agrupar varios casos en los CASE numéricos y strings escribiendo los valores separados por comas. Por ejemplo, en el caso de strings se podría escribir «“texto1”, “texto2”».

Además, en los numéricos se puede asignar un rango de valores; por ejemplo, si se desea ejecutar el mismo código cuando la entrada tiene el valor 4, 5, 6, 7 y 8, en el menú del CASE se escribirá «4..8». También se puede combinar esta técnica con la anterior.

Para pasar datos a los subdiagramas del CASE se utilizarán los túneles. En el caso de datos de salida, todos los subdiagramas deben proporcionar un valor; hasta que esto no ocurra LabVIEW indicará el error missing assignament to tunnel y aparecerá el túnel con el interior vacío, como se muestra en la parte derecha de la figura 2-7. También existe la opción de marcar sobre el túnel Use Default If Unwired, con lo que se consigue que se asigne el valor por defecto para todos aquellos casos en los que no se ha cableado un valor en el túnel de salida. Finalmente, a través del menú contextual del túnel se pueden cablear de forma automática los túneles en todos los subdiagramas con la opción Linked Input Tunnel.

Figura 2-7. Error en un CASE: túnel vacío.

Por último, también hay que decir que se puede cambiar el orden de los subdiagramas desde la opción Rearrange Cases… del menú contextual.

2.3. WHILE

El bucle WHILE repetirá el código de su interior hasta que se cumpla una condición, que es evaluada en cada iteración.

En la figura 2-8 puede verse el aspecto de este bucle, en el que se aprecian dos terminales:

• El terminal de iteración es el cuadrado azul con el símbolo «i». El valor de este terminal es un número entero que irá aumentando en una unidad por cada iteración del bucle, empezando a contar desde cero.

• La condición de stop es el terminal verde de la esquina inferior derecha de la imagen. A este terminal se podrá conectar bien un valor booleano, bien un cluster de error. A través del menú contextual podrá elegirse para los booleanos que el bucle se detenga cuando el valor sea TRUE (Stop if True) o FALSE (Continue if True). En el caso de los cluster de error sucede algo parecido con Stop on Error y Continue while Error.

Figura 2-8. Estructura WHILE.

Otra de las opciones que muestra el menú contextual es Add Shift Register. Esta herramienta añade dos terminales a cada lado de la estructura, terminales que sirven para transferir un valor desde una iteración del bucle a la siguiente. Los valores se pasarán a la siguiente iteración en el terminal de la derecha y se leerán en el de la izquierda. Si se conecta un valor al terminal de la izquierda en el exterior de la estructura, éste será el valor inicial que circulará por ese cable en la primera iteración.

En la figura 2-9 (a) se muestra el uso de un shift register. En la primera iteración se leerá el valor 10 del terminal de la izquierda, se le sumará 1 y se escribirá en el terminal de la derecha el valor 11. En la siguiente iteración este valor será el leído en el terminal de la izquierda, después se le volverá a sumar 1 y así sucesivamente hasta que se cumpla la condición de parada del bucle, en este caso que el número sea mayor o igual a quince. Este proceso puede comprobarse ejecutando el código de la figura con la opción de Highlight Execution activada.

Figura 2-9. (a) Shift register en un bucle WHILE. (b) Varios shift registers.

El shift register de la izquierda puede extenderse para mostrar más terminales. El terminal superior tendrá el valor que se escribió en la derecha en la iteración anterior; el siguiente terminal tendrá el valor que se escribió en la derecha dos iteraciones antes, y así sucesivamente. El concepto es similar al retraso (z-1) en procesado digital de señales.

En el ejemplo de la figura 2-9 (b) se puede ver un ejemplo del uso de varios shift register. La tabla 2-1 muestra los valores que tendrán cada uno de los terminales en cada iteración.

Tabla 2-1. Valores de los shift register en cada iteración.

Hay una utilidad que funciona de igual forma que un shift register: es el Feedback Node. Éste consta de dos terminales:

• El terminal inicializador permite dar un valor inicial al nodo, y equivale a conectar un valor al terminal izquierdo de shift register. Este terminal se coloca siempre en el borde izquierdo de la estructura a la misma altura que el Feedback Node.

• El Feedback Node es el otro terminal y tiene forma de flecha. En el extremo derecho se le conectará la salida, cuyo valor será leído por el extremo izquierdo en la siguiente iteración. En la primera iteración el valor leído por el extremo izquierdo será el conectado al terminal inicializador. Lógicamente, siempre se ejecuta primero la lectura y después la escritura.

El código de la figura 2-10 ilustra el uso del Feedback Node. El programa es igual al de la figura 2-9 (a).

Figura 2-10. Feedback Node.

En el menú Tools > Options > Block Diagram se tiene la opción de insertar automáticamente Feedback Nodes dentro de los bucles cuando sea necesario.

A través del menú contextual de los Feedback Nodes o de su panel de propiedades podremos configurar su aspecto, uno como el mostrado en la figura 2-10, y otro con z-1 (menú contextual > Z-Transform Delay Node), lo cual puede ser más natural en programas de procesado de señal. También se puede configurar cómo se le da el valor inicial (al compilarse el VI, al cargarse en memoria o al comenzar el bucle), el sentido de los datos (derecha a izquierda o al revés), mostrar un terminal de habilitación o el número de iteraciones que hay que esperar antes de que el Feedback Node comience a actuar.

Al igual que en otras estructuras, los datos que entren y salgan de una estructura WHILE lo harán a través de túneles. Una opción muy interesante de los túneles de los bucles (WHILE y FOR) es el Autoindexing, que se puede habilitar a través del menú contextual del túnel cuando se quiera trabajar con arrays. Cuando se cablea un array desde el exterior al interior de un bucle y se habilita el autoindexing, los valores leídos en el interior del bucle de ese terminal serán los elementos que componen el array, uno por cada iteración, en este caso la estructura funciona como un FOREACH. Cuando el autoindexing está en una salida del bucle ocurre lo contrario: se construirá un array cuyos elementos serán los generados en cada iteración.

En la figura 2-11 puede verse un programa parecido al anterior. En el borde derecho pueden verse tres terminales: el superior es un túnel, el siguiente un shift register y el inferior una salida indexada. El valor de los dos primeros será el generado por el programa en su última iteración (15), mientras que el valor en el último terminal será una lista ordenada de todos los números generados en cada iteración (11, 12, 13, 14 y 15).

Figura 2-11. Ejemplo de túnel, shift register y autoindexing.

2.4. FOR

El bucle FOR es muy parecido al WHILE. También repite el código de su interior un número de veces pero, a diferencia del anterior, este número es fijado a priori y no puede cambiarse una vez empiece a ejecutarse.

Consta de dos terminales numéricos:

• El terminal de iteración se sitúa igual que en el bucle WHILE, está en el interior de la estructura y se va incrementando en una unidad por cada iteración empezando desde cero.

• El terminal de cuenta está colocado en la esquina superior izquierda de la estructura simbolizado con una «N». En él se conectará un valor numérico que será el que fije el número de repeticiones del bucle.

Figura 2-12. Estructura FOR.

Además, desde la versión 8.5 de LabVIEW se puede añadir un tercer terminal a través del menú contextual. Este terminal es el de condición que también tiene el WHILE para detener el bucle. Su utilización sería equivalente al empleo de un BREAK en el interior de un FOR. Hay que advertir que el rendimiento del bucle FOR puede disminuir al emplear el terminal de condición.

Todo lo dicho en la explicación del bucle WHILE respecto a los shift register, los Feedback Nodes y la salida indexada también es válido para el FOR. Tanto en el menú contextual del WHILE como del FOR existe la opción de sustituir uno por el otro.

Los túneles indexados son la opción por defecto en los bucles FOR. Cuando se cablea un array de forma indexada como entrada, puede obviarse el terminal de cuenta porque se toma el tamaño del array como el número de veces que se ha de repetir el bucle; es equivalente a un FOREACH.

Si por cualquier motivo, como cablear un cero al terminal de iteraciones o una entrada indexada con un array vacío, provocara que el bucle FOR no tuviera ninguna iteración, a la salida aparecerán los valores por defecto.

2.5. EVENT

La estructura EVENT fue introducida por primera vez en la versión 6.1 de LabVIEW. Es una estructura muy útil en VI con los que interactúa el usuario porque mejora la eficiencia del programa.

Al igual que la estructura CASE, los EVENT tienen varios subdiagramas y un menú en la parte superior para cambiar el que se muestra. En este menú también se indica una condición que hace que el código del subdiagrama correspondiente se ejecute. La diferencia con CASE es que EVENT detiene la ejecución del hilo del programa hasta que se da esa condición, es decir, congela el programa hasta que ocurre un evento.

En la esquina superior izquierda hay un terminal llamado Event Timeout que se usa en el evento por defecto: el Timeout. El código del diagrama para el evento timeout se ejecutará cuando pase el número de milisegundos indicados en el terminal Event Timeout.

Figura 2-13. Estructura EVENT

Para añadir más subdiagramas hay que proceder de igual manera que con CASE, es decir, a través del menú contextual. Cada diagrama debe tener asociados uno o varios eventos, que se configuran desde la ventana Edit Events, como puede verse en la figura 2-14.

En esta ventana primero se muestra el número del diagrama (Events Case) y, a continuación, la lista de los eventos que pueden dar lugar a la ejecución del diagrama (Event Specifiers). Para añadir o eliminar eventos se usan los botones de abajo (Add Event y Remove). Para definir un evento primero hay que especificar su fuente en Event Sources, los eventos de las secciones Application y This VI están predefinidos y son acciones típicas como cerrar la ventana, presionar una tecla, etc. La fuente de eventos Dynamic sólo está disponible cuando se activa Show Dynamic Event Terminals y se cablean convenientemente. Para más información puede consultarse el tema dedicado a programación multihilo en la sección 10.5; Panes se activa cuando el Panel Frontal se divide en varias partes, Splitters sólo se activa cuando hay uno de estos elementos en el Panel Frontal y, finalmente, Controls muestra una lista de todos los controles que hay en el VI. En Events se podrá elegir el evento concreto asociado a la fuente seleccionada.

En este ejemplo se ejecutará el diagrama únicamente cuando el control llamado Boolean cambie de valor.

Figura 2-14. Ventana de configuración de eventos.

En la parte izquierda de cada subdiagrama de la estructura EVENT se sitúa Event Data Node que aporta información sobre la fuente del evento, por ejemplo una referencia al control, su valor actual, el valor anterior al evento, etc.

Si se observa con detalle la figura 2-14 puede verse que hay eventos marcados con una flecha roja que acaban en una interrogación y otros con el mismo nombre pero con una flecha verde y sin interrogación. Los que tienen la flecha roja e interrogación se llaman filtros. Los filtros se ejecutan antes que la acción asociada al evento, pudiendo, entre otras cosas, desactivarlo. Cuando se selecciona un filter event aparecerá automáticamente un nodo en la parte derecha del diagrama llamado Event Filter Node.

El ejemplo de la figura 2-15 muestra el uso de los filter events para descartar un evento; en este caso sirve para impedir que el usuario cierre el Panel Frontal del VI.

Figura 2-15. Ejemplo de uso de filtros en un evento.

Finalmente hay que citar algunas recomendaciones que hace National Instruments sobre el uso de la estructura EVENT, como no usar un EVENT dentro de otro ni dos EVENT dentro del mismo bucle.

Si un EVENT se inserta dentro de un WHILE y éste acaba mediante un botón (un botón de stop del tipo latch when released/pressed) con un evento asociado a dicho botón, se debe insertar el botón dentro del subdiagrama asociado al cambio de valor de dicho botón. La razón es asegurarse que la evaluación de la condición del bucle se realice después de la ejecución del EVENT. En caso de que el botón de stop se conectara directamente al terminal de condición del WHILE, quedaría en paralelo con el EVENT; el problema es que el EVENT congelará su ejecución hasta que se produzca un evento (por ejemplo un cambio de valor en el botón de stop); mientras esa parte del programa está congelada se evaluaría la condición de terminar el código del evento con el valor del botón de stop en reposo, es decir, se evalúa la condición antes de presionar el botón y, por tanto, antes de ejecutar el EVENT; el efecto es que serían necesarias dos pulsaciones del botón para detenerse.

Los cambios de valor en controles de forma programada no generan eventos (en eventos registrados de forma estática), sólo se generan cuando se realiza el cambio de valor mediante la interfaz de usuario. Una excepción es cuando se escribe empleando la propiedad Value (signaling).

En esta sección se han estudiado únicamente los eventos estáticos, pero hay dos tipos más: eventos dinámicos y definidos por el usuario. Éstos se explicarán en el tema sobre programación multihilo en la sección 10.5.

2.6. TIMED LOOP y TIMED SEQUENCE

TIMED LOOP es una estructura que apareció en la versión 7.1. Su funcionamiento consiste en repetir el código de su interior con unas determinadas especificaciones de tiempo o hasta que se cumpla cierta condición, por lo que es muy usado en aplicaciones de tiempo real.

Su dibujo recuerda a un WHILE circundado por un halo azul, aunque a diferencia de éste, no es necesario establecer una condición de parada o continuación. También presenta varios nodos, que son (de izquierda a derecha):

• Input: permite configurar el funcionamiento del bucle por medio de un asistente o cableando los datos. Este nodo puede extenderse para cablear más datos de los mostrados.

• Left Data: proporciona información sobre la iteración anterior, por ejemplo el tiempo que ha tardado (Iteration Duration), si le ha dado tiempo a acabar la tarea antes de que empiece una nueva ejecución (Finished Late? [i-1]) y otras.

• Right Data: se trata de una configuración dinámica que permite modificar los parámetros de configuración de la estructura para la siguiente iteración. Los parámetros son prácticamente los mismos que en el Input Node, excepto el nombre del bucle y el origen del reloj.

• Output: al igual que el Left Data Node, el Output Node proporciona información, pero en este caso la información se genera después de que el bucle se haya detenido.

Figura 2-16. Estructura TIMED LOOP.

La configuración puede realizarse cableando los valores adecuados en el Input Node o mediante los parámetros que aparecen haciendo doble clic sobre el primer y tercer nodo.

Figura 2-17. Ventana de configuración del TIMED LOOP.

A continuación se verán algunas de las principales partes mostradas en la figura 2-17.

Loop Timing Source es la fuente de reloj. Cuando el programa se ejecute sobre un PC, la fuente será un reloj de 1 kHz del sistema operativo; si la ejecución se realiza en otros dispositivos, puede haber otras fuentes disponibles. Para seleccionar la fuente desde el programa puede usarse el VI Create Timing Source, en la paleta Programming > Structures > Timed Structures. Los otros VI de esta paleta permiten abortar programadamente un TIMED LOOP (Stop Timed Structure), sincronizarlos (Syncronize Timed Structure Starts), controlar el comienzo de cada uno (Build Timing Source Hierarchy) y crear, disparar y borrar una origen de reloj.

Figura 2-18. Estructuras temporizadas.

El periodo será el tiempo que pase entre el comienzo de dos iteraciones, y el offset el tiempo que el bucle espera antes de empezar la primera ejecución. Deadline es el tiempo máximo con que cuenta el bucle para ejecutar el código en su interior; en caso de que la ejecución lleve más tiempo se avisará con Finished Late? [i-1]. Los modos de Action on Late Iterations configuran la forma en que el bucle responde cuando la ejecución lleva más tiempo del especificado; las opciones son autoexplicativas, básicamente sirven para ‘alinear’ el comienzo de las ejecuciones y ‘saltar’ iteraciones. En sistemas multinúcleo también se puede elegir con qué procesador se ejecutará el bucle con Processor Assignment.