LabVIEW設(shè)計(jì)模型——狀態(tài)機(jī)

狀態(tài)機(jī)是在工程應(yīng)用中使用最多的設(shè)計(jì)模型。使用狀態(tài)機(jī)，我們可以很容易的實(shí)現(xiàn)程序流程圖中的判斷、分支。 狀態(tài)機(jī)是由一系列的狀態(tài)構(gòu)成的，其中包括一個(gè)“初始化”狀態(tài)，和一個(gè)“停止”狀態(tài)。程序油“初始化”狀態(tài)開(kāi)始，由“停止”狀態(tài)結(jié)束。一般來(lái)說(shuō)，在“初始化”狀態(tài)中進(jìn)行控件與變量的初始化、打開(kāi)文件以及創(chuàng)建引用等操作，而在“停止”狀態(tài)中進(jìn)行清除臨時(shí)數(shù)據(jù)、關(guān)閉文件和結(jié)束引用等操作。在狀態(tài)機(jī)中，每一個(gè)狀態(tài)都可能導(dǎo)致一個(gè)或多個(gè)狀態(tài)的發(fā)生，其下一狀態(tài)是由用戶的輸入信息和當(dāng)前狀態(tài)所決定的。 在決定使用狀態(tài)機(jī)作為我們的設(shè)計(jì)模型后，我們首先要畫(huà)出一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。在圖中要列出系統(tǒng)中的所有狀態(tài)，以及各個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。而且要標(biāo)明轉(zhuǎn)換所需要的條件。 舉個(gè)例子，要編程實(shí)現(xiàn)以下功能：隨機(jī)生成100個(gè)[0,100]內(nèi)的自然數(shù)，并判斷生成的自然數(shù)是否在[30,60]的區(qū)間內(nèi)。如果不在該區(qū)間內(nèi)給出報(bào)警信息，如果在區(qū)間內(nèi)則將該數(shù)累加。 實(shí)際上如果我們把生成的隨機(jī)數(shù)看作系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)的話，這到題就是模擬了一個(gè)采集數(shù)據(jù)并且在數(shù)據(jù)不符合要求時(shí)報(bào)警，并將復(fù)合要求的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析的系統(tǒng)。 要完成這道題目，需要要先畫(huà)出它的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖： 有了這個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，我們就可以清晰的看到程序要實(shí)現(xiàn)的所有狀態(tài)以及狀態(tài)之間的關(guān)系。 畫(huà)好狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，我們就可以清晰的看到程序要實(shí)現(xiàn)的所有狀態(tài)以及狀態(tài)之間的關(guān)系。下面的工作就是用LabVIEW來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)狀態(tài)機(jī)。 狀態(tài)機(jī)是由一個(gè)While循環(huán)、一個(gè)條件結(jié)構(gòu)和一個(gè)移位寄存器組成的。其中While循環(huán)用來(lái)保證程序可以連續(xù)的運(yùn)行；條件結(jié)構(gòu)的各種分支中的代碼用來(lái)描述狀態(tài)機(jī)的各種狀態(tài)，以及下一狀態(tài)的選擇；移位寄存器用來(lái)將之前狀態(tài)所作出的選擇傳遞到下一次循環(huán)的選擇端子。 下面我們就一步一步的實(shí)現(xiàn)這個(gè)狀態(tài)機(jī)。 首先，新建一個(gè)工程，并且在工程中建立“控件”和“子VI”兩個(gè)虛擬文件夾來(lái)放置自定義控件和子VI。在“控件”文件夾中新建一個(gè)控件。 在控件的編輯面板上放置一個(gè)枚舉類型的控件，并且編輯枚舉類型控件的項(xiàng)目，輸入所有狀態(tài)裝換圖中的狀態(tài)的名稱。如下圖所示。 可以看到，上圖中的項(xiàng)目比狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖中多了一個(gè)“空白”狀態(tài)。這只是為了修改程序方便才添加的，具體情況會(huì)在下文中提到。 編輯完成之后，將控件的類型更改為嚴(yán)格自定義類型（Strict Type Define)，然后保存。建立這樣一個(gè)嚴(yán)格自定義類型控件用來(lái)控制狀態(tài)的轉(zhuǎn)換有很大的好處，就是在我們?nèi)f一要添加新的狀態(tài)或者要?jiǎng)h除一些無(wú)用的狀態(tài)時(shí)，只要修改我們建立的控件就可以了，不用在程序中一處一處的尋找、修改，可以節(jié)省很多時(shí)間，且不易出錯(cuò)。 做好以上控件后，就要在工程中新建一個(gè)狀態(tài)機(jī)VI。我們可以先新建一個(gè)空白VI，然后在里面添加狀態(tài)機(jī)所需要的While循環(huán)、條件結(jié)構(gòu)和移位寄存器。而更方便的方法是，點(diǎn)擊“文件-->新建”，然后在彈出的“新建”對(duì)話框中選擇“標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)機(jī)”（Standard State Machine)，來(lái)建立一個(gè)狀態(tài)機(jī)VI。如下圖所示。 在利用模版建立了狀態(tài)機(jī)VI后，我們要?jiǎng)h除其中的介紹性文字，因?yàn)檫@些文字是用來(lái)介紹模版功能和提醒編程者某些注意事項(xiàng)的。在最終程序中保留這些文字是非常不專業(yè)的。 接下來(lái)就是把我們事先建立好的嚴(yán)格自定義類型的枚舉控件拖入程序框圖中，來(lái)獲得它所對(duì)應(yīng)的常量，用來(lái)替換原模版中的枚舉類型常量。然后，在條件結(jié)構(gòu)中加入足夠的分支來(lái)放置不同狀態(tài)下的代碼；添加足夠的移位寄存器來(lái)在各個(gè)狀態(tài)之間傳遞參數(shù)；在各個(gè)狀態(tài)（分支）下添加代碼，包括實(shí)現(xiàn)狀態(tài)功能的功能代碼以及確定下一個(gè)狀態(tài)的流程代碼。如下圖所示。 大家可以看到，程序在執(zhí)行時(shí)是不會(huì)進(jìn)入最后一個(gè)“空白”狀態(tài)的，添加這個(gè)狀態(tài)的目的就是為了在添加新的狀態(tài)時(shí)，可以通過(guò)復(fù)制空白狀態(tài)來(lái)得到，可以大大提高編程效率。 以上所說(shuō)的狀態(tài)機(jī)叫做標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)機(jī)，是最常用也是最基本的狀態(tài)機(jī)。其實(shí)狀態(tài)機(jī)還有一些變種的形式，以后再介紹吧。