Simple State Machines LabVIEW Template

Dec. 31, 2022

IntroductionPermalink

之前对于LabVIEW的学习都集中在VI的搭建，而大型的LabVIEW程序往往都是“项目”，由多个VI构成。LabVIEW官方同样提供了一些模板项目，并且都会自带一个documentation文件夹，该文件夹中包含着一个.html文件，用以介绍模板项目的使用和扩展。本博客就结合“简单状态机”的模板项目和documentation，对LabVIEW的状态机模式进行学习。

“简单状态机”项目中Main.vi的前面板：

程序框图：

State MachinesPermalink

“简单状态机”项目，用于定义各代码段的执行顺序。这种特定的实现通常也被称为摩尔机——下一个状态取决于当前状态。

对于以下类似的应用程序采用状态机模式就非常有效：

单个页面或包含多个选项卡的对话框。对话框的每个选项卡对应用于一种状态。用户单击特定的选项卡时，启动状态转移。对于每个选项卡，用户可执行的操作都包含在相应的状态中。
自动取款机(ATM)。该应用程序可能涉及以下几种状态：等待用户输入、检查请求的金额是否超过账户余额、吐钞、打印收据等
自动取款机(ATM)。该应用程序可能涉及以下几种状态：等待用户输入、检查请求的金额是否超过账户余额、吐钞、打印收据等

从整体上看，整个主程序状态机就是一个while循环结构包裹着一个条件结构，我们通过设置条件结构的分支来设定不同的状态。在这个简单的状态机项目中，一共有5种状态：

上图中的每一种状态对应于主VI中条件结构的一个分支，所对应的程序框图为：

每一种状态都需要：

执行某项操作
通过向While循环的移位寄存器传递指令，指定状态机的下一个状态

注：所有的条件分支都需要定义各自的输出隧道，如果有分支没有配置输出隧道，LabVIEW会显示类似下面的空心方框来提示错误。

`Data.ctl` and `State.ctl`Permalink

.ctl是自定义控件文件，我们可以在项目浏览器中创建该类型的文件。在这个模板项目中，一共有两个自定义控件，分别是Data.ctl和State.ctl，它们的作用是：

每种状态可以访问一个数据簇，簇中包含的数据类型通过Data.ctl定义。
State.ctl是一个自定义类型，罗列了有效的状态。用自定义类型实现状态转移的方法限制了可能的转移操作数量，减小了状态机陷入不可识别状态的可能性。

下文会对这两个自定义控件的定义和使用做详细的介绍。

Adding Initialization CodePermalink

按照下列步骤为应用程序初始化添加代码：

1）选择条件结构的Initialize条件分支。

2）为应用程序初始化添加代码。例如，可能需要打开一个磁盘文件用于记录，因此需要对Data.ctl中的数据设定初始值。自定义控件Data.ctl由一个簇构成：

之后，类似插入子VI，右键插入Data.ctl，并参照模板进行连线：

3）确定待转移的下一个状态。默认情况下，”Initialize”状态转移至”Wait for Event”状态。根据应用程序的需求，用户可修改该代码，转移至其他状态。

Adding a Control that Initiates a State TransitionPermalink

1）在前面板上添加一个控件；

2）选择条件结构的”Wait for Event”分支，并在事件结构中添加事件分支；

3）添加并配置事件的分支：例如设置当前面板的控件的值发生变化时，触发事件：

4）在分支中，为新控件拖曳程序框图接线端；（在这个模板项目中，控件没有与其他的内容连接，只是放在了它所对应的事件分支结构之中）；

5）确定用户与该控件交互后待转移的状态，将枚举型的值设为这个状态，然后连线至 Next State 输出隧道：

最终，对于”Wait for Event”条件结构大概是这个样子：

Adding a StatePermalink

在前面的过程中，对于这样的状态标签：

我是通过枚举常量进行构建的，而更正确的方式是通过添加.ctl自定义控件实现。

我们在项目浏览器中创建一个State.ctl，并添加到VI中。此时的图标和之前的枚举常量是一样的，只是左上角有一个黑色小三角，鼠标放在这个小三角上，会显示这样的信息：

如果我们想要再添加新的状态，那么可以通过更新State.ctl的方式来实现。

首先，选定一个State.ctl枚举型，打开自定义类型：

在后面添加新的状态：

之后保存即可。

这样做的好处是，如果我们更改VI中的一个State.ctl枚举型，那么其他的State.ctl枚举型都会进行相应的改变。而我们之前使用的简单的枚举常量的方式是无法做到这一点的。

当添加了一个状态后，我们需要将新状态添加至状态机中：

在Main.vi的条件结构中添加一个分支
为该状态添加执行代码。完成该步骤时，需注意下列事项：
- 通过“按名称解除捆绑”和“按名称捆绑”函数访问和修改状态数据：
- 将函数的错误接线端与错误移位寄存器相连
- 连线“假”常量至布尔输出隧道。只有”Stop”状态可以使循环停止运行
- 必须为每种状态设定待转移的下一个状态。将下一个状态的值连接至”Next State”输出隧道。连入该接线端之前，还可以按条件实现一定的逻辑。下图显示了逻辑的一个范例：
  
  上述代码中，如数据大于0，则下一个状态为User State 1。否则，下一个状态为User State 2。如需实现更高级的条件逻辑，可采用条件结构.
- 确保应用程序在一定条件下可转移至这种新的状态。