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1、深圳大学考试答题纸(以论文、报告等形式考核专用)二14 二 15 学年度第 二 学期课程编号1700770001课程名称虚拟仪器主讲教师 江辉学 号2012170081 姓名张佳炼专业年级测控技术与仪器教师评语：题目：基于labview2011的科学连算计算器设计 目录绪论1.虚拟仪器的基本介绍和发展背景A.虚拟仪器的介绍虚拟仪器是指在通用计算机为核心的硬件平台上，由用户自己设计定义，具有虚拟的操作面板，测试功能由测试软件来实现的一种计算机仪器系统。它是计算机技术和仪器技术结合，也充分利用计算机丰富的软硬件资源，可以较大突破传统仪器在数据处理、表达、传递、存储等方面的限制，达到传统仪器无法比拟
2、的效果。还可以把仪器的三大功能全部放在计算机上实现。而随着科技的进步，虚拟仪器也在工业和科技生产中迸发巨大的优势。自从NI公司从上世纪80年代提出虚拟仪器的概念至今，虚拟仪器的发展大约可分为三个阶段：第一阶段：利用计算机增强仪器的功能，利用GPIB总线和RS-232总线同计算机连接起来，用户就可以用计算机控制仪器。第二阶段：开放式的仪器结构，一是插入式计算机数据处理卡；二是VXI仪器总线标准的确立第三阶段：虚拟仪器框架得到广泛认同、，并逐渐成为虚拟仪器行业的标准工具；B.虚拟仪器的特色所在：首先，它丰富和增强了传统仪器的功能。将信号分析、显示、存储、打印和其他管理集中交由计算机来处理。加快了软
3、件与硬件相互间的可协调性。其次，自身的仪器可由用户自身自由地定义，有自身开放的工业标准，利于企业和用户开发，使资源的可重复利用率提高，功能易于扩展，管理规范，生产、维护和开发费用降低。再者，虚拟仪器便于便于构成复杂的测试系统。它软硬件的多样化结合决定了它可通过网络构成复杂的分布式测试系统，进行远程测试、监控、和诊断。可节约仪器购买和维护费用。C.虚拟仪器的发展需求和趋势：a) 开放式数据采集系统标准将会逐步地带领虚拟仪器走上标准化、通用化、专业化和模块化的道路。b) 随着网络技术的普与和发展，”网络即仪器”越来越越受到广泛群众的认识和认可，网络化仪器必将在新世纪推动仪器界引发新的革命和改革。c
4、) 虚拟仪器软件环境将一直会向广大用户提供简单易用的图形化开发环境，根据客户自身的需求，用于开发和自身测试、测量与控制应用系统的开发，协助工程师和科学家们实现更高的开发效率方向前进。d) 高性能计算机的发展推动着仪器发展，计算机具有仪器所需要的最先进与性能价格比最好的显示与存储能力，尤其是计算机总线技术的发展e) 数据采集产品的性能的不断提高，为测试技术水平的提高提供了可靠保证。2.虚拟计算器的设计背景随着编程的日益高级化和专业化，很多虚拟计算器已经满足甚至远远超越实体计算器的计算能力，更多满足多种形式转换和功能呈现的虚拟计算器已经出现，随着科技日益的竞争和高速发展，满足客户多样化需求的算术型
5、，消费型，科学型计算器也将逐渐出现在人们的日常生活中，设计和认识一款基于labview的虚拟计算器是自身进一步认识虚拟软件重要性的需要。而在平板电脑与智能手机普与的世界,安装有免费低价强大的计算机虚拟计算器会越来越受消费者的欢迎；虚拟仪器开发平台 LabVIEW的介绍 1.Labview的发展历史虚拟仪器作为一种仪器系统：在用户需要某种测试功能时，可由用户自己通过计算机平台利用图形软件对测量模块进行分层组合，以生成所需要的测试功能。 1986年，美国国家仪器公司的工程师杰夫考度斯基（Jeff Kodosky）的在苹果电脑上发表了LabVIEW的程序， LabVIEW是一种程序开发环境，类似于C
6、和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是利用图形化编辑语言来编写程序，产生的程序是框图的形式。 与C和BASIC一样，LabVIEW也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。LabVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示与数据存储，等等。LabVIEW也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据与其子程序（子VI）的结果、单步执行等等，便于程序的调试，图2-2为LabVIEW标志。2.labview的图形化界面介绍前面板：使用者的操作使用界面程
7、序框图：前面板的按键和结果都受程序框图受控制；工具栏，控件栏和函数栏：操作者的修改和使用栏科学连算计算器设计前言计算器的发展历史：最早的计算工具诞生在中国。 中国古代最早采用的一种计算工具叫筹策，又被叫做算筹。这种算筹多用竹子制成，也有用木头，兽骨充当材料的约二百七十枚一束，放在布袋里可随身携带。直到今天仍在使用的珠算盘，是中国古代计算工具领域中的另一项发明，明代时的珠算盘已经与现代的珠算盘几乎相同。 17世纪初，西方国家的计算工具有了较大的发展，英国数学家纳皮尔发明的纳皮尔算筹，英国牧师奥却德发明了圆柱型对数计算尺，这种计算尺不仅能做加减乘除、乘方、开方运算，甚至可以计算三角函数，指数函数和
8、对数函数，这些计算工具不仅带动了计算器的发展，也为现代计算器发展奠定了良好的基础，成为现代社会应用广泛的计算工具。 1642年，年仅19岁的法国伟大科学家帕斯卡引用算盘的原理，发明了第一部机械式计算器，在他的计算器中有一些互相联锁的齿轮，人们可以像拨电话号码盘那样，把数字拨进去，计算结果就会出现在另一个窗口中，但是只能做加减计算。1694年，莱布尼兹在德国将其改进成可以进行乘除的计算。此后，一直要到20世纪50年代末才有电子计算器的出现。一课程设计目标（内容摘要）：本次的实验项目设计主要是基于labview2011，利用虚拟环境开发设计一个虚拟的科学连算计算器，满足加减乘除和正常三角函数的虚拟
9、按键计算，具有一键删除和逐位删除功能，可以循环多次的计算和一键正常的退出，植入个人 的说明和功能的自定义菜单介绍，根据自己的需要进行进制转换，具有运算结果的存储和历史记录的查询，移位查询等功能的扩展。通过向虚拟计算器写入“计算表达式”，按“=”键即可德出计算的结果。关键词：科学连算计算器 Labview2011 虚拟仪器 进制转换 加减乘除Abstract: This experimental design is mainly based on the labview2011, use the virtual environment for design and development in
10、a virtual science count calculator, which meet the addition, subtraction, multiplication and division and normal trigonometric function of virtual buttons, with one key deletion and bitwise delete function.The calculator can cycle Multiple operations and a key normal exit,have a introduce which incl
11、ude personal and functional description of the custom menu,.According to their own needs ,they can add hex conversion, queries with the result of the operation and historical records which have been storage.By writing to the virtual calculator, the expression will be calculated, and then the result
12、will be calculated by the bond and then give you the result. Keywords: scientific calculator, Labview2011 ,virtual instrument ,even count hexadecimal conversion ,add-subtract-multiply- divide二 实验器件目录：（1） Labview 2011软件；（2） PC机；三、设计流程 1.需求分析：确定设计任务、拟制系统方案计算器的划分：根据形态类别，计算器一般可分实物形态和虚拟形态的计算器；对于实物计算器来说，这
13、一类的计算器一般是手持式计算器, 便于携带,操作和 使用也较方便, 但很多情况下, 功能都单一不能改变, 也不太方便开发者根据自身的需要进行个人需求的功能升级. 当然，今天科技快速发展的今天，市面上已经有很多功能强大的图形式手持计算器, 科学计算功能能力强，但价格还是比较高的, 今天在平板电脑与智能手机普与的世界, 不建议购买太贵的多功能手持科学计算器. 如今的很多手机和平板乃至PC机都已经安装有免费强大的计算机虚拟计算器；对于软件计算器来说，随着编程的日益高级化和专业化，很多虚拟计算器已经满足甚至远远超越实体计算器的计算能力，更多满足多种形式转换和功能呈现的虚拟计算器已经出现，随着科技日益的
14、竞争和高速发展，满足客户多样化需求的算术型，消费型，科学型计算器也将逐渐出现在人们的日常生活中，使得免费和低价的虚拟软件计算形式也逐步走进寻常百姓家。而在平板电脑与智能手机普与的世界,安装有免费低价强大的计算机虚拟计算器已经越来越受消费者的欢迎；对虚拟软件计算器的介绍：虚拟软件虚拟运算的计算一般可分为三类:常用计算器,专用计算器,综合功能计算器.常用计算器一般又可以有以下几类：（1）算术型计算器可进行加、减、乘、除等简单的四则运算，又称简单计算器。一般都是实物计算器（2）科学型计算器可进行乘方、开方、指数、对数、三角函数、统计等方面的运算，又称函数计算器。(3)程序员计算器专门为程序员设计的计
15、算器,有各种最基本的与或非和异或操作,移位操作，也就是左移和右移操作，你需要输入你要移动的位数等等；(4) 统计计算器这是为具有有统计要求的企业或人员设计的虚拟软件计算器； 这里实验项目选取的设计小型科学和算术型结合的计算器，主要满足的功能需求如下：（1）尽量让使用者的操作和使用尽量更加的简便，用更简洁的画面来迎合他们的习惯；（2）设计简洁的计算背景，并将计算结果和计算过程分离开来，更有利于使用者计算的观察和查询；（3）进行加减乘除的四则运算；（4）键入连算与移位查询功能；（5）加入历史查询功能，记忆计算操作的计算内容和结果。（6）做自定义功能菜单，包括剪切，复制，粘贴，还有个人的说明和计算器
16、的功能介绍，退出计算器等；2.总体方案设计（1）总流程图介绍在确定计算器功能类型和数量的基础上，查阅相关资料对方案进行论证，完成总体设计。绘制出系统总图和计算器界面总框图。减加乘除功能计算移位操作和历史查询表达式，计算结果拆分运算（把数字和符号分开来）三角函数和简单的开方运算进制转换计算过程的括号和再括号判断启动输入表达式（2）总体计算器界面图：（2）详细设计A. 总体工程项目：B. 科学计算器全部主要vi和子vi目录C. 计算器特殊按键的功能程序框图介绍：a历史记录上下查询按钮：b 退出按钮 c 进制转换下拉按钮 d：逐位删除按钮e:一键清除按钮（4）实验效果图：A.计算界面：B.个人说明D
17、. 功能介绍界面E.自定义功能菜单运行时菜单更改界面：实验收获1.实验结论：1，基本实现各种加减乘除和三角函数，开方等的连续计算、界面、操作与菜单功能；2，可以实现数据暂存等功能，可对历史计算记录进行查询，优化了计算的记忆存储；3，可以实现统计功能，将十进制的计算结果转换为其他进制的功能，但不具备除十进制之外的其他进的 计算功能；5，一键清除（C）和逐步清除（红色左箭头）的可优化功能；6，输入表达式和计算结果的分行显示，更有利于计算过程的处理和呈现；7，计算结果的左右移查询错误功能可以满足；8.掌握了自定义菜单的操作和使用；9.掌握计算器在labview开发运行环境下的位置移动和界面伸缩的可修
18、改；没有实现的功能如下：计算结果关于pi和e的误差问题和显示精度问题；计算结果呈整数时的小数点隐藏清除问题；键盘快捷键的交互性操作；输入值或计算结果太大或太小时的显示控制问题；只能讲十进制的整数转化其他进制数，缺少小数转化和其他进制的运算功能；2.实验心得：在实验的开始之初，自己很难基于labview2011的开发环境设计自己的计算器操作界面来；后来通过几周的努力，一方面阅读相关labview的书籍，一方面在网上寻找相应的论文和编程思路进行参考；主要是为了加深了自己对虚拟仪器的理解；通过一步一步地尝试，经过很多个日日夜夜的思考，终于勉强的编写出属于自己的计算机操作界面；虽然一开始很多功能还不能
19、满足，很多计算的数值存在误差或者清除不了零，但通过一次又一次的摸索，最后还是有所选择性的解决了；通过这个labview项目设计，我不仅仅提高了对科学连算计算器的编程开发思维，而且还学会labview工程的建立，学会将各种各样的子VI结合在一起，进行联合的使用实现计算器的功能，减少labview的重复性和累赘性所造成的误差；另一方面，也开始接触了对自定义菜单的理解，加深了对自定义菜单的编制和替换，使得界面更加简洁和直观，满足自身要求。LabVIEW是一个强大的图形化虚拟编程软件，它一直为用户提供更加简洁直观的编程图案，相比较传统语言编程的繁琐复杂，这种图形变成更容易被操作者所理解，而且界面性和效
20、率值也很高。相对于由于其他语言无法比拟的优势所在，LabVIEW在该领域所处的地位会慢慢提升，当然，它的应用和发展其实是很多的，涉与到示波器，万用表，电子秤，数据采集系统等等的行业，这方面的知识我还是很欠缺的，我会在以后的日子更近一步加深对labview的理解，提高自己的虚拟编程开发能力。参考文献1陈锡辉，张银鸿 LabVIEW8.2程序设计从入门到精通 北京:清华大学出版社 2007年7月第一版；2 陈树学 labview宝典 电子工业出版社 2011年3月出版3黄松岭，吴静 虚拟仪器设计基础教程 北京：清华大学出版社 2008年10月第一版4王冠华 LabVIEW图形化程序设计 国防工业出版社 2011年12月出版 5朱煜军，刘品 电子计算器的科学使用与技巧. 国防工业出版社 2005年10月第一版6杨高科 LabVIEW虚拟仪器项目开发与管理. 机械工业出版社 2012年1月出版7陈树学 LabVIEW实用工具详解 电子工业出版社 2014年9月出版