基于LabVIEW的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)

1、編號(hào)： 虛擬技術(shù)與儀器虛擬技術(shù)與儀器課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 題目名稱：題目名稱： 基于基于 labviewlabview 的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)的電子時(shí)鐘設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí)：專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 成績(jī)：評(píng)語(yǔ)：指導(dǎo)老師簽名： 日期： 目錄目錄1 1 目的及基本要求目的及基本要求.12 2 電子時(shí)鐘原理電子時(shí)鐘原理.12.1 labview 課程設(shè)計(jì)的原則 .22.2 設(shè)計(jì)要求.22.3 設(shè)計(jì)思路.23 3 電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)和仿真電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)和仿真.43.1 具體設(shè)計(jì)步驟 .53.1.1 時(shí)間設(shè)置.63.1.2 時(shí)間顯示 .23.1.3 日期顯示.33.1.4 鬧鐘設(shè)置

2、 .53.1.5 退出設(shè)置.63.1.6 電子時(shí)鐘系統(tǒng)整體連接圖 .103.2 設(shè)計(jì)任務(wù)流程 .23.3 設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題.33.4 課程設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收 .54 4 結(jié)果及性能分析結(jié)果及性能分析.114.1 結(jié)果分析.114.1.1 未運(yùn)行的時(shí)候效果圖 .24.1.2 從當(dāng)前系統(tǒng)獲取時(shí)間后效果圖 .34.1.3 自定義鬧鐘設(shè)置效果圖 .54.2 性能分析.12參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).141 1 目的及基本要求目的及基本要求 虛擬儀器技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。靈活高效的軟件能幫助您創(chuàng)建完全自定義的用戶界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統(tǒng)

3、集成，標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件平臺(tái)能滿足對(duì)同步和定時(shí)應(yīng)用的需求。這也正是 ni 近 30 年來(lái)始終引領(lǐng)測(cè)試測(cè)量行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的原因所在。只有同時(shí)擁有高效的軟件、模塊化 i/o 硬件和用于集成的軟硬件平臺(tái)這三大組成部分，才能充分發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)性能高、擴(kuò)展性強(qiáng)、開發(fā)時(shí)間少，以及出色的集成這四大優(yōu)勢(shì)。labview（laboratory virtual instrument engineering workbench，實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境）是一種圖形化的編程語(yǔ)言（又稱 g 語(yǔ)言） ，它是由美國(guó) ni 公司推出的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)，也是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件集成開發(fā)環(huán)境。使用這種語(yǔ)言編程時(shí)，

4、基本上不用寫程序代碼，取而代之的是程序框圖。熟悉 labview 開發(fā)環(huán)境，掌握基于 labview 的虛擬儀器原理、設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)技巧，運(yùn)用專業(yè)課程中的基本理論和實(shí)踐知識(shí)，采用 labview 開發(fā)工具,實(shí)現(xiàn)電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)和仿真。要求通過(guò)本課程設(shè)計(jì)使學(xué)生熟悉 labview 開發(fā)環(huán)境，掌握基于 labview 的虛擬儀器設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)技巧，使學(xué)生掌握通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真工具，為畢業(yè)設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備，為將來(lái)的學(xué)習(xí)及今后從事科學(xué)研究、工程技術(shù)工作打下較堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2 2 電子時(shí)鐘原理電子時(shí)鐘原理 在熟悉虛擬儀器的設(shè)計(jì)思想、圖形化編程語(yǔ)言的原理、方法和應(yīng)用技術(shù)的同時(shí)，結(jié)合信號(hào)與系統(tǒng)，數(shù)字信號(hào)處理

5、，通信原理等課程，以教學(xué)和實(shí)踐相結(jié)合的原則安排課程設(shè)計(jì)內(nèi)容。具體內(nèi)容和要求如下：2.12.1 labviewlabview 課程設(shè)計(jì)的原則課程設(shè)計(jì)的原則采用 labview 開發(fā)環(huán)境，緊密結(jié)合通信專業(yè)的相關(guān)課程來(lái)進(jìn)行。本課程設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)與仿真，即通過(guò)獲取電腦的系統(tǒng)時(shí)間，并分離出給數(shù)字，在通過(guò)布爾顯示顯示。數(shù)字的顯示主要是 7 個(gè)長(zhǎng)條的布爾顯示組成，原理與 7 段數(shù)碼管相似。7 段數(shù)碼管顯示不同的數(shù)字主要通過(guò)其 7 個(gè)布爾不同的真假值控制，將 0-9 對(duì)應(yīng)的 7 段布爾顯示值依次存入一個(gè)布爾數(shù)組里，只需提取此數(shù)組的不同段即可讓其顯示不同的值，如顯示“0”提取數(shù)組的 0-6 位分別賦

6、值給 7 段布爾顯示。以此類推，可以實(shí)現(xiàn)九位數(shù)字即 0 到 9 的可視化顯示。2.22.2 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求要求學(xué)生掌握 labview 的虛擬儀器原理、設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)技巧，掌握簡(jiǎn)單通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析方法。 由于電子時(shí)鐘在現(xiàn)實(shí)生活、工作中，特別是在科學(xué)研究工作中有非常很重要的、廣泛的應(yīng)用。在這種情況下，對(duì)電子時(shí)鐘的研究和制作、仿真是十分很重要。本文就對(duì)基于 labview 的電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)與仿真做詳細(xì)的說(shuō)明。2.32.3 設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路電子時(shí)鐘的基本設(shè)計(jì)思路是通過(guò)可以獲取時(shí)間的控件來(lái)獲取相關(guān)信息，如：年、月、日、時(shí)、分、秒等，可以回當(dāng)前時(shí)間的。labview 將時(shí)間標(biāo)識(shí)計(jì)算為自 1904 年

7、 1 月 1 日星期五 12:00 a.m（通用時(shí)間）以來(lái)的秒數(shù)。使用函數(shù)，將時(shí)間標(biāo)識(shí)的值轉(zhuǎn)換為精度較低的浮點(diǎn)數(shù)。取得的值最終為整型數(shù)據(jù)，利用除數(shù)取余即可分離個(gè)十位。為了獲得更好的顯示效果將背景改為黑色，布爾顯示的顏色為綠色。如下圖所示，即最終顯示效果圖：3 3 電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)和仿真電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)和仿真首先熟悉虛擬儀器的設(shè)計(jì)思想，而后便可著手進(jìn)行電子時(shí)鐘的相關(guān)設(shè)計(jì)，控件架構(gòu)以及函數(shù)設(shè)置。具體設(shè)計(jì)步驟如下：3.13.1具體設(shè)計(jì)步驟具體設(shè)計(jì)步驟3.1.13.1.1 時(shí)間設(shè)置時(shí)間設(shè)置 圖 3-1 時(shí)間設(shè)置圖3.1.23.1.2 時(shí)間顯示時(shí)間顯示通過(guò)除 10 取余便可得到個(gè)位，商為十位，以此方法也可求出年

8、的各個(gè)數(shù)字，取出各位數(shù)字后，并不可直接顯示，要通過(guò)統(tǒng)一編碼規(guī)范顯示的格式，這樣才能顯示各位數(shù)。要顯示數(shù)字時(shí)，只需將數(shù)字乘以 7，再將乘積的值作為索引在那存放真值的數(shù)組里尋找對(duì)應(yīng)顯示的七個(gè)布爾顯示控件的值。如顯示2 ，則從數(shù)組的第 2*7=14 位開始，依次取出 7 個(gè)（分別代表著七個(gè)布爾的真值） ，其他也同理。最后捆綁成簇，因?yàn)槠叨物@示布爾已做成簇。如下數(shù)碼管顯示圖，其包含七段顯示布爾，即a、b、c、d、e、f、g，如顯示“0”的時(shí)候，將其分別置為 1111110，即可顯示數(shù)字“0” （“1”代表真， “0”代表假） ，其他的同理。但在顯示時(shí)間的時(shí)候，要用六個(gè)方形指示燈，對(duì)應(yīng)時(shí)、分、秒，每個(gè)占

9、用兩個(gè)指示燈；用兩個(gè)圓形指示燈表示時(shí)分秒之間的冒號(hào)間隔。這其中包括截取字符串，截取字符串即返回輸入字符串的子字符串，從偏移量位置開始，包含長(zhǎng)度個(gè)字符。連線板顯示了該多態(tài)函數(shù)的默認(rèn)數(shù)據(jù)類型。字符串是輸入字符串，偏移量是起始位置并且必須為數(shù)值。 字符串中第一個(gè)字符的偏移量為 0。如沒(méi)有連線或小于 0，則默認(rèn)值為 0。長(zhǎng)度必須為數(shù)值。如長(zhǎng)度沒(méi)有連線，則默認(rèn)值為字符串長(zhǎng)度減去偏移量。子字符串如偏移量大于字符串的長(zhǎng)度，或長(zhǎng)度小于等于 0，則值為空。如長(zhǎng)度大于或等于字符串長(zhǎng)度減去偏移量，則子字符串是從偏移量開始的剩余部分?？丶D如下所示：如下圖所示，數(shù)碼管顯示數(shù)字“5”,即對(duì)應(yīng)的 a、b、c、d、e、f、

10、g 分別置為 1 0 1 1 0 1 1，這樣就顯示出了數(shù)字“5” 。圖 3-2 數(shù)碼管顯示圖 3-3 時(shí)間顯示圖3.1.33.1.3 日期顯示日期顯示即通過(guò)數(shù)字時(shí)鐘顯示當(dāng)前年、月、日，由于年份要用四位數(shù)來(lái)表示，月份和日期各用兩位數(shù)來(lái)表示，則就要用到八個(gè)方形指示燈來(lái)顯示，需要先將由系統(tǒng)得到的時(shí)間轉(zhuǎn)換為字符串?dāng)?shù)值然后輸出，具體控件圖如下：圖 3-4 日期顯示圖3.1.43.1.4 鬧鐘設(shè)置鬧鐘設(shè)置為保證電子時(shí)鐘功能多樣性，可以加入鬧鐘，從而極大豐富時(shí)鐘的功能和人性化程度，即通過(guò)定時(shí)，在定時(shí)時(shí)間到時(shí)，可以相應(yīng)發(fā)出聲音，從而起到鬧鐘的功能。具體控件圖如下：圖 3-5 鬧鐘程序框圖3.1.53.1.5

11、 退出設(shè)置退出設(shè)置按 esc 之后，停止并退出，如下圖所示圖 3-6 退出控件圖3.1.63.1.6 電子時(shí)鐘系統(tǒng)整體連接圖如下所示電子時(shí)鐘系統(tǒng)整體連接圖如下所示 圖 3-7 電子時(shí)鐘系統(tǒng)整體控件連接圖3.23.2 設(shè)計(jì)任務(wù)流程設(shè)計(jì)任務(wù)流程（1）根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和指標(biāo)要求，通過(guò)檢索、查資料、調(diào)查研究、確定方案、畫出組成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖；（2）采用 labview 實(shí)現(xiàn)電子時(shí)鐘系統(tǒng)；（3）系統(tǒng)調(diào)試與改進(jìn)，調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，分析系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果；（4）寫出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。 3.33.3 設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題由于是第一次進(jìn)行 labview 的課程設(shè)計(jì)，缺乏相關(guān)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，因此一開始的時(shí)候確實(shí)無(wú)從下手。

12、但是經(jīng)過(guò)同學(xué)的指點(diǎn)和幫助，包括自己獨(dú)立思考與查閱相關(guān)資料，我漸漸對(duì)這個(gè)軟件熟悉了，并且覺得圖形化編程的好處實(shí)在是非常多的。設(shè)計(jì)電子時(shí)鐘期間，我確實(shí)遇到了許多的問(wèn)題。由于對(duì)編程軟件的不熟悉，導(dǎo)致在找相關(guān)控件時(shí)花費(fèi)了許多時(shí)間，而且常常找到的是錯(cuò)誤的控件，這直接造成程序運(yùn)行失誤。這一點(diǎn)在熟悉軟件之后，好了很多。其次，在熟悉設(shè)計(jì)原理的時(shí)候，由于對(duì)相關(guān)邏輯關(guān)系以及函數(shù)關(guān)系的不太熟悉，也繞了不少?gòu)澴印：笃?，在總體完成電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)后，基本功能都得到了實(shí)現(xiàn)，但是一直顯得不太美觀。數(shù)字時(shí)鐘功能很簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也很簡(jiǎn)單，但要做得美觀、簡(jiǎn)潔卻不那么容易。比如讓其顯示更多生動(dòng)的字體，在一個(gè)小窗口里實(shí)現(xiàn)更多的動(dòng)畫。程

13、序要實(shí)現(xiàn)豐富的內(nèi)容及完美的界面主要還是要靠扎實(shí)的基礎(chǔ)，掌握各控件的使用及各類型的模塊間的轉(zhuǎn)換。本來(lái)把本次課程設(shè)計(jì)的界面顯示做成各種字體的，但由于時(shí)間及能力的關(guān)系，沒(méi)有做得更好。這一點(diǎn)很遺憾，但愿有機(jī)會(huì)可以彌補(bǔ)。總體來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)過(guò)程遇到的問(wèn)題不少，但是收獲也更多。在學(xué)習(xí)了信號(hào)與系統(tǒng)、通信原理等課程之后，這實(shí)在是一個(gè)極好的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)與動(dòng)手機(jī)會(huì)，也算是為大四的畢業(yè)設(shè)計(jì)做了一個(gè)良好的準(zhǔn)備，于我而言，受益良多。 3.43.4 課程設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收課程設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收相關(guān)控件圖連接完畢后，運(yùn)行無(wú)誤，就可以進(jìn)行驗(yàn)收，課程設(shè)計(jì)報(bào)告是重要的一項(xiàng)，需要認(rèn)真完成，為課程設(shè)計(jì)畫上圓滿的句號(hào)。4 4 結(jié)果及性能分析結(jié)果及性能分

14、析4.14.1 結(jié)果分析結(jié)果分析4.1.1.4.1.1.未運(yùn)行的時(shí)候效果圖如下未運(yùn)行的時(shí)候效果圖如下圖 4-1 未運(yùn)行時(shí)效果圖4.1.2.4.1.2.從當(dāng)前系統(tǒng)獲取時(shí)間后，運(yùn)行如下：從當(dāng)前系統(tǒng)獲取時(shí)間后，運(yùn)行如下：圖圖 4-24-2 運(yùn)行效果圖運(yùn)行效果圖4.1.34.1.3自定義鬧鐘設(shè)置效果圖，如輸入自定義鬧鐘設(shè)置效果圖，如輸入 1010 時(shí)時(shí) 4040 分分 0000 秒，則系統(tǒng)顯示時(shí)間如下：秒，則系統(tǒng)顯示時(shí)間如下：圖 4-3 自定義鬧鐘顯示效果圖4.24.2 性能分析性能分析從大體上說(shuō)，本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的電子時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)了大部分的功能，顯示年、月、日、時(shí)、分、秒之外，還可以實(shí)現(xiàn)鬧鐘定時(shí)的功能，而且增

15、加了自定義時(shí)間控制的功能。而且界面設(shè)計(jì)美觀而簡(jiǎn)約，布局也還算合理，操作也足夠簡(jiǎn)單。由于 labview 軼件的優(yōu)越性，用它來(lái)制作和仿真數(shù)碼管電子鐘是很方便的，是其它軼件不可比擬的。這次制作數(shù)碼管電子鐘，所用的控件不多，主要用到了指示燈、獲取日期/時(shí)間（秒） 、格式化日期/時(shí)間字符串、截取字符串、while 循環(huán)、條件結(jié)構(gòu)（case 結(jié)構(gòu)） 、常量、局部變量、真常量、假常量等等，通過(guò)基本的連接就制作好一個(gè)電子時(shí)鐘了。在仿真時(shí)，通過(guò)和計(jì)算機(jī)時(shí)間的對(duì)比，完全符合要求，仿真性能很好，達(dá)到了這次研究和制作數(shù)碼管電子鐘的目的。此電子時(shí)鐘能運(yùn)用于人們的工作中，特別是科學(xué)研究的一些仿真實(shí)驗(yàn)中，也可以為廣大的科學(xué)工作者提供方便。但是這次制作的數(shù)碼管電子時(shí)鐘有點(diǎn)大，這是為了大家更好地了解電子時(shí)鐘。在實(shí)際應(yīng)用中，從制作成本上講，這樣的數(shù)碼管電子時(shí)鐘是比較小的，這一點(diǎn)上可以做得更好。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 趙會(huì)兵.虛擬