基于LABVIEW的科學連算計算器設計總體報告

1、深圳大學考試答題紙(以論文、報告等形式考核專用)二14 二 15 學年度第 二 學期課程編號1700770001課程名稱虛擬儀器主講教師 江輝學 號2012170081 姓名張佳煉專業(yè)年級測控技術(shù)與儀器教師評語：題目：基于labview2011的科學連算計算器設計 目錄緒論1.虛擬儀器的基本介紹和發(fā)展背景A.虛擬儀器的介紹虛擬儀器是指在通用計算機為核心的硬件平臺上，由用戶自己設計定義，具有虛擬的操作面板，測試功能由測試軟件來實現(xiàn)的一種計算機儀器系統(tǒng)。它是計算機技術(shù)和儀器技術(shù)結(jié)合，也充分利用計算機豐富的軟硬件資源，可以較大突破傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、表達、傳遞、存儲等方面的限制，達到傳統(tǒng)儀器無法比擬

2、的效果。還可以把儀器的三大功能全部放在計算機上實現(xiàn)。而隨著科技的進步，虛擬儀器也在工業(yè)和科技生產(chǎn)中迸發(fā)巨大的優(yōu)勢。自從NI公司從上世紀80年代提出虛擬儀器的概念至今，虛擬儀器的發(fā)展大約可分為三個階段：第一階段：利用計算機增強儀器的功能，利用GPIB總線和RS-232總線同計算機連接起來，用戶就可以用計算機控制儀器。第二階段：開放式的儀器結(jié)構(gòu)，一是插入式計算機數(shù)據(jù)處理卡；二是VXI儀器總線標準的確立第三階段：虛擬儀器框架得到廣泛認同、，并逐漸成為虛擬儀器行業(yè)的標準工具；B.虛擬儀器的特色所在：首先，它豐富和增強了傳統(tǒng)儀器的功能。將信號分析、顯示、存儲、打印和其他管理集中交由計算機來處理。加快了軟

3、件與硬件相互間的可協(xié)調(diào)性。其次，自身的儀器可由用戶自身自由地定義，有自身開放的工業(yè)標準，利于企業(yè)和用戶開發(fā)，使資源的可重復利用率提高，功能易于擴展，管理規(guī)范，生產(chǎn)、維護和開發(fā)費用降低。再者，虛擬儀器便于便于構(gòu)成復雜的測試系統(tǒng)。它軟硬件的多樣化結(jié)合決定了它可通過網(wǎng)絡構(gòu)成復雜的分布式測試系統(tǒng)，進行遠程測試、監(jiān)控、和診斷?？晒?jié)約儀器購買和維護費用。C.虛擬儀器的發(fā)展需求和趨勢：a) 開放式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)標準將會逐步地帶領(lǐng)虛擬儀器走上標準化、通用化、專業(yè)化和模塊化的道路。b) 隨著網(wǎng)絡技術(shù)的普及和發(fā)展，”網(wǎng)絡即儀器”越來越越受到廣泛群眾的認識和認可，網(wǎng)絡化儀器必將在新世紀推動儀器界引發(fā)新的革命和改革。c

4、) 虛擬儀器軟件環(huán)境將一直會向廣大用戶提供簡單易用的圖形化開發(fā)環(huán)境，根據(jù)客戶自身的需求，用于開發(fā)和自身測試、測量與控制應用系統(tǒng)的開發(fā)，協(xié)助工程師和科學家們實現(xiàn)更高的開發(fā)效率方向前進。d) 高性能計算機的發(fā)展推動著儀器發(fā)展，計算機具有儀器所需要的最先進及性能價格比最好的顯示與存儲能力，尤其是計算機總線技術(shù)的發(fā)展e) 數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的性能的不斷提高，為測試技術(shù)水平的提高提供了可靠保證。2.虛擬計算器的設計背景隨著編程的日益高級化和專業(yè)化，很多虛擬計算器已經(jīng)滿足甚至遠遠超越實體計算器的計算能力，更多滿足多種形式轉(zhuǎn)換和功能呈現(xiàn)的虛擬計算器已經(jīng)出現(xiàn)，隨著科技日益的競爭和高速發(fā)展，滿足客戶多樣化需求的算術(shù)型

5、，消費型，科學型計算器也將逐漸出現(xiàn)在人們的日常生活中，設計和認識一款基于labview的虛擬計算器是自身進一步認識虛擬軟件重要性的需要。而在平板電腦與智能手機普及的世界,安裝有免費低價強大的計算機虛擬計算器會越來越受消費者的歡迎；虛擬儀器開發(fā)平臺 LabVIEW的介紹 1.Labview的發(fā)展歷史虛擬儀器作為一種儀器系統(tǒng)：在用戶需要某種測試功能時，可由用戶自己通過計算機平臺利用圖形軟件對測量模塊進行分層組合，以生成所需要的測試功能。 1986年，美國國家儀器公司的工程師杰夫·考度斯基（Jeff Kodosky）的在蘋果電腦上發(fā)表了LabVIEW的程序， LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)

6、境，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是利用圖形化編輯語言來編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。 與C和BASIC一樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個完成任何編程任務的龐大函數(shù)庫。LabVIEW的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲，等等。LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設置斷點、以動畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序（子VI）的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試，圖2-2為LabVIEW標志。2.labview的圖形化界面介紹前面板：使用者的操

7、作使用界面程序框圖：前面板的按鍵和結(jié)果都受程序框圖受控制；工具欄，控件欄和函數(shù)欄：操作者的修改和使用欄 科學連算計算器設計前言計算器的發(fā)展歷史：最早的計算工具誕生在中國。 中國古代最早采用的一種計算工具叫籌策，又被叫做算籌。這種算籌多用竹子制成，也有用木頭，獸骨充當材料的約二百七十枚一束，放在布袋里可隨身攜帶。直到今天仍在使用的珠算盤，是中國古代計算工具領(lǐng)域中的另一項發(fā)明，明代時的珠算盤已經(jīng)與現(xiàn)代的珠算盤幾乎相同。 17世紀初，西方國家的計算工具有了較大的發(fā)展，英國數(shù)學家納皮爾發(fā)明的"納皮爾算籌"，英國牧師奧卻德發(fā)明了圓柱型對數(shù)計算尺，這種計算尺不僅能做加減乘除、乘方、開方

8、運算，甚至可以計算三角函數(shù)，指數(shù)函數(shù)和對數(shù)函數(shù)，這些計算工具不僅帶動了計算器的發(fā)展，也為現(xiàn)代計算器發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)，成為現(xiàn)代社會應用廣泛的計算工具。 1642年，年僅19歲的法國偉大科學家帕斯卡引用算盤的原理，發(fā)明了第一部機械式計算器，在他的計算器中有一些互相聯(lián)鎖的齒輪，人們可以像撥電話號碼盤那樣，把數(shù)字撥進去，計算結(jié)果就會出現(xiàn)在另一個窗口中，但是只能做加減計算。1694年，萊布尼茲在德國將其改進成可以進行乘除的計算。此后，一直要到20世紀50年代末才有電子計算器的出現(xiàn)。一課程設計目標（內(nèi)容摘要）：本次的實驗項目設計主要是基于labview2011，利用虛擬環(huán)境開發(fā)設計一個虛擬的科學連算計

9、算器，滿足加減乘除和正常三角函數(shù)的虛擬按鍵計算，具有一鍵刪除和逐位刪除功能，可以循環(huán)多次的計算和一鍵正常的退出，植入個人 的說明和功能的自定義菜單介紹，根據(jù)自己的需要進行進制轉(zhuǎn)換，具有運算結(jié)果的存儲和歷史記錄的查詢，移位查詢等功能的擴展。通過向虛擬計算器寫入“計算表達式”，按“=”鍵即可德出計算的結(jié)果。關(guān)鍵詞：科學連算計算器 Labview2011 虛擬儀器 進制轉(zhuǎn)換 加減乘除Abstract: This experimental design is mainly based on the labview2011, use the virtual environment for design

10、and development in 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 i

11、ntroduce which include 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, a

12、nd then the result 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 實驗器件目錄：（1） Labview 2011軟件；（2） PC機；三、設計流程 1.需求分析：確定設計任務、擬制系統(tǒng)方案計算器的劃分：根據(jù)形態(tài)類別，計算器一般可分實物形態(tài)和虛

13、擬形態(tài)的計算器；對于實物計算器來說，這一類的計算器一般是手持式計算器, 便于攜帶,操作和 使用也較方便, 但很多情況下, 功能都單一不能改變, 也不太方便開發(fā)者根據(jù)自身的需要進行個人需求的功能升級. 當然，今天科技快速發(fā)展的今天，市面上已經(jīng)有很多功能強大的圖形式手持計算器, 科學計算功能能力強，但價格還是比較高的, 今天在平板電腦與智能手機普及的世界, 不建議購買太貴的多功能手持科學計算器. 如今的很多手機和平板乃至PC機都已經(jīng)安裝有免費強大的計算機虛擬計算器；對于軟件計算器來說，隨著編程的日益高級化和專業(yè)化，很多虛擬計算器已經(jīng)滿足甚至遠遠超越實體計算器的計算能力，更多滿足多種形式轉(zhuǎn)換和功能呈

14、現(xiàn)的虛擬計算器已經(jīng)出現(xiàn)，隨著科技日益的競爭和高速發(fā)展，滿足客戶多樣化需求的算術(shù)型，消費型，科學型計算器也將逐漸出現(xiàn)在人們的日常生活中，使得免費和低價的虛擬軟件計算形式也逐步走進尋常百姓家。而在平板電腦與智能手機普及的世界,安裝有免費低價強大的計算機虛擬計算器已經(jīng)越來越受消費者的歡迎；對虛擬軟件計算器的介紹：虛擬軟件虛擬運算的計算一般可分為三類:常用計算器,專用計算器,綜合功能計算器. 常用計算器一般又可以有以下幾類： （1）算術(shù)型計算器可進行加、減、乘、除等簡單的四則運算，又稱簡單計算器。一般都是實物計算器  （2）科學型計算器可進行乘方、開方、指數(shù)、對

15、數(shù)、三角函數(shù)、統(tǒng)計等方面的運算，又稱函數(shù)計算器。(3)程序員計算器專門為程序員設計的計算器,有各種最基本的與或非和異或操作,移位操作，也就是左移和右移操作，你需要輸入你要移動的位數(shù)等等；(4) 統(tǒng)計計算器這是為具有有統(tǒng)計要求的企業(yè)或人員設計的虛擬軟件計算器； 這里實驗項目選取的設計小型科學和算術(shù)型結(jié)合的計算器，主要滿足的功能需求如下：（1）盡量讓使用者的操作和使用盡量更加的簡便，用更簡潔的畫面來迎合他們的習慣；（2）設計簡潔的計算背景，并將計算結(jié)果和計算過程分離開來，更有利于使用者計算的觀察和查詢；（3）進行加減乘除的四則運算；（4）鍵入連算及移位查詢功能；（5）加入歷史查詢功能，記憶計算操作

16、的計算內(nèi)容和結(jié)果。（6）做自定義功能菜單，包括剪切，復制，粘貼，還有個人的說明和計算器的功能介紹，退出計算器等；2.總體方案設計（1）總流程圖介紹在確定計算器功能類型和數(shù)量的基礎(chǔ)上，查閱相關(guān)資料對方案進行論證，完成總體設計。繪制出系統(tǒng)總圖和計算器界面總框圖。減加乘除功能計算移位操作和歷史查詢表達式，計算結(jié)果拆分運算（把數(shù)字和符號分開來）三角函數(shù)和簡單的開方運算進制轉(zhuǎn)換計算過程的括號和再括號判斷啟動輸入表達式（2）總體計算器界面圖：（2）詳細設計A. 總體工程項目：B. 科學計算器全部主要vi和子vi目錄C. 計算器特殊按鍵的功能程序框圖介紹：a歷史記錄上下查詢按鈕：b 退出按鈕 c 進制轉(zhuǎn)換下

17、拉按鈕 d：逐位刪除按鈕e:一鍵清除按鈕（4）實驗效果圖：A.計算界面：B.個人說明D. 功能介紹界面E.自定義功能菜單運行時菜單更改界面：實驗收獲1.實驗結(jié)論：1，基本實現(xiàn)各種加減乘除和三角函數(shù)，開方等的連續(xù)計算、界面、操作及菜單功能；2，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)暫存等功能，可對歷史計算記錄進行查詢，優(yōu)化了計算的記憶存儲；3，可以實現(xiàn)統(tǒng)計功能，將十進制的計算結(jié)果轉(zhuǎn)換為其他進制的功能，但不具備除十進制之外的其他進的 計算功能；5，一鍵清除（C）和逐步清除（紅色左箭頭）的可優(yōu)化功能；6，輸入表達式和計算結(jié)果的分行顯示，更有利于計算過程的處理和呈現(xiàn)；7，計算結(jié)果的左右移查詢錯誤功能可以滿足；8.掌握了自定義菜

18、單的操作和使用；9.掌握計算器在labview開發(fā)運行環(huán)境下的位置移動和界面伸縮的可修改；沒有實現(xiàn)的功能如下：計算結(jié)果關(guān)于pi和e的誤差問題和顯示精度問題；計算結(jié)果呈整數(shù)時的小數(shù)點隱藏清除問題；鍵盤快捷鍵的交互性操作；輸入值或計算結(jié)果太大或太小時的顯示控制問題；只能講十進制的整數(shù)轉(zhuǎn)化其他進制數(shù)，缺少小數(shù)轉(zhuǎn)化和其他進制的運算功能；2.實驗心得：在實驗的開始之初，自己很難基于labview2011的開發(fā)環(huán)境設計自己的計算器操作界面來；后來通過幾周的努力，一方面閱讀相關(guān)labview的書籍，一方面在網(wǎng)上尋找相應的論文和編程思路進行參考；主要是為了加深了自己對虛擬儀器的理解；通過一步一步地嘗試，經(jīng)過很多個日日夜夜的思考，終于勉強的編寫出屬于自己的計算機操作界面；雖然一開始很多功能還不能滿足，很多計算的數(shù)值存在誤差或者清除不了零，但通過一次又一次的摸索，最后還是有所選擇性的解決了；通過這個labview項目設計，我不僅僅提高了對科學連算計算器的編程開發(fā)思維，而且還學會labview工程的建立，學會將各種各樣的子VI結(jié)合在一起，進行聯(lián)合的使用實現(xiàn)計算器的功能，減少labview的重復性和累贅性所造成的誤差；另一方面，也