三維螺旋線圖形程序設(shè)計(jì)

1、 課程名稱： 通信技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題 目： 三維螺旋線圖形程序設(shè)計(jì) 院 （系）： 機(jī)械電子工程系 專業(yè)班級(jí)： 通信工程0702 姓 名： 馬 瑋 學(xué) 號(hào)： 0706020204 指導(dǎo)教師： 張 毅 2010年12月23日一、課程設(shè)計(jì)（論文）題目三維螺旋線圖形繪制程序設(shè)計(jì)二、本次課程設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)達(dá)到的目的 通過課程設(shè)計(jì)讓學(xué)生較深入地理解通信新技術(shù)在通信工程專業(yè)系列課程中的地位、作用和意義；加深對(duì)基本概念和基本原理的理解和應(yīng)用，并能夠用所學(xué)知識(shí)分析、初步設(shè)計(jì)和解決與通信需求應(yīng)用相關(guān)的現(xiàn)實(shí)技術(shù)問題，在實(shí)踐中能夠舉一反三。 三、本次課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)的主要內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計(jì)要求

2、等） 四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)： 在Internet網(wǎng)上搜集螺旋線有關(guān)技術(shù)資料。 虛擬儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程黃松嶺等編著，清華大學(xué)出版社。 LabVIEW幫助文件及范例查找。五、審核批準(zhǔn)意見教研室主任（簽字）三維螺旋線圖形程序設(shè)計(jì)摘  要隨著現(xiàn)代社會(huì)的快速發(fā)展、生產(chǎn)技術(shù)不斷的提高，工業(yè)生產(chǎn)正經(jīng)歷著前所未有的改革和發(fā)展速度。自動(dòng)化生產(chǎn)已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)不可避免的趨勢(shì)。自動(dòng)化的生產(chǎn)要幫求商品制造的更快、更好和更精確，這就必然要幫求測(cè)量技術(shù)的提高，Labview應(yīng)運(yùn)而生。虛擬儀器是現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，用數(shù)字化和軟件技術(shù)提高測(cè)試的靈活性和可擴(kuò)充性。他成為解決各種復(fù)雜測(cè)量的最好方

3、案。該論文是在基于Labview8.6平臺(tái)上編寫的三維螺旋線圖形，用Labview編寫的三維圖形程序只是對(duì)Labview軟件的功可以的一個(gè)方面的體現(xiàn)。 關(guān)鍵詞：虛擬儀器    LabVIEW    圖形化編程語言Abstract目 錄1引言11.1課題背景11.2相關(guān)概念1虛擬儀器的主要特點(diǎn)2虛擬儀器的優(yōu)勢(shì)3未來評(píng)測(cè)413設(shè)計(jì)意義52程序設(shè)計(jì)原理62.1模型的建立622模型的分析與性質(zhì)723三維螺旋線特性分析82.4設(shè)計(jì)步驟925關(guān)鍵模塊的說明113三維螺旋線的應(yīng)用164結(jié)論17致謝18參考文獻(xiàn)19朗讀顯示對(duì)應(yīng)的拉丁字符的拼音

4、0;字典 - 查看字典詳細(xì)內(nèi)容1引言1.1課題背景 測(cè)試技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，數(shù)字技術(shù)逐漸取代模擬技術(shù)，組合式、集多功能于一體的儀器取代單臺(tái)儀器，網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)漸漸明顯。軟件在現(xiàn)代測(cè)量中舉足輕重，計(jì)算機(jī)的日益普及也帶動(dòng)了測(cè)試技術(shù)的發(fā)展。  隨之而來的是現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的新一場(chǎng)革命虛擬儀器的出現(xiàn)。它是測(cè)量技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。所謂“虛擬儀器”，就是借助于計(jì)算機(jī)的軟硬件平臺(tái)，配以少量的輔助設(shè)備(或器件)，構(gòu)成功能適合用戶要求的儀器。利用虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)在計(jì)算機(jī)屏幕上虛擬出儀器的面板，用戶通過鼠標(biāo)或鍵盤操作虛擬儀器面板上的旋鈕、開關(guān)和按鍵，設(shè)置各種工作參數(shù)，啟動(dòng)或停止儀器。測(cè)量結(jié)果可以從虛擬儀

5、器面板讀出。用戶在屏幕上通過虛擬儀器面板對(duì)儀器的操作如同在真實(shí)儀器上的操作一樣直觀、方便、靈活。另外，個(gè)人計(jì)算機(jī)的參與大大提高儀器的數(shù)據(jù)處理能力。1.2相關(guān)概念 LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench）是一種圖形化的編程語言的開發(fā)環(huán)境，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件

6、。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動(dòng)有趣。圖形化的程序語言，又稱為“”語言。使用這種語言編程時(shí)，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個(gè)面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。 利用LabVIEW，可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，它是一個(gè)真正的位/64位編譯器。像許多重要的軟件一樣，LabVIEW提供了Windows、UNIX、

7、Linux、Macintosh的多種版本。 它主要的方便就是，一個(gè)硬件的情況下，可以通過改變軟件，就可以實(shí)現(xiàn)不同的儀器儀表的功能，非常方便，是相當(dāng)于軟件即硬件！現(xiàn)在的圖形化主要是上層的系統(tǒng)，國內(nèi)現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出圖形化的單片機(jī)編程系統(tǒng)（支持32位的嵌入式系統(tǒng)，并且可以擴(kuò)展的），不斷完善中(大家可以搜索CPUVIEW會(huì)有更詳細(xì)信息；）LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。

8、與C和BASIC一樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)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(chǔ)，等等。LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、以動(dòng)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。LabVIEW是一種真正意義上的圖形化編程語言，它采用工程技術(shù)人員所熟悉的術(shù)語和圖形化符號(hào)代替常規(guī)的文本語言編程，具有界面友好、操作簡(jiǎn)便、開發(fā)周期短等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)的仿真、數(shù)據(jù)采集、儀器控制、測(cè)量分析和數(shù)據(jù)顯示等方面，在各大公司、科研機(jī)構(gòu)日益普及，得到廣泛應(yīng)用，其自身也因此得到了

9、迅速發(fā)展，功能不斷擴(kuò)充，現(xiàn)已發(fā)展至LabVIEW 8.6版本。LabVIEW軟件已經(jīng)在歐美的大學(xué)相當(dāng)普及，引入LabVIEW軟件工具進(jìn)行輔助教學(xué)和實(shí)驗(yàn)非常普遍，而在我國高等院校中的應(yīng)用才剛剛起步。因此，本書的寫作目的之一就是希望能夠幫助讀者在學(xué)習(xí)電子信息類課程及技術(shù)時(shí)，以LabVIEW為平臺(tái)，借助LabVIEW強(qiáng)大的分析、計(jì)算和交互能力，動(dòng)手對(duì)相關(guān)疑點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證和鉆研。虛擬儀器的主要特點(diǎn) 盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。 可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器。 用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。 虛擬儀器實(shí)際上是一個(gè)按照儀器需求組

10、織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。虛擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號(hào)處理。目前在這一領(lǐng)域內(nèi)，使用較為廣泛的計(jì)算機(jī)語言是美國NI公司的LabVIEW。 普通的PC有一些不可避免的弱點(diǎn)。用它構(gòu)建的虛擬儀器或計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)性能不可能太高。目前作為計(jì)算虛擬儀器的起源可以追溯到20世紀(jì)70年代，那時(shí)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)在國防、航天等領(lǐng)域已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。PC機(jī)出現(xiàn)以后，儀器級(jí)的計(jì)算機(jī)化成為可能，甚至在Microsoft公司的Windows誕生之前，NI公司已經(jīng)在Macintosh計(jì)算機(jī)上推出了LabVIEW2.0以前的版本。對(duì)虛擬儀器和LabVIEW長期、系統(tǒng)、有效的研究開發(fā)使得該公司成為業(yè)界公認(rèn)

11、的權(quán)威。目前LabVIEW的最新版本為LabVIEW2009，LabVIEW 2009為多線程功能添加了更多特性，這種特性在1998年的版本5中被初次引入。使用LabVIEW軟件，用戶可以借助于它提供的軟件環(huán)境，該環(huán)境由于其數(shù)據(jù)流編程特性、LabVIEW Real-Time工具對(duì)嵌入式平臺(tái)開發(fā)的多核支持，以及自上而下的為多核而設(shè)計(jì)的軟件層次，是進(jìn)行并行編程的首選。機(jī)化儀器的一個(gè)重要發(fā)展方向是制定了VXI標(biāo)準(zhǔn)，這是一種插卡式的儀器。每一種儀器是一個(gè)插卡，為了保證儀器的性能，又采用了較多的硬件，但這些卡式儀器本身都沒有面板，其面板仍然用虛擬的方式在計(jì)算機(jī)屏幕上出現(xiàn)。這些卡插入標(biāo)準(zhǔn)的VXI機(jī)箱，再與

12、計(jì)算機(jī)相連，就組成了一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)。VXI儀器價(jià)格昂貴，目前又推出了一種較為便宜的PXI標(biāo)準(zhǔn)儀器。1.2.2虛擬儀器的優(yōu)勢(shì)器虛擬儀器技術(shù)取代傳統(tǒng)儀器成為必然趨勢(shì)。虛擬儀器相對(duì)于傳統(tǒng)儀器，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：靈活性、高性價(jià)比、技術(shù)更新快、易于網(wǎng)絡(luò)化、實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器不可能實(shí)現(xiàn)的功能。它的靈活性體現(xiàn)在，用戶可以自定義功能，選擇自己喜歡的界面圖標(biāo)符號(hào)，而不象傳統(tǒng)儀器那樣，一出廠其功能及外觀已經(jīng)固化，用戶只是被動(dòng)應(yīng)用。高性價(jià)比主要指，用戶擁有一臺(tái)計(jì)算機(jī)，運(yùn)行不同的應(yīng)用程序就得到相應(yīng)的儀器。換句話就是，一臺(tái)計(jì)算機(jī)完全可以取代實(shí)驗(yàn)室里的所有儀器實(shí)現(xiàn)測(cè)量，從而節(jié)約大筆資金。由于虛擬儀器中軟件是關(guān)鍵，所以更新軟件使之功

13、能更新所需時(shí)間大大減少。借助于計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、在線測(cè)量已成為可能。此外，傳統(tǒng)儀器基于硬件、性能必然受到硬件的種種限制。如普通示波器無法捕捉很窄的脈沖，國外生產(chǎn)的特殊示波器能夠作到這一點(diǎn)，其價(jià)格又不菲，而通過數(shù)據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)組成的虛擬儀器則可輕松實(shí)現(xiàn)。1.2.3開發(fā)語言概況  用于虛擬儀器開發(fā)的語言有文本式編程語言：如Visual basic、C+、VisualC+、labwidows/CVI等，圖形化編程語言如LabVIEW、HPVEE。其中影響力最大的要數(shù)LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbe

14、nch,實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái))語言，被稱為“儀器儀表界面”。  LabVIEW及其編程 LabVIEW是美國NI公司開發(fā)的一套基于G語言(Graphics Language，圖形化編程語言)，專為數(shù)據(jù)采集與儀器控制、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)表達(dá)而設(shè)計(jì)的開發(fā)軟件。符合國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE488.2接口驅(qū)動(dòng)程序，適合于用戶組建小型的測(cè)試系統(tǒng)和較簡(jiǎn)單的虛擬儀器或者用于大系統(tǒng)中某個(gè)分系統(tǒng)的編程。它增強(qiáng)了用戶在標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)上配以高效經(jīng)濟(jì)的硬件設(shè)備來構(gòu)建自己的儀器系統(tǒng)的能力。將LabVIEW與一般的數(shù)據(jù)采集以及儀器設(shè)備加以組合，就可以設(shè)計(jì)出虛擬儀器，并將其應(yīng)用于許多領(lǐng)域，從而擺脫傳統(tǒng)的儀器功能的限制。

15、60; LabVIEW具有豐富的庫函數(shù)供用戶調(diào)用。以為例，功能模板包括27個(gè)子模板，每個(gè)子模板中又含有該類型的控制命令、函數(shù)、變量等。其中分析模板又有6個(gè)子模板，充分滿足用戶的不同要求。Labview提供了強(qiáng)大功能調(diào)試工具：?jiǎn)尾綀?zhí)行、設(shè)置斷點(diǎn)、探針(查看數(shù)據(jù)流)。Labview的幫助系統(tǒng)使得用戶盡快掌握編程方法，此外Labview提供的例子程序也加快了開發(fā)進(jìn)程。高級(jí)編程模塊允許Labview與C語言進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，Labview實(shí)現(xiàn)不了的功能交給C來實(shí)現(xiàn)，結(jié)果再傳遞給Labview。例如用戶在應(yīng)用Labview不支持的數(shù)據(jù)板時(shí)，設(shè)置CIN圖標(biāo)，把C編制驅(qū)動(dòng)程序裝載到CIN圖標(biāo)中，在Labview

16、中就可以象調(diào)用其他圖標(biāo)一樣調(diào)用CIN，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)采集板的驅(qū)動(dòng)。  Labview應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)包括前面板及程序框圖。前面板是用戶可以見到的，類似傳統(tǒng)儀器的操作面板，利用工具模板添加輸入控制器輸出指示器。控制器和指示器種類可選擇。程序框圖是支持虛擬儀器實(shí)現(xiàn)其功能的核心。對(duì)程序框圖的設(shè)計(jì)涉及節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)端口和連線的設(shè)計(jì)。連線代表數(shù)據(jù)走向，節(jié)點(diǎn)則是函數(shù)、VI子程序、結(jié)構(gòu)或代碼接口。1.2.3一種虛擬儀器的實(shí)現(xiàn)方法下面是應(yīng)用Labview編制波形發(fā)生器及接收器的實(shí)現(xiàn)情況。波形發(fā)生器的前面板如圖1所示，對(duì)應(yīng)的程序框圖如圖2。此應(yīng)用程序(這里稱應(yīng)用程序1)運(yùn)行于一臺(tái)計(jì)算機(jī)上。波形接收器的前面板如圖

17、3所示，對(duì)應(yīng)的程序框圖如圖4。此應(yīng)用程序(這里稱應(yīng)用程序2)運(yùn)行于另外一臺(tái)計(jì)算機(jī)上。  實(shí)驗(yàn)中，利用RS-232線連接兩臺(tái)計(jì)算機(jī)COM口(端口默認(rèn)為一號(hào))，在一臺(tái)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的波形可以在另外一臺(tái)計(jì)算機(jī)上觀察到。利用Labview提供的串口模塊編制程序，從而方便的得到兩臺(tái)虛擬儀器。這里，需要說明的是，用兩臺(tái)計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序完全是實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果。  實(shí)際應(yīng)用時(shí)，傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，通過COM口輸入計(jì)算機(jī)，同時(shí)運(yùn)行應(yīng)用程序2，即可觀測(cè)波形，相當(dāng)于示波器使用。同樣，應(yīng)用程序1運(yùn)行，結(jié)果通過COM口輸出，D/A轉(zhuǎn)換后，得到相應(yīng)信號(hào)。功能相當(dāng)于信號(hào)發(fā)生儀。未來評(píng)測(cè)虛擬儀器研究的另

18、一個(gè)問題是各種標(biāo)準(zhǔn)儀器的互連及與計(jì)算機(jī)的連接。目前使用較多的是IEEE 488或GPIB協(xié)議。未來的儀器也應(yīng)當(dāng)是網(wǎng)絡(luò)化的。 LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench）是一種圖形化的編程語言的開發(fā)環(huán)境，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，

19、其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動(dòng)有趣。 圖形化的程序語言，又稱為“”語言。使用這種語言編程時(shí)，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個(gè)面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。 利用LabVIEW，可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，它是一個(gè)真正的位/64位編譯器。像許多重要的軟件一樣，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多種

20、版本。 它主要的方便就是，一個(gè)硬件的情況下，可以通過改變軟件，就可以實(shí)現(xiàn)不同的儀器儀表的功能，非常方便，是相當(dāng)于軟件即硬件！現(xiàn)在的圖形化主要是上層的系統(tǒng)，國內(nèi)現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出圖形化的單片機(jī)編程系統(tǒng)（支持32位的嵌入式系統(tǒng)，并且可以擴(kuò)展的），不斷完善中(大家可以搜索CPUVIEW會(huì)有更詳細(xì)信息；）13設(shè)計(jì)意義(1) 有利于基礎(chǔ)知識(shí)的理解 掌握了一些信息時(shí)代生存與發(fā)展必需的信息技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，具備了在日常生活與學(xué)習(xí)中應(yīng)用信息技術(shù)解決問題的基本態(tài)度與基本能力。(2) 有利于邏輯思維的鍛煉 程序設(shè)計(jì)是公認(rèn)的、最能直接有效地訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)分析問題、解決問題能力的學(xué)科之一。即使一個(gè)簡(jiǎn)單的程

21、序，從任務(wù)分析、確定算法、界面布局、編寫代碼到調(diào)試運(yùn)行，整個(gè)過程學(xué)生都需要有條理地構(gòu)思，這中間有猜測(cè)設(shè)想、判斷推理的抽象思維訓(xùn)練，也有分析問題、解決問題、預(yù)測(cè)目標(biāo)等能力的培養(yǎng)。(3) 有利于與其他學(xué)科的整合 在程序設(shè)計(jì)中，我們可以解決其它學(xué)科有關(guān)問題，也利用其它課程的有關(guān)知識(shí)來解決信息技術(shù)中比較抽象很難理解的知識(shí)。在信息技術(shù)課中整合其它學(xué)科的知識(shí)，發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。(4) 有利于治學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)。 程序設(shè)計(jì)中，語句的語法和常量變量的定義都有嚴(yán)格的要求，有時(shí)輸了一個(gè)中文標(biāo)點(diǎn)、打錯(cuò)了一個(gè)字母，編譯就不通過，程序無法正常運(yùn)行。因此，程序設(shè)計(jì)初學(xué)階段，學(xué)生經(jīng)常會(huì)犯這樣的錯(cuò)誤，可能要通過幾次乃至十多次的

22、反復(fù)修改、調(diào)試，才能成功，但這種現(xiàn)象會(huì)隨著學(xué)習(xí)的深入而慢慢改觀。這當(dāng)中就有一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、一絲不茍的科學(xué)精神的培養(yǎng)，又有一個(gè)不怕失敗、百折不撓品格的鍛煉 。2程序設(shè)計(jì)原理2.1模型的建立(1) 平面螺旋線平面螺旋線是一種十分優(yōu)美的曲線，它的形成可以看作一個(gè)點(diǎn)不停地以原點(diǎn)為圓心做圓周運(yùn)動(dòng)，同時(shí)這個(gè)點(diǎn)又以一個(gè)均勻的速度遠(yuǎn)離原點(diǎn)O。如下圖：圖2-1 平面螺旋線(2) 圓柱形螺旋線圓柱形螺旋線很有美感，在生活中與彈簧的形狀十分相似。在一個(gè)三維坐標(biāo)里，用粒子運(yùn)動(dòng)來分析，我們可以看成一個(gè)粒子在X軸上，在XY平面圓周運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，向Z軸方向運(yùn)動(dòng)。如下圖：圖2-2圓柱形螺旋線(3) 圓錐形螺旋線圓錐形螺旋線與平面

23、螺旋線有相似之處，當(dāng)圓錐形螺旋線被壓到XY平面時(shí)，其所形成的圖像與平面螺旋線相同，所以，形成平面螺旋線的粒子只要運(yùn)動(dòng)時(shí)加一個(gè)向上的運(yùn)動(dòng)速度，就可以產(chǎn)生圓錐形螺旋線。如下圖：圖2-3圓錐形螺旋線22模型的分析與性質(zhì)(1) 圓柱型螺旋線 X=acos t ，其中t為參數(shù)， （2-1）Y=asin t ， （2-2） Z=bt （2-3）圓錐形螺旋線方程為： r=ttheta=10+t*(20*360)z=t*3 （2-4）*/10-在圓柱坐標(biāo)中起始位置與極軸夾角，20-螺旋圈數(shù)，3-螺旋線總高(2) 物理性：平面螺旋線可以看作是一個(gè)物理過程，帶電粒子在回旋加速器中加速形成的路線圖。 圓柱型螺旋線也

24、可以看作是一個(gè)物理過程：一個(gè)有初速度的帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過物理中的運(yùn)動(dòng)的分解，粒子的運(yùn)動(dòng)可分成水平和豎直兩方向上的規(guī)則運(yùn)動(dòng)。在豎直方向上，粒子不受任何力的作用，故保持初速度作勻速直線運(yùn)動(dòng)。S=vt，也即方程式中的Z=bt。在水平方向上，粒子受到水平方向磁場(chǎng)力的作用，會(huì)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，磁場(chǎng)力提供勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力。R=MV/BQ.也即方程式a=R。圓錐型螺旋線還可以看成一個(gè)物理過程：一個(gè)粒子以某一水平初速度從邊緣滑入一圓錐型漏斗中，在重力和漏斗的彈力下進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。(3) 數(shù)學(xué)性質(zhì)：圓柱形螺旋線：曲線上每一點(diǎn)到Z軸的距離都相等且為a。曲線上兩點(diǎn)A(X1，Y1)與B(X2，Y2)。

25、一定存在X12+Y12=X22+Y22=a2。當(dāng)X1=X2時(shí)，Y1=Y2。(4) 彈性：螺旋線最顯著的性質(zhì)就是彈性。也即當(dāng)螺旋線被賦予有硬性物質(zhì)時(shí)，它會(huì)保持形狀不變，且富有彈性。比如彈簧，而像三角線，它就沒有彈性，一直穩(wěn)定。23三維螺旋線特性分析在分析三維螺旋線特性之前，首先要確立旋進(jìn)線、旋進(jìn)比、同步的概念。在二維等距螺旋線（平面等距螺旋線）中，我們把“繞中心旋轉(zhuǎn)并供動(dòng)點(diǎn)沿其自身同步、定旋比運(yùn)動(dòng)的任意直線稱為旋進(jìn)線；把動(dòng)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)之間的比例關(guān)系稱為旋進(jìn)比（簡(jiǎn)稱旋比）即動(dòng)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)一周時(shí)相應(yīng)在旋進(jìn)線上移動(dòng)的距離（螺距S）。旋比ix =S/360(角度制單位mm/度)，或ix

26、60;=S/2。把動(dòng)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系限定為同步，即兩者的關(guān)系是隨動(dòng)關(guān)系，即你動(dòng)我動(dòng)、你快我快、你慢我慢、你停我停 。三維等距螺旋線的旋進(jìn)線與二維等距螺旋線的旋進(jìn)線的定義稍有不同。三維等距螺旋線的旋進(jìn)線是：“繞中心線旋轉(zhuǎn)并供動(dòng)點(diǎn)沿其自身同步、定旋比運(yùn)動(dòng)的任意直線稱為旋進(jìn)線。動(dòng)點(diǎn)在旋進(jìn)線上旋轉(zhuǎn)且同步、定旋比直線運(yùn)動(dòng)的軌跡是螺旋體。無論旋進(jìn)線處于徑向的任何位置，只要旋進(jìn)比是固定的常數(shù)值，其螺距一定永遠(yuǎn)都是相等的。   旋進(jìn)線處于徑向的任何固定位置繞中心線回轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)點(diǎn)形成的軌跡是不同直徑的圓柱形等距螺旋線；旋進(jìn)線在繞中心線回轉(zhuǎn)并在徑向等比例單向滑移時(shí)，動(dòng)

27、點(diǎn)形成的軌跡是圓錐形等距螺旋線；旋進(jìn)線在繞中心線回轉(zhuǎn)并在徑向隨意滑移時(shí)，動(dòng)點(diǎn)形成的軌跡是各種不同形狀的曲面等距螺旋線。   當(dāng)旋進(jìn)線繞中心線做幾何圖形回轉(zhuǎn)時(shí)（如三角形、四方形、橢圓形等），動(dòng)點(diǎn)的軌跡是相應(yīng)的三角形等距螺旋線、四方形等距螺旋線、橢圓形等距螺旋線也就是說三維等距螺旋線可以是任何幾何形狀且螺距永遠(yuǎn)相等的螺旋線。   我們的祖先在陶器時(shí)代已經(jīng)掌握了三維等距螺旋線的特性，用雙手將泥漿旋轉(zhuǎn)、拉伸，制成不同形狀的陶胚，燒制出陶瓶、陶罐等日用器皿。在出現(xiàn)了車床等旋轉(zhuǎn)加工設(shè)備后，三維等距螺旋線的特性，得到了更加充分的發(fā)揮。人們利用旋轉(zhuǎn)加工設(shè)備加工出不同直徑

28、的圓柱體、不同形狀的旋成體、不同螺距的螺旋線   隨著人們對(duì)三維等距螺旋線的特性更深入的掌握，隨著科學(xué)技術(shù)的更加先進(jìn)，三維等距螺旋線的特性將會(huì)得到更多的發(fā)揮。2.4設(shè)計(jì)步驟(1) 新建一個(gè)VL，在前面板上放置一個(gè)3D Curve Graph三維曲線圖控件，按【Ctrl+E】切換到流程圖窗口，三維曲線圖自動(dòng)與添加的“3D Curve.vi”函 數(shù)的3D graph端口相連。(2) 在流程圖上放置一個(gè)For循環(huán)結(jié)構(gòu)，計(jì)數(shù)端口賦值為200，利用For循環(huán)結(jié)構(gòu)的自動(dòng)索引累加功能產(chǎn)生一個(gè)變化范圍介于0,10之間的一維數(shù)組，將它送與“3D Curve.vi”節(jié)點(diǎn)的z vector端口。

29、(3) 在“Numeric”“Trigonometric”子選項(xiàng)板中分別選擇“Sine” 函數(shù)和“Cosine”函數(shù)放入For循環(huán)內(nèi)部，用于生成兩個(gè)一維的正弦信號(hào)與余弦信號(hào)數(shù)組。并將正弦信號(hào)數(shù)組與 “3D Curve.vi”節(jié)點(diǎn)的x vector 端口相連，余弦信號(hào)數(shù)組與“3D Curve.vi”節(jié)點(diǎn)的y vector端口相連。(4) 返回程序前面板，在三維圖形的快捷菜單中選擇“CWGraph3D”/“特性（P）”命令，彈出一個(gè)屬性設(shè)置對(duì)話框，取消XY平面、XZ平面和YZ平面的網(wǎng)格顯示。用戶還可以通過在三維圖形顯示控件上拖曳鼠標(biāo)來改變?nèi)S圖形的觀察角度。保存并運(yùn)行程序。前面板運(yùn)行結(jié)果和流程圖分

30、別如下圖所示。圖2-4 流程圖圖2-5 運(yùn)行結(jié)果25關(guān)鍵模塊的說明For循環(huán)模塊：在函數(shù)模板的Structure子模板中選擇For循環(huán)圖標(biāo)，然后再后面板上所有需要在循環(huán)內(nèi)的對(duì)象的左上角單擊，并按住鼠標(biāo)向右下角拖動(dòng)，直到所有需要在循環(huán)內(nèi)的對(duì)象都包含到For循環(huán)圖框中。同樣，也可以先在后面板上畫出For循環(huán)圖框，然后再向圖框中添加代碼，構(gòu)成循環(huán)體。For循環(huán)有兩個(gè)固定的數(shù)據(jù)端口，即Loop Count和Loop Iteration。其中Loop Count連接一個(gè)整型數(shù)值，指定循環(huán)的次數(shù)，當(dāng)將這個(gè)數(shù)據(jù)端口連接了一個(gè)非整型的數(shù)值型常量時(shí)，程序會(huì)自動(dòng)將其圓整，改為和輸出量接近的偶數(shù)。創(chuàng)建For循環(huán)后，

31、可使用移位寄存器將值從上一個(gè)循環(huán)傳遞到下一個(gè)循環(huán)。如果將一個(gè)數(shù)組連接到For循環(huán)，則啟用自動(dòng)索引課讀取和處理數(shù)組中的元素。也可配置For循環(huán)使其返回一個(gè)由循環(huán)生成的值所組成的數(shù)組，從而啟用自動(dòng)索引?？蔀镕or循環(huán)添加一個(gè)條件接線端，從而在出現(xiàn)布爾條件或發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)循環(huán)停止。帶有條件接線端的For循環(huán)在條件發(fā)生時(shí)或所有循環(huán)完成時(shí)菜停止執(zhí)行。右鍵單擊For循環(huán)邊框并從快捷菜單中選擇條件接線端，從而為For循環(huán)添加一個(gè)條件接線端。運(yùn)行VI前，必須為For循環(huán)的條件接線端連線，同時(shí)需連接其計(jì)數(shù)接線端或啟用輸入數(shù)組的自動(dòng)索引。循環(huán)計(jì)數(shù)為零時(shí)，F(xiàn)or循環(huán)生成默認(rèn)數(shù)據(jù)。三維曲線模塊：三維曲線圖在三維空間顯示曲

32、線而不是曲面，在前面板窗口新建的三維曲線圖外觀與三維曲面圖相同，如圖1所示。圖2-6 三維曲線圖 三維曲線圖在程序框圖中包括控件3D Curve和3D Curve.vi。 3D graph：輸入ActiveX容器端子，表示3D圖形控件。 ·X vector：輸入一維數(shù)組（必要參數(shù)），表示曲線在X軸上的位置。 ·y vector輸入一維數(shù)組（必要參數(shù)），表示曲線在Y軸上的位置。·z vector輸入一維數(shù)組（必要參數(shù)），表示曲線在Z軸上的位置。圖2-7 3D Curve vi三維圖形可輸入對(duì)三維控件的引用。 x向量該一維數(shù)據(jù)數(shù)組包含曲線的x軸坐標(biāo)。 y向量該一維數(shù)據(jù)

33、數(shù)組包含曲線的y軸坐標(biāo)。 錯(cuò)誤輸入表明VI或函數(shù)運(yùn)行前發(fā)生的錯(cuò)誤。默認(rèn)值為無錯(cuò)誤。如錯(cuò)誤發(fā)生在VI或函數(shù)運(yùn)行之前，VI或函數(shù)將把錯(cuò)誤輸入值傳遞至錯(cuò)誤輸出。如在VI或函數(shù)運(yùn)行前沒有發(fā)生錯(cuò)誤，VI或函數(shù)將正常運(yùn)行。如在VI或函數(shù)運(yùn)行時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤，VI或函數(shù)將正常運(yùn)行并在錯(cuò)誤輸出中設(shè)置自身的錯(cuò)誤狀態(tài)。簡(jiǎn)易錯(cuò)誤處理器或通用錯(cuò)誤處理器VI可用于顯示錯(cuò)誤代碼的說明信息。錯(cuò)誤輸入和錯(cuò)誤輸出用于檢查錯(cuò)誤并通過將一個(gè)節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤輸出與另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤輸入連線指定執(zhí)行順序。 狀態(tài)的值為TRUE（叉）時(shí)表示在VI或函數(shù)運(yùn)行前已發(fā)生錯(cuò)誤，值為FALSE（勾）時(shí)表示警告或無錯(cuò)誤。默認(rèn)值為FALSE。 代碼是錯(cuò)誤或警告代碼。

34、默認(rèn)值為0。如狀態(tài)的值為TRUE，代碼將為非零錯(cuò)誤代碼。如狀態(tài)的值為FALSE，代碼將為0或警告代碼。 源表示錯(cuò)誤或警告的源，大多數(shù)情況下表示出現(xiàn)錯(cuò)誤或警告的VI或函數(shù)名。默認(rèn)值為空字符串。 z向量該一維數(shù)組包含曲線的z坐標(biāo)。 x向量和y向量用于平移或斜移z矩陣中的數(shù)據(jù)集合。 曲線數(shù)量是三維控件屬性的曲線列表的索引。通過右鍵單擊控件調(diào)整屬性，可添加新曲線。默認(rèn)值為列表中的第一條曲線。 三維圖形輸出將引用傳遞至三維控件輸出，使引用可與其它VI配合使用。 錯(cuò)誤輸出包含錯(cuò)誤信息。如錯(cuò)誤輸入表明在VI或函數(shù)運(yùn)行前已發(fā)生錯(cuò)誤，錯(cuò)誤輸出將包含相同的錯(cuò)誤信息。否則，表明VI或函數(shù)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤狀態(tài)。右鍵單擊錯(cuò)

35、誤輸出的前面板顯示控件，從快捷菜單中選擇解釋錯(cuò)誤可獲取更多關(guān)于該錯(cuò)誤的信息。 狀態(tài)的值為TRUE（叉）時(shí)表示錯(cuò)誤，的值為FALSE（勾）時(shí)表示警告或無錯(cuò)誤。 · 代碼是錯(cuò)誤或警告代碼。如狀態(tài)的值為TRUE，代碼將為非零錯(cuò)誤代碼。如狀態(tài)的值為FALSE，代碼將為0或警告代碼。 · 源表示錯(cuò)誤或警告的源，大多數(shù)情況下表示出現(xiàn)錯(cuò)誤或警告的VI或函數(shù)名。 三維曲線圖中三個(gè)一維數(shù)組長度相等，分別代表X、Y、Z三個(gè)方向上的向量，是不可缺少的輸入?yún)?shù)，由x（i），y（i），z（i）構(gòu)成第i點(diǎn)的空間坐標(biāo)。圖形顯示對(duì)于虛擬儀器面板設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的內(nèi)容。LabVIEW為此提供了豐富的功能。在前

36、面幾章我們已經(jīng)接觸了這個(gè)問題，現(xiàn)在較系統(tǒng)地介紹一下。我們不從圖形的實(shí)現(xiàn)方法上去討論問題,那是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的課題。但我們需要從用戶的可能的需求角度探求一下，如果你需要做虛擬儀器方面的開發(fā)，那么可能遇到些什么圖形問題。LabVIEW在這方面所做的工作是非常值得借鑒的。在LabVIEW的圖形顯示功能中Graph和Chart是兩個(gè)基本的概念。一般說來Chart是將數(shù)據(jù)源（例如采集得到的數(shù)據(jù)）在某一坐標(biāo)系中，實(shí)時(shí)、逐點(diǎn)地顯示出來，它可以反映被測(cè)物理量的變化趨勢(shì)，例如顯示一個(gè)實(shí)時(shí)變化的波形或曲線，傳統(tǒng)的模擬示波器、波形記錄儀就是這樣。而Graph則是對(duì)已采集數(shù)據(jù)進(jìn)行事后處理的結(jié)果。它先將被采集數(shù)據(jù)存放在一

37、個(gè)數(shù)組之中，然后根據(jù)需要組織成所需的圖形顯示出來。它的缺點(diǎn)是沒有實(shí)時(shí)顯示，但是它的表現(xiàn)形式要豐富得多。例如采集了一個(gè)波形后，經(jīng)處理可以顯示出其頻譜圖?，F(xiàn)在，數(shù)字示波器也可以具備類似Graph的顯示功能。LabVIEW的Graph子模板中有許多可供選用的控件，其中常用的見下表：表2-1 ChartGraphWaveform（波形）*XY *Intensity（強(qiáng)度圖）*Digital（數(shù)字圖） *3D Surface（三維曲面） *3D Parametric（三維參變量） *3D Curve（三維曲線） * 由表中可以看出，Chart方

38、式盡管能實(shí)時(shí)、直接地顯示結(jié)果，但其表現(xiàn)形式有限，而Graph方式表現(xiàn)形式要遠(yuǎn)為豐富，但這是以犧牲實(shí)時(shí)為代價(jià)的。在LabVIEW i版本中還包含有極坐標(biāo)等其他圖形（Plot），本章不討論。Graph控件各種圖形都提供了相應(yīng)的控件，以Graph為例介紹。圖所示為它的控件。所有這些控件都包含在圖形快速菜單的Visible Items選項(xiàng)下。曲線圖例可用來設(shè)置曲線的各種屬性，包括線型（實(shí)線、虛線、點(diǎn)劃線等）、線粗細(xì)、顏色以及數(shù)據(jù)點(diǎn)的形狀等。圖形模板可用來對(duì)曲線進(jìn)行操作，包括移動(dòng)、對(duì)感興趣的區(qū)域放大和縮小等。光標(biāo)圖例可用來設(shè)置光標(biāo)、移動(dòng)光標(biāo)，幫助你用光標(biāo)直接從曲線上讀取感興趣的數(shù)據(jù)?？潭葓D例用來設(shè)置坐標(biāo)

39、刻度的數(shù)據(jù)格式、類型（普通坐標(biāo)或?qū)?shù)坐標(biāo)），坐標(biāo)軸名稱以及刻度柵格的顏色等。 3三維螺旋線的應(yīng)用螺旋線離我們并不遙遠(yuǎn)，他被廣泛地應(yīng)用于生活中的各個(gè)方面。如機(jī)械上的螺桿、螺帽、螺釘和日常用品的螺絲口等。槍線也是螺旋線，就連一些樓梯也是螺旋狀的。螺旋狀的樓梯在人們?nèi)粘Ｉ钪幸呀?jīng)是十分普遍了，不僅僅是因?yàn)槊烙^，更是因?yàn)槟乔擅畹財(cái)?shù)學(xué)原理帶來的奇特性質(zhì)，就連被稱為“世界七大奇觀”之一的意大利比薩斜塔的樓梯，也是294階的螺旋線。圖3-1 螺桿 螺帽美國加州設(shè)計(jì)師還向車前草借鑒了采光原理，設(shè)計(jì)了一幢13層的螺旋狀排列的大樓，結(jié)果證明，每個(gè)房間都能得到充足的陽光。這也再一次證明了螺旋線神奇性質(zhì)。同樣，就連我們生活中最常見的地方也有螺旋線的身影，夏日里驅(qū)蚊的蚊香，愛美女性們選擇的卷發(fā)發(fā)型，每一看起來很小的東西里面都運(yùn)用到了螺旋線的奇妙。另外，