基于LABVIEW的科學(xué)連算計(jì)算器設(shè)計(jì)總體報(bào)告

1、深圳大學(xué)考試答題紙(以論文、報(bào)告等形式考核專(zhuān)用)二14 二 15 學(xué)年度第 二 學(xué)期課程編號(hào)1700770001課程名稱(chēng)虛擬儀器主講教師 江輝學(xué) 號(hào)2012170081 姓名張佳煉專(zhuān)業(yè)年級(jí)測(cè)控技術(shù)與儀器教師評(píng)語(yǔ)：題目：基于labview2011的科學(xué)連算計(jì)算器設(shè)計(jì) 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(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，由用戶自己設(shè)計(jì)定義，具有虛擬的操作面板，測(cè)試功能由測(cè)試軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。它是計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器技術(shù)結(jié)合，也充分利用計(jì)算機(jī)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(dá)、傳遞、存儲(chǔ)等方面的限制，達(dá)到傳統(tǒng)儀器無(wú)法比擬

2、的效果。還可以把儀器的三大功能全部放在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。而隨著科技的進(jìn)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(shì)。自從NI公司從上世紀(jì)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(gè)階段：第一階段：利用計(jì)算機(jī)增強(qiáng)儀器的功能，利用GPIB總線和RS-232總線同計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，用戶就可以用計(jì)算機(jī)控制儀器。第二階段：開(kāi)放式的儀器結(jié)構(gòu)，一是插入式計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理卡；二是VXI儀器總線標(biāo)準(zhǔn)的確立第三階段：虛擬儀器框架得到廣泛認(rèn)同、，并逐漸成為虛擬儀器行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)工具；B.虛擬儀器的特色所在：首先，它豐富和增強(qiáng)了傳統(tǒng)儀器的功能。將信號(hào)分析、顯示、存儲(chǔ)、打印和其他管理集中交由計(jì)算機(jī)來(lái)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(kāi)放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，利于企業(yè)和用戶開(kāi)發(fā)，使資源的可重復(fù)利用率提高，功能易于擴(kuò)展，管理規(guī)范，生產(chǎn)、維護(hù)和開(kāi)發(fā)費(fèi)用降低。再者，虛擬儀器便于便于構(gòu)成復(fù)雜的測(cè)試系統(tǒng)。它軟硬件的多樣化結(jié)合決定了它可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成復(fù)雜的分布式測(cè)試系統(tǒng)，進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)試、監(jiān)控、和診斷?？晒?jié)約儀器購(gòu)買(mǎi)和維護(hù)費(fèi)用。C.虛擬儀器的發(fā)展需求和趨勢(shì)：a) 開(kāi)放式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)逐步地帶領(lǐng)虛擬儀器走上標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、專(zhuān)業(yè)化和模塊化的道路。b) 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及和發(fā)展，”網(wǎng)絡(luò)即儀器”越來(lái)越越受到廣泛群眾的認(rèn)識(shí)和認(rèn)可，網(wǎng)絡(luò)化儀器必將在新世紀(jì)推動(dòng)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(huì)向廣大用戶提供簡(jiǎn)單易用的圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境，根據(jù)客戶自身的需求，用于開(kāi)發(fā)和自身測(cè)試、測(cè)量與控制應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，協(xié)助工程師和科學(xué)家們實(shí)現(xiàn)更高的開(kāi)發(fā)效率方向前進(jìn)。d) 高性能計(jì)算機(jī)的發(fā)展推動(dòng)著儀器發(fā)展，計(jì)算機(jī)具有儀器所需要的最先進(jìn)及性能價(jià)格比最好的顯示與存儲(chǔ)能力，尤其是計(jì)算機(jī)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(cè)試技術(shù)水平的提高提供了可靠保證。2.虛擬計(jì)算器的設(shè)計(jì)背景隨著編程的日益高級(jí)化和專(zhuān)業(yè)化，很多虛擬計(jì)算器已經(jīng)滿足甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越實(shí)體計(jì)算器的計(jì)算能力，更多滿足多種形式轉(zhuǎn)換和功能呈現(xiàn)的虛擬計(jì)算器已經(jīng)出現(xiàn)，隨著科技日益的競(jìng)爭(zhēng)和高速發(fā)展，滿足客戶多樣化需求的算術(shù)型

5、，消費(fèi)型，科學(xué)型計(jì)算器也將逐漸出現(xiàn)在人們的日常生活中，設(shè)計(jì)和認(rèn)識(shí)一款基于labview的虛擬計(jì)算器是自身進(jìn)一步認(rèn)識(shí)虛擬軟件重要性的需要。而在平板電腦與智能手機(jī)普及的世界,安裝有免費(fèi)低價(jià)強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)虛擬計(jì)算器會(huì)越來(lái)越受消費(fèi)者的歡迎；虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái) 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(cè)試功能時(shí)，可由用戶自己通過(guò)計(jì)算機(jī)平臺(tái)利用圖形軟件對(duì)測(cè)量模塊進(jìn)行分層組合，以生成所需要的測(cè)試功能。 1986年，美國(guó)國(guó)家儀器公司的工程師杰夫·考度斯基（Jeff Kodosky）的在蘋(píng)果電腦上發(fā)表了LabVIEW的程序， LabVIEW是一種程序開(kāi)發(fā)環(huán)

6、境，類(lèi)似于C和BASIC開(kāi)發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是利用圖形化編輯語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)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(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫(kù)。LabVIEW的函數(shù)庫(kù)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(huà)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L(zhǎng)abVIEW標(biāo)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(xué)連算計(jì)算器設(shè)計(jì)前言計(jì)算器的發(fā)展歷史：最早的計(jì)算工具誕生在中國(guó)。 中國(guó)古代最早采用的一種計(jì)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(dāng)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(pán)，是中國(guó)古代計(jì)算工具領(lǐng)域中的另一項(xiàng)發(fā)明，明代時(shí)的珠算盤(pán)已經(jīng)與現(xiàn)代的珠算盤(pán)幾乎相同。 17世紀(jì)初，西方國(guó)家的計(jì)算工具有了較大的發(fā)展，英國(guó)數(shù)學(xué)家納皮爾發(fā)明的"納皮爾算籌"，英國(guó)牧師奧卻德發(fā)明了圓柱型對(duì)數(shù)計(jì)算尺，這種計(jì)算尺不僅能做加減乘除、乘方、開(kāi)方

8、運(yùn)算，甚至可以計(jì)算三角函數(shù)，指數(shù)函數(shù)和對(duì)數(shù)函數(shù)，這些計(jì)算工具不僅帶動(dòng)了計(jì)算器的發(fā)展，也為現(xiàn)代計(jì)算器發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)，成為現(xiàn)代社會(huì)應(yīng)用廣泛的計(jì)算工具。 1642年，年僅19歲的法國(guó)偉大科學(xué)家帕斯卡引用算盤(pán)的原理，發(fā)明了第一部機(jī)械式計(jì)算器，在他的計(jì)算器中有一些互相聯(lián)鎖的齒輪，人們可以像撥電話號(hào)碼盤(pán)那樣，把數(shù)字撥進(jìn)去，計(jì)算結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)在另一個(gè)窗口中，但是只能做加減計(jì)算。1694年，萊布尼茲在德國(guó)將其改進(jìn)成可以進(jìn)行乘除的計(jì)算。此后，一直要到20世紀(jì)50年代末才有電子計(jì)算器的出現(xiàn)。一課程設(shè)計(jì)目標(biāo)（內(nèi)容摘要）：本次的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)主要是基于labview2011，利用虛擬環(huán)境開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬的科學(xué)連算計(jì)

9、算器，滿足加減乘除和正常三角函數(shù)的虛擬按鍵計(jì)算，具有一鍵刪除和逐位刪除功能，可以循環(huán)多次的計(jì)算和一鍵正常的退出，植入個(gè)人 的說(shuō)明和功能的自定義菜單介紹，根據(jù)自己的需要進(jìn)行進(jìn)制轉(zhuǎn)換，具有運(yùn)算結(jié)果的存儲(chǔ)和歷史記錄的查詢，移位查詢等功能的擴(kuò)展。通過(guò)向虛擬計(jì)算器寫(xiě)入“計(jì)算表達(dá)式”，按“=”鍵即可德出計(jì)算的結(jié)果。關(guān)鍵詞：科學(xué)連算計(jì)算器 Labview2011 虛擬儀器 進(jìn)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(shí)驗(yàn)器件目錄：（1） Labview 2011軟件；（2） PC機(jī)；三、設(shè)計(jì)流程 1.需求分析：確定設(shè)計(jì)任務(wù)、擬制系統(tǒng)方案計(jì)算器的劃分：根據(jù)形態(tài)類(lèi)別，計(jì)算器一般可分實(shí)物形態(tài)和虛

13、擬形態(tài)的計(jì)算器；對(duì)于實(shí)物計(jì)算器來(lái)說(shuō)，這一類(lèi)的計(jì)算器一般是手持式計(jì)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(kāi)發(fā)者根據(jù)自身的需要進(jìn)行個(gè)人需求的功能升級(jí). 當(dāng)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(qiáng)大的圖形式手持計(jì)算器, 科學(xué)計(jì)算功能能力強(qiáng)，但價(jià)格還是比較高的, 今天在平板電腦與智能手機(jī)普及的世界, 不建議購(gòu)買(mǎi)太貴的多功能手持科學(xué)計(jì)算器. 如今的很多手機(jī)和平板乃至PC機(jī)都已經(jīng)安裝有免費(fèi)強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)虛擬計(jì)算器；對(duì)于軟件計(jì)算器來(lái)說(shuō)，隨著編程的日益高級(jí)化和專(zhuān)業(yè)化，很多虛擬計(jì)算器已經(jīng)滿足甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越實(shí)體計(jì)算器的計(jì)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(jì)算器已經(jīng)出現(xiàn)，隨著科技日益的競(jìng)爭(zhēng)和高速發(fā)展，滿足客戶多樣化需求的算術(shù)型，消費(fèi)型，科學(xué)型計(jì)算器也將逐漸出現(xiàn)在人們的日常生活中，使得免費(fèi)和低價(jià)的虛擬軟件計(jì)算形式也逐步走進(jìn)尋常百姓家。而在平板電腦與智能手機(jī)普及的世界,安裝有免費(fèi)低價(jià)強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)虛擬計(jì)算器已經(jīng)越來(lái)越受消費(fèi)者的歡迎；對(duì)虛擬軟件計(jì)算器的介紹：虛擬軟件虛擬運(yùn)算的計(jì)算一般可分為三類(lèi):常用計(jì)算器,專(zhuān)用計(jì)算器,綜合功能計(jì)算器. 常用計(jì)算器一般又可以有以下幾類(lèi)： （1）算術(shù)型計(jì)算器可進(jìn)行加、減、乘、除等簡(jiǎn)單的四則運(yùn)算，又稱(chēng)簡(jiǎn)單計(jì)算器。一般都是實(shí)物計(jì)算器  （2）科學(xué)型計(jì)算器可進(jìn)行乘方、開(kāi)方、指數(shù)、對(duì)

15、數(shù)、三角函數(shù)、統(tǒng)計(jì)等方面的運(yùn)算，又稱(chēng)函數(shù)計(jì)算器。(3)程序員計(jì)算器專(zhuān)門(mén)為程序員設(shè)計(jì)的計(jì)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(dòng)的位數(shù)等等；(4) 統(tǒng)計(jì)計(jì)算器這是為具有有統(tǒng)計(jì)要求的企業(yè)或人員設(shè)計(jì)的虛擬軟件計(jì)算器； 這里實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選取的設(shè)計(jì)小型科學(xué)和算術(shù)型結(jié)合的計(jì)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(jiǎn)便，用更簡(jiǎn)潔的畫(huà)面來(lái)迎合他們的習(xí)慣；（2）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔的計(jì)算背景，并將計(jì)算結(jié)果和計(jì)算過(guò)程分離開(kāi)來(lái)，更有利于使用者計(jì)算的觀察和查詢；（3）進(jìn)行加減乘除的四則運(yùn)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(jì)算操作

16、的計(jì)算內(nèi)容和結(jié)果。（6）做自定義功能菜單，包括剪切，復(fù)制，粘貼，還有個(gè)人的說(shuō)明和計(jì)算器的功能介紹，退出計(jì)算器等；2.總體方案設(shè)計(jì)（1）總流程圖介紹在確定計(jì)算器功能類(lèi)型和數(shù)量的基礎(chǔ)上，查閱相關(guān)資料對(duì)方案進(jìn)行論證，完成總體設(shè)計(jì)。繪制出系統(tǒng)總圖和計(jì)算器界面總框圖。減加乘除功能計(jì)算移位操作和歷史查詢表達(dá)式，計(jì)算結(jié)果拆分運(yùn)算（把數(shù)字和符號(hào)分開(kāi)來(lái)）三角函數(shù)和簡(jiǎn)單的開(kāi)方運(yùn)算進(jìn)制轉(zhuǎn)換計(jì)算過(guò)程的括號(hào)和再括號(hào)判斷啟動(dòng)輸入表達(dá)式（2）總體計(jì)算器界面圖：（2）詳細(xì)設(shè)計(jì)A. 總體工程項(xiàng)目：B. 科學(xué)計(jì)算器全部主要vi和子vi目錄C. 計(jì)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(jìn)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(shí)驗(yàn)效果圖：A.計(jì)算界面：B.個(gè)人說(shuō)明D. 功能介紹界面E.自定義功能菜單運(yùn)行時(shí)菜單更改界面：實(shí)驗(yàn)收獲1.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：1，基本實(shí)現(xiàn)各種加減乘除和三角函數(shù)，開(kāi)方等的連續(xù)計(jì)算、界面、操作及菜單功能；2，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)暫存等功能，可對(duì)歷史計(jì)算記錄進(jìn)行查詢，優(yōu)化了計(jì)算的記憶存儲(chǔ)；3，可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)功能，將十進(jìn)制的計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為其他進(jìn)制的功能，但不具備除十進(jìn)制之外的其他進(jìn)的 計(jì)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(dá)式和計(jì)算結(jié)果的分行顯示，更有利于計(jì)算過(guò)程的處理和呈現(xiàn)；7，計(jì)算結(jié)果的左右移查詢錯(cuò)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(jì)算器在labview開(kāi)發(fā)運(yùn)行環(huán)境下的位置移動(dòng)和界面伸縮的可修改；沒(méi)有實(shí)現(xiàn)的功能如下：計(jì)算結(jié)果關(guān)于pi和e的誤差問(wèn)題和顯示精度問(wèn)題；計(jì)算結(jié)果呈整數(shù)時(shí)的小數(shù)點(diǎn)隱藏清除問(wèn)題；鍵盤(pán)快捷鍵的交互性操作；輸入值或計(jì)算結(jié)果太大或太小時(shí)的顯示控制問(wèn)題；只能講十進(jìn)制的整數(shù)轉(zhuǎn)化其他進(jìn)制數(shù)，缺少小數(shù)轉(zhuǎn)化和其他進(jìn)制的運(yùn)算功能；2.實(shí)驗(yàn)心得：在實(shí)驗(yàn)的開(kāi)始之初，自己很難基于labview2011的開(kāi)發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)自己的計(jì)算器操作界面來(lái)；后來(lái)通過(guò)幾周的努力，一方面閱讀相關(guān)labview的書(shū)籍，一方面在網(wǎng)上尋找相應(yīng)的論文和編程思路進(jìn)行參考；主要是為了加深了自己對(duì)虛擬儀器的理解；通過(guò)一步一步地嘗試，經(jīng)過(guò)很多個(gè)日日夜夜的思考，終于勉強(qiáng)的編寫(xiě)出屬于自己的計(jì)算機(jī)操作界面；雖然一開(kāi)始很多功能還不能滿足，很多計(jì)算的數(shù)值存在誤差或者清除不了零，但通過(guò)一次又一次的摸索，最后還是有所選擇性的解決了；通過(guò)這個(gè)labview項(xiàng)目設(shè)計(jì)，我不僅僅提高了對(duì)科學(xué)連算計(jì)算器的編程開(kāi)發(fā)思維，而且還學(xué)會(huì)labview工程的建立，學(xué)會(huì)將各種各樣的子VI結(jié)合在一起，進(jìn)行聯(lián)合的使用實(shí)現(xiàn)計(jì)算器的功能，減少labview的重復(fù)性和累贅性所造成的誤差；另一方面，也