LabVIEW課程設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)電子時(shí)鐘

目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1目的及基本要求0\o"CurrentDocument"2電子時(shí)鐘原理1\o"CurrentDocument"2.1LabVIEW課程設(shè)計(jì)的原則2\o"CurrentDocument"2.2設(shè)計(jì)要求2\o"CurrentDocument"2.3設(shè)計(jì)思路2\o"CurrentDocument"3電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)和仿真3\o"CurrentDocument"3.1具體設(shè)計(jì)步驟3\o"CurrentDocument"3.2設(shè)計(jì)任務(wù)流程14\o"CurrentDocument"3.3設(shè)計(jì)中遇到的問題14\o"CurrentDocument"3.4課程設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收和答辯及報(bào)告的完成14\o"CurrentDocument"4結(jié)果及性能分析15\o"CurrentDocument"4.1結(jié)果分析15\o"CurrentDocument"4.2性能分析16\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn)171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完成各種測試、測量和自動(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)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年來始終引領(lǐng)測試測量行業(yè)發(fā)展趨勢的原因所在。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。LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench，實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境）是一種圖形化的編程語言（又稱G語言），它是由美國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。使用這種語言編程時(shí)，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，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：2.1LabVIEW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，即通過獲取電腦的系統(tǒng)時(shí)間，并分離出給數(shù)字，在通過布爾顯示顯示。數(shù)字的顯示主要是7個(gè)長條的布爾顯示組成，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。2.2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)的說明。2.3設(shè)計(jì)思路電子時(shí)鐘的基本設(shè)計(jì)思路是通過可以獲取時(shí)間的控件來獲取相關(guān)信息，如：年、月、日、星期、天數(shù)、時(shí)、分、秒等，可以回當(dāng)前時(shí)間的時(shí)間標(biāo)識(shí)LabVIEW將時(shí)間標(biāo)識(shí)計(jì)算為自1904年1月1日星期五12:00a.m（通用時(shí)間）以來的秒數(shù)。使用轉(zhuǎn)換為雙精度浮點(diǎn)數(shù)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：

圖2-1電子時(shí)鐘效果圖3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：3.1具體設(shè)計(jì)步驟時(shí)間設(shè)置獲取時(shí)間的各整型數(shù)據(jù)，軟件中獲取日期/時(shí)間（秒）控件從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中自動(dòng)提取時(shí)間，并轉(zhuǎn)換成日期、時(shí)間等，控件圖如下：

時(shí)間設(shè)!圖3-1時(shí)間設(shè)置控件圖時(shí)間顯示通過除10取余便可得到個(gè)位，商為十位，以此方法也可求出年的各個(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。如沒有連線或小于0,則默認(rèn)值為0。長度必須為數(shù)值。如長度沒有連線，則默認(rèn)值為字符串長度減去偏移量。子字符串如偏移量大于字符串的長度，或長度小于等于0,則值為空。如長度大于或等于字符串長度減去偏移量，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、G分別置為1011011，這樣就顯示出了數(shù)字“5”。A'BECD圖3-2數(shù)碼管顯示時(shí)間顯示fI'FFI?G理.D2.￡.2.A2'EzEJ|,ErmFtFIFtfI,Erm1圖3-3時(shí)間顯示控件圖:凌晨、上午、下時(shí)段顯示:凌晨、上午、下即用電子時(shí)鐘顯示當(dāng)前時(shí)段，一般可以分為四個(gè)時(shí)段，午和晚上。控件圖如下：圖3-4時(shí)段顯示控件圖星期顯示直到星期天，相數(shù)字時(shí)鐘具備顯示星期的功能，一周分為七天，從星期關(guān)控件如下：直到星期天，相星期顯示I*T匚||_時(shí)間字符串|%8HMi?NI'T-'J1251圖3-5星期顯示控件圖日期顯示即通過數(shù)字時(shí)鐘顯示當(dāng)前年、月、日，由于年份要用四位數(shù)來表示，月份和日期各用兩位數(shù)來表示，則就要用到八個(gè)方形指示燈來顯示，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：-..■E1.00Ji]

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'os一...一..DHE辱-T#C約9斕■身電■1—O??Tit■q[10]—iA42aIin>??-c圖3-6日期顯示控件圖鬧鐘設(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3-7鬧鐘設(shè)置控件圖自定義時(shí)間設(shè)置在電子鐘的設(shè)計(jì)過程中，除了能獲取當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間外，還可以自己自定義時(shí)間，即可以手動(dòng)輸入時(shí)、分、秒并通過電子時(shí)鐘顯示出來。在本設(shè)計(jì)中，即設(shè)計(jì)一個(gè)子.VI文件，并和主程序相連，從而實(shí)現(xiàn)此功能。相關(guān)控件圖以及其前面板圖如下：圖3-8自定義時(shí)間設(shè)置圖3-9自定義時(shí)間設(shè)置前面板退出設(shè)置按Esc之后，停止并退出，如下圖所示:停止IEI圈圖3-10退出控件圖電子時(shí)鐘系統(tǒng)整體連接圖如下所示時(shí)閆顯示43HZ—,.mJ時(shí)閆顯示43HZ—,.mJ圖3-11電子時(shí)鐘系統(tǒng)整體控件連接圖3.2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。3.3設(shè)計(jì)中遇到的問題由于是第一次進(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)無從下手。但是經(jīng)過老師和同學(xué)的指點(diǎn)，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，也繞了不少彎子。后期，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)鐘功能很簡單，實(shí)現(xiàn)起來也很簡單，但要做得美觀、簡潔卻不那么容易。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，沒有做得更好。這一點(diǎn)很遺憾，但愿有機(jī)會(huì)可以彌補(bǔ)?？傮w來說，設(shè)計(jì)過程遇到的問題不少，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。3.4課程設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收和答辯及報(bào)告的完成相關(guān)控件圖連接完畢后，運(yùn)行無誤，就可以進(jìn)行答辯與驗(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結(jié)果及性能分析4.1結(jié)果分析1.未運(yùn)行的時(shí)候效果圖如下:星期1■?I11::?■圖4-1未運(yùn)行時(shí)效果圖2.從當(dāng)前系統(tǒng)獲取時(shí)間后，運(yùn)行如下:圖4-2運(yùn)行效果圖3.自定義時(shí)間設(shè)置效果圖，如輸入12時(shí)12分13秒，則系統(tǒng)顯示時(shí)間如下:圖4-3自定義時(shí)間顯示效果圖4.2性能分析從大體上說，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，除了最基本的顯示年、月、日、時(shí)、分、秒之外，還可以顯示時(shí)段和星期，甚至還可以實(shí)現(xiàn)鬧鐘定時(shí)的功能，而且增加了自定義時(shí)間控制的功能。而且界面設(shè)計(jì)美觀而簡約，布局也還算合理，操作也足夠簡單。由于LabVIEW軼件的優(yōu)越性，用它來制作和仿真數(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