基于Labview的计算器的设计.doc

本科毕业论文（设计）题 目 基于labview的计算器的设计 院（系） 电子工程与电气自动化学院 专 业 电子科学与技术 学生姓名 杨婉 学 号 10029058 指导教师 孙春虎 职称 讲师 论文字数 完成日期: 年 月 日巢湖学院本科毕业论文(设计)诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文(设计)，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本人签名： 日期： 巢湖学院本科毕业论文 (设计)使用授权说明本人完全了解巢湖学院有关收集、保留和使用毕业论文 (设计)的规定，即：本科生在校期间进行毕业论文(设计)工作的知识产权单位属巢湖学院。学校根据需要，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许毕业论文 (设计)被查阅和借阅；学校可以将毕业论文(设计)的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编毕业，并且本人电子文档和纸质论文的内容相一致。保密的毕业论文(设计)在解密后遵守此规定。本人签名： 日期： 导师签名： 日期： 基于labview的计算器的设计摘 要本次毕业论文是基于LabVIEW的计算器的设计，主要是使用LabVIEW虚拟仪器开发平台设计出一款简单的计算器，使它达到两个数之间的四则运算和求倒数、求开方、取负值等一些基本简单的运算。并对这些运算的实现过程中出现的一些问题使用LabVIEW程序进行解决。编程的主体思想是完整的表述一个运算过程：首先输入第一个数据，存储并显示；再是对运算类型进行输入并存储；然后输入第二个数据，存储并显示；最后按“=”得出结果或者是按其他运算符号继续进行连续的运算。关键词：LabVIEW ；科学计算器； 虚拟仪器； 四则运算The design of the calculator based on labviewAbstract This paper based on the LABVIEW calculato rdesign, mainly the use of LABVIEW virtual instrument development environment to design a simple calculator, to achieve a number of two four operations and reciprocal, square root, negative for some basic simple arithmetic. And solve some of the problems in the implementation process of these operators practical LABVIEW program. The main idea is to programming formulation of an operational process is complete：The first input data, storage and display; then to operation type input and stored; and then the second data input, storage and display; finally, according to the = results or by other operations to continue.Key words：LabVIEW Scientific calculator Virtual instrument Arithmetic. I目录摘 要IAbstractII1.绪 论11.1论文的研究背景11.2虚拟仪器的发展及未来前景12.计算器的介绍22.1 计算器的起源22.2计算器的功能类型22.3 计算器的原理33.虚拟仪器及LabVIEW的介绍33.1虚拟仪器的介绍33.2虚拟仪器开发平台 LabVIEW的介绍44.总体设计54.1 设计思路与流程图54.2键入感应64.3 数字的读入74.4操作类型84.5 常用键的设置94.5.1小数点（.）94.5.2等号键94.5.3清零键C104.5.4退出键CE114.5.5开方键（sqrt）124.5.6倒数键(1/x)124.5.7反号键（+/-）134.5.8 backspace键144.6簇中的各元素在条件结构中代表的序号144.7去掉小数末尾的0的功能154.8框图结构154.9计算器的前面板结构165.计算器的运行结果166.总 结18参考文献19巢湖学院2014届毕业论文（设计）1.绪 论1.1论文的研究背景本课题是基于LabVIEW的计算器的设计，所涉及到的主要思想就是虚拟仪器开开发平台LabVIEW的应用。虚拟仪器完美的体现了仪器与计算机的结合，本论文就是体现在计算机里面装入仪器，这种方法以计算机为基础，利用虚拟仪器开开发平台LabVIEW设计出计算器程序，从而实现计算器在计算机中功能的全部实现。现今，虚拟仪器的使用领域与研究范围也越来越广泛，它可以缩短开发时间、提高产品品质并降低生产成本，因此使得它在许多科学领域都有特别突出的表现。大到航天航空工业，小到个人随身的携带品都会使用到虚拟仪器,比如测试测量、控制、仿真、儿童教育、快速开发、跨平台等。1.2虚拟仪器的发展及未来前景自从National Instruments公司1986年率先提出虚拟仪器概念至今已有20多年在这20多年里，虚拟仪器的发展可分为三个进程：第一进程是利用计算机增强仪器的功能【1】。传统仪器通过GPIB总线和RS-232C总线和计算机连接，用户可以使用电脑控制设备。第二进程是开放式的仪器构成【2】。插入式计算机处理卡和VXI仪器总线标准的建立这两大技术性的进步出现在仪器硬件上。这些新技术使虚拟仪器的发展有了很大的提高，不仅处理了在上一个阶段内在供应方面以及设定仪器功能方面的不同，并且开放了仪器的构成，使之为广大用户所了解。第三进程是虚拟仪器框架得到了广大群众的认同与采用【3】。采用面向对象的编程技术，把任何用户构建虚拟仪器需要知道的东西封装，使操作更为方便用户的使用。拟仪器技术已成为测试、工业I/O控制和产品设计的主流技术，随着PC、半导体和软件功能的进一步更新，未来测试系统的模式将是虚拟仪器的发展，虚拟仪器技术日新月异，将朝着网络化，标准化发展。2计算器的介绍2.1 计算器的起源中国古代最早使用的计算工具叫筹策，又叫做算筹【4】。算筹大多是用竹子建造的，也可以是用木头，兽骨制造。大约二百七十枚算筹为一束，可随身携带。17世纪初，计算工具在西方国家有了较大发展，英国纳皮尔发明纳皮尔算筹，奥却德发明了一种计圆柱型对数计算尺，这些计算工具让计算器有了很大的发展，为现代计算器的发展奠定了良好的基础【5】。 1642年，第一部机械式计算器由法国科学家帕斯卡利用算盘的原理发明出来，此计算器中有一些一个连着一个的齿轮，而一个转过十位的齿轮只会使另一个齿轮转过一位，此计算器只能做最简单的加减计算。莱布尼兹在1694年将上述计算器改造，使其可以进行乘除的运算。电子计算器直到20世纪50年代末才开始出现。2.2计算器的功能类型计算器根据表现形式可分实物形态的计算器和软件形式的计算器实物计算器,一般是手持式计算器, 比较方便携带和使用, 但功能较简单,也不方便对其进行功能升级。有一种功能强大的图形式手持计算器，但是它的价格非常的贵。软件形式的计算器.以软件的形式存在着,能通过软件升级进行功能扩展. 随着科学的飞速发展, 软件形式的计算器会有越来越多的应用。常见的计算器有三类：(1)算术型计算器用于加、减、乘、除等简单的四则运算，又称简单计算器【6】。(2)科学型计算器用于开方、指数、对数、三角函数、统计等方面的运算，又称函数计算器【7】。(3)程序员计算器自己开发一个程序，贮存复杂的运算步骤，以执行多次运算2.3 计算器的原理运算器、控制器、存储器、键盘、显示器、电源和一些可选外围设备及电子配件组成计算器。由数字电路实现简单的串行运算的计算器是低档计算器，其随机存储器只有一、二个单元，用来累加存储。由微处理器和只读存储器实现各种复杂的运算程序的计算器是高档计算器，它有很多随机存储单元。计算器的输入部件是键盘，为了减小计算器的大小，一个键有多种功能。显示器是计算器的输出部件，除了显示计算结果外，还显示各种溢出指示、错误指示等。一般采用交流转换器或电池作为计算器的电源，电池可用交流转换器或太阳能转换器再充电。计算器采用cmos工艺制作的大规模集成电路，并在内部装有定时不操作自动断电电路，是为了节省电能。计算器可选外设的微型打印机、盒式磁带机和磁卡机等。3 虚拟仪器及LabVIEW的介绍3.1虚拟仪器的介绍虚拟仪器是指在以计算机为核心的硬件平台上，用户自己设计具有虚拟地操作面板，其测试功能由测试软件实现的一种计算机系统【8】。由软件和硬件组成。具有以下几种特点：(1)突出”软件就是仪器”的概念。(2)增强了传统仪器的功能。(3)仪器由用户自己定义。(4)工业标准开放。(5)便于构成复杂的测试系统，经济性能好【9】。框图2-1反映了常见的虚拟仪器结构：计算机测控软件数据采集卡信号调理信号传感器执行机构图2-1 常见的虚拟仪器结构3.2虚拟仪器开发平台 LabVIEW的介绍 LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言，是目前应用最广，发展最快，功能最强的图形化软件集成开发环境【10】。图2-2为LabVIEW标志。图2-2 LabVIEW标志LabVIEW是一个面向最终用户的工具。它可以提高你的建立自己的科学和工程系统的能力，并提供了一个方便的方法实现仪器编程和数据采集系统。它在进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统的研究时，可以快速提高工作效率。LabVIEW的核心是VI（G语言编写的程序）。该环节包含三个部分：前面板(Front Panel)、程序框图(Block Diagram)以及图标/连接端口（Icon/Connector）。3.3 LabVIEW的特点 LabVIEW 是通过图形符号来描述程序的行为，它消除了令人烦恼的语法规则，减轻了用户编程的负担，提高了效率【11】，LabVIEW 的特点如下：（1）图形化的编程环境（2）开发功能高校，通用（3）支持多种仪器和数据采集硬件的驱动（4）查错，调试能力强大（5）支持多种操作系统（6）网络功能强大（7）开放性强【12】4.总体设计4.1 设计思路与流程图创建3个字符串显示控件。分别命名为num1，num2，num3，它们的作用主要是： （1）第一个输入数据，存储在num1中(2)第二个输入数据，存入num2中(3)将其赋给 num3，并使num2为空，这样可以使输入的数据存入num2(4)所有的运算是在num1和 num3间进行（5)运算结果都赋给result，同时赋给num1，用于下一次的运算 创建布尔开关按钮change，change1，change2，change3，其中：（1）Change的真假用来判断是第一个数据还是第二个数据(2）change1用来输入=，运算完成后，不需要进行初始化就能进行下次的运算(3）change2用来去掉数据小数末尾的0(4）change3用来保证退格（backspace）键仅对输入的数据有效，而运算结果是无效的创建2个数值显示控件type1，type2，并分别在其后面板的属性数据类型表示法中选择U8其中：(1)type1用来存储运算符号(2)type2用来保证连续“+、-、*、/”的正确性(3）所有的运算结果都赋给result(4）将result经过去零处理后得到result1，在前面板上显示数据。根据上述要求作出流程图4-1：开始输入第一个数输入运算类型输入第二个数显示结果结束按“EXIT“按“C”按“+、*、/”按“=”显示结果按“C”图4-1 程序流程图4.2键入感应（1）首先在前面板中建立一个簇，并在簇中再建立一个布尔量；（2）然后对该布尔量进行复制，分别用来表示：0-9十个数字、加减乘除、小数点、等号、反号、开方、倒数、清零、退出；一共21个键；（3）通过将簇中各元素按产生的顺序组成一个一维数组；使得每个键对应着各个数字（0-20）；（4)每当按下一个键时，都会通过查找出对应的键并把结果连接到一个case结构上，然后执行对应条件结构中的程序，这就是一个键的感应过程，如图4-2：图4-2 键的感应4.3 数字的读入由于初始化中布尔量改变设置都为“F”，则若change为假，表示数字为第一个输入，将得到的数据送给result1经处理后由result显示，同时送入num1用于即将的运算。考虑到计算的连续性，即：当前一次计算结束后，不需要再次清零即可进行下一次的运算，还需用到change1。由于上一次运算结束后，所得到的结果可能会出现多零现象，所以又必要设置change2状态。change3则用来保证退格（backspace）键仅对输入的数据有效。图4-3 数字读入程序图这里要特别注意的是：在键入第二个数据时，其运算结果要赋给num3，在num1和 num3之间进行最终的运算。这样做是为了在一次运算结束后可以进行下次运算，实现其连续性。当第一次输入0时，与上述真的情况相同，现在就零输入时的多零问题进行设计。虽然以多个零开头不影响输出的结果，但考虑到显示形式的正确性，只在小数点前显示一个零。当数据输入后，通过连接字符与00比较，若不等，数据直接输出（图4-4）。若相等，则直接输出0。 图4-44.4操作类型当按下各种键时，存储对应的数字序号到type；运算操作类型的确定以按下“=”号键时进行。操作类型默认为“空”。在此操作类型结构中同时执行对change的状态转换。在上述case中再套用一个case结构，用于实现对“+、-、*、/”四种运算的连续运算，（图4-5）:图4-5 操作类型程序图这里要特别注意的是：在键入第二个数据时，运算结果要赋给num3，在num1和 num3之间进行最终的运算。这样做是为了在一次运算结束后可以进行下次运算，实现其连续性。4.5 常用键的设置4.5.1小数点（.）小数点键的输入与数据的输入类似，要看change3的状态。另外需考虑到：每个数只能有一个小数点。输入(图4-6)：图4-6 小数点键入程序4.5.2等号键当两次数据与关系符号都被确定后，按下“=”键，结果就被现实出来。为了防止结果存在多零现象，需设置状态。等号键也需要分为四种情况，分别是加、减、乘、除：图4-7 加后键的等式设置其中加减乘三种键的等式设置除符号外都是相同的，除式的等式设置如图4-8：图4-8: 除后键的等式设置4.5.3清零键C清零就是对输入的数据或者结果进行赋空字符，显示框中显示0。change、change1复位F状态，type1、type2赋0。具体情况如图4-9：图4-9 清零键C的设置4.5.4退出键CE在17键的结构中把空字给符赋值显示框，终止程序。即以不显示任何字符退出程序图4-10：图4-10 退出程序其中的顺序结构为去末尾零和去无关小数点的操作。 4.5.5开方键（sqrt）图4-11 小数点后部分开方程序图4-12 小数点前部分开方程序4.5.6倒数键(1/x) 在19序号的条件结构中进行当前操作,能求出输入不为零的数的倒数。图4-13图4-144.5.7反号键（+/-）在20序号的条件结构中进行当前操作,目的是取反，根据需求把正数变成负数，反之亦然。如图4-15：图4-15 4.5.8 backspace键在21序号的条件结构中进行当前操作以清除输入的错误键（如图4-16）。计算字符串的长度，然后把长度减1位后显示结果。图4-164.6簇中的各元素在条件结构中代表的序号表4-17簇中元素123456条件结构中序号012345簇中元素7890小数点（.）=条件结构中序号67891011簇中元素+-*/清零（C）退格（CE）条件结构中序号121314151617簇中元素开方（sqrt）1/x+/-backspace条件结构中序号181920214.7去掉小数末尾的0的功能 图4-18 去掉小数后尾数为0的程序图经过前面的运算，运算数据保持了6位数，很有可能会出现末尾小数为0的情况。利用while循环，检测result的最后一位是否是0，是0，则减去最后一位数再后赋值给本身；不是0，然后退出循环显示最后的数据，实现计算器去0的功能。4.8框图结构这样就基本上实现了计算器的基本功能，总的框图结构就出来了。（图4-19）：图4-19 该计算器的框图结构4.9计算器的前面板结构将字符串显示控件、布尔开关按钮、数值显示控件隐藏后，就得到了最后的计算器了。图4-20为简化后的计算器前面板：图3-20 简化后的前面板5.计算器的运行结果计算器的加法运算，运算过程为5+1=6。具体操作过程：用鼠标点击数字键“5”，再点击常用键“+”号键，然后点击数字键“1”，最后点击“=”号键，运算结果就显示出来了，如图4-21：. 图4-21 图4-22计算器的减法运算，运算过程为9-5=4. 具体操作过程：用鼠标点击数字键“9”，再点击常用键“-”号键，然后点击数字键“5”，最后点击“=”号键，运算结果就显示出来了（图4-22） 图4-23 图4-24图4-23是计算器的乘法运算，运算过程为3*5=15. 具体操作过程：用鼠标点击数字键“3”，再点击常用键“*”号键，然后点击数字键“5”，最后点击“=”号键，运算结果就显示出来了.图4-24是计算器的除法运算，运算过程为8/4=2.具体操作过程：用鼠标点击数字键“8”，再点击常用键“/”号键，然后点击数字键“4”，最后点击“=”号键，运算结果就显示出来了.图4-25是计算器的倒数运算，具体过程为: 用鼠标点击数字键“7”, 再点击常用键“1/x”键, 最后点击“=”号键，运算结果就显示出来了. 图4-25 图4-26图4-26是计算器的开方运算，具体过程为: 用鼠标点击数字键“6”, 再点击常用键“sqrt”键, 最后点击“=”号键，运算结果就显示出来了.6.总 结当程序设计完成后要在前面板中将各个键准确的找出来实在是件令人头疼的事，刚开始每个键都不能使用，过了一段时间之后才能出现一些数字了，然后我就开始试每个键的作用，最后才将每个键都确定下来了。这些工作都完成后，整个程序才可以像正常计算器一样工作。这让我非常高兴，因为这是我努力出来的结果。本次论文，让我对虚拟仪器开发平台LabVIEW了解更深入了。这次的设计让我学到了很多，为我今后的学习积累了一定的宝贵 经验，撰写论文也是对专业知识的一种学习，它使我运用已有的专业基础知识，把知识转化为能力设计出我需要的程序，培养了我的解决实际问题的能力。通过这次课程设计我发现光有纯粹的理论知识，没有实践，是不能完成本次设计的，而只有实践没有理论知识的指导，也是不可取的，只有把理论付诸实践，并将理论与实践相结合，才能设计出一个满意的作品。理论结合实践既有助于完成理论知识的巩固，又有助于加强我们的动手能力和解决问题的能力当然，本次课题研究也让我认识到了LabVIEW软件的局限性。那就是它对于硬件的依赖非常严重，没有硬件的支撑，LabVIEW很多作用都会无法得以体现。参考文献1 陈锡辉，张银鸿著。Labvie