基于LabVIEW的电子时钟设计 计算机软件及应用.doc

基于LabVIEW的电子时钟设计 计算机软件及应用.doc

1 编号 虚拟技术与仪器 课程设计 题目名称 基于 LabVIEW 的电子时钟设计 专业班级 学生姓名 学 号 指导教师 成绩 评语 指导老师签名 日期 1 目录 1目的及基本要求 .........................................................................................................1 2电子时钟原理 .............................................................................................................1 2.1 LABVIEW 课程设计的原则 ...................................................................................2 2.2 设计要求 .............................................................................................................2 2.3 设计思路 .............................................................................................................2 3电子时钟设计和仿真 .................................................................................................4 3.1 具体设计步骤 ......................................................................................................5 3.1.1 时间设置........................................................................................................6 3.1.2 时间显示 .......................................................................................................2 3.1.3 日期显示........................................................................................................3 3.1.4 闹钟设置 .......................................................................................................5 3.1.5 退出设置........................................................................................................6 3.1.6 电子时钟系统整体连接图 .......................................................................10 3.2 设计任务流程 ..................................................................................................2 3.3 设计中遇到的问题...........................................................................................3 3.4 课程设计的实验验收 ......................................................................................5 4 结果及性能分析 ......................................................................................................11 4.1 结果分析 ...........................................................................................................11 4.1.1 未运行的时候效果图 .......................................................................................2 4.1.2 从当前系统获取时间后效果图 .......................................................................3 4.1.3 自定义闹钟设置效果图 ...................................................................................5 4.2 性能分析 ...........................................................................................................12 参考文献 ......................................................................................................................14 1 1目的及基本要求 虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、 测量和自动化的应用。灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬 件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。 这也正是 NI 近 30 年来始终引领测试测量行业发展趋势的原因所在。只有同时拥有高效的 软件、模块化 I/O 硬件和用于集成的软硬件平台这三大组成部分，才能充分发挥虚拟仪器 技术性能高、扩展性强、开发时间少，以及出色的集成这四大优势。 LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室虚拟仪器集 成环境）是一种图形化的编程语言（又称 G 语言） ，它是由美国 NI 公司推出的虚拟仪器开 发平台，也是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件集成开发环境。使用这种 语言编程时，基本上不用写程序代码，取而代之的是程序框图。 熟悉 LabVIEW 开发环境，掌握基于 LabVIEW 的虚拟仪器原理、设计方法和实现技巧， 运用专业课程中的基本理论和实践知识，采用 LabVIEW 开发工具,实现电子时钟的设计和 仿真。要求通过本课程设计使学生熟悉 LabVIEW 开发环境，掌握基于 LabVIEW 的虚拟仪器 设计原理、设计方法和实现技巧，使学生掌握通信系统设计和仿真工具，为毕业设计做准 备，为将来的学习及今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。 2电子时钟原理 在熟悉虚拟仪器的设计思想、图形化编程语言的原理、方法和应用技术的同时，结合 信号与系统，数字信号处理，通信原理等课程，以教学和实践相结合的原则安排课程设计 内容。 具体内容和要求如下 2 2.1 LabVIEW课程设计的原则 采用 LabVIEW 开发环境，紧密结合通信专业的相关课程来进行。本课程设计要求实现 电子时钟的设计与仿真，即通过获取电脑的系统时间，并分离出给数字，在通过布尔显示 显示。数字的显示主要是 7 个长条的布尔显示组成，原理与 7 段数码管相似。7 段数码管 显示不同的数字主要通过其 7 个布尔不同的真假值控制，将 0-9 对应的 7 段布尔显示值依 次存入一个布尔数组里，只需提取此数组的不同段即可让其显示不同的值，如显示“0” 提取数组的 0-6 位分别赋值给 7 段布尔显示。以此类推，可以实现九位数字即 0 到 9 的可 视化显示。 2.2设计要求 要求学生掌握 LabVIEW的虚拟仪器原理、设计方法和实现技巧，掌握简单通信系统设 计和分析方法。 由于电子时钟在现实生活、工作中，特别是在科学研究工作中有非常很 重要的、广泛的应用。在这种情况下，对电子时钟的研究和制作、仿真是十分很重要。本 文就对基于 LabVIEW的电子时钟的设计与仿真做详细的说明。 2.3 设计思路 电子时钟的基本设计思路是通过可以获取时间的控件来获取相关信息，如年、月、 日、时、分、秒等，可以回当前时间的时间标识。LabVIEW 将时间标识计算为自 1904 年 1 月 1 日星期五 1200 a.m（通用时间）以来的秒数。使用转换为双精度浮点数函数，将时 间标识的值转换为精度较低的浮点数。取得的值最终为整型数据，利用除数取余即可分离 个十位。为了获得更好的显示效果将背景改为黑色，布尔显示的颜色为绿色。如下图所示， 即最终显示效果图 3 3电子时钟设计和仿真 首先熟悉虚拟仪器的设计思想，而后便可着手进行电子时钟的相关设计，控件架构以 及函数设置。具体设计步骤如下 3.1具体设计步骤 3.1.1 时间设置 4 图 3-1 时间设置图 3.1.2 时间显示 通过除 10 取余便可得到个位，商为十位，以此方法也可求出年的各个数字，取 出各位数字后，并不可直接显示，要通过统一编码规范显示的格式，这样才能显示各 位数。要显示数字时，只需将数字乘以 7，再将乘积的值作为索引在那存放真值的数 组里寻找对应显示的七个布尔显示控件的值。如显示2 ，则从数组的第 2*714 位开 始，依次取出 7 个（分别代表着七个布尔的真值） ，其他也同理。最后捆绑成簇，因为 七段显示布尔已做成簇。如下数码管显示图，其包含七段显示布尔，即 A、B、C、D、E、F、G，如显示“0”的时候，将其分别置为 1111110，即可显示数字 “0”（“1”代表真， “0”代表假） ，其他的同理。 5 但在显示时间的时候，要用六个方形指示灯，对应时、分、秒，每个占用两个指 示灯；用两个圆形指示灯表示时分秒之间的冒号间隔。 这其中包括截取字符串，截取字符串即返回输入字符串的子字符串，从偏移量位 置开始，包含长度个字符。连线板显示了该多态函数的默认数据类型。字符串是输入 字符串，偏移量是起始位置并且必须为数值。 字符串中第一个字符的偏移量为 0。如 没有连线或小于 0，则默认值为 0。长度必须为数值。如长度没有连线，则默认值为字 符串长度减去偏移量。子字符串如偏移量大于字符串的长度，或长度小于等于 0，则 值为空。如长度大于或等于字符串长度减去偏移量，则子字符串是从偏移量开始的剩 余部分。 控件图如下所示 如下图所示，数码管显示数字“5”,即对应的 A、B、C、D、E、F、G 分别置为 1 0 1 1 0 1 1，这样就显示出了数字“5” 。 图 3-2 数码管显示 6 图 3-3 时间显示图 3.1.3 日期显示 即通过数字时钟显示当前年、月、日，由于年份要用四位数来表示，月份和日期 各用两位数来表示，则就要用到八个方形指示灯来显示，需要先将由系统得到的时间 转换为字符串数值然后输出，具体控件图如下 7 图 3-4 日期显示图 3.1.4 闹钟设置 为保证电子时钟功能多样性，可以加入闹钟，从而极大丰富时钟的功能和人性化 程度，即通过定时，在定时时间到时，可以相应发出声音，从而起到闹钟的功能。具体控 件图如下 8 图 3-5 闹钟程序框图 3.1.5 退出设置 按 Esc 之后，停止并退出，如下图所示 图 3-6 退出控件图 3.1.6 电子时钟系统整体连接图如下所示 9 图 3-7 电子时钟系统整体控件连接图 10 3.2设计任务流程 （1）根据设计任务和指标要求，通过检索、查资料、调查研究、确定方案、画出组 成系统结构方框图； （2）采用 LabVIEW 实现电子时钟系统； （3）系统调试与改进，调整系统参数，分析系统运行结果； （4）写出设计总结报告。 3.3设计中遇到的问题 由于是第一次进行 LabVIEW 的课程设计，缺乏相关的设计经验，因此一开始的时候确 实无从下手。但是经过同学的指点和帮助，包括自己独立思考与查阅相关资料，我渐渐对 这个软件熟悉了，并且觉得图形化编程的好处实在是非常多的。 设计电子时钟期间，我确实遇到了许多的问题。由于对编程软件的不熟悉，导致在找 相关控件时花费了许多时间，而且常常找到的是错误的控件，这直接造成程序运行失误。 这一点在熟悉软件之后，好了很多。其次，在熟悉设计原理的时候，由于对相关逻辑关系 以及函数关系的不太熟悉，也绕了不少弯子。后期，在总体完成电子时钟的设计后，基本 功能都得到了实现，但是一直显得不太美观。数字时钟功能很简单，实现起来也很简单， 但要做得美观、简洁却不那么容易。比如让其显示更多生动的字体，在一个小窗口里实现 更多的动画。程序要实现丰富的内容及完美的界面主要还是要靠扎实的基础，掌握各控件 的使用及各类型的模块间的转换。本来把本次课程设计的界面显示做成各种字体的，但由 于时间及能力的关系，没有做得更好。这一点很遗憾，但愿有机会可以弥补。 总体来说，设计过程遇到的问题不少，但是收获也更多。在学习了信号与系统、通信原理 等课程之后，这实在是一个极好的学习机会与动手机会，也算是为大四的毕业设计做了一 个良好的准备，于我而言，受益良多。 3.4课程设计的实验验收 相关控件图连接完毕后，运行无误，就可以进行验收，课程设计报告是重要的一项， 需要认真完成，为课程设计画上圆满的句号。 11 4 结果及性能分析 4.1 结果分析 4.1.1.未运行的时候效果图如下 图 4-1 未运行时效果图 4.1.2.从当前系统获取时间后，运行如下 12 图 4-2 运行效果图 4.1.3自定义闹钟设置效果图，如输入 10 时 40 分 00 秒，则系统显示时间如下 图 4-3 自定义闹钟显示效果图 4.2 性能分析 从大体上说，本设计实现的电子时钟实现了大部分的功能，显示年、月、日、时、分、 秒之外，还可以实现闹钟定时的功能，而且增加了自定义时间控制的功能。而且界面设计 美观而简约，布局也还算合理，操作也足够简单。由于 LabVIEW 轶件的优越性，用它来制 13 作和仿真数码管电子钟是很方便的，是其它轶件不可比拟的。这次制作数码管电子钟，所 用的控件不多，主要用到了指示灯、获取日期/时间（秒） 、格式化日期/时间字符串、截 取字符串、While 循环、条件结构（Case 结构） 、常量、局部变量、真常量、假常量等等， 通过基本的连接就制作好一个电子时钟了。在仿真时，通过和计算机时间的对比，完全符 合要求，仿真性能很好，达到了这次研究和制作数码管电子钟的目的。此电子时钟能运用 于人们的工作中，特别是科学研究的一些仿真实验中，也可以为广大的科学工作者提供方 便。但是这次制作的数码管电子时钟有点大，这是为了大家更好地了解电子时钟。在实际 应用中，从制作成本上讲，这样的数码管电子时钟是比较小的，这一点上可以做得更好。 14 参考文献 1 赵会兵.虚拟仪器技术规范与系统集成.北京清华大学出版社.2003 年 8 月 2 路林吉,饶家明.虚拟仪器讲座信息技术.2000 年 3 陕西海泰电子有限责任公司VI 技术专题介绍 4 彭云辉等.VXI 总线与虚拟仪器技术电子技术应用.2003 年 5 杨乐平等.LabVIEW 程序设计与应用.电子工业出版社.2001 年 7 月 6 美国国家仪器（ NI）有限）公司虚拟仪器（白皮书） 7 美国国家仪器（ NI）有限）公司 LabVIEW7 Express 评估版使用指南 ，2003 年 4 月