基于LABVIEW的计算器课程设计报告

石家庄经济学院专业实习报告班级： 姓名: 题目： 基于 LABVIEW 的简易计算器设计 2013 年 1 月 15 日石家庄经济学院专业实习报告2摘 要 虚 拟 仪 器 技 术 把 现 成 即 用 的 商 业 技 术 与 创 新 的 软 、 硬 件 平 台 相 集 成 ， 从 而 为 嵌 入式 设 计 、 工 业 控 制 以 及 测 试 和 测 量 提 供 了 一 种 独 特 的 解 决 方 案 。 使 用 虚 拟 仪 器 技 术 ， 工程 师 可 以 利 用 图 形 化 开 发 软 件 方 便 、 高 效 的 创 建 完 全 自 定 义 的 解 决 方 案 ， 以 满 足 灵 活 多变 的 需 求 趋 势 。本 次 课 程 设 计 是 基 于 LABVIEW 所 设 计 的 计 算 器 ， 目 的 是 为 了 实 现 两 个 数 之 间 的加 、 减 、 乘 、 除 四 则 运 算 及 开 方 、 求 倒 、 取 负 运 算 ， 达 到 简 易 计 数 器 的 功 能 。 编 程 的 思想 是 完 成 一 种 运 算 的 过 程 ， 这 个 过 程 是 ： 输 入 第 一 个 数 ， 存 储 并 显 示 ； 输 入 要 进 行 运 算的 类 型 并 存 储 ； 输 入 第 二 个 数 ， 存 储 并 显 示 ； 按 “=”运 算 或 者 按 其 它 运 算 符 号 进 行 连 续的 运 算 时 显 示 运 算 结 果 。关 键 词 ： LABVIEW； 计 算 器 ； 四 则 运 算 ； 函 数 功 能石家庄经济学院专业实习报告3ABSTRACT This experiment is to realize the sum of two Numbers, subtract, multiply, divide and root, then pour, simple operation, to bear the calculator. Programming is a complete thoughts of the operation process is complet,the number, storage and input to the input operations and storage input number of the second type, storage and press “=“ or by other operations symbol continuous operation result shows.KEY WORDS：LABVIEW ；Calculator ；Arithmetic；Function石家庄经济学院专业实习报告4目 录1 引言 .52 总体设计方案 62.1 程序流程图 72.2 簇中的各元素在条件结构中代表的序号 72.3 具体实现过程 82.3.1 前面板设计及键入感应 .82.3.2 运算变量的初始化 92.3.3 数字 1-9 的输入 .92.3.4 数字 0 的输入 .102.3.5 小数点的输入 .112.3.6 结果去零操作 .122.3.7 “+/-”键的设计 .132.3.8 “+、-、*、/”四则运算 132.3.9 等号键 .142.3.10 百分数运算 .142.3.11 开方运算 .142.3.12 取倒数运算 .152.3.13 退格键的设计 152.3.14 清零键的设计 162.3.15 停止键 16石家庄经济学院专业实习报告53 结论 .17致 谢 .18参考文献 18附录 .19石家庄经济学院专业实习报告6基于 LABVIEW的简易计算器设计1 引言本 次 课 程 设 计 是 基 于 LabVIEW 虚 拟 仪 器 系 统 开 发 与 实 践 等 原 理 与 技 术 而 设 计 的 计算 器 ， 可 以 用 来 模 拟 真 实 计 算 器 而 进 行 一 些 简 单 的 基 本 运 算 。 虚 拟 仪 器 的 起 源 可 以 追 溯到 20 世 纪 70 年 代 ， “虚 拟 ”的 含 义 主 要 是 强 调 软 件 在 仪 器 中 的 作 用 ， 体 现 了 虚 拟 仪 器 与主 要 通 过 硬 件 实 现 各 种 功 能 的 传 统 仪 器 的 不 同 。 由 于 虚 拟 仪 器 结 构 形 式 的 多 样 性 和 适 用领 域 的 广 泛 性 ， 目 前 对 于 虚 拟 仪 器 的 概 念 还 没 有 统 一 的 定 义 。 美 国 国 家 仪 器 公 司（ National Instrunents Corpotion ， NI） 认 为 ， 虚 拟 仪 器 是 由 计 算 机 硬 件 资 源 、 模 块 化 仪器 硬 件 和 用 于 数 据 分 析 、 过 程 通 信 及 图 形 用 户 界 面 的 软 件 组 成 的 测 控 系 统 ， 是 一 种 计 算机 操 纵 的 模 块 化 仪 器 系 统 。 使 用 虚 拟 仪 器 技 术 ， 工 程 师 可 以 利 用 图 形 化 开 发 软 件 方 便 、高 效 的 创 建 完 全 自 定 义 的 解 决 方 案 ， 以 满 足 灵 活 多 变 的 需 求 趋 势 。 本 次 设 计 的 计 算 器 是 利 用 虚 拟 仪 器 技 术 而 完 成 的 ， 可 以 完 成 利 用 计 算 器 可 以 进 行 简单 的 四 则 运 算 、 可 以 进 行 平 方 、 开 根 号 和 倒 数 运 算 、 计 算 器 可 以 进 行 清 零 和 关 闭 计 算 器操 作 、 在 输 入 数 据 时 不 慎 将 某 个 数 字 输 错 可 以 运 用 BackSpace 清 除 该 值 等 一 些 基 本 简 单的 运 算 。石家庄经济学院专业实习报告72 总体设计方案完成标准型计算器的一般功能。设计框图如图 2-1 所示：输入第一个数进行存储并显示 输入运算的类型并存储 输入第二个数存储并显示 进行连续的运算显示运算结果 图 2-1 程序框图石家庄经济学院专业实习报告82.1 程序流程图开始运算符 + / -、 1 / x 、x * x 等四则运算 + 、 - 、* 、 / 小数点 . 数字 0 - 9 运算符 = 操作符 B a c k Sp a c e 操作符 C 转化为字符生成字符组合字符计算除零删除字符清除显示并初始化存储显示1 - 1 0 1 11 3 - 1 61 2 、 1 7 - 1 92 0 2 12 2判断输入按下按键操作符 E X I T 结束2 3图 2-2 程序流程图石家庄经济学院专业实习报告92.2 簇中的各元素在条件结构中代表的序号表 2-1簇中元素 默认 1 2 3 4 5条件结构中序号 0 1 2 3 4 5簇中元素 6 7 8 9 0 .条件结构中序号 6 7 8 9 10 11簇中元素 +/- + - * / =条件结构中序号 12 13 14 15 16 17簇中元素 sqrt % 1/x Backspace C EXIT条件结构中序号 18 19 20 21 22 232.3 具体实现过程2.3.1 前面板设计及键入感应首先建立一个簇 ，然后在簇中建立 23 个布尔量，其中包括 0-9 十个数字键，1 个小数点键，4 个“+、-、*、/”运算键，1 个等号键，1 个开方键，1 个符号转换键，1 个倒数键，1 个求百分数键，1 个清零键，1 个退格键，1 个退出键。如图 2-3 所示：图 2-3 前面板然后通过簇至数组转换函数 将簇中元素按产生的顺序组成一个一维数组，如图 2-4 所示： 石家庄经济学院专业实习报告10图 2-4 键入感应过程这样就实现了每个键与数字(1-23)之间的对应。每次按下一个键时，通过搜索一维数组函数 查找出对应的键并把其加 1 后对应的数字连接到一个 case 结构，然后执行对应 case 结构中的程序，至此就完成了对一个键的感应过程。2.3.2 运算变量的初始化在运行程序之前，首先对需要用到的变量进行初始化，如图 2-5 所示：图 2-5 运算变量的初始化在没有键按下的情况下，数值显示控件显示的是 0。从上到下的寄存器功能依次为：最上面的用来存储 display 中的数据，第二个用来存放四则运算的符号，第三个用来前一次运算后输出的数值，最底下的用来给出控制变量。2.3.3 数字 1-9 的输入以数字“1”为例，当第一次输入数字“1”后，波尔量为真，进入 case 结构，将 1 输出到 display 中，波尔量变为假，如图 2-6 所示。石家庄经济学院专业实习报告11图 2-6 输入数字 1 时若再次输入 1，为避免出现 01 这样的字符串，先判断之前显示的数据是否为 0，若为 0，则直接输出 1，如图 2-7 所示。图 2-7 输入第一个数字为 0 时若不为 0，则将这两次输入的数据通过连接字符串函数连接到一起，在 display 中输出。数字 2 到 9 也是同样的道理，如图 2-8 所示。图 2-8 输入第一个数字不为 0 时2.3.4 数字 0 的输入当第一次输入 0 时，与输入数字 1-9 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，则将数据直接输出如图2-9 所示。石家庄经济学院专业实习报告12图 2-9 输入不是 00 时当数据输入后，通过连接字符与 00 比较，若相等，则直接输出 0，如图 2-10 所示。图 2-10 输入是 00 时2.3.5 小数点的输入在小数点的输入时，最多只能显示出一个。若直接点击小数点，则以“0.”输出。若之前已输入数据，此时再输入小数点首先利用如图 2-11 所示程序图 2-11 判断小数点的有无判断已输入的数据中是否含有小数点，若不含有，则执行程序“真” ，如图 2-12 所示；图 2-12 输入不含小数点时若已输入的数据中含有小数点，则执行程序“假” ，如图 2-13 所示。图 2-13 输入含有小数点石家庄经济学院专业实习报告132.3.6 结果去零操作在进行“+、 -、*、/”运算及取负，取百分数，去倒数，开放运算之后程序默认为以保留 6 位小数的形式输出。而为了显示结果的简便，将末位不影响结果的零及小数点进行省略。利用层叠式顺序结构，首先将得出的结果经过 N-1 位的偏移后与零进行比较，若相等，则进行去零操作，运用 while 循环结构，直至末位数字不为零，循环结束（如图2-14-上图表示末位为零，下图表示末位不为零） 。图 2-14 去 0 操作在进行去零操作之后，进行层叠式顺序结构的第二层，对无关的小数点进行清除（如图 2-15-上图表示末位为小数点，下图表示末位不是小数点） 。石家庄经济学院专业实习报告14图 2-15 去多余小数点操作2.3.7 “+/-”键的设计首先进行扫描字符串，将字符串数据转换为数值数据，经过取负数后再转换为字符串形式输出。如图 2-16 所示，其中的顺序结构为去末尾零和去无关小数点的操作。图 2-16 去 0 和小数点操作2.3.8 “+、-、*、/”四则运算以加法为例，当簇中输出的数据表示进行加法运算时，程序进入五层的层叠式顺序结构，首先将字符串进行扫描，转换为数值变量，如图 2-17 所示。图 2-17 扫描字符串并转换为数值变量之后，对之前的数据进行运算，以保证连续运算时得到正确的结果：当第一次输入时，默认进行 firstrun 条件下的程序，如图 2-18 所示。图 2-18 默认条件下的程序石家庄经济学院专业实习报告15若以前已有运算，以减法为例，先将之前的两个数进行相减运算，并进行去零操作，之后再将本次的运算符号送入“运算符号”的局部变量，以便于进行下次运算，如图 2-19所示。图 2-19 运算过程操作2.3.9 等号键实现最终的运算结果，将结果进行去零操作后输出到 display 中，同时将代表运算符号的移位寄存器置为空字符串。以加法为例。如图 2-20 所示：图 2-20 输出运算结果2.3.10 百分数运算将字符串转换为数值输出后除以 100 即可得到百分数输出，并对其进行去零（顺序结构的后两层为去零操作） ，如图 2-21 所示：图 2-21 输出百分数运算结果2.3.11 开方运算将字符串转换为数值后进行开放运算，再转换为字符串输出，并进行去零操作（顺序结构的后两层为去零操作） ，如图 2-22 所示：石家庄经济学院专业实习报告16图 2-22 输出开方运算结果2.3.12 取倒数运算将字符串转换为数值后进行取倒数运算，再转换为字符串输出，并进行去零操作（顺序结构的后两层为去零操作） ，如图 2-23 所示：图 2-23 取倒去 0 操作2.3.13 退格键的设计在点击退格键时，要实现从末位开始的依次推格，直至输出为 0.首先，将整数部分与小数部分进行分离，运用拆分字符串函数实现此功能。分离后，将小数部分的字符串长度与 0 进行比较，若大于 0，则进入到条件结构的“真” ，字符串长度减 1 后与整数部分连接，得到新的 display 输出，如图 2-24 所示。图 2-24 小数部分退格键设计若原字符串只有整数部分或者小数部分已经过退格键清除，则进入到条件结构的“假” 。若整数部分的字符串长度大于 1，则进入到子条件结构的“假” ，将整数的字符串长度减一后输出，如图 2-25 所示。石家庄经济学院专业实习报告17图 2-25 整数部分退格键设计若整数部分的长度不大于 1，即小于等于 1 时，则进入到子条件结构的“真” ，直接输出 0.，如图 26 所示。图 2-26 整数部分退格键设计2.3.14 清零键的设计将程序中所有用到的变量均进行复位，达到清零复位的目的，如图 2-27 所示。图 2-27 清零操作相当于进行计数器的初始化操作。2.3.15 停止键程序结束，将 T 输入到 while 循环的停止键上，如图 2-28 所示。石家庄经济学院专业实习报告18图 2-28 退出操作石家庄经济学院专业实习报告193 结论经过调试，此次设计的简易计算器可以实现实物计算器具有的一般功能。LABVIEW 对于初学者比较容易理解接受，用 LABVIEW 设计的程序调理分明，具有很强的逻辑。即使在不深入学习的情况下，也可以实现一些简单的设计。还可以根据用户自己的需要添加一些特有的功能，这是比实物的计算器更高明的地方的。但是，由于虚拟仪器的局限，使得用户在一些情况下没有实物用着方便，使用 LABVIEW 必须在准备好的环境下才能使用。总之，由 于 LABVIEW 能 够 为 用 户 提 供 简 明 、 直 观 、 易 用 的 图 形 编 辑 方 式 ， 能 够 将繁 琐 复 杂 的 语 言 编 程 简 化 成 以 菜 单 提 示 方 式 选 择 功 能 ， 与 传 统 的 语 言 比 较 ， LABVIEW图 形 编 辑 方 式 能 够 节 省 程 序 的 开 发 时 间 。 在 不 久 的 将 来 ， 人 们 可 以 LABVIEW 设 计 的 计 算器 计 算 出 任 何 问 题 ， 在 实 现 基 础 运 算 的 条 件 下 ， 只 需 要 选 择 运 算 的 路 径 ， 届 时 使 用 虚 拟仪 器 一 定 会 成 为 社 会 的 主 流 。石家庄经济学院专业实习报告20致 谢这次毕业设计得到了老师和同学的帮助，另外，感谢消校方给予我们这样一次机会，能够独立的完成一个课题，并在这个过程当中，给予我们一些机会，使我们在即将实习的最后一段时间里，能够更多学习一些实践应用知识，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力。 再一次对我的母校表示感谢。感谢在整个毕业设计期间给予过我帮助的伙伴们，在本次课程设计即将结束的最后的日子里，正是因为有了你们的帮助，才让我不仅学到了本次课题所涉及的新知识，更让我感觉到了知识以外的东西。最后，感谢所有在这次毕业设计中给予过我帮助的人。再一次真诚地表示感谢你们！石家庄经济学院专业实习报告21参考文献1 叶齐鑫，侯国屏，赵伟. 虚拟仪器环境下的频率特性测试方法J. 电测与仪表,2005(6):10-13.2 高聪杰,李松岩.基于 LabVIEW 的信号输出与数据采集系统J.数采与监测,2008,(24):135-136.3 马银平，宣亮亮，彭如基于 LabVIEW 的数据采集系统分析与设计电子元器件应用2009 年第 11 卷第 10 期4 夏俊芳，周勇，张平华.基于虚拟仪器技术的排种器漏播检测技术J.华中农业大学学报,2008,27(4):540-544.5 刘雁征，滕光辉虚拟仪器技术在设施农业中的应用现状及趋势J.华中农业大学学报,2004(增刊 35):81-86.6 陈秀清.关于虚拟实验室的建设J.福建广播电视大学学报,2003(1):40-43. 7杨乐平,李海涛.北京 LabVIEW 高级程序设计M.北京:清华大学出版社,2003.1-350.8 陈锡辉.Labview8.20 程序设计从入门到精通M.北京:清华大学出版社,2007.9 龙华伟，顾永刚.LabVIEW8.2.1 与 DAQ 数据采集M.北京:清华大学出版社,2008.10 美Robert H Bishop，乔瑞萍译.LabVIEW 7 实用教程M.北京:电子工业出版社,2005.11 侯国屏，王坤，叶齐鑫LabVIEW 7.1 编程与虚拟仪器设计M.北京:清华大学出版社,2005.12 张桐，陈国顺，王正林精通 LabVIEW 程序设计M.北京:电子工业出版社,2008.附录整体程序课程设计验收指导教师评语及成绩：成绩 指导教师签字 年 月 日 教研室主任意见教研室主任签字年 月 日