虚拟仪器设计 计算器设计步骤及方法 (2)
用labview设计一个计算器(虚拟仪器)解读
科目：姓名：学号：院系：类别：（学术、专业）实验一Labview 计算器一、实验目的通过利用labview设计一个简易计算器熟练的掌握labview基本功能和基本操作方法。
二、实验要求利用设计的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。
三、实验原理和框图1、前面板设计前面板是LabVIEW的图形用户界面，在LabVIEW环境中可以对这些对象的外观和属性进行设计，LabVIEW提供了非常丰富的界面对象，可以方便地设计出生动、直观、操作方便的用户界面。
本系统中前面板显示程序的输入和输出对象，即，控件和显示器。
本程序中控件主要是按钮，显示器主要是文本显示。
在前面板设计过程中先在前面板整齐排列放置22个确定按钮，将这22按钮的标签隐藏，然后修改这22个确定按钮的名字分别为：0～9十个数字、小数点、正负号、加、减、乘、除、等号、倒数、根号、清零、退格和X的Y次方。
前面板还包括一个文本显示控件用于显示计算的结果和计算器的某些提示，通过改变显示控件的大小使之于计算器的大小相适应。
计算器的前面板还有程序框图中while循环的停止按钮，当按钮按下时计算器停止工作退出到LabVIEW的编辑界面。
为了前面板的美观和防止按钮的移动，分别将前面板的各个按钮和文字进行组合和对前面板进行装饰，装饰采用修饰中的平面框。
如下图所示：2.后面板设计程序框图对象包括接线端和节点，将各个对象连线连接便创建了程序框图，接线端的颜色和符号表明了相应输入控件或显示控件的数据类型。
程序框图是程序的核心，程序要实现的功能都是通过程序框图反应出来的。
本课程设计的程序框图主要运用了while循环、时间结构、条件结构和平铺顺序等结构。
通过上图可以看出当小数点按钮按下时，0.和存临时数据通过字符串连接控件将两者连接到一起；小数点按钮没有按下时，临时数据和小数点通过字符串连接按钮也将两者连接在一起，将连接到一起的数据送到显示控件。
虚拟仪器设计课程设计
虚拟仪器设计课程设计前言本文是一份虚拟仪器设计课程设计，旨在帮助学生深入理解仪器设计的基本原理和技术方法。
本课程设计涵盖了仪器设计的各个方面，包括设计需求分析、硬件设计、软件设计和系统集成等内容。
通过这些内容的学习，学生将能够掌握虚拟仪器设计的核心技能，并为未来的相关工作做好充分的准备。
课程目标1.掌握虚拟仪器设计的基本原理和技术方法；2.能够独立完成虚拟仪器设计的需求分析、硬件设计、软件设计和系统集成等工作；3.能够运用所学知识解决实际问题；4.能够与其他工程师合作，共同完成复杂的仪器设计任务。
课程内容第一部分：设计需求分析1.产品需求分析2.用户需求分析3.竞品分析4.市场分析第二部分：硬件设计1.芯片选型2.电路设计3.原理图设计4.PCB设计5.测试验证第三部分：软件设计1.系统架构设计2.编程语言选型3.算法设计4.UI设计5.测试验证第四部分：系统集成1.硬件和软件的对接2.系统调试和测试3.性能优化和改进课程大纲第一周：课程介绍和需求分析课程介绍1.课程安排和教学目标的介绍；2.本课程在虚拟仪器设计中的作用；3.讲授虚拟仪器设计的基本原理和技术方法。
需求分析1.产品需求分析；2.用户需求分析；3.竞品分析；4.市场分析。
第二周：硬件设计芯片选型1.芯片类型的介绍；2.如何选择适合的芯片。
电路设计1.安全性设计；2.电源和地线的设计；3.信号处理电路的设计。
原理图设计1.如何绘制原理图；2.使用EDA工具完成原理图设计。
PCB设计1.PCB的布局和丝印的设置；2.PCB的钻孔和铜皮的制作。
测试验证1.PCB电路板的功能测试；2.确定设计是否满足要求。
第三周：软件设计系统架构设计1.架构设计的需求；2.系统模块的划分和调度。
编程语言选型1.语言特点的介绍；2.如何选择适合的编程语言。
算法设计1.算法的作用和分类；2.如何编写高效的算法。
UI设计1.UI设计的需求；2.使用Qt完成UI设计。
labview简易计算器课程设计
labview简易计算器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解LabVIEW编程基础，掌握创建虚拟仪器的基本步骤。
2. 学生能运用LabVIEW中的数学运算节点，实现简易计算器的加、减、乘、除功能。
3. 学生了解LabVIEW中的数据类型及其在计算中的应用。
技能目标：1. 学生能够独立设计并搭建简易计算器的LabVIEW程序，实现基础运算功能。
2. 学生通过实践操作，提高问题分析、程序设计和调试的能力。
3. 学生能够运用所学知识解决实际问题，形成计算思维。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对计算机编程的兴趣，认识到编程在生活中的应用价值。
2. 学生通过团队协作，培养沟通与协作能力，形成良好的团队精神。
3. 学生在解决问题的过程中，培养勇于尝试、不断探索的精神，增强自信心。
课程性质：本课程为信息技术课程，以实践操作为主，注重培养学生的动手能力和计算思维。
学生特点：学生为初中年级，具备一定的计算机操作基础，对新鲜事物充满好奇，喜欢动手实践。
教学要求：教师应结合学生特点，以引导为主，让学生在实践中掌握知识，提高技能，培养情感态度价值观。
教学过程中，注重分层教学，关注每个学生的学习进度，确保课程目标的实现。
通过课程目标的分解，使学生在完成具体学习成果的过程中，达到课程目标的要求。
二、教学内容1. LabVIEW基本概念与操作- 虚拟仪器与LabVIEW简介- LabVIEW编程环境熟悉- 前面板与后面板的基本操作2. 简易计算器程序设计- 数据类型与数学运算节点介绍- 加、减、乘、除功能的设计与实现- 程序调试与优化3. 实践操作与案例分析- 设计并搭建简易计算器程序- 分析实际案例，了解LabVIEW在计算器中的应用- 课堂讨论与问题解决教学大纲安排：第一课时：LabVIEW基本概念与操作- 导入新课，介绍虚拟仪器与LabVIEW- 学生熟悉LabVIEW编程环境，了解前面板与后面板操作第二课时：简易计算器程序设计（一）- 讲解数据类型与数学运算节点- 学生学习加、减功能的设计与实现第三课时：简易计算器程序设计（二）- 学生学习乘、除功能的设计与实现- 程序调试与优化第四课时：实践操作与案例分析- 学生设计并搭建简易计算器程序- 分析案例，课堂讨论，问题解决教学内容与进度按照上述大纲进行，确保学生能够循序渐进地掌握LabVIEW 简易计算器的程序设计。
基于LABVIEW的简易计算器设计
基于LABVIEW的简易计算器设计1.引言计算器是一种用于进行基本数学运算的设备或程序。
在本文中，将使用LABVIEW软件设计一个简单的计算器。
在这个计算器中，我们将实现加法、减法、乘法和除法运算，并且能够进行小数和负数的计算。
2.设计框图首先，我们将使用LABVIEW软件创建一个新的项目。
在项目中，我们将创建一个前面板和一个图表用于计算器的图形化表达。
在前面板中，我们将使用几个数字输入控件和一个字符串显示控件。
数字输入控件用于输入操作数和运算符，而字符串显示控件用于显示结果。
3.功能模块计算器的功能可以被分成几个独立的模块，包括数字输入、运算符输入和计算结果。
让我们详细了解每个模块的实现。
3.1.数字输入数字输入模块负责接收用户输入的操作数。
我们可以使用数字输入控件来获取用户输入的操作数并将其存储在内存变量中。
3.2.运算符输入运算符输入模块负责接收用户输入的运算符。
我们可以使用数字输入控件来获取用户输入的运算符并将其存储在内存变量中。
3.3.计算结果计算结果模块负责执行数学运算并将结果显示在字符串显示控件中。
我们可以使用数字输入变量和运算符变量来执行相应的计算操作。
4.程序实现在LABVIEW中，我们可以使用块图对上述功能模块进行编程。
以下是一个简单的程序实现示例：4.1.数字输入模块实现数字输入模块的实现非常简单。
我们只需要创建一个数字输入控件，并将其连接到数字输入变量。
这将使用户能够输入操作数。
4.2.运算符输入模块实现运算符输入模块的实现也很简单。
我们只需要创建一个数字输入控件，并将其连接到运算符输入变量。
这将使用户能够输入运算符。
4.3.计算结果模块实现计算结果模块的实现需要一些数学运算。
我们可以使用分支结构来根据用户输入的运算符执行相应的运算。
-如果运算符是加法，则将两个操作数相加。
-如果运算符是减法，则将第一个操作数减去第二个操作数。
-如果运算符是乘法，则将两个操作数相乘。
-如果运算符是除法，则将第一个操作数除以第二个操作数。
虚拟仪器计算器
计算器的设计一、实现过程建立一个簇并把它包含21分系统感应键，其中表示数字键以及功能键如下：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。
对于每一个键都有自身的功能，但是对于整个簇要进行功能数组的搜索看是否有零这个键如果满足其中不为零，那么则可以进行下一步各个键的细分功能。
通过将簇中元素按产生的顺序组成一个一维数组，使之与各个数进行对应。
通过查找出对应的键并把其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。
1、对于运算变量的分配功能及初始化在运行程序之前，现在与之各个键的功能进行分配以及初始化各个键的功能，然后对功能进行实现，首先对需要用到的变量进行初始化。
无操作时的默认输出，当键盘上的键没有任何一个按下时，系统默认输出，其中等待时间为250ms。
设置在这个case之后默认其时间以便于系统进行下一步运算，其时间为250毫秒。
2、按键输入数字1的输入当第一次输入数字“1”后，布尔量为真，进入case结构，将1输出到display中，布尔量变为假。
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，若不为0，则将这两次输入的数据通过连接字符串连接到一起，在display中输出。
数字2到9也是同样的道理。
数字0的输入当第一次输入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，则将数据直接输出。
若相等，则直接输出0。
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。
虚拟仪器设计课程设计 (2)
虚拟仪器设计课程设计背景介绍随着科技不断进步，虚拟仪器的应用越来越广泛，如医学影像、机器人控制等。
在工程领域，虚拟仪器已成为检测、测量以及仪器控制的一种重要手段。
因此，虚拟仪器的设计与开发已经成为一个热门的研究领域。
本课程旨在通过虚拟仪器的设计来加强学生对仪器的认识，并提高其对实验数据处理和分析的能力。
课程目标本课程的主要目标是使学生掌握虚拟仪器的设计和开发过程，并具备以下能力：1.熟悉虚拟仪器设计的背景、基础理论和相关技术2.了解虚拟仪器的软硬件系统3.掌握虚拟仪器系统开发的基本流程和方法4.具备虚拟仪器系统开发的实践能力5.能够分析虚拟仪器系统的性能和特点课程大纲第一章：虚拟仪器概述本章主要介绍虚拟仪器的基本概念、应用领域、发展历程和未来发展趋势。
第二章：虚拟仪器系统架构本章主要介绍虚拟仪器的软硬件系统组成及其基本原理。
第三章：虚拟仪器设计基础本章主要介绍虚拟仪器设计的基础理论，包括信号处理、数据采集、仪器控制等方面。
第四章：虚拟仪器系统开发本章主要介绍虚拟仪器系统的开发流程和方法，包括需求分析、系统设计、应用开发等方面。
第五章：虚拟仪器系统性能分析本章主要介绍如何对虚拟仪器系统进行性能分析，包括响应时间、数据精度、系统可靠性等方面。
第六章：虚拟仪器应用案例本章主要介绍虚拟仪器在不同领域中的应用案例，如医学影像、机器人控制等。
课程教材1.《虚拟仪器基础与应用》2.《虚拟仪器开发与应用》3.《虚拟仪器原理及应用案例》课程考核1.课程论文：50%2.课堂参与度：20%3.课程项目：20%4.课程作业：10%总结通过本课程的学习，学生将会掌握虚拟仪器的基本概念和原理，了解虚拟仪器的软硬件系统，掌握虚拟仪器系统开发的基本流程和方法，并具备虚拟仪器系统开发的实践能力。
同时，本课程还将介绍虚拟仪器在不同领域中的应用案例，帮助学生更好地了解虚拟仪器在实践中的运用。
LabVIEW实验简易计算器
虚拟仪器实验--简易计算器设计一、实验目的1. 熟悉LabVIEW的编程环境，了解其特点。
2. 学会用LabVIEW实现简单的程序设计，了解图形化编程的方法和步骤。
3. 掌握数据对象类型、数组、簇的概念和其他基本函数，以及它们之间如何进行相互转化。
4. 掌握LabVIEW中一些函数和结构的用法。
二、实验要求编写标准计算器，实现基本的加、减、乘、除等功能，能进行简单的计算，完成源程序的编写和功能测试。
三、实验设备安装LabVIEW的计算机。
四、实验内容4.1计算器功能介绍1. 可以实现加、减、乘、除、求倒、开根、正弦等运算。
2. 可以实现连续运算。
3. 对错误输入可以借助Backspace键进行删除；运算完成后可以借助C键释放内存。
4. 对误操作进行屏蔽，如在一个数中只可能输入一个小数点。
5. 运算结果可以精确到小数点后第6位。
4.2程序变量设置及说明进入主程序，首先判断输入是数字、运算符、等号还是撤销（或清除）。
1.输入为数字。
将输入数字转换为字符并连接到原数据后显示组合后的字符串，保存该字符串。
2.输入为运算符。
判断运算符的类型，当运算符为“+”、“-”、“*”、“/”时，调用上一运算符，并保存此次输入的运算符，同时显示运算结果并保存相应的结果数据；当运算符为“1/x”、“sqrt”、“sin”时，直接对此时输入的数据进行相应的倒数、开方、正弦运算。
3.输入为等号。
执行之前保存的运算符，显示运算结果，同时结束该运算，返回初始状态。
4.输入为Backspace或C键。
Backspace键可以删除前一输入数据或运算符；C键可以清除数据并释放内存。
简易计算器程序设计框图见图1。
图1 程序设计框图4.2.1 主要程序编写及说明：1. 输入0处理显示程序模块判断Display是否是0，如果是则显示“0”，如果不是则用连接字符串函数输出显示，并相应的赋给input1或input2。
2. 小数点处理显示程序模块利用全局变量（布尔型）zeroflag作为小数点指示标志，默认为F。
虚拟仪器系统的设计方案
虚拟仪器系统的设计方案在当今科技迅速发展的时代，虚拟仪器系统作为一种高效、灵活且功能强大的测试与测量解决方案，正逐渐在各个领域展现出其独特的优势。
虚拟仪器系统通过将计算机技术与传统仪器功能相结合，实现了对物理量的精确测量、数据采集、分析处理以及结果显示等一系列操作。
接下来，让我们深入探讨一下虚拟仪器系统的设计方案。
一、需求分析在设计虚拟仪器系统之前，首先需要对应用场景和具体需求进行全面的分析。
这包括确定要测量的物理量类型（如电压、电流、温度、压力等）、测量范围、精度要求、采样频率、数据处理和分析的方法，以及用户界面的功能和操作方式等。
例如，如果是用于工业自动化生产线上的质量检测，可能需要对多个参数进行高速、高精度的实时测量，并能够快速判断产品是否合格；而在科研实验中，可能更注重对复杂信号的深入分析和处理，对数据的准确性和分辨率要求较高。
二、硬件选择1、传感器根据需求分析确定的测量物理量，选择合适的传感器。
传感器的类型繁多，如电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、光电式传感器等。
其性能指标如灵敏度、线性度、重复性、稳定性等都需要与测量要求相匹配。
2、数据采集卡数据采集卡是将传感器输出的模拟信号转换为数字信号并传输给计算机的关键部件。
选择数据采集卡时需要考虑采样频率、分辨率、通道数、输入范围等参数。
高采样频率和高分辨率能够提供更精确的测量结果，但也会增加成本。
3、计算机计算机作为虚拟仪器系统的核心，其性能直接影响系统的运行效率和稳定性。
一般来说，需要具备较高的处理器速度、足够的内存和存储空间，以满足数据处理和存储的需求。
三、软件设计1、编程语言常用的虚拟仪器开发语言有 LabVIEW、C+＋、Python 等。
LabVIEW 以其图形化编程的特点，易于上手和直观展示程序流程，被广泛应用于虚拟仪器系统的开发；C+＋和 Python 则具有更强大的功能和灵活性，适用于复杂的系统开发。
2、程序架构设计合理的程序架构，包括数据采集模块、数据处理模块、结果显示模块和用户交互模块等。
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标准计算器的设计
一、设计思想:
.创建3个字符串显示控件ｎｕｍ1,num2,nuｍ３,其中：
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，以便输入的数据存入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４个布尔开关按钮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的功能是在输入=，运算完后，不需要初始化即可进行下一次运算
３、chａnge２用来去掉数据小数末尾的0
4、changｅ3用来保证bａｃkspace键仅对输入的数据有效,对运算结果无效
.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、reｓuｌt经过去零处理后得到ｒesulｔ1，将数据显示在前面板上。
二、实现过程
1、面板按键的设计及感应
首先，在前面板上建立一个簇
然后在簇中再建立布尔量,复制20个以满足键的需求(0——9十个数字键，一个小数点键,一个等号键,四则运算键,一个开方键,一个倒数键，一个反号键，一个清零键及一个退出键并注意按键的顺序）。
将按键给值并作适当的美化处理
在后面板中通过将簇中元素按产生的顺序组成一个一维数组，这样就实现了每
个键与数字（０-—20)之间的对应。
每次按下一个键时,通过查找出对应的键并把结果(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、数字的键入（0~8键入1~9数字）
由于第一个输入和第二个输入所存放的地方不同（第一个存于nｕm1，第二个存于ｎum2→mun３再清空num2）,所以有必要对此分开处理。
创建2分支(真、假）的ｃａsｅ结构．
用chａｎｇｅ控制分支的选择:在处创建局部变量并转换为读入。
由于数字的键入是数据输入，cｈanｇe3用来保证bａckspace键仅对输入的数据有效,故应设置
分支结构的设计
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change １。
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。
具体的设计如图:
Ｃhａｎge为假时:
Chanｇe为真时,表示数据的第二次输入,具体设计如下:
至此,数字1~９的键入完成。
3、“0"的输入
由于存在多零的问题,多零开头时，删除多于零所以“0”的输入应区别于１～9的输入。
输入“０”,涉及到多零和数据输入,应设置和状态。
当cｈange为真时,表示是第二次输入数据,与1~9的输入类似,另外考虑到多零的处理。
具体设计如下:
当cｈanｇe为假时，表示数据的第一次输入，与第二次输入的第一帧类似,具体设计如下:
4、小数点的键入
小数点的键入也相当于数据的录入,需要设置chａnge3的状态
另外需考虑到:一个数中不允许存在2个或者２个以上的小数点。
同上，根据change个数改变判断当前输入的小数点是第一输入还是第二输入．Chanｇe为假：
Change为真:
５、等号的键入
当ｎum１和nｕｍ３都键入值,且有确定的运算关系后,按下等号键，显示出结果。
由于结果可能存在多零显现，所以需设置状态.
由于开方、取反、取倒操作不涉及到等于键,故只需设计＋、—、* 、/四个键。
具体设计如下:
6、四则运算的连续实现
具体的实现过程和上一步类似，但是应加入,保证计算的连续性
7、C键清零作用
C键的作用是:当按下此键后,程序初始化
8、ＣＥ退出键
CE键的作用是,当按下此键后,程序结束循环,并将0显示在前面板上。
9、开方键
10、倒数键
11、反号键
12、baｃkspacｅ键
bａcｋspaｃe键仅对输入数据有效
13、默认事件
1４、对resｕlt的处理
上述所有结果都赋值给rｅsult，rｅｓult经0值处理后,由rｅsult1输出并在前面板上显示。
利用whilｅ循环，检测reｓuｌt最后一位是否为0，若为0，则减去末位后赋值给本身；若不为0,则退出循环显示数据,从而实现去0的功能。
用cｈange２控制条件分支的选择,当change２为假时，直接将resｕlt值给ｒesuｌt1并结束rｅsult处理循环.
当ｃhanｇｅ2真时，进行数据处理。
至此,计算器的基本功能已实现,后面板程序框图结构如下图所示。
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，即可得到最后的计算器了。
三、总结
此计算器可以实现基本的加减乘除以及开方、取倒、取反功能,可以进行数据的连续运算以及简单的报错、纠错功能,在此计算器模版上，可以继续添加条件分支，实现更多功能的运算,但是不支持第二个数位为开方、取反、取倒的功能。