基于LabVIEW的科學計算器的設計

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本文是基于LabVIEW虛擬儀器系統(tǒng)開發(fā)與實踐等原理、技術而設計出的科學計算器，是利用虛擬儀器技術而完成的。可以用來模擬真實計算器而進行簡單的加減乘除四則運算、平方、開根號和倒數(shù)運算，以及進行三角函數(shù)的數(shù)值轉(zhuǎn)換。本次設計運用條件結(jié)構(gòu)、順序結(jié)構(gòu)以及層疊式順序結(jié)構(gòu)等實現(xiàn)具體的計算器功能，利用子VI進行相關數(shù)值的轉(zhuǎn)換。LabVIEW 是美國國家儀器公司推出的一種基于 G 語言的虛擬儀器軟件開發(fā)工具。本文首先介紹了LabVIEW科學計算器設計的理論支撐，然后使用LabVIEW設計了詳細程序框圖和程序的前面板，并對設計過程中所遇問題進行總結(jié)，最后對科學計算器進一步的設計優(yōu)化進行了展望。

在確定計算器功能類型和數(shù)量的基礎上，查閱相關資料對方案進行論證，完成總體設計。繪制出系統(tǒng)總圖和計算器界面總框圖。計算器設計流程圖如圖2所示。

圖2 計算器設計流程圖

• 總體設計
  

在LabVIEW開發(fā)環(huán)境下，創(chuàng)建可執(zhí)行文件必須在“項目”下進行。本程序的項目瀏覽器窗口如圖3所示。

圖3項目瀏覽器

在項目瀏覽器中，我們可以看到，項目調(diào)用了很多子VI，主界面主VI控制著整個程序的邏輯結(jié)構(gòu)和運算過程，主要是對用戶界面上的操作輸入和運行結(jié)果的顯示。其他的子VI可以被一些模塊調(diào)用，即主VI調(diào)用子VI。本項目主要使用了七個子VI，如圖4所示。

圖4 色彩繽紛的子程序圖標

本設計的程序框圖主要運用了條件結(jié)構(gòu)和事件結(jié)構(gòu)，結(jié)合模塊化的子VI，可構(gòu)成我們所需要的功能。多事件結(jié)構(gòu)的程序框圖如圖5所示。

圖5多事件結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)框圖

三、程序的基本設計

（一）“計算器”程序的前面版

本次設計的計算器共設計40個鍵碼，分別為：0～9 十個數(shù)字、小數(shù)點、正負號、加、減、乘、除、等號、倒數(shù)、開方、平方、 π、sin、cos、tan、角度轉(zhuǎn)換和清零，還有一個數(shù)據(jù)顯示和一個時間顯示。具體設計如圖6所示。

圖6 前面板

（二）“計算器”程序的程序框圖

本程序框圖通過一個while循環(huán)套用一個事件結(jié)構(gòu)和一個條件結(jié)構(gòu)，以及一個調(diào)用節(jié)點完成對函數(shù)的調(diào)用，進而完成對計算器的兩個輸入數(shù)據(jù)的加、減、乘、除運算和一些特殊運算。整體程序框圖如圖7所示。

圖7 整體程序框圖

• 子VI與模塊
  

（一）簡單子VI的程序框圖

子VI相當于普通編程語言中的子程序，也就是被其他的VI調(diào)用的 VI。下圖幾個框圖顯示了加減計算、乘除計算、括號、抽離上一元素、和刪除多余的零等一些子VI的程序框圖。

圖8“加減計算”的程序框圖

圖9“乘除計算”的程序框圖

圖10“括號”的程序框圖

圖11“抽離上一元素”的程序框圖

圖12“刪除多余的零”的程序框圖

圖13“清零”的程序框圖

（二）特殊計算子VI的程序框圖

特殊計算子VI就是對一些除加減乘除除外的特殊符號的運算，包括角度求值、平方求值、階乘等。其中正切和余弦函數(shù)的程序框圖如圖14、圖15所示。

圖14 “正切”的程序框圖

圖15 “余弦”的程序框圖

（三）時間顯示和背景控件

主界面調(diào)用一些控件和函數(shù)進行運算操作，利用分模塊編寫子VI的方式調(diào)用。有利于調(diào)試、修改和調(diào)用。時間控件給前面版添加了顯示時間的功能。背景模塊給前面板添加了背景轉(zhuǎn)換的功能，數(shù)據(jù)顯示控件和背景模塊的程序框圖如圖16、圖17所示。

圖16 時間顯示模塊的程序框圖

圖17前面板背景控件的程序框圖

（四）弧度，角度，梯度的相互轉(zhuǎn)換

圖17 “弧度，角度，梯度的轉(zhuǎn)換”的程序框圖

• 驗證“計算機”程序
  

（一）加減乘除驗證

           

（二）一些特殊功能驗證

           

• 總結(jié)
  

• 結(jié)論
  

通過設計，制作出基于LabVIEW虛擬儀器系統(tǒng)開發(fā)與實踐等原理、技術而設計出的簡易計算器，是利用虛擬儀器技術而完成的，可以用來模擬真實計算器而進行簡單的四則運算、平方、開根號和倒數(shù)運算 ,還可以進行清零和關閉計算器操作。經(jīng)過對結(jié)果的演示，本設計能夠達到設計之初所計劃的所有功能。不僅對于簡單的運算能夠順利的完成，而且具體的操作和功能與最常用的計算器基本一致。

• 展望
  

該設計還是有很多功能可以加入的。比如可以加入簡易/科學計算器的轉(zhuǎn)換按鈕，這樣可以方便更多場合的應用，還可以加入進制轉(zhuǎn)換的功能，方便電子信息類的學生進行邏輯分析。為了完善此次設計，接下來的時間，我將繼續(xù)熟悉函數(shù)選板中各個函數(shù)作用及控件選板中各個控件的作用，以使自己在接下來設計 LabVIEW 程序框圖時更加得心應手。

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為什么開根號按鍵和階乘按鍵結(jié)果不對？是我操作有錯誤嗎？樓主可以解答一下嗎  謝謝啦！