【毕业论文】基于LabVIEW数字钟的设计.docx

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1、【标题】基于LabVIEW数字钟的设计【作者】邹勇胜【关键词】数字钟；虚拟仪器；LabVlEW【指导老师】夏错【专业】电子信息科学与技术【正文】1绪论在高新技术日新月异的今天，科学技术已经成为整个社会发展的源动力，电子领域的发展更是令人目不暇接，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，遍迹了千家万户，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快1。现代社会，时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。但是,一旦重要事情，一时的

2、耽误可能酿成大祸。例如，许多火灾都是由于人们一时忘记了关闭煤气或是忘记充电时间。尤其在医院，每次护士都会给病人作皮试，测试病人是否对药物过敏。注射后，一般等待5分钟，一旦超时，所作的皮试试验就会无效。手表当然是一个好的选择，但是，随着接受皮试的人数增加，到底是哪个人的皮试到时间却难以判断。所以，要制作一个定时系统。随时提醒这些容易忘记时间的人。钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能2。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时启闭电路、定时开关烘箱、通断动力设备，甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此

3、，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义3。由于电子技术的？计算机技术和网络技术的高速发展及其在电子测量技术与仪器领域中的应用，新的测试理论？方法？领域以及新的仪器结构的不断出现，电子测量仪器的功能和作用也发生了质的变化。在这种背景下，2()世纪80绪论年代末，美国成功的研制了虚拟仪器。11 课 题 的 提 出对数字钟的设计，目前有很多的设计方法，随着数字电路技术和计算机技术的飞速发展，虚拟仪器技术得到了广泛的应用。EDA技术就是其中一种，其取代了传统的电子设计方法而成为数字电路设计的主流。EDA利用软件的编程设计，达到对硬件系统的功能仿真、测试和设计，使产品的开发周期缩短，成本降低4。而

4、美国NI公司的LabVIEW,虽然不是专业的EDA开发软件，但凭借其在虚拟仪器技术上的突出优势和图形化编程的特性，同样可以运用于数字电路的设计，达到良好的仿真和设计效果。La bVI EW相比于专业的 EDA软件有很多突出的优势： 第一、可以对于项目的仿真，也可以对于仪器的仿真，还可以直接用于实际的测量；第二、芯片、仪器功能可由用户自己定义，并且具有强大的可扩展性能；第三、生动而丰富的参数设置和结果表达能力，从广义上说，可以把LabVIEW看成是工控组态软件的一种。从而也具备一般组态软件的强大的图形处理和人机界面功能；第四、强大的网络通信功能，随着网络技术的迅速发展，在科学研究和工业生产各领域

5、，网络化的要求越来越高。NI公司独有的DataSocket技术、EDA技术为快速开发网络测控和设计系统提供了可操作性5。基于LabVIEW的优势，为此设想通过使用LabVIFM，软件设计出一种可进行计时、校时、整点报时和倒计时的多功能数字钟。所以提出了基于LabVIEW数字钟的设计。1.2课题研究的意义1.2.1理论意义La bVl LVC （Labor a t or y Vi r t ua 1 i ns t r ument Engi ne er i ng）是虚拟仪器中一种代表性的图形化编程语言，其软件模块是由一个用户接口的前面板和一个框图程序组成。在计算机上利用功能库和开发工具库产生一个前面

6、板，再利用图形化编程语言编制框图程序去控制前面板，来完成各种数字电路及其芯片的制作，从而实现数字电路的逻辑功能的模拟仿真6 。 在数字电路中，数字钟的构建具有典型意义。数字钟的基本单元为十进制计数芯片，七段译码器、时钟信号。LabVIEW给用户提供了扩充模块及模块库的功能。此可以用实现子程序的方法来对自定义模块进行封装，这也方便了用户编程，加快了仿真实现过程。在LabVIFM，仿真中个数字钟设计过程分为四部分：时钟信号子程序、七段译码器子程序、十进制计数器子程序和组建数字钟7。122 现 实 意 义 数字钟表是经常用到的计时工具，应用非常广泛。数字电子钟是一种用数字显示秒、分、时、日的计时装置

7、，与传统的机械钟相比，数字显示的计时装置，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到了广泛应用。小到人们日常生活中的电子手表，大到车站、码头、机场等公共场所的大型数显电子钟7。数字钟实际上是一个对标准频率（1Hz）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的lllz时间信号必须做到准确稳定，同时在现有功能的基础上可以加上定时及倒计时等功能。13 研 究 现 状 与 发 展 趋 势近年来由于数字钟在我们生活和工作中的应用越来越广泛，也越来越重要。与计算机的发展一样，研究者们都在追求最高效、最方便的研究方法，其中儿

8、种典型的研究方法分析如下：基于集成电路的数字时钟制作：这就根据设计任务要求，对单元电路进行设计，要求做到电路板设计的布局，布线合理，走线简短清淅，工艺整齐美观，工作稳定可靠7。掰设计的基本工作原理是：由六十进制和二十四进制单元电路的构成“分”和“秒”的显示，分别需用到六十进制计数器，而通用的数字集成电路里面很难找到这样的计数器，但只要使用“反馈清零法”就可以很容易达到任意进制的目的。脉冲信号产生电路使GOMS数字集成电路4060来完成。基于V1IDL数字钟的设计：用VIDDL语言设计的数字时钟电路由秒、分、时5个计数模块和6个显示译码模块组成。秒计数模块的计数时钟elk为1Hz的标准信号。当数

9、字钟处于正常计时状态时，秒计数器的进位输出信号c作为分钟模块的计数信号，分计数模块的进位输出c为小时模块的计数信号。数字钟除了正常计时外，还能够调整时间。在本文中，通过手动调节di n的3个输入量的高低电平而分别实现对秒、分、时的调整8 o基于Multi si m仿真软件的数字钟设计与仿真：Mui ti si m作为数字电路研究的基本仿真软件，它是通过方便，直观形象的过程构建系统，并提供了丰富的元器件资源，强大的分析功能和可视化的体系结构是一个非常优秀，强有力的WB软件。因此在实际工作中，我们可以利用此软件实现算机仿真设计与虚拟实验，并且设计与实验可以同步行，可以边设计边实验，修改调试方便；设

10、计和实验用的器件及测试仪表齐全，可以完成各种类型的电路设计与验；可方便地对电路参数进行测试和分析；可直接打印出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图；实验中不消实际上的元器件；实验所需元器件的种类和数量不受制，从而实验成本低；实验速度快，效率高。因此，我们用虚拟实验室中的虚拟仪器来组织完成数字时钟显示验，进而显现其功能和数字时钟的工作原理。基于Multisim仿真软件的数字时钟设计：它由秒脉冲发生电路，秒、分、时和上下午计数显示电路，时间校准电路等组成。由秒脉冲发生器产生的秒脉冲信号一计秒电路一计分电路一计时电路，当秒计数满60后，分钟加1；当分满60后，时加1；当时计数器计满12时后，又开始下

11、一个循环技术，只不过此时上下午产生变化。同时，可以根据需要随时进行时分的调整9 。基于单片机对数字时钟的研究：利用单片机设计一个时钟，单片机扩展的显示器用来显示秒、分、时计数单元中的值，可以非常准确地显示时间。整个设计包括两大部分，硬件部分和软件部分，硬件是整个系统的基础，软件部分则要合理，充分地支持和使用系统的硬件，而完成系统所要完成的任务10。 近年来由于数字钟在我们生活和工作中的应用越来越广泛，也越来越重要。与计算机的发展一样，研究者们都在追求最高效、最方便的研究方法11,目前对于数字钟的设计有多种方法，其中较为典型的有基于单片数字时钟的设计，基于的1)1.数字时钟的设计，基于Multi

12、sim对数字时钟的设计，还有基于Proteus的数字时钟设计与仿真，基于FPGA实现的数字钟设计。其中集成电路设计直观但设计却非常复杂和不易调整；MD，可以自动地完成逻辑优化和仿真测试，但现在人们研究VI1DL语言着重是发掘硬件设备的潜力。至于单片机开发是现代电子技术开发中比较简单的一种方法并且系统具有优异的性能，高可靠性以及成本低廉的优势，但是他在设计数字钟时，需要外接显示设备，即软件和硬件要相结合。经过查阅文献知道，现在还没有基于LabVIEW对数字时钟设计。由于LabVIEW在设计方面的优势，所以广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。作为一种图形

13、化得编程语言用来编写数字时钟电路是一种尝试12 o通过利用LabVIE可提供的布尔逻辑量及运算符来构成数字钟。结合G语言的优势，设计出来的电路相信也会有它的优点。1.4本文研究的目的和研究内容1.4.1 研 究 目 的 数字钟是一种用数字电路技术实现时.、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用13。数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路。因此，本文设解计数字钟就是为了了数字钟的原理，从而学会制作数字钟。并且本文以数字电路作为设计的基础，用LabVIEXV软件来实现对多功能数字钟的设计，同时突出了此软件在数字电路设计方面

14、的优势。1.4.2 研究内容本文主要是根据数字钟的基本功能，从数字钟的计时方法和进制转换入手，分别研究多功能数字钟的显示、校时和整点报时等功能，而作为用LabVIEW软件设计的数字钟，可以通过其自带的布尔函数设计具有倒计时的数字钟。1. 5本文主要介绍内容本文根据数字电路中数字钟的设计原理，结合LabVIEW中提供的布尔逻辑量和程序结构等，提出了利用LabVIEW进行数字钟的设计，从设计方案的论证到最终做出成品，本文所介绍的主要内容有以下五章：第一章主要介绍LabVIEW软件的优势，并对课题的提出、研究意义、研究目的、研究内容及计数器的研究现状作简述。第二章主要介绍虚拟仪器及LabVIEW的概

15、述及特点。第三章主要介绍运用LabVIEW设计数字钟的方案及方案论证和方案分析。第四章主要介绍运用LabVIE*软件实现数字钟的设计过程及程序框图，并对实现过程 作 一 些 相 关 分 析。第五章主要对所做设计进行总结及展望，提出设计的不足之处。2虚拟仪器的开发软件2. 1虚拟仪器的开发语言虚拟仪器系统的开发语言有：标准C, Visual C+, Visual Basic等通用程序开发语言。但直接由这些语言开发虚拟仪器系统，是有相当难度的。除了要花大量时间进行测试系统面板设计外，还要编制大量的设备驱动程序和底层控制程序14 o这些工作对于那些不熟悉这方面知识的工程设计人员来说，要花费大量时间和精力，这样直接影响了系统开发的周期和性能。除了通用程序开发语言以外，还有一些专用的虚拟仪器开发语言和软件，其中有影响的开发软件有：Z公司的LabVIEV,LabVCi ndows /CV1 o LabVI EW采用图形化编程方案，是非常实用的开发软件15。l a bWi ndows /CVI