毕业设计(论文)-大学物理实验中示波器的设计与实现.doc
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1、大学物理实验中示波器的设计与实现大学物理实验中示波器的设计与实现 摘摘 要要 仿真是求解随机问题的技术。随着具有存储功能的计算机的出现,计算机 仿真技术越来越受到重视,现已被应用于各个领域。本系统主要用于教育领域, 形象了演示了示波器的功能,方便了老师的教学。 本文主要描述了仿真技术的基本概念以及仿真技术,介绍仿真技术在现实 生活中的应用实例,讨论了仿真理论目前的发展状况、前景以及论文研究的目 的和意义。 本文所设计实现的基于仿真技术的示波器仿真实验系统是在 Visual C+6.0 开发环境下编程实现的,利用 MFC 类库和 Visual C+提供的高度可视的 应用程序开发工具,在其开发的小
2、型应用程序平台上实现示波器控制面板的绘 制、位图资源的加载,可以分别选择单踪波和双踪波的通道来实现不同波形的 动态演示,以及实现双踪波幅值分离的设计实现和波形周期的增加和减小。本 文的最后对设计研究工作进行了总结,指出了研究上的不足和系统需要改进的 地方,说明了需要进一步深入讨论的内容。 关键词:关键词:模拟仿真;随机问题; MFC 类库;可视化 Man-machine Interaction Equipment-Oscilloscope Simulation Abstract Simulation technology is a skill to solve random problem.
3、With the memory function of the computer, computer simulation technology has been widely applied in various fields. The system is mainly used for teaching and the visualized demonstration of the oscilloscope functions will facilitate the teachers teaching. The thesis describes the basic concepts of
4、simulation technology. And with application examples in real life about simulation, it discusses the current development situation and prospects of simulation technology, as well as the purpose and significance of the research in the thesis. The oscilloscope simulation system which based on simulati
5、on technology in the thesis is in Visual C + + 6.0 Programming environments. Using MFC and Visual C + + which provide a high degree of visual application development tools, the system can achieve such functions: the drawing of oscilloscopes control panel, the loading of bitmap resources, the dynamic
6、 displaying of different waveform with single-track and double-track channel respectively, and the achievement of amplitude separation and the variation of time cycle of the wave of double-track. Finally, the thesis concludes for the research, and points out the lack of the system and the content fo
7、r discussing further. Key words: Simulation; Random Problem; MFC; Visualization 目目 录录 论文总页数:29 页 1引言.1 1.1仿真理论的发展.1 1.2计算机仿真技术.1 1.3计算机仿真应用实例.2 1.4论文的目的及意义.2 2系统的总体设计.3 2.1系统功能说明.3 2.2开发运行平台选择及分析.3 2.2.1实现系统的硬件环境.3 2.2.2实现系统的软件环境.4 2.2.3实现系统的理论基础.4 第 2 页 共 29 页 3示波器仿真系统的实现.4 3.1应用程序平台基本框架的建立.4 3.1.1
8、添加消息处理函数.6 3.1.2添加成员变量.8 3.1.3添加 RECOURCE 资源9 3.1.4定时器成员函数.10 3.1.5通道的选择.10 3.1.6BUTTON 单击事件的设计11 3.2曲线面板的设计.14 3.2.1位图资源及其应用.14 3.2.2图形刷新.16 3.2.3获取设备环境.18 3.2.4映射模式.19 3.2.5绘图工具.21 3.3本章小节.23 4系统运行结果及工作总结.23 4.1系统运行结果.23 4.2遇到的问题及解决方法.25 4.3系统改进方法.26 结 论.26 参考文献.26 第 3 页 共 29 页 1引言引言 1.1仿真理论的发展仿真理
9、论的发展 仿真技术最早可以追溯到 1773 年法国自然学家 G.L.L.Buffon 为了估计 的值而采用随机数做实验来求解随机问题。仿真又称做蒙特卡罗方法。比较早 而且著名的蒙特卡罗方法使用者是 W.S.Gosset。他在 1908 年以“Student”为 笔名发表论文时,使用了蒙特卡罗方法来证明他的 t 分布法。尽管蒙特卡罗方 法起源于 1876 年,但是直到 75 年之后才被命名。现代化的具有程序储存功能 的计算机使冗长的计算成为可能,而这种计算正式蒙特卡罗所要求的。 如今计算机仿真技术被广泛运用于众多的领域之中。在国外,1876 年,美 国统计学家第一次使用仿真模拟方法做随机实验。进
10、入 20 世纪 80 年代,仿真 模拟技术在高科技中所处的地位日益提高。一些发达国家非常重视仿真模拟技 术的开发利用,在科学研究、工业、交通、军事、教育等领域得到大量应用。 1.2计算机仿真技术计算机仿真技术 所谓计算机仿真是指在实体尚不存在、或者不易在实体上进行实验的情况 下,先通过对考察对象进行建模,用数学方程式表达出其物理特性,然后编制 计算机程序,并通过计算机运算出考察对象在系统参数以及内外环境条件改变 的情况下,其主要参数如何变化,从而达到全面了解和掌握考察对象特性的目 的。 计算机仿真技术是作为分析和研究系统运行行为、揭示系统动态过程和运 动规律的一种重要手段和方法。近年来,随着系
11、统科学研究的深入、控制理论、 计算技术、计算机科学与技术的发展,计算机仿真技术已发展成一门新的学科。 信息处理技术的突飞猛进,更使得仿真技术得到迅速发展。 一、计算机仿真的特点 1.模型参数任意调整 模型参数可根据要求通过计算机程序随时进行调整,修改或补充,使人们 能够掌握各种可能的仿真结果,为进一步完善研究方案提供了极大的方便。 2.系统模型快速求解 借助于先进的计算机系统,人们在较短时间内就能知道仿真运算的结果(数 据或图像),从而为人们的实践活动提供强有力的指导。这是通常的数学模型方 法所无法实现的。 3.运算结果准确可靠 只要系统模型、仿真模型和仿真程序是科学合理的,那么计算机的运算结
12、 果一定准确无误(除非机器有故障)。因此,人们可毫无顾虑地应用计算机仿真 的结果。 第 4 页 共 29 页 4.实物仿真形象直观 只要系统模型、仿真模型和仿真程序是科学合理的,那么计算机的运算结 果一定准确无误(除非机器有故障)。因此,人们可毫无顾虑地应用计算机仿真 的结果。 1.3计算机仿真应用实例计算机仿真应用实例 因工作需要,要求一油缸保持稳定的工作压力,具体参数如下:油缸设定 压力 10bar,压力允许误差为 15%,蓄能器体积 6.3L,充气压力 2bar,其它参 数如电机转速、泵排量、缸径、泄露量等皆为已知,图一为该系统的仿真模型, 其保压原理是通过检测液压缸内的工作压力并与设定
13、的压力进行比较从而决定 是否启动电机带动泵运行。当对仿真模型中的每个图形模块设置我们所期望的 参数值后,运行该仿真模型便可得出多种仿真结果。 1. 压力对比 为了比较采用保压控制和不保压控制这两个方案,仿真的结果告诉我们, 由于没有采用保压控制,在泄漏的影响下,系统的压力一直在下降,经过一段 时间后,缸内的压力就达不到压力要求了,而采用了保压系统的方案,缸内的 压力可以一直维持在要求的压力上。 2. 仿真结果 通过仿真计算,还可以直接做出采用保压控制方案后缸内压力随时间的变 化,可以知道:缸内压力建立需要的时间是 25 秒,进一步放大图中直线部分, 我们可以清楚地看到缸内压力的波动情况,压力波
14、动的振幅为 0.008bar。此外 我们也可以将电机启动停止情况和压力波动情况绘在一张图上,电机在 100 秒 的仿真时间内起停了三次。 3. 参数优化 如果需要考察气囊式蓄能器预充气压力对压力波动、压力建立时间及其保 压时间等参数的影响,可以利用 AMESim 的 Batch 仿真运行模式,分别将预充气 压力设定为bar、bar 和bar,从图七中可以明显看出:充气压力小时, 压力波动值较小,但是压力建立时间长,保压时间短;充气压力高时,压力虽 可迅速建立,保压时间也较长,但是压力波动也较大。因此在产品设计阶段我 们可以根据要求在压力波动、压力建立时间及其保压时间之间折衷以确定最佳 的预充气
15、压力。 1.4论文的目的及意义论文的目的及意义 本系统的目的是利用 VC+进行简单仿真实现的人机交互设备,完成了一个 小型的应用程序及简单示波器仿真系统。论文主要涉及到仿真模拟技术,通过 对次系设计开发对仿真理论的发展及主要内容有了基本的认识与了解。 第 5 页 共 29 页 通过对仿真系统的设计与实现,笔者熟悉了 VC+的 MFC 开发模式流程,掌 握了仿真技术的思想,完成了简单的示波器仿真系统,验证了仿真在连续系统 仿真下的可行性。 2 系统的总体设计系统的总体设计 系统设计的基本思想是以示波器的工作原理为基础,通过 Visual C+语言 设计实现完成一个小型的示波器仿真系统。 2.1系
16、统功能说明系统功能说明 本系统是利用 VC+的 MFC 类库设计搭建的应用程序基本框架,在其基础上 添加一些相关的类和消息处理机制。本系统在运行以后,就可以点击相关的按 钮来选择单踪波和双踪波的演示。并在此基础上可以点击相应的按钮来调节波 形幅度和波形周期,另外,如果选择的是双踪波的演示,我们可以点击相应的 按钮来实现双踪波的分离,使两个波的幅度差越来越大。直观上充分的说明了 示波器的工作原理。功能模块划分如下: 图 1 功能模块图 2.2开发运行平台选择及分析开发运行平台选择及分析 本系统是以 VC+6.0 结合图形可视化的思想作为系统的开发环境。 2.2.12.2.1 实现系统的硬件环境实
17、现系统的硬件环境 实现本系统的硬件配置如表 1 所示: 表 1 硬件配置 CPUAMD Sempron(tm) 2200+ 内存1.50 GHz,512 M 第 6 页 共 29 页 显卡NVIDIA GeForce4 MX 440 with AGP8X 笔者所搭建的仅是一个小型的实验模拟系统,因此一般的用户 PC 机都可 畅通无阻的运行本程序。 2.2.22.2.2 实现系统的软件环境实现系统的软件环境 Visual C+自诞生以来,一直是 Windows 环境下最主要的应用开发系统之 一。Visual C+不仅是 C+语言的集成开发环境,而且与 Win32 紧密相连,利 用 Visual
18、C+开发系统,可以完成各种各样的应用程序开发,从底层软件直到 上层直接面向用户的软件。而且,Visual C+强大的调试功能也为大型复杂软 件的开发提供了有效的排错手段。 进入 20 实际 90 年代以来,随着多媒体技术和图形图像技术的不断发展, 可视化(Visual)技术得到广泛的重视,越来越多的计算机专业人员都开始研 究并应用可视化技术。Visual C+是一个很好的可视化编程工具,使用 Visual C+环境来开发基于 Windows 的应用程序大大缩短了开发时间,而且它的界面更 友好,便于程序员操作。 2.2.32.2.3 实现系统的理论基础实现系统的理论基础 Visual C+是一个
19、很好的可视化编程工具,使用 Visual C+环境来开发基 于 Windows 的应用程序大大缩短了开发时间,而且它的界面更友好,便于操作。 开发环境是编程者同 Visual C+的交互界面,通过它可以访问 C+源代码编辑 器、资源编辑器、使用内部调试器,还可以创建项目文件。 3示波器仿真系统的实现示波器仿真系统的实现 3.1应用程序平台基本框架的建立应用程序平台基本框架的建立 笔者使用 VC+6.0 结合图形可视化技术实现了示波器的仿真试验系统。打 开 Visual C+6.0 操作界面,建立工程类型为 MFC AppWizard exe 的对话框 文档的新工程,系统自动为用户创建 CMyA
20、pp, CMyDlg 两个类。创建过程如图所 示: 第 7 页 共 29 页 图 2 创建工程的界面 图 3 选择工程类型的界面 图 4 创建好的工程信息界面 在 Resource View 中的 Dialog 文件目录下有两个对话框,分别为 IDD- ABOUTBOX 和 IDD-MY-DIALOG,如下图所示: 第 8 页 共 29 页 图 5 IDD-ABOUTBOX 在 IDD-MY-DLALOG 对话框中进行设置,在对话框中添加一个 STATIC TEXT 控件和四个 GROUP BOX 控件,然后再在每个 GROUP BOX 控件中添加 相应的 BUTTON 按纽,结果如图所示:
21、图 6 IDD_MY_DIALOG 3.1.13.1.1 添加消息处理函数添加消息处理函数 为每个按纽创建类向导,右键单击,选择“CLASS WIZARD”,就会出现如 图所示的对话框: 第 9 页 共 29 页 图 7 CLASS WIZARD 对话框 此对话框主要是用来为每个用 ID 标志的按纽添加消息处理函数,如对应的 ID 为 IDC-BMINUS 的按扭,有两个相应的消息处理函数,如 BN_CLICKED 与 BN_DOUBLECLICKED,而我们在此工程中用到的是 BN_CLICKED,点击有边的添加 消息处理函数就可以了,双击相应的消息处理函数名就可以进入相应的消息处 理函数的
22、编辑,如对应的幅值增加按扭的消息处理函数为: Void CMy22Dlg:OnVoltplus () ID_VOLTMINUS (对应的幅值减小的按扭): Void CMy22Dlg:OnVoltminus () 在相应的 DLGH 文件中的 CLASS CMY22Dlg: public CDialog 中就会出现 相应的消息处理函数的声明 AFX_MSG (CMy22Dlg) Virtual BOOL OnInitDialog (); afx_msg void OnSysCommand(UINT nID, LPARAM lParam); afx_msg void OnPaint(); afx
23、_msg HCURSOR OnQueryDragIcon(); afx_msg void OnVoltplus(); afx_msg void OnVoltminus(); 第 10 页 共 29 页 afx_msg void OnTimeplus(); afx_msg void OnTimeminus(); afx_msg void OnAplus(); afx_msg void OnAminus(); afx_msg void OnBplus(); afx_msg void OnBminus(); afx_msg void OnRadio1(); afx_msg void OnRadio2
24、(); afx_msg void OnRadio3(); /AFX_MSG DECLARE_MESSAGE_MAP () 3.1.23.1.2 添加成员变量添加成员变量 同样右键单击“CLASS WIZARD” ,在弹出来的对话框中点击“Member Variables”,就可对相应的控件添加相应的成员变量,如图所示: 图 8 添加成员变量的界面 在相应的 DLGH 文件中的 CLASS CMY22Dlg: public CDialog 中就会出现 以下代码: / Dialog Data /AFX_DATA(CMy22Dlg) enum IDD = IDD_MY22_DIALOG ; CBut
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- 毕业设计 论文 大学物理 实验 示波器 设计 实现
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