基于LabVIEW的秒表的设计与实现(整理版)

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2024年1月9日发(作者：)

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摘 要

现今社会快速发展，各种各样的软件产品被开发出来，为人们的生活、工作提供便捷。与此同时各类软件也深刻影响社会的发展。在各类软件的开发中，精确的计时定时对软件功能的完整实现有着重大的影响，当今社会需要精确定时计时报警的领域也越来越多，因此开发准确稳定的计时定时软件刻不容缓。

本次多功能秒表设计是基于LabVIEW 2011虚拟仪器平台，使用图形化编程语言，设计一个定时计时显示报警的实例，它主要通过条件结构的分支选择及平铺式顺序结构和while循环来确保程序按一定顺序执行，通过对系统和操作人员的输入进行检测和响应，进而实现相应的秒表计时，定时报警，闹钟叫醒和时钟报时功能。本次基于LabVIEW的秒表的设计具有定时计时精度高、占用系统资源少、软件开发周期相对较短、可移植性强、可以与其他软件无缝合成，功能扩展性强等特点，可以在各类软件中可实现精确定时计时报警显示时间。

关键词：LabVIEW，虚拟仪器，秒表

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Abstract

With the rapid development of today's society, more and more people get into the

design and development of software products for the way people living and working

convenient. In the development of all types of software

,precise timing has a

significant impact on the functions of the software, and all kinds of timing software

constantly enrich people's entertainment life .

LabVIEW is an industry-leading industry standard software tools for the

development of test, measurement and control system. At the same time, the

LabVIEW virtual instrument development is a completely open system application

software, and use it to set up a test system can greatly simplify programming.

The stopwatch design is a virtual platform based on LabVIEW 2011, using a

graphical programming language, it is primarily selected by the branch of the

conditional structure and flat sequence structure to ensure the subroutine according to

a certain order execution,and to detect and respons from system and operator input,

and realize the corresponding function, teach through lively activities and

highlight

the breadth of the LabVIEW programming.

Key Words: LabVIEW, virtual instrument, stopwatch

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目录

基于LabVIEW的秒表的设计 .................................. 错误！未定义书签。

摘 要 ....................................................................... 1

1 绪 论 ..................................................................... 5

1.1 G语言与虚拟仪器的概述 ............................................... 5

1.1.1 G语言的概述 ................................................... 5

1.1.2 虚拟仪器的产生 ................................................ 5

1.1.3 虚拟仪器的概述 ................................................ 5

1.1.4 虚拟仪器的构成以及工作原理 .................................... 6

1.1.5 虚拟仪器的优点 ................................................ 8

1.2 虚拟仪器的发展与现状 ................................................ 9

1.2.1 电子测量仪器发展历史 .......................................... 9

1.2.2 虚拟仪器的现状 ................................................ 9

1.3 LabVIEW的简介 .................................................... 10

2 秒表的简介 ............................................................... 12

2.1 秒表的分类 ......................................................... 12

2.1.1 机械秒表 ..................................................... 12

2.1.2 电子秒表 ..................................................... 12

2.2 LabVIEW实现秒表的基本思路 ........................................ 12

2.3 LabVIEW实现秒表的基本框架 ........................................ 13

2.4 秒表的设计原理 ..................................................... 14

2.5 多功能秒表设计主要模块 ............................................. 14

2.5.1 秒表模块 ..................................................... 14

2.5.2定时器模块 .................................................... 15

2.5.3闹钟模块 ...................................................... 16

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2.5.4时钟模块 ...................................................... 17

3 多功能秒表的具体实现 ..................................................... 17

3.1秒表计时具体实现 .................................................... 18

3.2定时器定时警报的具体实现 ............................................ 20

3.3 闹钟功能的具体实现 ................................................. 23

3.4钟表功能的具体实现 .................................................. 26

3.5 子面板技术 ......................................................... 27

3.5.1 子面板介绍 ................................................... 27

4 LabVIEW程序打包 ........................................................ 31

5 结 语 .................................................................... 33

参考文献 ................................................................... 34

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1 绪 论

1.1 G语言与虚拟仪器的概述

1.1.1 G语言的概述

G语言是一款LabVIEW采用的图形化编程语言。LabVIEW作为一个功能比较完整的软件开发环境，称其为编写应用程序的语言，除了编程方式的不同，LabVIEW具备其他高级编程语言的所有特性，因此又称它为G语言。

G语言作为一种编程语言适合于任何编程任务，其具有扩展函数库的通用编程语言。G语言和传统高级编程语言的最大的差别在于编程方式上的不同，一般高级语言采用的方法为本编程，而G语言采用图形化编程方式。G语言编写的程序称之为虚拟仪器VI（Virtual Instrument），因为它的界面和功能与真实仪器基本相似，在LabVIEW环境平台下开发的应用程序都会被冠以.VI的后缀，以表示虚拟仪器的含义。G语言定义了数据类型、结构类型和模块调用语法规则等编程语言的基本要素等，在功能的完整性和应用的灵活性上毫不不逊于任何高级语言，G语言同时还具有丰富的扩展函数库。这些扩展函数库主要面向数据采集、GPIB以及串行仪器控制、数据分析、数据显示与数据存储等途径。G语言还包括常用的程序调试工具，例如包括断步调试、允许设置断点、数据探针和动态显示执行程序流程等功能[1]。

1.1.2 虚拟仪器的产生

随着电子技术、

计算机技术的高速发展以及其在电子测量技术与仪器领域

中的广泛应用，新的测试理论、测试方法、

测试领域以及仪器结构的不断的出

现，电子测量仪器的功能和作用也发生了质的变化，

仪器与计算机技术的深层次的结合产生了全新的仪器的结构概念

——

虚拟仪器的诞生。它的出现使测试

仪器与计算机之间的界线消失，

从此开始了测量仪器的新时代[2]。

1.1.3 虚拟仪器的概述

虚拟仪器（

Virtual Instrument

）

是现代计算机技术和仪器技术的深层次

的结合的产物，

是当今计算机辅助测试领域的一项重要的技术。

虚拟仪器作为

计算机的硬件资源、

仪器以及测控系统的硬件资源和虚拟仪器的软件

资源三者的有效结合。

虚拟仪器的应用程序的开发环境平台主要有两种。

一种是基于传统的文本

编程语言软件的开发环境，

常用的有Visual Basic、VC++等。另一种就是是基

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于图形化的语言的软件开发平台，

常用有LabView

和HpVee等图形化编程语言。

图形化的软件开发系统就是用工程人员所熟知的术语以及图形化符号代替常规

的文本语言编程，

其具有界面友好，

操作简便，

可大大缩短系统的开发周期等优点，

深受广大软件工作者青睐。

与传统的仪器不同，

虚拟仪器是基于计算机和总线技术的模块化的系统，

通常它是由控制模块、

仪器模块和软件三部分组成，

在虚拟仪器中软件起着至

关重要的作用，

仪器的大部分功能都需要通过软件来实现的，

因此软件作为虚

拟仪器的核心，

有着“软件就是仪器”的说法，

从本质上反映了虚拟仪器的特

[3]征。

虚拟仪器的概念初始是由美国的国家仪器公司（

National Instruments ）提出。

所谓虚拟仪器即是基于计算机的软硬件的测试开发平台，

它可代替传统的测量仪器，如示波器、信号发生器、频谱分析仪等仪器；可集成于自动控制，工业控制系统之中；可自行的构建成专有仪器系统。虚拟仪器是继智能仪器之后的新一代的测量仪器。

虚拟仪器是基于计算机软硬件的仪器。计算机和仪器的密切的结合是当前仪器发展前景的一个重要方向。

随着计算机的功能的日益强大以及其体积日趋缩小，相应的这类仪器的功能也将越来越为强大。

另一种方式便是将仪器装入计算机，以通用计算机的硬件以及操作系统作为依托，对各种仪器的功能进行实现。虚拟仪器主要指的就是这种方式[4]。

1.1.4 虚拟仪器的构成以及工作原理

图1-1 虚拟仪器构成图

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1. 虚拟仪器由通用仪器硬件平台(

简称硬件平台

)和应用软件两大部分组成。

1）通用仪器硬件平台。

虚拟仪器的硬件平台由两个部分组成。

① I/O接口设备。

主要是完成被测输入信号的采集、

放大、模/数转换等功能。

② 计算机。一般是一台PC机或者事工作站，

它作为硬件平台的核心，

也就是是虚拟仪器软件的承载体。

数据采集采用的不同的总线及其相应的I/O接口硬件设备，例如利用PC机总线的数据采集卡版（DAQ)、GPIB总线仪器、VXI总线仪器模块、

串口总线仪[5]器等，

虚拟仪器构成方式主要有5种类型。其虚拟仪器构成图如图1-1所示。

PC-DAQ 系统：

它以数据采集板、

信号调理电路及计算机为仪器硬件平

台为组成部分的插卡式虚拟仪器系统。

这种系统采用PCI或ISA计算机本身的

总线，

故将数据采集卡

/

板插入计算机的空槽中即可。

GPIB系统：

它由GPIB标准总线仪器和计算机的仪器硬件平台组成，是一种虚拟仪器的测试系统。

VX1 系统：作为虚拟仪器测试系统，

它由VXI(

VMEbus Extension for

Instrument

)标准总线仪器模块与计算机的仪器硬件平台组成。

PXI 系统：

它是由PxI标准总线仪器模块以及计算机仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。

串口系统：它是由Serial标准总线仪器以及计算机的仪器硬件平台组成的

虚拟仪器测试系统。

无论上述哪种VI虚拟仪器系统组成一台虚拟仪器后，

都是通过应用软件

将仪器硬件与通用计算机进行结合，

其中，PC-DAQ作为测量系统也是构成VI的最基本的方式，也是最廉价的方式[6]。

常见典型的虚拟仪器结构如图1-2所示[7]。

图1-2 典型的虚拟仪器结构

2) 软件结构。虚拟仪器得软件结构由两大部分构成。

① I/O接口仪器的驱动程序。I/O

接口仪器驱动程序的主要功能是完成特定外部硬件设备的扩展、

驱动与通信。

开发虚拟仪器必须有合适的相应软件平

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台，目前虚拟仪器的软件开发平台有以下两大类：传统的文本式编程语言，如VisualC++、VisualBASIC等；图形化编程语言，如LabVIEW、HPVEE 等。这些软件开发平台为用户们设计虚拟仪器提供了良好的开发环境。

②应用程序。

应用程序含两个方面：实现虚拟面板功能的前面板软件程序；

定义测试功能的流程图软件程序。

2. 虚拟仪器的基本工作原理。

虚拟仪器是利用计算机和相应软件，

以及其硬件设备，以计算机为核心的，

利用计算机强大图形界面和数据处理能力，建立虚拟仪器界面面板，对测量数据进行了分析和显示，称为既拥有普通仪器的基本功能，又有一般仪器所没有[8]的特殊功能的高档低价的新型仪器。

1.1.5 虚拟仪器的优点

与传统仪器相比，虚拟仪器在智能化程序、处理能力、性能价格比、可操作性等方面都具有明显的特点和技术优势，具体表现为：

1. 不强调物理上的实现形式

虚拟仪器可以通过软件功能来实现对数据的控制与采集、数据处理与分析

以及数据显示这三部分的物理功能。

2. 在系统内实现软硬件的资源共享

虚拟仪器的最大的特点就是将计算机的资源与仪器硬件、DSP技术相结合，在系统内部共享软硬件资源。它快速的打破了以往的由厂家定义仪器功能的固定模式，而变成了由用户自己可以定义仪器的功能。即使使用相同的硬件系统，通过不同的软件编程，也可实现功能完全不同的测量仪器。

3. 图形化软件面板

虚拟仪器没有常规仪器的控制面板，

而是利用计算机的强大的图形环境，

采用可视化的图形化编程语言和平台，以在计算机屏幕之上建立图形化的软面板来替代传统的仪器面板。

软面板上有着与实际的仪器相类似的旋钮、开关、指示灯和其他的控制部件。

在操作时，用户通过鼠标或着键盘操作软面板，来[9]检验仪器的通信和操作。

除上述特点外，与传统仪器相比较，虚拟仪器还拥有以下几个方面的优势：

1）虚拟仪器用户可根据自己需要灵活的来定义仪器功能，通过不同的功能模块的组合来构成多种仪器，因此不会受限于仪器厂商提供的特定的功能。

2）虚拟仪器将所有仪器控制信息都集中在软件模块中，

可采用多种方式显示采集的数据和分析的结果和控制过程。

这种对于关键部分的转移进一步的增加了虚拟仪器的灵活性。

3）虚拟仪器的关键在于软件，硬件的局限性比较小，因此与其他仪器设备

连接比较容实现。并且虚拟仪器可以方便的与网络、外设及和其他应用连接，还可以利用网络进行多用户的数据共享。

4）同时虚拟仪器可实时地和直接地对数据进行编辑，同时也可通过计算机

的总线将数据传输到了存储器或打印机。

这样做一事解决了数据传输的问题，JKDHFJKH JFHDSJKFHJKDS HFJKDSHF DSJKFHDSJK

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二是充分利用了计算机的存储能力，使虚拟仪器具有了几乎无限数据记录的容量。

5）虚拟仪器利用计算机得强大的图形用户界面（

GUI），使用计算机直接读数。根据工程实际的需要，使用人员可以通过软件编程和采用现有的分析软件，

实时和直接地对数据进行各种分析和处理。

[10]6）虚拟仪器价格低廉，基于软件的体系还大大节省了开发与维护费用。

1.2 虚拟仪器的发展与现状

1.2.1 电子测量仪器发展历史

第一代模拟仪器:

这类仪器在某些实验室里还能看到，

他是以电磁感应基本定律为基础的指针式仪器，

如指针式万用表、指针式电压表、

指针式电流表等。

第二代分立元件式仪器: 当20世纪50年代出现电子管、60年代出现晶体管时，便产生了以电子管火晶体管电子电路为基础的第二代测试仪器——分立元件式仪器。

第三代数字化仪器: 20世纪70年代，随着集成电路的出现，诞生了已集成电路芯片为基础的第三代仪器——数字式仪器。这类仪器相当普及，如数字万用表、数字频率计等。

第四代智能仪器:

随着微电子技术的发展和微处理器的普及，

以微处理器为核心的第四代仪器

——

智能式仪表迅速普及。

这类仪器内置微处理器，

可以进行自动测试和数据处理功能，

习惯上称为智能仪器。

其缺点是他的功能都是以硬件的形式存在，

无论是开发还是应用，

都缺乏灵活性。

虚拟仪器:

目前，

电子测量仪器领域出现了一种全新的仪器

——

虚拟仪器。

虚拟仪器与智能仪器有点类似，

它是将仪器装入计算机，

以通用的计算机硬件以及操作系统为依托，

来实现各种仪器功能。

采用虚拟仪器技术构建的测试仪器，

具有开发效率高、

可维护性强、

测试精度高、

稳定性和可靠性好等优点，

因此具有较高的性能价格比，

便于节省投资、

设备更新和功能转换与扩充[11]。

1.2.2 虚拟仪器的现状

第一台虚拟仪器诞生于1987年，

此后虚拟仪器的发展势头迅猛，

到1994年，

已有95个厂家的1000多种产品销售。

工业发达国家已经将虚拟仪器技术广泛应用于航天、

讯、

生物医学、地球物理、

电子、机械等各个领域

，进行工程技术和科学研究。

国内对虚拟仪器的研究与工程应用也取得了很多成果，在产品性能测试、

设备故障诊断、

生产过程控制中得到普遍应用。

虚拟仪器对于测量仪器的深刻意义在于：测量仪器的功能可以由用户根据需要自行设计软件来定义或扩展，而不是由厂家实现定义固定不可改变[12]。

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1.3 LabVIEW的简介

LabVIEW是美国国家仪器公司（National Instruments，以下简称NI公司）研制的一个可以独立运行、便于开发、易于学习且具有多种仪器驱动程序和工具库的大型仪器系统开发平台。

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种图形化的编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW集成了与满足各种主流协议的硬件及数据采集卡通信的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数，是一个功能强大且灵活的软件，利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面似的编程及使用过程都生动有趣[13]。

图形化的程序语言又称为“G”语言，它与C++、C、Pascal、Basic等传统编程语言有着诸多相似之处，如相似的数据类型、数据流控制结构、程序调试工具以及层次化、模块化的编程特点等。但二者最大的区别在于，传统编程语言用文本语言编程，而LabVIEW使用图形语言（即各种图标、图形符号、连线等），以框图的形式编写程序。用LabVIEW编程无需具备太多编程经验，因为LabVIEW使用的都是测试工程师熟悉的术语和图标，如各种按钮、开关、波形图、结构图等，界面丰富直观。

LabVIEW作为一个面向最终用户的工具，它可以增强构建科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径，使用它进行原理研[14]究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作的效率。

LabVIEW是一种用图标代替文本行建立应用程序的图形化的编程语言。与其它基于传统文本编程语言相比，LabVIEW具有如下特点：

1. 通用编程系统

LabVIEW的功能并没有因图形化编程而受到限制，依然具有通用编程系统的特点。LabVIEW有一个可完成任何编程任务的庞大的函数库。该函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储等。LabVIEW也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其通过程序的结果、单步执行等，便于程序的调试。LabVIEW的动态连续跟踪方式，可以连续、动态地观察程序中的数据及其变化情况，比其他语言的开发环境更方便、更有效。

2. 直观、易学易用。

与Visual Basic、Visual C＋＋等计算机编程语言相比，图形化编程工具LabVIEW不采用基于文本的语言产生代码行，而使用图形化编程语言G编写程序；产生的程序是框图的形式，用框图代替了传统的程序代码。因而可在很短的时间内被掌握并应用到实践中去，特别适合硬件工程师、实验室技术人员、[15]生产线工艺技术人员的学习和使用。

3. 形象逼真的数据显示

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示部分根据不同功能分成几个不同的方面，如教据显示、报告生成、数据库数据显示与连接。这些控件和连接方法使仪器更加形象，程序开发更加直观，LabVIEW 提供的一组完整的控件和工具可以方便地完成数据显示与控件联接工作。

4. 模块化

LabVIEW还有一个特点是模块化，体现在两个方面。首先，LabVIEW中使用的基本节点和函数等就是一个个小的模块，可以直接使用；另外，由LabVIEW编写的程序——即虚拟仪器模块（Virtual Instrument，VI），除了作为独立程序运行外，还可作为另一个虚拟仪器模块的子模块（即子VI）供其[16]他模块程序使用。

1.4 本文的研究内容

大家在现实生活中或多或少都见到过秒表。但是基于LabVIEW设计的集秒表闹钟定时器和时钟于一身的多功能秒表目前还没有。本次毕业设计使用LabVIEW设计一个运行于计算机的多功能秒表软件，软件实现计时保存读取、定时报警、时钟、闹钟报警功能、设定时间功能以及界面的不同风格等。

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2 秒表的简介

2.1 秒表的分类

2.1.1 机械秒表

机械秒表简称秒表，它分为单针和双针两种。单针式秒表只能测量一个过程所经历的时段，双针式秒表能分别测量两个同时开始不同时结束的过程所经历的时间。图2-1所示的秒表是一种单针式秒表。秒表由频率较低的机械振荡系统，锚式擒纵调速器，操纵秒针起动、制动和指针回零的控制机构(包括按钮)，发条以及齿轮等机械零件组成[17]。

图2-1 机械秒表

使用机械秒表测量所产生的误差可分为两种情况。(1) 短时间的测量(几十秒内)，其误差主要是按表和读数的误差；(2) 长时间的测量(1min以上)，其误差主要是秒表走动快慢与标准时间之差。对不同的秒表，这种误差有所不同。因此，在进行长时间测量前，应先用标准钟对使用的秒表进行校准[18]。

2.1.2 电子秒表

电子秒表的使用功能比机械秒表要多。现在常用的都是电子秒表，它是一种较先进的电子计时器，一般来说,我们经常见到的电子秒表一般都是利用石英振荡器的振荡频率作为时间基准，采用6位液晶数字显示时间。它不仅能显示分、秒，还能显示时、日、月及星期，并且有1／l00s的功能。一般的电子秒表连续累计时间为59min 59.99s，可读到1／l00s，平均日差±0.5s。电子秒表配有三个按钮，基本显示的计时状态为“时”、“分”、“秒”[19]。

2.2 LabVIEW实现秒表的基本思路

本次设计基于LabVIEW对秒表进行模拟仿真，通过LabVIEW中的常用编程控件，来实现秒表基本的计时功能。然后通过功能扩展来实现其他功能，最JKDHFJKH JFHDSJKFHJKDS HFJKDSHF DSJKFHDSJK

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后利用调用子程序和子面板来实现功能的集合，完成本次多功能秒表的设计。因此本程序能实现秒表基本计时功能，还有定时报警功能，软件实现计时保存读取、定时报警、时钟、闹钟报警功能、设定时间功能以及界面的不同风格等。

2.3 LabVIEW实现秒表的基本框架

秒表最终设计界面图如图2-2所示。

图2-2 秒表设计界面

本次基于LabVIEW的秒表的设计的主要功能就是，在该秒表启动之后，显示的是一副完整的图片，也就是我们这个秒表最后要完成的效果图。在界面框[2]中，放置了将要实现的功能。

在点击开始运行后，秒表开始运行，点击“计时”后，会实现计时功能并且左边的记录框会按照顺序记录时间，点击“开始/暂停”后，计时会暂停或者重新开始。计时完成之后，时间记录会保存在excel表格中方便查询和打印。计时完成后点击“停止”则停止计时。

除了计时功能，此次秒表设计还可以实现定时报警，时钟显示，闹钟功能

第一个按钮是“定时器”。点击该按钮后，程序将立即显示定时面板，提示操作者输入定时时间。点击“运行”时开始倒计时，倒计时完成之后会报警提示。

第二个按钮是“时钟”。点击该按钮后，程序将立即进入时钟显示界面，完成时钟功能。

第三个按钮是“闹钟”。点击该按钮后，程序将立即显示闹钟面板。操作者可以根据需要采用系统时间或者用户自定义时间。同时还可以设置闹钟叫醒时JKDHFJKH JFHDSJKFHJKDS HFJKDSHF DSJKFHDSJK

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间，到达闹钟时间后，会自动振铃警示。

最后,经过编程设计出秒表、定时器、时钟和闹钟四个程序VI,将它们利用子面板技术组合在一起，并对其界面排版进行设计。

2.4 秒表的设计原理

本次秒表设计主要是基于LabVIEW 2011虚拟平台，使用图形语言编程，设计一个兼有时钟闹钟定时计时报警功能的多功能秒表。设计原理是：首先，软件系统默认的是执行秒表计时功能，操作者需要执行其他相应的功能，可以按下相应功能的按钮，这时软件对运行环境进行初始化，等待检测用户需要实现的功能，如果用户按下定时器按钮，则按钮显示为秒表，表示此时处于定时功能，同理按下秒表按钮，则按钮显示为定时器，表示此时处于秒表计时功能。相应的，按下时钟、闹钟按钮，则会相应实现时钟或者闹钟功能。

每次都要对按下的按钮进行检测和分析，判断出按下的按钮；然后显示为相应功能的界面，等待操作者选择需要执行的动作，以此来实现在每个功能中不同的操作。

图2-3 多功能秒表总体功能流程图

最后，经过子面板的设计和程序调用，将秒表、定时器、时钟和闹钟四个程序VI,将他们组合在一起[2]。多功能秒表总体功能流程图如图2-3所示。

本设计主要包括四个部分：秒表模块、定时器模块、闹钟模块、时钟模块，下面就分别着重介绍四个模块的功能。

2.5 多功能秒表设计主要模块

2.5.1 秒表模块

秒表模块的主要功能是计时读取。点击运行后，秒表开始计时，点击“计时”按钮，左边下拉框会出现计时点时刻的时间，以此可以进行多次计时，并对其按计时时间排序，最后保存在EXCEL表格中，方便操作者保存和读取。计时完成后可以选择清除记录，这样就完成秒表的所有功能。

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首先点击程序运行按钮即可以初始化程序运行环境，程序默认运行秒表,条件结构进入“真”模式，通过“1小时=60分钟=3600秒=3600000毫秒”的比例来实现计时数据间的单位转换，并将得到的数据数值在面板上部显示出来。在计时过程中可以点击“计时”按钮来实现计时时间的采集，并且按照先后顺序保存在EXCEL表格中。同时，在计时过程中可以通过“开始/暂停”按钮来实现计时过程的开始和暂停。时间记录程序主要用两层while循环程序组成，最里层的的while循环里有两个条件结构，第一个条件结构用来选择是否进行数据记录，第二个条件结构用来选择是否将记录的时间数据保存在EXCEL表格中。这样就实现了秒表的所有功能。秒表功能流程图如图2-4所示，

图2-4 秒表功能流程图

2.5.2定时器模块

程序运行开始，点击“定时器”按钮后，该按钮变成“秒表”，表示此时运行在定时器模式下。运行环境初始化之后首先在“目标时间”中设定定时时间点击“运行”，定时器开始逆时针倒计时运行，设定的倒计时时间到达后软件产生报警声音，提醒操作者定时时间到。同样，在定时时过程中可以通过“开始/暂停”按钮来实现定时过程的开始和暂停。目标定时时间的设定可以设置任意时间。定时采用while循环中放入一个平铺式顺序结构来实现程序按照一定的逻辑顺序来执行，实现各自对应的功能。定时器功能流程图如图2-5所示，

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图2-5定时器功能流程图

2.5.3闹钟模块

闹钟功能流程图如图2-6所示，

图2-6 闹钟功能流程图

闹钟模块用来实现闹钟的各项功能。在“系统时间”下拉框中可以选择“自定义时间”来实现手动设定任意时间。设定时间时要分别对“小时”“分钟”“秒钟”进行设定。在“闹钟设定”下拉框中可以选择是否设定闹钟，如果选择设定闹钟，还要对闹钟叫醒时间进行设定，这个在“设定小时”下拉框和“设定分钟”下拉框中选择要设定的闹钟时间，这样等设定时间到时便可以闹钟叫醒，实现闹钟功能。在闹钟面板的上面还显示有当天的年月日日期，更加方便操作JKDHFJKH JFHDSJKFHJKDS HFJKDSHF DSJKFHDSJK

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者对软件的操作。在闹钟面板中，将要播放的闹钟音乐集体放在data文件夹中，在设定闹钟时可以选择不同的叫醒音乐，实现软件多元化功能。

2.5.4时钟模块

时钟功能流程图如图2-7所示

图2-7 时钟功能流程图

时钟模块是本次设计的扩展运行模块，它与电脑系统关系紧密。通过对系统时间的读取，转换成表盘上相应指针的摆动，从而达到计时并且显示的功能。在表盘上方设有“停止”按钮，按下它则可以返回程序主面板。面板的右上方还有一个按钮，它可以作为程序和功能的扩展来用，方便以后功能的逐渐完善。

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3 多功能秒表的具体实现

3.1秒表计时具体实现

秒表计时功能面板如图3-1所示：

图3-1 秒表计时功能面板图

在秒表面板上点击“秒表”，该面板变成“定时器”，此时多功能秒表运行在秒表计时模式下，实现秒表计时的相关功能。秒表功能的具体实现的后台程序主要是：三个while循环和条件结构组成

1. 第一个while循环：计时功能开始运行时，程序首先进入到这个while循环中，通过每等待100毫秒复位一次，即每次计时100毫秒，经过10次计时为1秒，如此一直下去。通过1小时=60分钟=3600秒=3600000毫秒的进率实现计时。其程序框图如图3-2所示

2. 剩下两个while循环，一个while循环中嵌套着另外一个while循环，最里层的while循环中有两个条件结构。

① 当第一个条件结构中的条件为“假”时，即计时过程中不进行记录，程序进入条件结构中不采取任何操作直接先后跳出两个while循环。如图3-3所示。

② 当第一个条件结构中的条件为“真”时，即该计时点需要计时，将该点时间记录在计时框中。计时时，先将要记录的时间时分秒毫秒数值转换成十进制数字字符串(number to decimal string)，然后将得到的数字字符串通过连接字JKDHFJKH JFHDSJKFHJKDS HFJKDSHF DSJKFHDSJK

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符串（concatenate strings)连接到一起通过数组插入（insert into assay）后输出到记录字符串中，即将记录的时间显示到时间记录框中，完成一次计时，完成一次计时后程序先后跳出两个while循环。后面计时重复上述过程。如图3-4所示。

图3-2 while循环计时程序框图

图3-3 第一个条件结构中的条件为“假”时

图3-4 第一个条件结构中的条件为“真”时

③ 当第二个条件结构中的条件为“假”时，记录在下拉框中的时间不进行保存。而当条件为“真”时，记录在下拉框中的时间保存在excel表格中。其JKDHFJKH JFHDSJKFHJKDS HFJKDSHF DSJKFHDSJK

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程序框图如图3-5，3-6所示。

图3-5 第二个条件结构中的条件为“假”时

图3-6第二个条件结构中的条件为“真”时

以上就是秒表计时的具体实现过程和程序框图。

3.2定时器定时警报的具体实现

图3-7 定时器定时警报功能面板图

进入定时器功能后，点击“目标时间”的下拉框来选择定时时间，点击“运行”后，定时器开始运行，直到目标时间走完为止，发出警报声音，实现定时JKDHFJKH JFHDSJKFHJKDS HFJKDSHF DSJKFHDSJK

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器定时警报功能。其功能的实现由while循环和嵌套在其中的平铺式顺序结构来实现。平铺式顺序结构分为三步。以下按照程序执行顺序分三步来具体介绍：

第一步：

While循环。和秒表计时一样，定时功能开始运行时，程序首先进入到这个while循环中，通过每等待100毫秒复位一次，即每次计时100毫秒，经过10次计时为1秒，如此一直下去。通过1小时=60分钟=3600秒=3600000毫秒的进率实现倒计时，实现定时时间的度量。其程序框图如图3-8所示

图3-8 while循环计时程序框图

第二步：

条件结构。条件结构用来实现不同条件下程序要采取的动作。即条件为“假”时不进行定时警报工作，从而后续的程序不运行。而当条件为“真”时，程序按顺序运行下来，实现下相应的功能。但首先在条件结构为“真”时，将所要定时的时间按照1小时=60分钟=3600秒=3600000毫秒全部换算成毫秒。如图3-9，3-10所示。

图3-9当条件为“假”时 图3-10 当条件为“真”时

while循环。当条件为“真”时，while循环用来时现后续过程。While循环中由两个条件结构和相关一系列运算组成。

 第一个条件结构中条件为“假”时，程序每运行一次，时间都加1（毫秒),即开始计时；条件结构中条件为“真”时，程序每运行一次，时间不变，即不开始计时；这对应于面板上的“开始/暂停”键。

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 第二个条件结构中条件为“假”时，程序运行不采取任何效应，继续执行后续程序。条件结构中条件为“真”时，条件结构中实现将定时时间（毫秒）和计时时间（毫秒）做差。做完差后将所得的结果先除以1000，取商得毫秒数，取余再除以60，取商得秒数，余数再除以60，取商得小时数，如此将此时的即使时间动态的显示在面板右上方的表格中。

 将计时时间和定时时间进行“大于等于？”（greater or equal?）运算，其运算结果和布尔“停止”进行或运算，实现停止功能。

如此，上述三个结构程序一直运行，直至定时时间到，第二步程序执行完成。

图3-11 当两个条件结构全为“假”时

图3-12 当两个条件结构全为“真”时

第三步：

前两步程序执行完成之后，表示设定的定时时间到了，则到平铺式顺序结构的第三步发出警报提醒声音。第三步只由一个条件结构组成。在定时器模式下，当条件为“假”时，条件结构不执行任何操作；当条件为“真”时，程序JKDHFJKH JFHDSJKFHJKDS HFJKDSHF DSJKFHDSJK

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执行发出警报提醒声音。程序框图如图3-13，3-14所示。

图3-13当条件为“假”时

图3-14当条件为“真”时

这样经过平铺式顺序结构的三步执行，完成了定时器的所有功能。

3.3 闹钟功能的具体实现

图3-15 闹钟面板

在“系统时间’下拉框中可以选择“设定时间”，在下面的“小时”“分钟”“秒钟”框中输入设定的时间，点击“确定”按钮后完成对时间的设定。在闹钟设定下拉框中可以选择“是”，在下面的“设定小时”“设定分钟”框中输入设定的闹钟时间，完成对闹钟时间的设定，这样等到时间到闹钟时间时，会发出闹钟叫醒声音。闹钟各功能的实现主要由while循环和条件结构实现。

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1. 时间设置功能由条件结构中套用一个while循环完成。

① 当外部的条件结构条件为“0”时，即默认系统时间为当前时间，不进行时间设定。条件结构将得到的系统时间进行“格式化日期/时间字符串（format

date/time string)”指定格式后输出。其系统框图如图3-16所示。

图3-16 采用系统时间时

② 当外部的条件结构条件为“1”时，这时就可以人为对程序设定时间。首先通过“设置时间”下拉框选中“设定时间”，然后通过对“小时”“分钟”“秒钟”三个字符串输入要设定的时间，按下“确定”按钮，这时就完成对时间的设定。程序完成时主要通过对三个数值经过“连接字符串（concatenate strings)”得到的的字符串和由子vi“自定义时间”得到的时间字符串进行“选择（select）”，这时就可以将设定的时间显示出来。从而完成了对时间的设定。时间设定程序框图如图3-17所示。

图3-17 设定自定义时间时

2. 闹钟设定功能由两个条件结构和一系列运算完成。第一个条件结构用来完成是否设定闹钟和怎样设定设定闹钟，第二个条件结构用来完成闹钟时间到之后发出报警提示声音。

① 第一个条件结构中的条件为“0”时，默认此时不进行闹钟设定，程序不进行任何操作。其程序框图如图3-18所示。

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图3-18 外层条件结构条件为“0”的程序框图

② 第一个条件结构中的条件为“1”时，程序进行闹钟设定。程序先将前一功能中的时间读取后进行“十进制数字符串至数值转换(decimal string to

number )”，然后将所得的小时数值和分钟数值分别与设定闹钟时输入的小时数值和分钟数值进行“等于？（equal？）”运算，再将两次运算得到的逻辑数值进行“与（and）”运算，只有系统时间与操作者输入的闹钟设定时间完全一致时，“与”运算得到逻辑“1”。与此同时程序同样将前一功能中的时间读取后进行“十进制数字符串至数值转换(decimal string to number )”，将所得的秒数值与0做“等于？（equal？）”运算，即将秒数值置为0后返回逻辑“1”，这时将两次得到的逻辑“1”进行“与（and）”运算，即系统时间到达闹钟时间时，程序执行下一步。程序框图如图3-19所示。

图3-19 外层条件结构条件为“1”时的程序框图

第二个条件结构中的条件为“假”时，表示闹钟时间还未到，不发出任何声音，即程序不采取任何操作。程序框图如图3-20所示。

图3-20内层条件结构条件为“假”时的程序框图

① 第二个条件结构中的条件为“真”时，表示闹钟时间到，系统发出警报提示声音。程序框图如图3-21所示。

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图3-21 内层条件结构条件为“真”时的程序框图

3.4钟表功能的具体实现

闹钟面板如图3-22所示：

图3-22 钟表面板图

进入闹钟显示时间功能后，会出现如上图所示的钟表面板。程序主要由一个定时循环（timed loop）和一系列运算组成。在定时循环中首先“获取日期/时间（get date/time in seconds）”，然后通过时间日期转换将时间数值转换为时间的簇，得到关于时间值的簇后按名称解除捆绑（unbundle by name）之后得到小时，分钟，秒的具体数值。将各数值除以进率并且取余就得到时针，分针，秒针的具体数值。时钟的程序框图如图3-23所示。

图3-23 钟表程序框图

以上就是本次多功能秒表设计的四大模块的具体实现及程序框图。以下简JKDHFJKH JFHDSJKFHJKDS HFJKDSHF DSJKFHDSJK

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要介绍有关子面板技术。

3.5 子面板技术

3.5.1 子面板介绍

什么是子面板? 子面板，就是一个容器，在主VI的前面板中显示子VI前面板的内容，并允许和子VI的控件交互。它就像一个子窗口，代替了以往弹出式的子VI面板，而且只包含在LabVIEW完全版和专业开发版中。

应用子面板技术，多个子VI可以同时在一个主VI的前面板显示，而不用打开多个独立的子VI窗口，避免了窗口之间相互重叠带来的麻烦。而且，子面板控件同时为在远程面板应用中查看子VI提供了一种方法。

在应用子面板的时候,需要注意以下几个事项:

1. 当主VI运行时，子VI不一定在内存中。

2. 当主VI运行时，子VI的前面板只会在子面板容器中出现。当主VI停止后，子VI的前面板会从子面板控制器中移除。

3.5.2子面板的设计

1. 本次秒表设计使用了子面板技术,首先在子面板的前面板上放置三个按钮，分别命名为“秒表”、“数字钟”、“闹钟”，并将其分别放置在事件结构中对其是否按下进行判断。

2. 将秒表、闹钟和数字钟三个子VI利用相对路径将其调用到子面板上。

3. 利用队列引用，通过“元素入队列”和“元素出队列”将按钮的程序和子VI调用程序连接在一起。这样，操作者就可以通过子面板上的三个按钮来选择“秒表”、“数字钟”、“闹钟”或者“退出”整个程序，子面板程序的框图如图3-24所示。

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图3-24 子面板程序框图

4. 最后对子面板进行程序的界面设计，最终前面板设计效果图如图3-25所示。当点击“秒表”按钮时，程序将运行秒表计时功能程序，程序运行如图3-26所示。当点击“定时器”按钮时，程序将运行定式报警功能程序，程序运行如图3-27所示。当点击“数字钟”按钮时，程序将运行闹钟功能程序，程序语序如图3-28所示。当点击“钟表”按钮时，程序将运行钟表显示功能程序，程序语序如图3-29所示。

图3-25 子面板前面板效果图

图3-26 子面板“秒表”按钮运行图

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图3-27 子面板“定时器”按钮运行图

图3-28 子面板“闹钟”按钮运行图

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图3-29 子面板“钟表”按钮运行图

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4 LabVIEW程序打包

基于LabVIEW的秒表的设计完成后，为了让其成为一个完整的产品，我们利用LabVIEW自带的功能进行对程序打包。我们将秒表设计打包成两种，第一种是打包成“EXE”应用程序的文件，程序就只能在装有LabVIEW环境的计算机中运行，有一定的局限性。第二种是打包成“SETUP”安装程序的文件，就像酷狗音乐、迅雷看看、播放器等软件程序，可以在任何环境下在安装后使用。

1. 将秒表设计所有文件创建到一个项目当中，命名为“定时器.lvproj”，然后将所有子VI添加到此项目中，如图4-1所示。

图4-1 添加文件

2. 利用“程序生成规范”生成“应用程序（EXE）”，并在弹出的菜单中对文件的各个属性进行编辑，如图5-2所示。

图4-2 生成应用程序对话框

3. 利用“程序生成规范”生成“安装程序”，并在弹出的菜单中对文件的JKDHFJKH JFHDSJKFHJKDS HFJKDSHF DSJKFHDSJK

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各个属性进行编辑，如图5-3所示。

图4-3 生成安装程序对话框

4. 最后生成秒表设计的打包文件，分别包含“秒表.exe”应用程序和“setup”安装程序，如图3-30和3-31所示。这样，就可以在任何环境下安装“秒表”，进行定时计时报警功能。

图4-4 打包“秒表.exe”文件

图4-5 打包“SETUP”文件

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5 结 语

本次毕业设计是基于LabVIEW的秒表的设计,利用图形化编程语言LabVIEW的使用来实现秒表模拟。最开始经过很长时间的查找，发现在目前还没有人利用LabVIEW进行秒表和定时器，闹钟，钟表集于一身的设计。而且经LabVIEW设计出的多功能秒表具有更好的移植使用性和独立性，以及良好的程序扩展性，可满足多功能的需要。

在秒表设计初始阶段，先把每个模块都一一划分开来，这样才能条理清楚的进行软件的开发。在参考了其他编程语言所开发的秒表程序后，将本次设计的软件认为了四大模块来进行编程，分别为秒表计时模块、定时警报模块、闹钟提醒模块、时钟显示模块。最后将几个子VI调用到子面板中，对程序进行打包,完成本次毕业设计。

本次毕业设计设计出自己编写的软件，强化的动手能力，更加强了自己对LabVIEW软件的认识，扩展了专业知识，不仅使自己受益匪浅，同时也体验到软件开发的困难度。最重要的是将书本上的知识转化到实际应用当中，让我明白不是简单地学好书本上东西就足够了，而是将书上所学的知识熟练地运用到实践应用上，做到学以致用。在实际应用过程中也会遇到种种问题，通过与老师探讨和查找资料，并经过自己钻研来解决问题，通过这一种再学习，使我们的知识更加牢靠，更加灵活，更加贴近实际。

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参考文献

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[18] 王志军主编 王志军, 赵捷, 赵建业.电子技术基础. 北京:北京大学出版社,2010

致 谢

毕业设计即将结束，我的大学生活也将画上句号。在这几个月的时间里，我学到了很多东西，将以前学过的东西重新温习了一遍，老师和同学也都给了我最大的帮助。在此，我非常感谢。我要特别感谢的就是我的毕业设计指导老师-王良甚老师。从开始毕设的选题到最终的设计，期间王老师都在百忙之中给了我莫大的帮助，教我编程，给我耐心讲解，给我借实物演示等等。在这期间,花费了王老师的很多的时间和精力,因此我要对王老师说一句，谢谢你。

其次，感谢我的父母，是你们给了我上大学的机会，我定会努力学习报答你们。谢谢你们。

再次，我要感谢物理系的老师们，是你们授予我们了知识，是你们教会我们怎么学习，怎么做人，是你们让我们形成自己的人生观、价值观，谢谢你们。

同时，我要感谢LabVIEW小组的同学杨星和卢长安，几个月当中我们一起互相学习，互相帮助，相互促进，来圆满完成我们大学的最后一个任务，谢谢你们。

最后，感谢所有信科0901班的所有同学们，我们从天南海北，五湖四海相聚在在这历史悠久的古都西安，在这美丽的西安建筑科技大学，共同组成了一个充满活力的班级。在我遇到困难，无助的时候，是大家给了我最无私的帮助，帮我解决了一个又一个的困难，教我学会了许多。谢谢你们！

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本文标签： 功能仪器秒表时间实现