毕业论文：人机接口设备—开关类部件的仿真实现㊣精品文档值得下载

实验平台的功能，首先由虚拟实验平台统设计的器件基类，派生出对应的开关器件类，通过重载基类中的些虚函数，仿真实现开关的相应功能特性。

再将器件类封装成模块，以便在实验时，通过特定的接口调用这些器件功能。

计算机仿真计算机仿真的发展计算机仿真就是建立系统数学模型，并利用该模型在计算机上运行，进行系统科学实验研究的全过程。

自年代初，美国人借助大型的电子管计算机，并利用最小二乘法进行滤波器这样的线性网络设计以来，仿真技术的发展已近半个世纪。

计算机仿真应用早期局限在国防科技和军工部门如航天，航空，核能等，而如今深入到科学研究，工程设计，辅助决策，系统优化等各个方面，使人们的许多传统观念和方法产生了重大变革。

计算机仿真技术被称为继科学理论和实验研究后的第三种认识和改造世界的工具，计算机技术的发展，计算数学的成熟，使计算机仿真技术成为种工程领域必不可少的重要设计手段，它的应用可以大大地缩短产品的开发周期和降低产品开发的成本，从而提高产品的竞争力。

传统的设计方法往往是通过反复的试制样品物理成型和实验来分析该系统是否达到设计要求，因此在设计过程中大量的人力和物力投入在样品的试制和试验上。

随着计算机仿真技术的发展，在工程系统的设计开发中，大量地采用了数字成型的方法，即通过建立系统的数字模型，通过计算机仿真使得大量的产品设计的问题的发现和解决在物理成型之前就得到处理，从而极大地减少反复物理成型的人力和物力的投入，使我们可以在最短的时间以最低的成本将新产品投放到市场，是我们在竞争日益激烈的市场上占的先机。

正是由于计算机仿真技术的这种优越性，在国外，计算机仿真技术已经充分地被各大公司应用到产品的设计，开发和改进中。

早期的计算机仿真技术需要仿真人员自己推导系统的数学模型，应用编程语言将数学模型转化成为计算机能够直接运算的程序。

应用此法设计仿真程序，不仅要求仿真人员须精通所采用的计算机语言，还使他们将大量的时间和精力耗费在程序的编写和调试上，而不能致力于对系统模型和仿真方法的研究。

为了使仿真人员摆脱复杂的程序设计，从世纪年代，就有人发展了面向仿真问题的仿真专用语言。

它采用简单的方式即仿真人员熟悉的描述问题的方式来表达仿真中常用的算法或控制流程。

早期的仿真语言有，等，应用十分广泛。

世纪年代美国家软件公司推出种面向科学和工程计算的语言。

它以矩阵运算为基础，把计算可视化及程序设计融合到了个交互的工作环境中，可以实现工程计算，算法研究，建模和仿真，数据分析及可视化，科学和工程绘图，应用程序开发等功能。

这些通用的计算机仿真软件系统的主要特点是提供了方便的数学模型建立工具，使用者可方便地在计算机上建立自己的数学模型。

定义了些典型，通用和专用的非线性函数，加速数学模型的建立过程。

提供多种数值计算方法。

提供灵活，方便和直观的多种输出格式。

具有友好的窗口式人机界面等。

然而这些仿真语言的还是基于提供给仿真人员种更方便的数学模型在计算机中的表达方式通过仿真语言这个中介，使得仿真人员可以跟方便地把数学模型转化到计算机中去运算。

因此，还是需要专门的仿真人员进行操作，因此数学模型的建立还是需要仿真人员来进行。

计算机仿真的现状基本实现了上层电路层，基本实现四个常用的大规模集成接口器件的内部逻辑能够灵活设置电路图，并仿真正确及的结果已经实现从到的代码，还未进行器件类封装容易实现的表现用器件或外设还不足，如开关示波器等对器件逻辑功能的延时处理考虑得还不周全。

尽管这对普通实验演示影响不大。

设计目的及意义本设计的目的是利用环境以纯软件的形式模拟硬件接口实验平台的逻辑功能，简单的仿真实现人机交互设备开关类部件，增强虚拟实验平台的功能，用于接口教学。

另外，通过本次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。

通过对仿真系统的设计与实现，熟悉了的开发模式流程，掌握了仿真技术的思想，完成了开关设备的仿真实现。

预期成果开发设计种模拟仿真的软件，使其能够在虚拟环境下模拟实验接口电路中开关的控制功能。

弥补虚拟实验平台在外设方面的不足，增加开关类部件的模拟仿真实现功能，使原有的实验平台功能更强大，让使用者更直观的更形象的演示实验过程和结果，更好的理解电路运行原理。

设计知识介绍虚拟实验平台计算机技术大规模集成电路技术和通讯技术的飞速发展，为虚拟实验的发展奠定了坚实的基础。

虚拟实验就是在通用计算机上加载相应的软件或硬件，使得使用者在操作这台计算机时，就像是在操作台专用的传统试验设备样。

在虚拟实验系统中，软件是整个系统的关键，任何以个使用者都可以通过软件的相关设置来达到要实现实验的效果。

虚拟实验就是利用外部输入如鼠标的点击拖动和键盘的敲击等，将计算机上虚拟的各种仪器，按实程类型为的对话框文档的新工程，工程名字为系统自动为用户创建这个类。

创建过程如图新建工程和图应用程序向导所示图新建工程图应用程序向导添加基类将和两个基类及他们各自的头文件和添加到工程中去，具体如图插入文件所示图插入文件先将和两个基类及他们各自的头文件和拷贝到当中，然后在中分别在和文件夹点击右键选择添加文件到目录项，就会出现上图，分别点击要选的选项添加到各自的文件夹中。

创建功能函数分别创建两个由基类派生的类开关的功能类和演示类具体方法是这样的点击插入类，就会出现图新建类的提示框图新建类在类的类型中选择名称分别为和，然后点击确定就会出现两个类及各自的头文件了。

接下来分别在类里面写出功能函数。

单刀单掷开关代码实现单刀单掷开关的有四种状态分别是闭合状态，断开状态，由闭合转为断开的波动期，由断开转为闭合的波动期。

利用函数进行设置，在具体程序代码如下接下来通过，函数读取输入信息，判断开关的状态，用鼠标响应模拟开关动作，鼠标点击开关，如果是断开状态，执行，函数，改变开关的状态，由断开转为闭合的波动期，调用函数在测试程序的信息框中显示开关将由断开转为闭合的波动期。

执行时间响应函数，开关变为闭合状态，调用函数在测试程序的信息框中显示开关波动结束。

具体代码如下，开关将由闭合转为断开的波动期开关将由断开转为闭合的波动期开关波动结束如果是闭合状态，执行，函数，改变开关的状态，由断开转为闭合的波动期，调用函数在测试程序的信息框中显示开关将由闭合转为断开的波动期。

执行时间响应函数，开关变为闭合状态，调用函数在测试程序的信息框中显示开关波动结束。

单刀双掷开关的功能实现单刀双掷开关的初期设置上，基本跟单刀单掷的功能设置是相同的。

他们的不同之处就在于功能函数和仿真的实现。

在开关的功能实现上首先判断开关的状态是断开还是闭合。

接着用鼠标响应模拟开关动作，如果是断开状态，就要搞清楚开关具体打到哪个管脚上，然后用鼠标点击开关，进入相应的由闭合转为断开的波动期，执行响应函数，根据输入信号信息指示开关打到哪个管脚上。

开关变为闭合状态。

如果是闭合状态，也需要知道开关位于哪个管脚上，然后用鼠标点击开关，进入相应的由闭合转为断开的波动期，执行响应函数，据输入信号信息指示开关从哪个管脚上断开，开关变为断开状态。

键盘开关的主要功能由于有些技术上的问题还很复杂，在在本设计中没有成功设计出相应的功能模块，有待以后改进，这也许是本次设计的个遗憾吧，功能测试图单刀单掷开关测试程序界面图单刀双掷开关测试程序界面在进行功能测试时，测试程序通过导出函数分别调用单刀单掷开关和单刀双掷开关的功能模块，获得函数句柄，接着读取单刀单掷开关和单刀双掷开关的相应的管脚信息及界面画图信息等，然后根据每类开关的具体功能函数依次执行程序。

在函数执行过程中，开关的状态会发生变化，在开关状态发生变化过程中，和函数会调用函数中的是用来向测试程序发送相关信息的。

以显示开关执行的过程中发生的变化，如开关的断开开关的闭合开关瞬态响应变化等。

具体程序如下，经过测试，成功的实现了上面两种开关的功能及成功的仿真实现了开关的瞬态响应特点。

结论通过本次课题的研究，弥补了虚拟实验平台在外设方面的些不足之处，增加开关类部件的模拟仿真实现功能，通过分类，建立不同的模块，仿真实现了单刀单掷开关，单刀双掷开关的功能，同时，增加了开关在闭合与断开状态的转变过程中的时间响应，使模拟仿真设计更接近实际效果。

对于单刀单掷开关和单刀双掷开关，经测试，基本达到设计目标，使人们更直观的更形象的观测演示实验过程和结果，更好的理解电路运行原理。

本次设计中虽然在外设方面弥补了定的缺陷，但是还没有完全的将外设这方面的不足改进，如在键盘类开关上，由于时间有限，且对开发环境和编程不够熟悉，对仿真技术的掌握还不够深入等因素，未能成功进行改进，有待以后研究改进。

另外，在这次设计中，也曾遇到不少问题，通过查找资料请教老师请教同学都等到了解决。

同时自己得到了知识的补充，增强了自己的动手能力及思考的能力。

总之，通过本次开发设计自己获益非浅。

参考文献刘瑞叶计算机仿真技术基础北京子工业出版社。

美面向对象程序设计周靖译北京华大学出版社。

李明柱，单肃，赵光启最新编程实践与技巧北京北京航空航天大学出版社。