大学物理实验中示波器的设计与实现摘 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：模拟仿真；随机问题； MFC类库；可视化第 26 页 共 29 页Man-machine Interaction Equipment-Oscilloscope SimulationAbstractSimulation technology is a skill to solve random problem. 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 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 simulation 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 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 for discussing further.Key words: Simulation; Random Problem; MFC; Visualization 目 录论文总页数：29页1引言11.1仿真理论的发展11.2计算机仿真技术11.3计算机仿真应用实例21.4论文的目的及意义22系统的总体设计32.1系统功能说明32.2开发运行平台选择及分析32.2.1实现系统的硬件环境32.2.2实现系统的软件环境42.2.3实现系统的理论基础43示波器仿真系统的实现43.1应用程序平台基本框架的建立43.1.1添加消息处理函数63.1.2添加成员变量83.1.3添加RECOURCE资源93.1.4定时器成员函数103.1.5通道的选择103.1.6BUTTON单击事件的设计113.2曲线面板的设计143.2.1位图资源及其应用143.2.2图形刷新163.2.3获取设备环境183.2.4映射模式193.2.5绘图工具213.3本章小节234系统运行结果及工作总结234.1系统运行结果234.2遇到的问题及解决方法254.3系统改进方法26结 论26参考文献261 引言1.1 仿真理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。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压力。1.4 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。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。2.2.1 实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。2.2.2 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 C+开发系统，可以