人机接口设备——开关类部件的仿真实现
资料包括： 论文(24页10070字)
说明：
摘 要：本文先简要介绍了仿真的基本理论，现状及发展前景，然后说明本毕业设计的研究目的和意义。开关类部件的仿真实现设计是为了在虚拟的接口实验平台上，以计算机软件模拟实际环境进行科学实验。本设计中主要研究的是机械类开关，包括单刀单掷开关和单刀双掷开关及键盘开关。详细分析了这些开关的机械物理特性，特别是开关在开、合过程中的瞬态响应特点。利用MFC类库和Visual C++提供的高度可视的应用程序开发工具对开关类部件进行模拟仿真设计：首先由虚拟实验平台统一设计的器件基类，派生出对应的开关器件类，通过重载基类中的一些虚函数，仿真实现开关的相应功能特性，包括对输入输出信号的响应及鼠标响应模拟开关动作，不同的执行动作，会使开关有不同的状态，同时也会改变管脚信息。再将器件类封装成DLL模块，以便在实验时，通过特定的接口调用这些器件功能。根据开关的种类将每个种类写成独立的DLL模块。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，但对于键盘类开关，由于某些技术上和知识上的不足，在本设计中没有成功设计出相应的DLL模块，有待以后改进。
最后对设计研究工作进行了总结，指出了研究上的不足及改进方向，说明了在本次设计中的收获。
关键词： 开关的种类；开关的特点；时间响应；仿真实现
Man-machine interface equipment--Switch parts simulation realization
Abstract ：The thesis introduced basic theories, current situation and development prospect of simulation briefly first，then explained research purpose and meaning of this graduation project. Switch emulation is to carry on scientific experiment with simulating the real environment by computer software, at the virtual interface experiment platform. In the thesis, the main research topic is mechanical switch, including SPST (Single Pole Single Throw), SPDT (Single Pole Double Throw) and keyboard switch. It analyzed the mechanical physical characteristics of the switches, especially the transient state in the course of holding, shutting of the switch. Exploiting the developing tools for high degree visualized application provided by MFC and Visual C, it simulated the design of switch. At first, it has to design the basic device class by virtual experiment platform, and derive the relative switch device class. With deriving some virtual functions of basic class, the relative function characteristics of switch can be simulated, including the response of input and output signal, mouse response to emulate different switch activities which produce different switch status, and change the pin information simultaneously. Second, the device class is packed into DLL module for using the functions of the device by particular interface in experiments. According to the type of switch, each switch can be packed as an independent DLL module. For SPST and SPDT switches, through testing, they reach the design object basically. But for the keyboard switch, because of the deficiency on some technology and on knowledge, it has not succeeded in designing corresponding DLL module in this thesis, which needs improving in the future.
Finally, the thesis summarized the research work, pointed out the study deficiency and the improving direction, and explained the harvest in the design.
Key words: Switch type; Switch characteristics; Time responds; Emulation realization
1 引言
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。随着计算机技术的飞速发展，使得仿真技术的应用领域不断扩大。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。
1.1 设计背景
随着信息技术在教育领域的广泛应用，虚拟实验正日益成为广大教师的计算机辅助教学手段。虚拟实验平台正是应这个大需求而诞生。并且随着信息技术的发展，以纯软件的形式模拟仿真硬件接口实验平台的逻辑功能，用于接口教学。在与硬件接口实验平台的实验步骤一致的情况下，连接线路，用汇编语言或者C语言等编写程序，再运行程序观看结果。计算机仿真无硬件平台、器件的开销和磨损；也无实验环境的时间限制。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。为了增强虚拟实验平台的功能，首先由虚拟实验平台统一设计的器件基类，派生出对应的开关器件类，通过重载基类中的一些虚函数，仿真实现开关的相应功能特性。再将器件类封装成DLL模块，以便在实验时，通过特定的接口调用这些器件功能。
1.2 计算机仿真
1.2.1 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50年代初, 美国人Aaron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一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。
1引言1
1.1设计背景1
1.2计算机仿真1
1.2.1计算机仿真的发展1
1.2.2计算机仿真的现状2
1.3设计目的及意义3
1.4预期成果3
2设计知识介绍3
2.2虚拟实验平台3
2.2基类和派生类3
3开关类部件的仿真方案设计4
3.1开发工具的选择4
3.2模块的划分原则4
3.3模块的划分5
3.4开关的种类及特性5
3.4.1开关的种类5
3.4.2开关的主要参数5
3.4.3瞬态响应特点6
4开关类部件的仿真实现7
4.1程序主要功能介绍7
4.2程序设计结构介绍7
4.2.1开关类器件实现功能框图7
4.2.2入口函数8
4.2.3输出接口函数8
4.2.4主要功能函数介绍9
4.3单刀单掷开关功能实现10
4.3.1工程创建10
4.3.2添加基类11
4.3.3创建功能函数12
4.3.4单刀单掷开关代码实现12
4.4单刀双掷开关的功能实现14
4.5键盘开关的主要功能15
4.6功能测试：15
结 论17
参考文献17
致 谢18
声 明19
参考文献：
刘瑞叶.计算机仿真技术基础[M].北京：子工业出版社.2004.4。
Walter Savitch(美).C++面向对象程序设计[M].周靖译.北京：华大学出版社.2003.11。
李明柱,单肃,赵光启.Visual C++最新编程实践与技巧[M].北京：北京航空航天大学出版社.2000.12。
孔鹏.Visual C++6.0完全自学手册[M].北京：机械工业出版社。2006.12。
揣锦华.面向对象程序设计与VC++实践[M].西安：西安电子科技大学出版社.2005.2。
韦有双等.虚拟实现与系统仿真[M].北京：国防工业出版社.2004.1。
林青松.Visual C++案例开发[M].北京：中国水利水电出版社 2005。
徐慧.Visual C++数字图像实用工程案例精选[M].北京：人民邮电出版社.2004。
作者点评：
通过本次课题的研究，弥补了虚拟实验平台在外设方面的一些不足之处，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DLL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一定的缺陷，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VC++6.0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独立思考的能力。总之，通过本次开发设计自己获益非浅。