劉厚銳 李宗平 王少坤

(西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院 陜西 咸陽(yáng) 712100)

搶答器，廣泛地應(yīng)用于科學(xué)知識(shí)競(jìng)賽、文娛活動(dòng)等各種場(chǎng)合[1].隨著互聯(lián)網(wǎng)科技的進(jìn)步與發(fā)展，可以利用軟件編程的方法實(shí)現(xiàn)搶答器的設(shè)計(jì)與構(gòu)建[2].本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的8路搶答器所使用的是LabVIEW軟件.

LabVIEW是基于圖形化編程語(yǔ)言的開發(fā)應(yīng)用軟件，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是直觀易懂，編程效率高且運(yùn)行速度快[3]，多個(gè)虛擬儀器的組合可以組成測(cè)試系統(tǒng)[4].它充分利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，在基本硬件的支持下，用戶通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤操作軟面板來(lái)完成信號(hào)采集與控制，信號(hào)分析與處理，測(cè)量結(jié)果的存儲(chǔ)、顯示與輸出等功能，通過(guò)軟、硬件的配合來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的各種功能[5].非常適合于虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā).利用LabVIEW的以上優(yōu)點(diǎn)和功能來(lái)設(shè)計(jì)8路搶答器，可保證在搶答過(guò)程中的公正、透明，具有很強(qiáng)的可操作性和實(shí)用性.

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)8人參與的搶答競(jìng)賽程序，可以完成搶答的信號(hào)及結(jié)果判斷、自動(dòng)計(jì)分、倒計(jì)時(shí)和違規(guī)判斷等功能.搶答判別的流程圖如圖1所示.

(1)設(shè)定答題時(shí)間、加分值及扣分值，在主持人沒(méi)有點(diǎn)擊開始搶答前若有選手搶答將顯示違規(guī)提示，“幾號(hào)違規(guī)”.

(2)主持人點(diǎn)擊開始搶答后，若時(shí)間到，報(bào)警指示燈亮起，在設(shè)定的答題時(shí)間內(nèi)如果沒(méi)有選手搶答,系統(tǒng)將顯示違規(guī)提示，“沒(méi)有選手答題”；若有人搶答，則顯示最先搶答號(hào)數(shù)，此時(shí)可以重新設(shè)定答題時(shí)間并將答題時(shí)間清零，對(duì)選手作答時(shí)間進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，選手開始作答.

圖1 搶答判別流程圖設(shè)計(jì)

(3)選手如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)作答，回答正確，評(píng)委點(diǎn)擊“正確”按鈕加分，同時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)將倒計(jì)時(shí)間清零；回答錯(cuò)誤點(diǎn)擊“錯(cuò)誤”按鈕扣分，同時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)將倒計(jì)時(shí)間清零.如果答題時(shí)間到，報(bào)警指示燈亮起未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)作答，則顯示違規(guī)提示，“答題超時(shí)”.

(4)點(diǎn)擊下一題重新開始搶答.點(diǎn)擊退出返回按鈕，可以停止系統(tǒng)運(yùn)行并關(guān)閉前面板[6].

2 8路搶答器的設(shè)計(jì)

2.1 前面板的設(shè)計(jì)

LabVIEW提供了大量外觀與傳統(tǒng)儀器類似的控件.在創(chuàng)建用戶界面時(shí)，使用連線的方式即可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行鏈接和操作[7].LabVIEW軟件具備獨(dú)特的程序運(yùn)行模式，前面板程序界面能夠像動(dòng)畫一樣運(yùn)行，讓用戶能方便地觀察到前面板隨程序的調(diào)節(jié)發(fā)生的變化，有利于用戶對(duì)程序的開發(fā)與仿真調(diào)試.本實(shí)驗(yàn)根據(jù)設(shè)計(jì)思路，在前面板設(shè)計(jì)如下：首先創(chuàng)建3個(gè)按鈕，分別是開始按鈕、下一題按鈕以及退出返回按鈕.當(dāng)點(diǎn)擊開始搶答按鈕時(shí)，選手開始搶答.當(dāng)活動(dòng)結(jié)束時(shí)點(diǎn)擊退出返回按鈕可退出程序并關(guān)閉前面板.點(diǎn)擊下一題按鈕時(shí)，可結(jié)束本次搶答并進(jìn)入下一答題時(shí)間；創(chuàng)建8個(gè)選手搶答按鈕顯示控件以及8個(gè)布爾方形指示燈，用來(lái)觀察搶答情況；創(chuàng)建3個(gè)數(shù)值輸入控件，用來(lái)設(shè)置答題時(shí)間、加分值及扣分值；創(chuàng)建一個(gè)布爾圓形指示燈，可進(jìn)行時(shí)間報(bào)警提示；再設(shè)置兩個(gè)按鈕用來(lái)由主持人判斷選手作答是否正確；創(chuàng)建3個(gè)字符顯示控件，用來(lái)顯示最先搶答號(hào)數(shù)、倒計(jì)時(shí)間以及違規(guī)提示.最終設(shè)計(jì)好的前面板如圖2所示.

圖2 8路搶答器的前面板

2.2 程序框圖的設(shè)計(jì)

LabVIEW 軟件采用簡(jiǎn)單直觀的圖形化編程方式，程序框圖采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，該設(shè)計(jì)共分為3個(gè)模塊，分別為搶答過(guò)程及計(jì)分程序、倒計(jì)時(shí)顯示及違規(guī)提示程序、搶答結(jié)束進(jìn)入下一題以及系統(tǒng)停止運(yùn)行程序.

2.2.1 搶答過(guò)程及計(jì)分程序

(1)判斷最先搶答號(hào)數(shù)及違規(guī)提示語(yǔ)的顯示

創(chuàng)建整體的while循環(huán)結(jié)構(gòu)，在循環(huán)內(nèi)部創(chuàng)建事件結(jié)構(gòu)，用于選手搶答按鈕鍵值改變；創(chuàng)建條件結(jié)構(gòu)用以判斷最先搶答號(hào)數(shù)，提示搶并且答信息該選手的搶答指示燈亮起，同時(shí)判斷該搶答信號(hào)是否存在開始之前搶答的違規(guī)情況，若存在違規(guī)情況則顯示違規(guī)提示信息.

(2)開始搶答及初始狀態(tài)設(shè)置

在上述(1)中創(chuàng)建的事件分支后面添加條件分支，事件源為開始搶答控件值改變.同樣創(chuàng)建條件結(jié)構(gòu)，通過(guò)賦值的形式設(shè)置初始狀態(tài).

(3)通過(guò)選手作答結(jié)果判斷是否進(jìn)行加分及扣分

事件結(jié)構(gòu)內(nèi)部嵌套兩級(jí)條件分支，第一級(jí)事件源分別為正確按鈕與錯(cuò)誤按鈕值改變，同時(shí)創(chuàng)建第二級(jí)條件結(jié)構(gòu)，進(jìn)行分?jǐn)?shù)的計(jì)算并顯示得分?jǐn)?shù).

通過(guò)以上3步設(shè)計(jì)，可以完成搶答信號(hào)的判斷、開始搶答及搶答結(jié)果的計(jì)分.本部分程序框圖如圖3所示.

圖3 搶答過(guò)程及計(jì)分程序

2.2.2 倒計(jì)時(shí)顯示及違規(guī)提示程序

創(chuàng)建兩級(jí)條件分支結(jié)構(gòu)，一級(jí)分支選擇器與各選手搶答按鈕控件局部變量值的復(fù)合運(yùn)算或輸出端相連，二級(jí)分支選擇器與已用時(shí)間函數(shù)結(jié)束端相連.該部分的程序框圖如圖4所示.

圖4 倒計(jì)時(shí)顯示及違規(guī)提示

2.2.3 搶答結(jié)束進(jìn)入下一題以及系統(tǒng)停止運(yùn)行

(1)點(diǎn)擊下一題控件按鈕后，程序恢復(fù)初始狀態(tài).添加條件結(jié)構(gòu)分支，事件源為下一題控件值改變，同樣通過(guò)條件結(jié)構(gòu)及賦值的方式設(shè)置，該部分程序框圖如圖5所示.

(2)系統(tǒng)停止運(yùn)行.點(diǎn)擊前面板退出返回按鈕后，系統(tǒng)停止運(yùn)行并關(guān)閉前面板.添加事件結(jié)構(gòu)分支，事件為本Ⅵ前面板關(guān)閉，通過(guò)布爾值和退出返回布爾控件共同控制程序的停止并返回.在循環(huán)結(jié)構(gòu)外創(chuàng)建條件結(jié)構(gòu)，調(diào)用本Ⅵ，創(chuàng)建調(diào)用節(jié)點(diǎn)，選擇方法為前面板關(guān)閉，將兩者相連.

最終設(shè)計(jì)好的程序框圖如圖6所示.

圖5 點(diǎn)擊下一題并恢復(fù)初始狀態(tài)

圖6 設(shè)計(jì)完成的程序框圖

3 程序仿真及調(diào)試

通過(guò)以上前面板和程序框圖的設(shè)計(jì)后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的仿真及調(diào)試.點(diǎn)擊前面板左上方工具欄上的運(yùn)行按鈕，運(yùn)行該程序.通過(guò)前面板里的數(shù)值輸入控件設(shè)置該題目的加分值為3分，扣分值為1分，答題時(shí)間為5 s，然后點(diǎn)擊搶答按鈕仿真，程序運(yùn)行結(jié)果如圖7所示.面板顯示3號(hào)搶答成功，開始搶答，然后倒計(jì)時(shí)開始.搶答結(jié)束后，由評(píng)委覺(jué)得是否正確，點(diǎn)擊正確或者錯(cuò)誤按鈕，隨后程序自動(dòng)計(jì)分，然后主持人點(diǎn)擊下一題按鈕繼續(xù)競(jìng)賽過(guò)程.

圖7 搶答結(jié)果顯示

4 結(jié)束語(yǔ)

基于對(duì)8路搶答器的設(shè)計(jì)，利用LabVIEW來(lái)設(shè)計(jì)和開發(fā)虛擬儀器，具有很大的前瞻性及現(xiàn)實(shí)意義.其圖形化的編程語(yǔ)言使整個(gè)程序都可視化，易理解，具有強(qiáng)大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì).這不僅對(duì)我們解決電子學(xué)問(wèn)題提供了新的方法和思維，也有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，更好地參與到學(xué)習(xí)中去.充分發(fā)揮了“軟件就是儀器”的優(yōu)勢(shì)，能夠靈活方便地增添或刪減儀器，具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性及可擴(kuò)展性.除此之外，利用虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)資源，降低了實(shí)驗(yàn)開發(fā)成本，大幅度提高設(shè)備利用率，使我們的生活更加信息化.