利用ANSYSLS-DYNA仿真计算[1]

利用ANSYS/LS-DYNA仿真计算

ANSYS/LS-DYNA的前后处理器是ANSYS/PRE-POST,求解器LS-DYNA，是全世界范围内最知名的有限元显式求解程序。LS-DYNA在1976年由美国劳伦斯·利沃莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory）J.O.Hallquist博士主持开发，时间积分采用中心差分格式，当时主要用于求解三维非弹性结构在高速碰撞、爆炸冲击下的大变形动力响应，是北约组织武器结构设计的分析工具。LS-DYNA的源程序曾在北约的局域网Pubic Domain公开发行，因此在广泛传播到世界各地的研究机构和大学。从理论和算法而言，LS-DYNA是目前所有的显式求解程序的鼻祖和理论基础。1988年，J.O.Hallquist创建利沃莫尔软件技术公司（Livermore Software Technology Corporation），LS-DYNA开始商业化进程，总体来看，到目前为止在单元技术、材料模式、接触算法以及多场耦合方面获得非常大的进步。1996年功能强大的ANSYS前后处理器与LS-DYNA合作，命名为ANSYS/LS-DYNA，目前是功能最丰富，全球用户最多的有限元显式求解程序。ANSYS/LS-DYNA的用户主要是发达国家的研究机构、大学和世界各地的工业部门（航空航天、汽车、造船、零件制造和军事工业等）。应用领域是：高速碰撞模拟（如飞机、汽车、火车、船舶碰撞事故引起的结构动力响应和破坏）、乘客的安全性分析（保护气囊与假人的相互作用，安全带的可靠性分析）、零件制造（冲压、锻压、铸造、挤压、轧制、超塑性成形等）、罐状容器的设计、爆炸过程、高速弹丸对板靶的穿甲模拟、生物医学工程、机械部件的运动分析等。ANSYS/LS-DYNA强大功能的基础是求解器的理论基础和丰富算法。下面仅就LS-DYNA在模拟冲压、锻压和铸造等工艺过程的功能和特色进行说明：1. 冲压薄板冲压过程的物理描述是：在模具各部件（通常是凸模、凹模和压料板）的共同作用下，板料发生大变形，板料成形的变形能来自强迫模具部件运动外功，而能量的传递完全靠模具与板料的接触和摩擦。由此可见，对于成形过程的模拟，软件的接触（contact）算法的理论和精度决定程序的可靠性，除此之外，由于板料的位移和变形很大，用来模拟板料的单元类型应满足这一要求。进行一定的假设：模具为刚体，模具的运动可直接作为冲压系统的位移边界条件。将冲压过程的物理模型转化为力学模型，即动量方程、边界条件、初始条件。可描述为：在给定的模具位移条件下，求得板料的位移函数，并在任意时刻同时满足动量方程、边界条件和初始条件。这已经是一般性的力学问题，可采用有限元的方法进行求解。LS-DYNA在分析冲压时模具定义为刚体，因此板料和模具都应用壳单元进行离散。LS-DYNA的单元都采用Lagrange增量方法进行描述。其壳单元算法共有16种，可用于板成形分析使用的单元有11中，可分类为四节点和三节点单元；单点积分、多点积分单元和缩减积分（select-reduced）单元。单元采用co-rotational坐标系统分离单元运动中的变形和刚体运动。使用单点积分的求解速度很快，一般都可得到可靠的结果。当单元的翘曲和弯曲变形较大时，可通过增加沿壳厚度方向的积分点数目保证精度。用于板料成形的材料模式是各种弹塑性材料，可考虑各向异性、强化特征。强化类型包括指数强化、随动强化、等向强化、混合强化以及应变率对材料强化的影响。应变率的影响归结为两种方式，1.采用Cowper-Symonds模型；2.以表格方式给定任意应变率下的应力-应变曲线。部分材料模式引用Hill或Barlat的各向异性屈服假设，并假定壳单元的平面应力状态，因此几乎专用于板成形模拟。并且还能够通过给定材料的FLD（flow limit dia.）判断板料在拉延过程中局部开裂现象。LS-DYNA目前的接触类型有30余种，适于板成形分析的有12种，都采用罚函数方法（penalty），在接触计算过程中考虑壳单元厚度及其变化。值得说明的是：1.拉延筋与板料接触（contact-drawbead），可认为是非线性弹簧算法，需给定单位长度拉延筋的对板料的阻力变化曲线。2.LS-DYNA 新增加三种接触类型（forming类型接触）专用于板成形模拟，这些接触类型降低了对模具网格的连续性要求，并且计算速度更快。LS-DYNA进行板成形分析时可选择使用3D adaptive mesh功能，可在计算过程中对板料网格进行局部加密，

网格加密的准则可选择为：1.板厚变化；2.曲率变化；3.单步长接触穿透深度值。2. 锻压锻压过程是金属体积成形过程，与板成形相比，其物理描述和力学模型中相同，但单元、材料、模具定义不同。在锻压过程中往往考虑模具的变形，单元采用实体单元，材料在多数情况下经历较大的温度变化，为热塑性材料。LS-DYNA的实体单元可分为三大类：1.结构单元；

2.ALE单元（包括Euler流体单元）；

3.声单元。进行锻压分析时要采用结构实体单元，这些单元可分为单点积分、多点积分和缩减积分（select-reduced）单元；节点带旋转自由度（nodal rotations）和不带旋转自由度单元。单元采用co-rotational坐标系统分离单元运动中的变形和刚体运动，并在应力更新中采用Jaumann应力率，避免因刚体运动产生应力。在剪切变形较大时，可选择使用Green-Naphdi应力率。变形结构单元为8节点6面体，可退化为6节点5面体或4节点4面体。LS-DYNA的热塑性材料通过列表给定不同温度下的材料性质，例如常用的一种各向同性热塑性材料可将整个温度范围分成7段，每个温度段内可定义不同弹性模量、泊松比、屈服应力、硬化模量、热膨胀系数等参数，这种材料采用线性硬化模式。材料的热性能（比热、导热系数等）可为各向同性或各向异性。在LS-DYNA中结构材料和热材料的定义是分开的，并且在接触传热分析中定义相关热接触界面，因此可进行结构和热场的耦合分析。在多数锻压分析中，随着金属件成形过程的继续，初始网格的变形逐渐加大，将导致单元精度降低甚至发生畸变，因此必须使用网格重新划分功能（remeshing）。网格重划分包括以下几个步骤：1.检查网格的变形程度，若超过规定的变形度停止计算，保存结果；2.检查需要改变位置的节点，调整节点位置，保证材料边界不变，材料内部节点可自由移动。3.将保存的结果映射到新的网格上。

4.重新对网格初始化并进行计算。LS-DYNA对于二维与三维网格，皆提供重划分网格的功能。另外，LS-DYNA早已采用一种更为先进的网格ALE，即任意拉格朗日-欧拉网格。ALE网格进行Rezoning的目的和过程与Remeshing基本相同，但两者的网格描述存在本质差异（后者是拉格朗日网格）。ALE结合拉格朗日和欧拉网格各自的优点，已广泛用于结构材料的极度变形。有关ALE的技术在下面详细说明。3．浇注前面已经提到，结构单元运动描述采用Lagrange方法，这是因为Lagrange描述中始终以初始构形为求解的参考构形，由材料点（material point，在Total Lagrange中是初始构形的X0 ，在Updated Lagrange描述中参考构形是上一个积分步的构形，即X n-1）来确定动量方程、运动-应变关系、应变-应力关系。由此可见，任一单元的积分点在整个过程当中可以保持不变，即为同一材料点，这对于求解历史相关的变形问题是极为重要的，因为对于固体结构材料而言，正是如此。对流体介质，LS-DYNA采用Euler 描述，即以当前构形（通常记为spatial point x），来确定动量方程、变形-应变关系、应变-应力关系，因此不同时步单元积分点不是相同的材料点，即物质可以在Euler网格间输运，由物质的运动导致压力和能量在Euler区传播。Lagrange和Euler 是对物质运动的两种表述，这两种方法本质上是一样的，但由于采用的自变量（其自变量分别为X，t和x,t）不同，各自具备特点。在形式上，前者的网格节点与材料点在物质运动过程中一一对应；而后者节点不动，材料点在Euler网格中移动。在前者，任意材料点的历程都可以得到，在后者，只能得到t时刻Euler节点处材料点的特性，在下一时刻是另外一个材料点的特性，而处于此节点处的材料从何处来到那里去难以确定。此外，在物理描述上，Lagrange和Euler在确定动量方程、质量方程、和能量方程时存在较大的不同，通常Euler方程采用保守形式，而Lagrange方程往往应用工程假设采用简化格式，这一点在质量方程的表达上尤为明显。总之，Lagrange和Euler是对连续介质运动的两种描述，由于参考构形的选择不同（或者说是观测者位置不同），导致对物质运动的观测和描述的侧重点存在差异。ALE方法最早是由Noh(1964)以耦合欧拉-拉格朗日的术语提出的，至80年代末90年代初才形成成熟理论并在少数分析程序中出现。在ALE描述中，网格点可以随物质点一起运动，但也可以在空间中固定不动，甚至网格点可以在一个方向上固定，而在另一个方向上随物体一起运动。ALE

中，有限单元的剖分是对参考构形进行的，网格点就是参考点，网格是独立于物体和空间运动的，亦即参考构形是已知的，初始构形和现时构形是待求解的。由于任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法综合了纯拉格朗日和纯欧拉描述的优点，克服了各自的缺点，成为目前非线性连续介质力学中大变形分析的十分先进有效的方法。早在91年，DYNA程序中就成功地引入ALE算法，在流体动力学、流体-结构相互作用、加工成型、碰撞、爆炸冲击、接触等大变形问题中得到了广泛的应用，如海啸、坝的决口、容器中流体的大幅度晃动和液体泄露、液体中高压气泡的扩展、水下爆炸、超高速碰撞、成型装药、鸟撞飞机、锻压等等。ANSYS/LS-DYNA的算法除拉格朗日和ALE外，还包括欧拉和多物质流体求解。欧拉构形主要有三种：一阶精度的Donor Cell；二阶精度的V an Leer；二阶精度的Van Leer +Half Index Shift。多物质流体的单元构形主要有二种：流体+空材料和全空材料；多种材料的混合单元(压力平衡)。这些模型都可以和通用的固体结构单元如solid、shell、brick和beam等单元自动耦合，不需要滑移界面。同时，此类求解器的加入，使ANSYS/LS-DYNA具有了可压缩流体流动分析的能力，可求解如自由界面流动、波浪破碎、任意管道流动、流体混合、复合材料等的注塑成型、金属构件浇注成型、高速高压气体注入等复杂的流体和流体-结构耦合问题。LS-DYNA在进行浇注模拟时，模具的空腔定义为Euler区，并将其材料定义成空（void）或任何物质（如空气），浇口处单元定义为Euler源（Euler ambient），即物质由此进入Euler 区，物质运动的动力是压力和（或）重力。LS-DYNA的流体介质定义为流体动力材料，其性质主要包括密度和粘性，单元的压力以及可压缩性由附带的状态方程决定（状态方程即压力方程，其自变量包括密度、温度、内能）。随着物质由浇口流入Euler区，空腔和浇口的压力差逐渐降低，最终达到平衡，模拟即可终止。在浇注分析中可考虑热扩散，LS-DYNA 中可方便施加温度边界条件和热生成。总之，LS-DYNA时间积分器采用中心差分格式，对未知量显式求解。由于质量矩阵进行对角化处理，可进一步加快求解速度。例如一般的冲压、锻压、铸造等问题合理控制有限元规模，在PC机上运行5-20小时能得到理想结果，这样的效率是其它程序难以相比的。

现代设计方法

钟志华主编教授，博士生导师，1985至1995年在瑞典留学及工作，现任湖南大学机械与汽车工程学院院长、学术委员会副主任，教育部科学技术委员会工学一部委员，第九届全国人大代表。主要从事接触碰撞问题的有限元解法研究，其主要应用于汽车耐撞性分析及汽车车身薄板成型的有限元仿真。留学和工作期间，曾作为主要研究人员和项目负责人参加欧盟高科技项目。他的仿真算法被移植到著名工业软件LS-DYNA3D中，并成功地应用到车身冲压成型和汽车碰撞过程中的仿真中，极大地推动了规模并行计算的工业应用。先后获国家科技部"九五"攻关项目，国家杰出青年基金重点项目，国家自然科学基金项目，机械工业技术基金项目，1995年发起和组织了第一届工程计算和计算机仿真国际会议，1998年霍英东青年教师研究类一等奖，国家专利3项。曾是国家千百万人才工程第一、二层次入选者，部级跨世纪学术带头人，部级有突出贡献的青年专家，国家优秀回国人员，国家杰出青年基金获奖者，1999年获湖南省五四青年奖章，并评为长沙市杰出青年。

周彦伟主编国务院政府特殊津贴专家，现任洛阳工学院教授。主要从事齿轮的设计、制造、及相关方面的研究。曾获得国家科技进步三等奖，省部级科技进步一、二等奖。在国内

外学术刊物上发表论文10余篇。

参加本书编写的人员：王建中、高全杰

上海交通大学汽车设计制造专业

始建于1934年，1953年全国院系调整，汽车工程部分迁往长春，1969年机车部分迁到上海真如，成立上海铁道学院。1986年根据上海工业发展需要，恢复汽车设计制造专业，1993年建立硕士点，1996年成立上海市重点学科，1998年获博士学位授予权。1998年更名为车辆工程。

学科点现有教授2名（2人均为博士生导师），副导师6名、讲师10名。现学科带头人为张建武和林忠钦教授。学科的主要研究方向为汽车制造工艺学、汽车结构动力学、汽车传动技术、汽车电子技术、车辆故障诊断、车辆动态检测技术、汽车设计理论。汽车制造工艺学和汽车设计理论是该学科点的研究特色，与上海汽车工业界，国内外学术界和工业界具有广泛的合作关系。近年来在国内外期刊发表学术论文近百篇。目前正在进行的科研项目有：国家自然科学基金项目一次，上海市教委重点学科项目二项，上海汽车工业发展基金项目三项。

学科点自1986年恢复以来。已经建立了完整的汽车工程实验室。实验室拥有1500平方米实验教学楼和1300平方米的汽车综合检测车间，实验室内拥有国内外著名汽车制造商赞助的各种汽车总成，检测设备，可以从事整车性能检测和故障诊断，汽车总成性能测试和分析研究。近年来又建立了动态仿真实验室，该实验室拥有CATIA、ProE和CADDS5造型软件，LS－Dyna3D,Ansys和ADMS分析软件，能够从事汽车覆盖件的冲压成形动态仿真，覆盖件三维设计和模具设计，汽车车身和零部件的静动态强度分析。汽车总成系统的动态响应分析。张建武教授近年来主要从事汽车主动技术，汽车电子离合器和复合材料板的稳定性研究。林忠钦教授主要从事车身覆盖件冲压成形理论，覆盖件模具设计、冲焊件制造精度质量控制技术，矢量化技术在车身CAD/CAE/CAM中的应用研究。

自1993年建立硕士点以来，已培养来自全国各地45名硕士生和博士生，已授硕士学位

本书特点及内容简介

本书介绍了机械产品现代设计方法的主要内容，包括计算机辅助设计(CAD)、机电产品造型设计、计算机辅助工程(CAE)、优化设计、机械可靠性设计等。本书强调基础知识、工程实用性和系统性，使内容完全不同的各章节有机的融为一体，通过综合应用实例帮助读者理解不同设计方法的实质内容及工程应用技巧。本书除论述相对成熟的设计方法外，还简要介绍了现代设计方法的发展前沿，并配有电子教案。本书内容包括工程数据的处理、数据库及应用、计算机绘图基础、机械工程图的绘制方法、机电产品造型设计的基本理论与法则、

产品色彩设计、人机工程学简介、有限元法基本理论、基本单元类型、有限元法应用技术、优化设计的基本理论、一维和多维优化方法、机械强度可靠性设计、疲劳强度可靠性设计、机械系统可靠性设计，并扼要介绍了绿色设计、全寿命设计、并行工程、虚拟制造和反求工程等现代设计方法的发展前沿。

专业通览

一、车辆工程专业揭秘

车辆工程就是关于各种车辆的研究、设计、制造、使用及管理的科学技术。当今车辆几乎聚集了所有的先进技术，除了传统的材料、机械、热工技术之外，电子技术、检测技术、计算机控制技术、通讯、环保、安全等都得到广泛的应用。因此，车辆工程是一个应用面广、涉及技术面宽、发展速度快的专业，需要大量的研究开发人员和工程技术人员加盟。

培养目标：该专业培养掌握汽车或汽车发动机的设计原理、设计方法、试验技术、性能分析等方面的理论知识和基本技能以及相关的机械、电子技术、计算机应用、管理营销等方面的高级技术人才。

主要课程：本专业的学生可以自行选择学习汽车设计、汽车发动机设计、汽车车身设计、汽车控制技术或汽车管理与应用等系列专业课程。主要课程有：工程力学、流体力学、工程热力学、机械设计基础、机械制造基础、电工与电子技术、计算机基础、测试技术、汽车构造及汽车发动机构造、汽车设计及汽车发动机设计、汽车理论及发动机动力学。

毕业生应获得以下几方面的知识和能力：

1.掌握机械制造学的基本理论、基本知识和基本技能，以及本专业所需的机械、电子技术；

2.要具有运用计算机辅助设计、计算机辅助制造技术，以及现代设计方法进行汽车、汽车发动机研究、设计、开发新车型的初步能力；

3.具有对汽车整机性能试验、分析及故障诊断的初步能力以及汽车、发动机的使用管理能力；

4.要掌握营销的基本知识和方法以及一门熟练的外语，具有从事汽车、汽车发动机营销、管理工作及文献检索与利用的能力。

二、开设车辆工程专业的院校介绍

清华大学

清华大学汽车工程系的车辆工程专业是我国具有悠久历史的学科之一，1981年该学科被国务院首批批准建立博士学科点。

该校汽车工程学科具有两方面的主要优势：一是具有国内领先水平的教育和科技实力，背靠国民经济支柱产业，融入国内外汽车科技发展主流，服务于科教兴国的主战场；二是具有极好的快速发展前景和突出的学科带动作用。在汽车工程教育界、科技界和工业界具有较大影响，成为我国培养高层次、高质量的汽车工程科技和管理人才的重要基地，也是我国汽车工程科技研究与开发的重要基地。该校的汽车安全与节能国家重点实验室是我国汽车工程领域第一个国家重点实验室。

吉林大学

吉林大学车辆工程专业具有硕士学位、博士学位授予权和博士后流动站，1987年经评审成为本专业中唯一的国家重点学科并拥有本行业唯一的工程院院士(郭孔辉院士)，具有国

家级重点实验室(汽车动态模拟实验室)，在国内汽车行业中有着重要的地位。

该学科拥有开放型汽车驾驶模拟器等一批具有国际先进水平的试验装备，形成了以汽车动态仿真与控制、汽车车身设计与制造技术等一大批具有国内领先水平，并在国际上有较大影响的研究方向，一直被行业誉为中国汽车工业人才培养的摇篮。

重庆大学

重庆大学是我国最早设置车辆工程专业的少数高校之一。该学科在1993年获准设立“车辆工程”硕士学位点；1998年设立了“车辆工程”博士学位点。

汽车工业是重庆的支柱产业，汽车产量已跃居全国第三位。因此该专业学科具有强大的科研能力，取得了一大批科研成果。其中部分成果获得省部级奖，有的技术还获准专利申请。该系还与企业联合建立了车身研究所、汽车灯具研究所和汽车制动器研究所等，使科研成果能更好地为生产服务，促进了教学的改革与发展，为学生提供了更多的实际工程训练的机会。

湖南大学

湖南大学车辆工程学科具有硕士、博士学位授予权，是国家“211工程”重点建设学科项目之一，在汽车碰撞安全技术、空气动力学实验研究和计算机仿真技术、车身覆盖件冲压成型和模具制造技术等方面，已取得多项国内领先水平和国际先进水平的研究成果。

该校车辆工程博士点学科的特色是对汽车车身的研究。其中“108吨电动轮自卸车防寒驾驶室研制”、“新型客车造型和内外装饰设计研究”分别获得国家重大技术装备科技攻关成果一等奖和交通部“七五”科技攻关成果一等奖。

江苏大学

江苏大学是国内最早创办车辆工程专业的大学之一，具有博士、硕士学位授予权和博士后流动站，主要培养从事汽车工程技术领域设计、制造、研究、试验，以及其他车辆的设计与制造、运用与管理等方面的高级工程技术人才。

车辆工程专业拥有汽车底盘测功和排放实验室、计算机图形工作站、三维CAD/CAM 软件Pro/E、UG、大型有限元分析系统ANSYS/LS-DYNA3D等先进的教学科研设备。

三、开设车辆工程专业的高校还有：

北京理工大学、合肥工业大学、武汉理工大学等高校。

就业前瞻

广州欲建“中国底特律”

人才需求之渴

国外经验表明，汽车工业的发展关键在人才。据悉，发达的汽车企业如通用汽车公司在美国及世界各地雇员达80万人，福特公司在世界各地拥有36万名员工。随着我国汽车产业的快速发展，有关汽车研发、制造、销售等人才捉襟见肘。我国首届汽车及相关产业大型人才交流会传出消息，上海汽车产业人才需求5年内将超过3万名，而目前市场上这方面的人才不足一半。随着汽车产业的快速发展，有关汽车研发、制造、销售等人才更是捉襟见肘。据广州本田汽车公司有关人士透露，目前广州本田计划在2005年建成年产20万辆的生产能力，目前的人才总量远不能满足发展的需求，人才缺口在2000人以上。

目前，国内已进入汽车消费的旺盛时期，对人才的需求也将达到新的高潮。加入WTO 以后，外资企业进驻中国市场，亟需熟悉本地情况的专业人才。而国内企业的进一步发展壮

大，也需要大量人才来补给。随着汽车产业的成熟，汽车人才创造的价值将会越来越得到社会的承认。(罗虹)

长春汽车研究所郭竹亭

改革开放以来，我国社会发生了巨大的变化。1987年第一届车身制造年会在一汽召开，至今已开过十一届，斗转星移，第十二届年会又在长春召开了。回顾这十几年期间车身设计技术取得了可喜的进步，同时也存在着明显的差距。它们集中表现面在以下方面。

一、十五年来我国汽车车身设计技术的进步

1．前期开发（概念设计）

（1）认识了前期开发的重要性

过去对产品的前期开发重视不够。近年来随着改革开放的深入,与国外技术交流的增多，我国对产品的概念设计已有了认识上的提高，并正在工作实践中贯彻执行。

譬如，过去产品开发是从设计任务书开始的，而设计任务书的形式比较草率。一些产品由于前期工作做的不充分，致使产品开发出来以后带着许多先天不足。有些产品设计时只顾追求先进，投产时仍不具备条件，保证不了质量，甚至投产后还要下马。CA141车投产时装卤素前大灯，后来因为寿命低而又被迫改为白炽灯。现在开发的新产品比较注意先进性与可行性之间的关系。为了提高灯具的水平，国内相关行业也在提高，注意到与主机厂的同步开发。目前日本与德国的公司都在中国设厂，对国内的灯具行业是一个大的推动。

一个产品从孕育方案到形成一个明确的概念，直至体现到可展示的概念车上，要经过几周到一年多的时间。在这一段时间里，要做市场调查，预测投入市场后的竞争力如何，成本估算时从投入产出比进行分析，企业会不会赢利。对企业的设备状况，资源的利用情况，新投入多少？对产品的选型要非常慎重，产品的设计指标是否先进。与国内外同类车型的对比分析，是否达到先进水平，做到知己知彼。要经过大量试验、测绘、分析，掌握产品的情况。

对于产品的形体要精心布置，现代汽车是一个多学科技术的集合体，就汽车车身而言，涉及到空气动力学、人机学、结构力学、机械工程学、材料学、美学等等。

（2）改进了设计流程

过去产品设计主要流程是美术效果图，1:5～1:1油泥模型，主图板，产品图，样板，主模型，提供给工艺制造部门的主要依据是图纸、样板、主模型。车身曲面的表达是用制表面的方法，手工绘制。

现在的产品设计比过去有很大提高，由计算机的辅助，已不再绘制过去那样1:1主图板了。已把设计师从繁重的主图板工作中解放出来。80年代一汽引进了日本三菱公司的FK驾驶室技术，那时过渡到线图，线图绘制在薄膜板上，可以站着画，画好图可以卷起来，可以复制传递给下道工序。现在又有提高，把二维制图推进到三维建模上，有了计算机的三维电子模型，再转换成必要的二维图纸。这样三维数据可以输出绘后序工程。这一程序上的变化，改变了过去设计与工艺的串行工作的方法，使后序工程有可能提前介人，向并行工程迈了一大步。

（3）推行并行工程和价值工程，编制产品开发的网络计划

在引进三菱FK驾驶室技术时，学习了并行工程中如何编制网络计划，加强了部门之间的组织管理，合理交叉，一汽编制了CA151K的网络计划，从设计到投产列出了整个日程安排，对缩短产品开发周期起到一定推动作用。

从设计环节入手，实行成本控制。一汽翻译出版了《价值工程》一书，并专门请该书作

者石原先生来厂讲学。汽研所产品规划室与厂成本科共同研究如何降低成本实现质量控制，正确处理使用价值与成本的关系。

过去解放牌汽车的车箱要加保险架，因为增加成本而不能通过。驾驶室底板温度过高，用户要求增加地毯，也因增加成本而不能实现。当然这些措施最终还是实现了，主要是认识不能统一，在市场竞争的大环境下，这些问题都迎刃而解，其根本原因是认识到用户是上帝。

（4）产品在循环改进中逐渐走向成熟

过去对产品试制常说第几轮试制。美国福特公司也曾介绍过他们的4C（四个循环，4Circle），对这四个循环可以这么说：市场销售的信息、用户的要求是产品设计的出发点；而产品设计的成果又是销售的起点；产品在循环改进中完善成熟。其他公司也介绍过三轮试制、两轮批量试制、试验的产品开发过程，最后是大量生产。

这种循环往复的改进过程，是设计的出发点，设计不是凭空想出来的，产品一定要经得起用户的检验，这样的产品才有竞争力。

2．造型技术的提高

产品的形象好坏，造型的优劣起决定作用。第一届年会以来一汽推出许多新产品，国内其它厂家也都有不错的新产品问世。这和造型水平的提高有关，具体表现在以下几点：（1）继承与创新

小红旗是在Audi基础上改进的，也有别于全新开发，一方面要继承Audi外形基础，尽量不改动驾驶室，另一方面又要和Audi有较大区别。同时还要考虑她是红旗轿车的系列产品，在外形上尽量体现红旗特征，所以这种造型难度比全新造型还要困难。

此外，一汽推出的轻型汽车系列产品，也是在引进国外80年代初产品基础上加以改进的，在改进中又有提高。譬如日本原车单排座和双排座卡车Cabstar是一种外貌，厢式车URvan11座客车又有自己的样子，经过改造把三个驾驶室前围统一起来，前部重新造型，嫁接在后部车身上。改造后的车身，因为风窗倾角加大了，流线型改善了，前水箱面罩统一了，时代感增强了，当然也有全新外形的尝试，CA6410流线型（子弹头厢式车）、高顶厢式车QY6460G9的改貌，都说明我们在造型创意方面有所提高。

（2）时代感

汽车的造型要反映出时代的潮流，为什么产品过时会影响产品的销售。在推陈出新方面，汽车造型是最敏感的。在一汽的新产品造型中，力求跟上时代，譬加80年代以来的造型有一种加大弧线，增加圆角，不像过去棱线过多，直线条也不少，显得产品很生硬。特别是90年代以来曲面、弧线造型使产品更赏心悦目，更与人的感觉和谐。

在造型实践及与国外的交往中，认识到造型的时代感很重要。据专家们分析，“圆风”过去之后也可能会流行圆中带有几何形体的造型，汽车色彩仍然以回归自然的色彩受欢迎。

(3)造型技法的提高

过去造型人员绘画多用水粉画，画起来费时费力。近几年国内主要厂家，也采用Mark 笔与色粉擦绘的方法。这样画出的效果更接近汽车油漆在外面的反光效果。几年来二汽连续向三菱公司、德国Audi公司、韩国大宇公司、意大利I.DE.A公司、美国Ford公司派出造型人员培训，他们在造型技法上有很大提高。

(4)造型手段、造型材料

近几年来，一、二汽都购买了国外的油泥、绘画用具、纸张、贴带、雕塑工具，为造型部门购买了三坐标测量仪、平台，甚至不惜重金，建造现代化的造型间，引进先进的Alias 造型软件及硬件设备，使我国的造型条件焕然一新。有了新的造型设备，使得模型制作水平也有长足的进步。过去靠方箱、高度尺测量模型，既笨重又精度低，所以模型质量不高，现在已具备制造高精度模型的条件。

3．结构设计

(1)取消了主图板

过去产品设计，车身绘图的基础就是主图板。只有主图板画好了才能出产品图，取样板。但是主图板是1:1原车大小，而且是二维制图，侧视图、俯视图、正视图分别绘制，求点求线相互投影非常困难，车身表面曲线又是由许多点组成，曲线板只好平放才能绘制，人只好趴在上面，非常辛苦。

现在有了塑料薄膜，可分头绘画，有了计算机辅助，在计算机上可以实现三维设计。完全可以取代主图板的功能，计算机的制图精度比人工绘制精度高，主图板的精度是0.25mm，而计算机可以达到0.1mm。

(2)结构设计水平的提高

随着科技的进步，大型多工位压床的诞生，可以使结构零件尺寸加大，分块数减少，可以减少焊接工作量。现代轿车车身，采取整块侧围，提高门与门洞的配合精度。

从设计入手，合并零件、合并功能，是最好的途径。譬如，有的车把水箱面罩与保险杠合并到一起，大大减少零件数，提高装配精度。流水槽采取埋入式结构，改善了外观，减少噪声，也是可取的设计。

(3)系列化设计技术

在产品开发初期，制定基本型以外的变型计划，可以为企业节省大量资金，为用户多提供产品品种。

近年来，一汽产品系列利用FK平头驾驶室开发出加宽、加高的、卧铺改后座的产品。轻型车也有单排、双排、厢式系列（平顶、半高顶、高顶），不同长度、不同吨位的各种车型，使企业产品市场覆盖面大大增加。

(4)设计与后序工程的结合

在当代产品设计中，已不像过去那种串行工程那样，设计完了再传给下道工序，设计未完，后序工作无法介入。现在在计算机上进行，有条件随时将设计结果传递给下道工序，工艺人员也可提前与设计人员讨论结构，从设计之初就得以改进工艺性。有了线图，经拷贝之后工艺人员在上面继续画模具线图、夹具线图，可以同时开展工作。

(5)选材设计

过去设计选材受国产材料质量限制，品种有限，现在情况好多了。材料种类由过去08钢、08A1，又增加镀锌板、高强度低合金板，厚度由多用的1.0～1.2mm降低为0.8、0.9、1.0mm，个别为1.2mm。

非金属材料也有较大增长。驾驶室内软化设计，座椅、保险杠采用塑料件、SMC件增多。几年来国内采用玻璃钢制作车身及零件有一定发展，当然与国外相比还远远不够。

4．人机工程的应用

在汽车设计中，应用人机学的研究成果有了进步。过去在进行车身布置中经验不足，近几年有一定的实践。中国人体尺寸标准已经公布数据。

随着轿车的普及，空调装置装备率的提高，车用空调的生产与协作配套也比较容易。内饰软化材料的配套水平提高，材料的色彩丰富、透气性、阻燃性、纹理更适应用户的要求。座椅的弹性特性的改进，有的厂家还直接引用国外先进产品，合资建厂为国内配套创造良好条件，改变了过去有设计无法配套的局面。

在安全性方面，安全带已普遍在轿车安装，国内生产的诸多中高级轿车装安全气囊也在实施中。

提高仪表的视认性和左右方向盘的通用性，在一汽设计的MPV多功能厢式车上采用中

央布置式仪表。利用手伸及界面检查操纵方便性，MPV小红旗的变速杆布置在仪表板上，副仪表板弱化或取消，使驾驶员和副驾驶员横向移动方便。这些措施都是应用人机学的结果。

5．CAD／CAM／CAE／CAPP技术的应用

十多年来我国在计算机辅助设计方面，有很大进步。几大集团公司和研究单位，都先后装备了不少软件和硬件，改变了过去手工绘图的局面。

80年代初，长春汽车研究所引进了意大利DBA公司的DEA LA11DA三坐标测量仪，大型平板绘图机（GERBER3178），CDC CYBBBR180-810计算机系统，多台数控机床，应用ICEIIDDN，CADA11软件，花费500万美元，形成一个小规模的CAD、CAN系统。1993年后又连续三年投资800多万美元，引进了160十多台工作站，用于汽研、车身装备厂、电算处和工艺制造单位，还相应引进了适用软件，用于产品设计的pro／CDRS造型软件，机辅线图设计的ICMSURF，数控加工和结构设计的EUCLID、Pro／E，用做运动校核、强度、刚度、碰撞等分析软件ANSYS、NASTRAN。硬件装配SGI、SUN工作站及数据交换IGES4.0，VDAFS、专用接口等。1995年引进两套ICEMSURF软件；1998年前后又于PTC公司购买200万元软件的合同，并购买二套Aias造型软件；1999年又购买12套CATIA工程软件，使得一汽在计算机辅助设计方面有了长足进步。目前初步具备计算机辅助设计全过程的能力。

6．车身试验

车身试验也增添设备，空调试验室、安全带试验台已投入使用，MTS强度振动试验台，在产品快速试验中发挥重要作用。1999年在长春汽车研究所完成了汽车碰撞室的建设并投入使用，对于检验车身的结构强度、刚度、安全气囊的效用的研究提供了必要的条件。

空气动力学试验，近几年已先后做过CA141空车风洞试验，捷达改车头等空气动力特性研究。并且对计算机辅助空气动力学的研究与气动中心、院校合作开展工作。国内正开展对计算机模拟碰撞试验，模拟冲压件拉延过程的研究，相应的软件引进也有一定进展。

7．技术交流与人才培养

十几年来，我国与发达的汽车生产国签订不少技术转让合同。各厂都派出不同层次的技术人员到国外实习，培训了相当多的技术骨干。一汽先后引进三菱FK驾驶室技术，日产公司的Cabstar、URvan驾驶室，德国的Audi、Jetta，美国Ford公司的Chylesler汽车，先后都进行过较大的改造，又请意大利I.DE.A公司设计MPV多功能车，一汽、东风与天津中心联合开发电动车车身，派一大批人到意大利培训。造型人员有一批人到美国、韩国大宇等公司合作开发。另外频繁聘请国外专家来厂讲学。国内举办多次车身设计短训班，每两年开一次设计年会。进行CATIA，Alias，Pro／E等技术软件的培训。

车身队伍也发生较大变化，一是队伍年轻化，完成新老交替。二是人数增加一倍以上，一汽汽车研究所车身设计人员由66人增加至144人，由2个设计室，扩展到7个科室（车身设计科、轿车车身设计科、CAD室、车身实验室、非金属室、造型室及组织管理科），工装设计与工装制造的队伍也有较大变化与发展。

8．法规与标准

车身设计离不开贯彻标准与有关法规。在我国标准不完善的情况下，参照国际标准：SAE、ISO、FMVSS、JIS、EEC、ECE等标准，制定载重车驾驶室尺寸标准、中国人体尺寸标准、车身制图标准、安全带标准等，对产品设计起到了指导作用，并为向国际接轨打下基础。

二、与国外汽车车身设计技术的差距

回顾我国汽车工业发展的历程，道路艰难而曲折。建国50年我国制造了不少自己的汽车，也创造了自己的品牌，特别是中型载重汽车。我国靠自己的力量开发出解放牌换代产品CA141和东风EQ140，基本上满足了国民经济发展的需要。在引进产品的基础上改进设计了轻型车系列产品，改变了缺重少轻的局面。普及型客车在数量上有很大增长，缓解了城乡的运力的紧张，这说明我国有一定的自主开发能力。但是代表一个国家汽车工业水平的是轿车。我国虽然创造过自己的红旗牌高级轿车，但是毕竟不是与百姓生活息息相关的产品，到目前我国没有一个自主开发的大量生产的轿车产品。轿车在我国长期以来被当作奢侈品看待。改革开放以来，我国经济有很大发展，小轿车不再是可望不可及的奢侈品。它的的确确是改善人们生活质量，灵活快捷的交通工具。轿车几乎一夜之间成了人们瞩目的东西。因为没有轿车开发的经验，没有大量生产轿车的历史，所以厂家把注意力集中到买国外的过时产品上，以应国内急需。因为没有储备新产品，只好生产国外即将淘汰的产品，这样就丧失了国际市场竞争能力。如果我们能集中国力（人力、物力、财力）开发一个普及型轿车产品，以求检验、锻炼国内的开发队伍，解决急需的家庭轿车。当我们生产出自己的汽车的时候，才能说我们具备了自主开发汽车的能力。如果永不自我开发，中国的汽车市场永远是万国汽车博览会。难道巨大的中国汽车市场不应该有自己民族轿车工业的一席之地吗？我们应提高自信心，既要看到我们的成绩又要看到与国外的差距。

我国汽车工业《九五规划纲要》明确提出要以车身开发为突破口形成我国轿车自主开发能力，车身开发要达到国际90年代先进水平，这是很正确的。轿车车身占整车总成本的比例约为1/3，甚至接近一半。同时它又是汽车商品性的重要标志，轿车车身产品更新频率高，技术进步快。因此，我们要把车身开发能力作为轿车自主开发能力的突破口，韩国也就是这样做的。

那么，国际90年代车身（特别是轿车车身）开发的先进水平是什么样的？我们确实感到国内外车身开发技术存在很大差距，同时也认为，只要我们积极努力，方向对头，几年内基本形成我国轿车车身自主开发能力应该是可以做得到的。

1．概念设计的理念尚未在车身开发中全面系统实施

概念设计在新车开发中占有非常重要的位置，许多重大的、带有决策性的问题要在这一阶段解决。严格来讲，我国的车身开发没有按概念设计的理念和程序来进行，这样很可能由于市场定位不清，导致投产后销售不畅。

没有做好概念设计，也常使我们的产品系列化工作，因早期无规划，导致后期难以进行。

由于我们不认真做或者不善于做市场调查以及缺少经验和相应的数据库，我们难以按市场定位提出恰当的各种定量指标（特别是具体的分指标）；成本分析刚刚起步研究；我们没有能在充分的人体工程学分析基础上进行车身总布置工作，很难满足现代汽车高水平的驾驶操纵性、乘坐舒适性、居住性和易维修性等要求；我们没有在这一阶段投入较多的人力和时间，认真地、详细地进行新车方案的可行性研究、评价工作，因而新车方案很可能有严重的缺陷带入了以后的设计开发阶段。

2．车身造型差距较大

国外汽车大公司和设计公司具备汽车创意和造型的能力，一个公司就开发过几十至几百种轿车车身，积累了几十年的轿车车身开发经验，并已形成汽车制造企业各自的品牌风格特征。虽然我国一汽、东风在载货车上也做过不少车身造型工作，但是，除红旗轿车外，我们在轿车车身造型上落后了30年，没有自己的现代轿车的造型风格。

由于我们缺乏人体工程学的理论、数据与标准的研究与应用，车身内饰造型水平还较低（特别是仪表板的设计），也从未像国外那样制作出车身内饰准确空间形状模型，其他检测用途的车身内饰模型也很少做。

计算机造型技术（CAS），国外汽车大公司及设计公司已建立相当规模的成套的硬件、软件系统，运用三维CAD／CAM技术替代了以“主图板、主模型”为主的传统设计方式，近年来开始应用CAS技术（使用Alias软件或者Pro／E的CDRS软件），从概念草图生成、二维渲染到三维表面生成、修改、三维渲染、检测等都在计算机上完成，从而逐步替代费时费力的油泥模型制作。日本未来技术研究所在北京PSE’96学术研讨会上介绍了他们多年应用CAS的体会：CAS技术比传统方法的人数、空间、效率改善近10倍；他们用3人在3台计算机工作站上工作，就相当干过去12人的工作，而且时间周期还要快很多，传统方法只有在做出油泥模型后才能评价，而CAS可随时评价三维电子模型，而且模型师、结构设计师、模具设计师可以早期介入造型工作；传统方法修改方案很费时，CAS修改方案很容易，适于做出多方案优选，并且大大减少了模型制作工作量。当然，“替代油泥模型”并不是不要物理模型。为了验证以及企业其它应用，还需要将三维电子模型数控加工出1:1的车身塑料（epowood）内外模型来。

我国东风、一汽在80年代中期开始研究和应用车身设计上的CAD／CAM技术，CAS 也刚开始试用。我们应及时加强这些应用与研究，在这方面我们是可以跟上国际先进水平步伐的。其中，我们应进一步深入掌握A级表面光顺技术，掌握在CAS或CAD阶段进行曲面光顺与检测评价，以及手工检测、修改车身表面物理模型并重建光顺的数学模型（即电子模型）等技术和技能。

3．车身结构设计尚需要经验及设计数据资料积累

国外汽车大公司经过几十年的试验、经验积累，形成了实用的结构设计数据库、很多设计改正记录和设计规范（设计指导书），以及日益加大应用CAE技术，有效地帮助和指导企业的设计师进行车身NVH设计、耐撞性设计、耐疲劳、耐腐蚀设计以及轻量化设计。现代车身设计和整车设计更加强调产品系列化、通用化设计，最近称之为“平台（p1atform）”设计。

除了已有的车身塑料件外，用SMC、RIM、RRIM、GMT，以及可回收的热塑性树醋TRO等塑料件，部分乃至全部取代车身钣金件的趋势在加强，相应的模压成型、低压注射成型以及气体辅助注射成型等一些新工艺受到重视。此外，铝材车身、塑料覆盖件加上型材结构等车身新材料、新结构应用也引起了人们的注意。

由于我们没有结构设计数据库和设计规范（设计指导书），有时只能按解剖进口车结构来进行参照性设计。为了真正掌握车身结构设计技术，我们要加强收集、积累和形成结构设计数据库及设计指导书，并通过实践和试验积累经验，积极研究应用CAE技术来指导设计。

4．车身附件设计尚未规范化

国外协作配套厂家有很强的车身附件总成的开发能力，可与主机厂车身同步开发，有能力研究开发新型灯具、各种车用座椅、电动升降器、中央控制门锁、车用空调、安全气囊以及智能巡航系统等电子、电器附件，供主机厂选用。

我国的车用座椅、灯具、空调、仪表板等车身附件配套厂家自主开发能力差，基本上还是处于来图加工和仿制阶段，提供满足功能和性能的样品周期过长，不能与车身设计开发同步，有的新型大灯甚至性能不合格，因而制约了车身的造型和设计开发，内饰材料等相关行业能提供的适用品种也太少。在主机厂方面，如东风公司，为了便于配套塑料件进行质量控制。塑料颜色、纹理标准化的企业标准制订工作正在进行。

5．工程分析（CAE）的深度和广度相差甚远

国外汽车大公司建立了高性能的计算机辅助工程分析系统（由高速运算计算机、三维图形工作站、以及如NASTRAN、ANAQUS、LS-DYNA3D、PAM-CRASH、PAM-SAFE、MADYMO、AUTOF0RM、FLOW-3D、ADAMS等模拟分析软件组成），其专业CAE队伍与产品开发同步地广泛开发CAE应用，在指导设计、提高质量、降低开发成本和缩短开发周期上发挥着日益显著的作用。CAE应用于车身开发上，成熟的主要有：刚度、强度（应用于整车、大小总成与零部件分析以实现轻量化设计）、NVH分析（降噪、减振、提高乘坐舒适度三项合称NVH）、机构运动分析等；而车辆碰撞模拟分析、金属构件冲压成型模拟分析、疲劳分析和空气动力学分析的精度有待进一步提高，但已投入实际使用，完全可以用于定性分析和改进设计，大大减少了这些费用高、周期长的试验次数；虚拟试车场整车分析正在着手研究，此外还有焊装模拟分析、喷涂模拟分析等等。

在与产品开发同步方面，美国福特汽车公司是这样做的：一个新车型开发项目配置一个结构分析小组，从该车型造型开始一直到该车型开发完成投产后半年的各个阶段内，配合产品设计开发进行分析，内容是以NVH为主的整车分析以及局部分析。

如果说三维CAD/CAN在近20年来成为车身开发技术发展的最重要推动力的话，CAE 技术则是推动下阶段车身开发技术发展的重要力量。因为随着各种过程模拟分析理论的发展和试验研究的配合，CAE技术的实用广度必将越来越大，在深度上也愈加精确、成熟。福特汽车公司产品开发部门已明确提出“重视CAE，CAE指导设计”的口号。

我国东风公司、一汽集团在CAE应用上取得了不少成绩，但与国外比起来，所分析的零部件及工况种类还较少，整车分析、碰撞模拟分析、冲压成型模拟分析和空气动力学分析则刚刚起步。今后我们要培养、壮大具有相应力学等理论知识的专业分析队伍，在试验对比的配合下，学习、积累分析经验，提高CAE的应用水平，将CAE技术作为我们提高设计水平的捷径之一。

6．模型与样车制作仅仅是与世界先进接轨

国外汽车大公司及设计公司已全面采用CAN技术，利用三维CAS/CAD设计数据，在五铀等数控铣床上加工模型和简易模具、检具。制成的模型形状精确、逼真。为了在样车的试制和试验中真正反映产品的工艺性能和设计性能，样车车身用接近正规生产的工艺制造：用数控制造的简易模具拉延成型——用数控制造的胎模翻边——五轴激光切边——小型环形装配线或装配台上焊装、装配车身——激光三维检测车身尺寸质量。这里最重要的是简易模型的CAM制造和钣金件拉延成型。

车身塑料件样件已越来越多地采用计算机辅助的快速样件成型技术制造，或者是用快速模具制造技术制成模具后再制造样件。简易模具的材料多采用塑料（主要成分为环氧树脂）或锌合金。

我们样车钣金件的制作以往多是手工敲制，无法反映车身设计性能（刚度、强度、NVH 等）和工艺性能，装配关系，样件及白车身焊装缺少控制手段，整车装配很难考核装配工艺性，样车往往不具备代表性，致使在产品投产后才认识到很多工艺问题和产品质量问题，不得不进行较长时间的攻关。东风公司在最近二三年开始对样车主要覆盖件用模具拉延成型，感到受益匪浅。

7．车身试验规模尚小

国外汽车公司都有相当规模的车身试验部门，进行车身及其分总成、零部件试验，试验种类相当多（大汽车公司多达约200种），并且都已建立了企业试验标准。我国企业车身试

验部门规模还较小，试验种类很少，试验标准也很少。我们要加强重要的试验设施建设，逐步增加试验种类，有些则用CAE技术取代和减少试验次数（国外也有这样的趋势）。

8．车身开发队伍尚需提高

国外汽车大公司都有人数较多的车身开发部门，其中车身设计部门的人数一般比底盘设计部门人数多一倍到两倍。而我国企业的车身开发人员少，很多企业仅达其底盘开发人数的一半左右。

开发组织机制上，国外已普遍采用“并行工程”、“精益设计”机制和“虚拟工程”阶段，而我国还基本沿用串行工作方式，刚刚提倡并开始实施“并行工程”阶段。

总结过去，展望未来，当今世界的汽车车身产品的发展方向，将是以电子计算机技术为代表的高科技进入汽车车身开发的领域，我们在国家的产业政策的引导下，抓住机遇，勇于实践，一定能够形成车身自主开发能力的。

计算器模拟系统设计-毕业设计

计算器模拟系统设计 学生：XXX 指导教师：XXX 内容摘要：本设计是基于51系列的单片机进行的简易计算器系统设计，可以完成计算器的键盘输入，进行加、减、乘、除3位无符号数字的简单四则运算，并在LED 上相应的显示结果。 设计过程在硬件与软件方面进行同步设计。硬件选择AT89C51单片机和 74lS164，输入用4×4矩阵键盘。显示用5位7段共阴极LED静态显示。软件从分析计算器功能、流程图设计，再到程序的编写进行系统设计。选用编译效率最高的Keil 软件用汇编语言进行编程，并用proteus仿真。 关键词：LED 计算器 AT89C51芯片 74LS164

Calculator simulation system desig n Abstract:The design is a simple calculator based on 51 series microcontroller system design, to complete the calculator keyboard input, add, subtract, multiply, and in addition to three unsigned numeric simple four operations, and the corresponding result will be displayed on the LED. The design process of hardware and software aspects of the synchronous design. Hardware choose AT89C51 microcontroller and 74ls164--enter the 4 × 4 matrix keyboard. Static display with five 7-segment common cathode LED display. Software calculator function from the analysis, flow charts, design, and then program the preparation of system design. Selected to compile the most efficient Keil software in assembly language programming, and with proteus simulation. Keywords: LED calculator AT89C51 chip 74LS164

计算机仿真技术与CAD习题答案

第0章绪论 0-1 什么是仿真？它所遵循的基本原则是什么？ 答： 仿真是建立在控制理论、相似理论、信息处理技术和计算机技术等理论基础之上的，以计算机和其他专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或假想的系统进行试验，并借助专家经验知识、统计数据和信息资料对试验结果进行分析和研究，进而做出决策的一门综合性的试验性科学。 它所遵循的基本原则是相似原理。 0-2 仿真的分类有几种？为什么？ 答： 依据相似原理来分：物理仿真、数学仿真和混合仿真。 物理仿真：就是应用几何相似原理，制作一个与实际系统相似但几何尺寸较小或较大的物理模型（例如飞机模型放在气流场相似的风洞中）进行实验研究。 数学仿真：就是应用数学相似原理，构成数学模型在计算机上进行研究。它由软硬件仿真环境、动画、图形显示、输出打印设备等组成。 混合仿真又称数学物理仿真，它是为了提高仿真的可信度或者针对一些难以建模的实体，在系统研究中往往把数学仿真、物理仿真和实体结合起来组成一个复杂的仿真系统，这种在仿真环节中有部分实物介入的混合仿真也称为半实物仿真或者半物理仿真。 0-3 比较物理仿真和数学仿真的优缺点。 答： 在仿真研究中，数学仿真只要有一台数学仿真设备（如计算机等），就可以对不同的控制系统进行仿真实验和研究，而且，进行一次仿真实验研究的准备工作也比较简单，主要是受控系统的建模、控制方式的确立和计算机编程。数学仿真实验所需的时间比物理仿真大大缩短，实验数据的处理也比物理仿真简单的多。 与数学仿真相比，物理仿真总是有实物介入，效果直观逼真，精度高，可信度高，具有实时性与在线性的特点；但其需要进行大量的设备制造、安装、接线及调试工作，结构复杂，造价较高，耗时过长，灵活性差，改变参数困难，模型难以重用，通用性不强。 0-4 简述计算机仿真的过程。 答： 第一步：根据仿真目的确定仿真方案 根据仿真目的确定相应的仿真结构和方法，规定仿真的边界条件与约束条件。 第二步：建立系统的数学模型 对于简单的系统，可以通过某些基本定律来建立数学模型。而对于复杂的系统，则必须利用实验方法通过系统辩识技术来建立数学模型。数学模型是系统仿真的依据，所以，数学模型的准确性是十分重要。

海洋平台结构设计与模型制作计算书

海洋平台结构设计与模型制作 理论方案 浙江大学结构设计竞赛组委会 二○一二年

第一部分：方案设计摘要 根据学长“简单、粗犷”的原理，在实践中抛 弃了很多复杂、沉重的构件，最终展现在我们面前 的是一个四棱台与四棱柱结合的简单作品。 自下而上的构件分别为： 底部为深入沙中的底柱，长为10cm。通过一次 实验，为利于柱子插入细沙中而将柱子削尖。 联结底柱的是四棱台，高42cm、底边长45cm、 顶边长28cm。为抵抗风荷载的力矩而增大重力的力 臂，在保证质量较轻的条件下增大底部长度。初时 对竖向荷载过分估计以致四周承重柱以及斜撑杆过 重，但稳重的底部在加载过程汇中也有可取之处。 之所以将高度定为28cm，是因为伊始准备在四棱台 中间安置塑料片筒体。但在实际操作中我们放弃了 这个设想。 联结四棱台的是被斜杆分成三部分的四棱柱。 借鉴了别人的轻质理念，一改底座的笨重，上部桁 架的布置简明，但纤细的杆件也使整体遭受了风荷 载的极大挑战。在实验加载中发现荷载箱稍小，因 此改进顶部边长、露出四个小柱。本欲在与水面相 切处设置420*420的塑料片则可以利用水的吸附 力，可惜塑料片质量稍重、效果也不太明显。改进 后，四棱台留在空中的部分受风荷载较大，布置了 较密的桁架。 在构件联结处，我们尽力增大构件的接触面积，同时也做了些小木段与木片作为加固。 总结来看，在最初的设计思考中我们还是有一些新的想法,比如筒体，比如利用水的吸附力，但在实践制作过程中我们缺乏对可操作性的理性认识；同时我们过分估计竖向荷载以致质量过重，轻视水平风荷载而在试验中多次面临剧烈的扭转。最终我们的结构形式归于简单，但过程并不平淡。在否定与自我否定中，我们已有收获。

简易计算器的设计与实现

沈阳航空航天大学 课程设计报告 课程设计名称：单片机系统综合课程设计课程设计题目：简易计算器的设计与实现 院（系）： 专业： 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 完成日期：

沈阳航空航天大学课程设计报告 目录 第1章总体设计方案 (1) 1.1设计内容 (1) 1.2设计原理 (1) 1.3设计思路 (2) 1.4实验环境 (2) 第2章详细设计方案 (3) 2.1硬件电路设计 (3) 2.2主程序设计 (7) 2.2功能模块的设计与实现 (8) 第3章结果测试及分析 (11) 3.1结果测试 (11) 3.2结果分析 (11) 参考文献 (12) 附录1 元件清单 (13) 附录2 总电路图 (14) 附录3 程序代码 (15)

第1章总体设计方案 1.1 设计内容 本设计是基于51系列的单片机进行的十进制计算器系统设计，可以完成计算器的键盘输入，进行加、减、乘、除1位无符号数字的简单四则运算，并在6位8段数码管上显示相应的结果。 设计过程在硬件与软件方面进行同步设计。硬件方面从功能考虑，首先选择内部存储资源丰富的8751单片机，输入采用4×4矩阵键盘。显示采用6位8段共阳极数码管动态显示。软件方面从分析计算器功能、流程图设计，再到程序的编写进行系统设计。编程语言方面从程序总体设计以及高效性和功能性对C语言和汇编语言进行比较分析，最终选用汇编语言进行编程，并用protel99se涉及硬件电路。 1.2 设计原理 在该课程设计中，主要用到一个8751芯片和串接的共阳数码管,和一组阵列式键盘。作为该设计的主要部分，下面将对它们的原理及功能做详细介绍和说明。 1)提出方案 以8751为核心，和数码管以及键盘用实验箱上已有的器件实现计算器的功能。 2) 总体方案实现 (1)要解决键值得读入。先向键盘的全部列线送低电平，在检测键盘的行线，如果有一行为低电平，说明可能有按键按下，则程序转入抖动检测---就是延时10ms再读键盘的行线，如读得的数据与第一次的相同，说明真的有按键按下，程序转入确认哪一键按下的程序，该程序是依次向键盘的列线送低电平，然后读键盘的行线，如果读的值与第一次相同就停止读，此时就会的到键盘的行码与列码

AT89C51单片机简易计算器的设计

AT89C51单片机简易计算器的设计 单片机的出现是计算机制造技术高速发展的产物，它是嵌入式控制系统的核心，如今，它已广泛的应用到我们生活的各个领域，电子、科技、通信、汽车、工业等。本设计是基于51系列单片机来进行的数字计算器系统设计，可以完成计算器的键盘输入，进行加、减、乘、除六位数范围内的基本四则运算，并在LCD上显示相应的结果。设计电路采用AT89C51单片机为主要控制电路，利用MM74C922作为计算器4*4键盘的扫描IC读取键盘上的输入。显示采用字符LCD静态显示。软件方面使用C语言编程，并用PROTUES仿真。 一、总体设计 根据功能和指标要求，本系统选用MCS-51系列单片机为主控机。通过扩展必要的外围接口电路，实现对计算器的设计。具体设计如下：（1）由于要设计的是简单的计算器，可以进行四则运算，为了得到较好的显示效果，采用LCD 显示数据和结果。 （2）另外键盘包括数字键（0～9）、符号键（+、-、×、÷）、清除键和等号键，故只需要16 个按键即可，设计中采用集成的计算键盘。 （3）执行过程：开机显示零，等待键入数值，当键入数字，通过LCD显示出来，当键入+、-、*、/运算符，计算器在内部执行数值转换和存储，并等待再次键入数值，当再键入数值后将显示键入的数

值，按等号就会在LCD上输出运算结果。 （4）错误提示：当计算器执行过程中有错误时，会在LCD上显示相应的提示,如：当输入的数值或计算得到的结果大于计算器的表示范围时，计算器会在LCD上提示溢出；当除数为0时，计算器会在LCD 上提示错误。 系统模块图： 二、硬件设计 （一）、总体硬件设计 本设计选用AT89C51单片机为主控单元。显示部分：采用LCD 静态显示。按键部分：采用4*4键盘；利用MM74C922为4*4的键盘扫描IC，读取输入的键值。 总体设计效果如下图：

51单片机的简单计算器设计和仿真

基于单片机的简易计算器设计与仿真

设计题目：基于单片机的简易计算器设计与仿真 一、设计实验条件： 地点：自动化系实验室 实验设备：PC机（装有Keil；Protues；Word ；Visio ） 二、设计任务： 本系统选用AT89C51单片机为主控机。通过扩展必要的外围接口电路，实现对计算器的设计，具体设计如下： （1）由于设计的计算器要进行四则运算，为了得到较好的显示效果，经综合分析后，最后采用LCD 显示数据和结果。 （2）采用键盘输入方式，键盘包括数字键（0～9）、符号键（+、-、×、÷）、清除键(on\c)和等号键（=），故只需要16 个按键即可，设计中采用集成的计算键盘。 （3）在执行过程中，开机显示零，等待键入数值，当键入数字，通过LCD显示出来，当键入+、-、*、/运算符，计算器在部执行数值转换和存储，并等待再次键入数值，当再键入数值后将显示键入的数值，按等号就会在LCD上输出运算结果。 （4）错误提示：当计算器执行过程中有错误时，会在LCD上显示相应的提示,如：当输入的数值或计算得到的结果大于计算器的表示围时，计算器会在LCD上提示overflow；当除数为0时，计算器会在LCD上提示error。 设计要求：分别对键盘输入检测模块；LCD显示模块；算术运算模块；错误处理及提示模块进行设计，并用Visio画系统方框图，keil与protues仿真 分析其设计结果。 三、设计时间与设计时间安排：

1、设计时间：6月27日～7月8日 2、设计时间安排： 熟悉课题、收集资料：3天（6月27日～6月29日) 具体设计（含上机实验）：6天（6月30日～7月5日) 编写课程设计说明书：2天（7月6日～7月7日) 答辩：1天（7月8日） 四、设计说明书的容： 1、前言：(自己写，组员之间不能相同，写完后将红字删除，排版时注意对齐） 本设计是基于51系列单片机来进行的数字计算器系统设计，可以完成计算器的键盘输入，进行加、减、乘、除基本四则运算，并在LCD上显示相应的结果；设计电路采用AT89C51单片机为主要控制电路，利用MM74C922作为计算器4*4键盘的扫描IC读取键盘上的输入；显示采用字符LCD静态显示；软件方面使用C语言编程，并用PROTUES仿真。 2、设计题目与设计任务： 现实生活中人们熟知的计算器，其功能主要如下：（1）键盘输入；（2）数值显示；（3）加、减、乘、除四则运算；(4)对错误的控制及提示。 针对上述功能，计算器软件程序要完成以下模块的设计：(1)键盘输入检测模块；（2）LCD显示模块；（3）算术运算模块；（4）错误处理及提示模块。 3、主体设计部分： （1）、系统模块图：

广厦通用计算GSSAP新规范计算模型的合理选取

广厦通用计算GSSAP 新规范计算模型的合理选取一个结构CAD包括3部分：前后处理、计算和基础CAD。如下介绍前处理中的结构模型和一天学会广厦结构CAD。 1前处理中的结构模型 如下高度概括我们天天面对的结构模型。 一个结构模型包括2部分：总的信息和构件信息，总的信息包括总体信息和各层信息，构件信息包括墙柱梁板的位置和属性，属性包括设计属性、截面材料属性和荷载属性。 1.1GSSAP总体信息 1)地下室有3个参数控制 地下室层数控制地下室无风，嵌固层最大结构层号控制地下室嵌固，有侧约束地下室层数控制地下室弹性约束。 1下上层刚度比≥2，可设为嵌固层，否则设为有侧约束层； 2其它计算如SATWE少了一个参数：有侧约束层，所以首层柱根判定有错； 如下结构1为地梁和防水板，考虑土的摩擦作用1层有侧约束，错误判定结构1层为首层。

3嵌固层的梁不应自动放大1.3倍，下柱不应小于地上1.1倍，加上梁的贡献，一般情况下已经满足下柱加梁的承载力大于上柱1.3倍的要求； 4如下嵌固在0层(基础层)，结构1和2层有侧土约束，结构3层为首层。 5如下结构1为地梁和防水板，考虑土的摩擦作用1层有侧约束，结构2层为首层。 2)裙房层数 1要准确输入裙房层数，包括地下室部分的层数； 2影响裙房上塔楼层风荷载的自动计算； 3影响裙房上塔楼结果的输出，如刚重比、周期比等。 3)薄弱的结构层号 1除层间抗侧力结构的承载力比值外，其它自动判定的薄弱层都自动处理相应的放大系数，不需在这人工指定； 2多层自动放大1.15，高层自动放大1.25。 4)加强层所在的结构层号 1加强层是刚度和承载力加强的层，与墙的加强部位层是两个不同概念的层； 2加强层及相邻层核心筒可在墙设计属性中人工设置约束边缘构件。

简易计算器设计说明书

摘要 单片机的出现是计算机制造技术高速发展的产物，它是嵌入式控制系统的核心。如今，它已广泛的应用到我们生活的各个领域，电子、科技、通信、汽车、工业等。计算器的出现给我们的生活带来了巨大的便利，计算器在我们的生活中随处可见，也是我们日常生活中不可缺少的工具。本设计是基于51系列单片机来进行的数字计算器系统设计，可以完成计算器的键盘输入，进行加、减、乘、除简单的基本四则运算，并在LCD上显示相应的结果。设计电路采用AT89C51单片机为主要控制电路，利用按键作为计算器的键盘的输入。显示采用字符LCD 静态显示。软件方面使用C语言编程，并用PROTUES仿真。 单片微型计算机简称单片机。它是在一块芯片上集成中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、定时/计数器及I/O接口电路等部件，构成一个完整的微型计算机。它的特点是：高性能，高速度，体积小，价格低廉，稳定可靠，应用广泛。单片机比专用处理器最适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。本文介绍了单片机的产生发展、功能特点、应用开发等内容。 【关键词】简单计算器单片机 LCD 应用发展

背景 近年来，单片机以其体积小、价格廉、面向控制等独特优点，在各种工业控制、仪器仪表、设备、产品的自动化、智能化方面获得了广泛的应用。与此同时，单片机应用系统的可靠性成为人们越来越关注的重要课题。影响可靠性的因素是多方面的，如构成系统的元器件本身的可靠性、系统本身各部分之间的相互耦合因素等。其中系统的抗干扰性能是系统可靠性的重要指标。 本设计采用80c51 芯片，实现了利用单片机进行了一个简单计算器设计。允许对输入数据进行加减乘除运算及LCD 显示．如果设计对象是更为复杂的计算器系统，其实际原理与方法与本设计基本相同。LCD液晶显示器是Liquid Crystal Display 的简称，LCD 的构造是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒，下基板玻璃上设置TFT（薄膜晶体管），上基板玻璃上设置彩色滤光片，通过TFT上的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到显示目的。 现在LCD已经替代CRT成为主流，价格也已经下降了很多，并已充分的普及。故采用LCD．设计的关键所在，必须非常熟悉单片机的原理与结构，同时还要对整个设计流程有很好的把握，将单片机和其他模块完整的衔接。本设计是基于51系列单片机来进行的数字计算器系统设计，可以完成计算器的键盘输入，进行加、减、乘、除基本四则运算，并在LCD上显示相应的结果；设计电路采用AT89C51单片机为主要控制电路，显示采用字符LCD静态显示；软件方面使用C 语言编程，并用PROTUES仿真i。

基于LabVIEW的简易计算器设计

第1章绪论 1.1 虚拟仪器简介 虚拟仪器（virtual instrument）是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。上面的框图反映了常见的虚拟仪器方案。 虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是国NI公司的LabVIEW。 虚拟仪器的起源可以追溯到20世纪70年代，那时计算机测控系统在国防、航天等领域已经有了相当的发展。PC机出现以后，仪器级的计算机化成为可能，甚至在 Microsof t公司的 Windows 诞生之前，NI公司已经在Macintosh计算机上推出了LabVIEW2.0 以前的版本。对虚拟仪器和 LabVIEW [2]长期、系统、有效的研究开发使得该公司成为业界公认的权威。目前LabVIEW 的最新版本为 LabVIEW2011，LabVIEW 2009 为多线程功能添加了更多特性，这种特性在1998 年的版本 5 中被初次引入。使用 LabVIEW 软件，用户可以借助于它提供的软件环境，该环境由于其数据流编程特性、LabVIEW Real-Time 工具对嵌入式平台开发的多核支持，以及自上而下的为多核而设计的软件层次，是进行并行编程的首选。 普通的 PC 有一些不可避免的弱点。用它构建的虚拟仪器或计算机测试系统性能不可能太高。目前作为计算机化仪器的一个重要发展方向是制定VXI 标准，这是一种插卡式的仪器。每一种仪器是一个插卡，为了保证仪器的性能，又采用了较多的硬件，但这些卡式仪器本身都没有面板，其面板仍然用虚拟的方式在计算机屏幕上出现。这些卡插入标准的 VXI 机箱，再与计算机相连，就组成了一个测试系统。VXI仪器价格昂贵，目前又推出了一种较为便宜PXI 标准仪器。 1.2 LabVIEW简介 LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发，类似于C 和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语

基于8086与Proteus仿真的44键盘计算器的设计

基于8086与Proteus仿真的4*4键盘计算器的设计 一、设计目的 本次课程设计的实验目的是通过该实验掌握较复杂程序的设计。能够独立完成用程序对8086、8255控制键盘和LED显示的控制，完成计算器加减法的应用。独立编写程序，明白和掌握程序的原理和实现方式。为以后的设计提供经验。学习和掌握计算机中常用接口电路的应用和设计技术，充分认识理论知识对应用技术的指导性作用，进一步加强理论知识与应用相结合的实践和锻炼。通过这次设计实践能够进一步加深对专业知识和理论知识学习的认识和理解，使自己的设计水平和对所学的知识的应用能力以及分析问题解决问题的能力得到全面提高。 二、设计内容 设计计算器，要求至少能完成多位数的加减乘除运算。独立完成用程序对8086、8255控制键盘和LED显示的控制，完成计算器加减乘除的应用。 三、设计原理与硬件电路 设计的思路是：首先利用程序不断扫描键盘是不是有输入，如果没有就一直扫描，如果有就停止扫描，完成输入，利用汇编的程序核对输入键的数值，通过调用子程序完成数据的储存或者是加减的运算。运算完成后将运算的结果储存并显示到LED显示器上。 各部分硬件功能：

可编程并行通信接口芯片8255A 8255A内部结构：1. 并行输入/输出端口A，B，C 8255A内部包括三个8位的输入输出端口，分别是端口A、端口B、端口C，相应信号线是PA7～PA0、PB7～PB0、PC7～PC0。端口都是8位，都可以作为输入或输出。通常将端口A和端口B定义为输入/输出的数据端口，而端口C则既可以作数据端口，又可以作为端口A和端口B的状态和控制信息的传送端口。 2.A组和B组控制部件 端口A和端口C的高4位（PC7～PC4）构成A组；由A组控制部件实现控制功能。端口B和端口C的低4位（PC3～PC0）构成B组；由B组控制部件实现控制功能。 A组和B组利用各自的控制单元来接收读写控制部件的命令和CPU通过数据总线（D0～D7）送来的控制字，并根据他们来定义各个端口的操作方式。 3. 数据总线缓冲存储器 三态双向8位缓冲器，是8255A与8086CPU之间的数据接口。

计算机仿真课程设计

附件1： 北京理工大学珠海学院 《计算机仿真》课程设计说明书题目: 控制系统建模、分析、设计和仿真 学院：信息学院 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 2012年6 月16 日 附件2： 北京理工大学珠海学院 课程设计任务书 2011 ～2012 学年第2学期 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作部门：信息学院 一、课程设计题目 《控制系统建模、分析、设计和仿真》 本课程设计共列出10个同等难度的设计题目，编号为：[0号题]、[1号题]、[2号题]、[3号题]、[4号题]、[5号题]、[6号题]、[7号题]、[8号题]、[9号题]。 学生必须选择与学号尾数相同的题目完成课程设计。例如，学号为8xxxxxxxxx2的学生必须选做[2号题]。

[0号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真 设连续被控对象的实测传递函数为： 用零阶保持器离散化，采样周期取秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。 [1号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真 设连续被控对象的实测传递函数为： 用一阶保持器离散化，采样周期取秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。 [2号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真 设连续被控对象的实测传递函数为： 用零阶保持器离散化，采样周期取秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。 [3号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真 设连续被控对象的实测传递函数为： 用一阶保持器离散化，采样周期取秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。 [4号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真 设连续被控对象的实测传递函数为： 用零阶保持器离散化，采样周期取秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。 [5号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真 设连续被控对象的实测传递函数为： 用一阶保持器离散化，采样周期取秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹 控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。 [6号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真 设连续被控对象的实测传递函数为： 用零阶保持器离散化，采样周期取秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹 控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。 [7号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真

midas_civil简支梁模型计算

第一讲 简支梁模型的计算 工程概况 20 米跨径的简支梁，横截面如图 1-1 所示。 迈达斯建模计算的一般步骤 1- 理处 前 第五步：定义荷载工况 第六步：输入荷载第四步：定义边界条件 第三步：定义材料和截面 第二步：建立单元 第一步：建立结点

具体建模步骤 第 01 步：新建一个文件夹，命名为 Model01，用于存储工程文件。这里，在桌面的“迈达斯”文件夹下新建了它，目录为 C:\Documents and Settings\Administrator\桌面\迈达斯\模型 01。 第 02 步：启动 Midas ，程序界面如图 1-2 所示。 图 1-2 程序界面 第 03 步：选择菜单“文件(F)->新项目(N)”新建一个工程，如图 1-3 所示。

图 1-3 新建工程 第04 步：选择菜单“文件(F)->保存(S) ”，选择目录C:\Documents and Settings\Administrator\桌面\迈达斯\模型 01，输入工程名“简支梁.mcb”。如图 1-4 所示。 图 1-4 保存工程

第05 步：打开工程目录C:\Documents and Settings\Administrator\桌面\迈达斯\模型 01，新建一个 excel 文件，命名为“结点坐标”。在 excel 里面输入结点的 x，y，z 坐标值。如图 1-5 所示。 图 1-5 结点数据 第 06 步：选择树形菜单表格按钮“表格->结构表格->节点”，将excel 里面的数据拷贝到节点表格，并“ctrl+s”保存。如图 1-6 所示。

简易计算器系统设计

(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 湖南文理学院芙蓉学院嵌入式系统课程设计报告 题目简易计算器系统设计 学生姓名刘胜凯 专业班级计算机科学与技术 指导老师娄小平 组员李阳、杨帆、曾家俊

目录 一、摘要 (3) 二、原理与总体方案 (3) 三、硬件设计 (6) 四、调试 (10) 五、测试与分析 (12) 六、心得体会 (14) 七、参考文献 (15) 八、附录 (15) 一、摘要 计算器一般是指“电子计算器”，是能进行数学运算的手持机器，拥有集成电路芯片。对于嵌入式系统，以其占用资源少、专用性强，在汽车电子、航空和工控领域得到了广泛地应用。本设计就是先通过C语言进行相应程序的编写然后在ADS中进行运行最后导入PROTUES进行仿真。最后利用ARM中的LPC2106芯片来控制液晶显示器和4X4矩阵式键盘，从而实现简单的加、减、乘、除等四则运算功能。 二、原理与总体方案 主程序在初始化后调用键盘程序，再判断返回的值。若为数字0—9，则根

据按键的次数进行保存和显示处理。若为功能键，则先判断上次的功能键，根据代号执行不同功能，并将按键次数清零。 程序中键盘部分使用行列式扫描原理，若无键按下则调用动态显示程序，并继续检测键盘；若有键按下则得其键值，并通过查表转换为数字0—9和功能键与清零键的代号。最后将计算结果拆分成个、十、百位，再返回主程序继续检测键盘并显示；若为清零键，则返回主程序的最开始。 电路设计与原理：通过LPC2106芯片进行相应的设置来控制LCD显示器。而通过对键盘上的值进行扫描，把相应的键值通过MM74C922芯片进行运算从而让ARM芯片接收。 2.1 系统整体流程图 2.2 程序运行流程图

第02讲 简易计算器的设计

第02讲计算器 2.1 计算器简介 大家都知道，计算器是日常生活中不可缺少的一个工具，在Microsoft的Windows操作系统中，附带了一个计算器程序，有标准型和科学型两种模式。Windows XP下的标准型和科学型计算器程序分别如图2-1和图2-2所示。 图2-1 Windows XP下的标准型计算器 图2-2 Windows XP下的科学型计算器 Windows操作系统下附带的计算器程序功能相当的强大，本课我们将模仿Windows的计算器，使用Visual C# 2005开发平台开发一个功能相对简单的计算器应用程序，它能完成加、减、乘、除运算。 接下来详细的介绍简易计算器的设计方法和步骤。

2.2 界面设计及属性设置 用户界面设计是软件开发中非常重要的一个部分，用户界面的好坏直接影响软件的质量，本节将介绍如何设计简易计算器的用户界面以及界面上各控件的属性设置。 2.2.1 界面设计 打开Visual Studio 2005开发工具，新建一个Windows应用程序，然后在窗体上依次放置1个TextBox和17个Button控件，如图2-1所示（设置好属性后）。 图2-1 计算器用户界面 2.2.2 属性设置 窗体和各控件的属性设置如表2-1所示。 表2-1 窗体和各控件的属性

2.3 编写代码 本程序需要用到一些公共变量，例如用来接收操作数、运算结果，判断输入的是否为小数等，因此首先在代码的通用段声明以下变量： //****************************************************************** double num1, num2, result; // 操作数及运算结果 bool decimalFlag = false; // 判断输入的是否为小数 string myOperator; // 操作类型 //******************************************************************

基于单片机的简易计算器设计与仿真

专业课程设计 ————基于单片机的简易计算器设计与仿真 学院：电气工程学院 班级：10自动化1班 学号：P101813378 姓名：陈辉、马维谦 指导老师：吴韬

基于单片机的简易计算器设计与仿真 摘要 近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，但仅单片机方面的知识是不够的，还应根据具体硬件结构、软硬件结合，来加以完善。 计算机在人们的日常生活中是比较常见的电子产品之一。可是它还在发展之中，以后必将出现功能更加强大的计算机，基于这样的理念，本次设计是用AT89C52 单片机、LCD显示器、控制按键为元件来设计的计算器。利用此设计熟悉单片机微控制器及C语言编程，对其片资源及各个I/O端口的功能和基本用途的了解。掌握Microsoft Visual C++ 6.0应用程序开发环境，常用的LCD显示器的使用方法和一般键盘的使用方法。 关键字：AT89S51 LCD 控制按键

目录 第一章绪论.................................................................................. ４ 1.1 课题简介 .......................................................................... ４ 1.2 设计目的 .......................................................................... ４ 1.3 设计任务 .......................................................................... ４ 2.1 单片机发展现状 .............................................................. ５ 2.2 计算器系统现状 .............................................................. ６2.3 MCS-51系列单片机简介 ...................................................... ７ 2.4 矩阵按键 ...................................................................... １１ 2.5 计算器设计总体思想 .................................................. １１第三章硬件系统设计 ............................................................. １２ 3.1 键盘接口电路 .............................................................. １２ 3.2 LCD显示模块 ............................................................... １３ 3.3 运算模块 ...................................................................... １４ 4.1 汇编语言和C语言的特点及选择 ................................... １４4.2 键扫程序设计 ................................................................... １４ 4.3 算术运算程序设计 ...................................................... １５ 4.4 显示程序设计 .............................................................. １６第五章系统调试与存在的问题 ............................................. １７ 5.1 硬件调试............................................................................ １７5.2 软件调试............................................................................ １７参考文献.................................................................................... １９

MATLAB计算机仿真设计

《计算机仿真技术》 课程设计 姓名： 学号： 班级： 1 专业： 学院： 2016年12月24日

目录 一、设计目的 (1) 二、设计任务 (1) 三、具体要求 (1) 四、设计原理概述 (1) 五、设计内容 (2) 六、设计方案及分析 (2) 1、观察原系统性能指标 (2) 2、手动计算设计 (6) 3、校正方案确定 (8) 七、课程设计总结 (14)

模拟随动控制系统的串联校正设计 一、设计目的 1、通过课程设计熟悉频域法分析系统的方法原理。 2、通过课程设计掌握滞后-超前校正作用与原理。 3、通过在实际电路中校正设计的运用，理解系统校正在实际中的意义。 二、设计任务 控制系统为单位负反馈系统，开环传递函数为) 1025.0)(11.0()(G ++=s s s K s ,设计校正装置，使系统满足下列性能指标：开环增益100K ≥；超调量30%p σ<； 调节时间ts<0.5s 。 三、具体要求 1、使用MATLAB 进行系统仿真分析与设计，并给出系统校正前后的 MATLAB 仿真结果，同时使用Simulink 仿真验证； 2、使用EDA 工具EWB 搭建系统的模拟实现电路，分别演示并验证校正前 和校正后的效果。 四、设计原理概述 校正方式的选择：按照校正装置在系统中的链接方式，控制系统校正方式分 为串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正4种。串联校正是最常用的一种校 正方式，这种方式经济，且设计简单，易于实现，在实际应用中多采用这种校正 方式。串联校正方式是校正器与受控对象进行串联链接的。本设计按照要求将采 用串联校正方式进行校正。 校正方法的选择：根据控制系统的性能指标表达方式可以进行校正方法的确 定。本设计要求以频域指标的形式给出，因此采用基于Bode 图的频域法进行校 正。 几种串联校正简述：串联校正可分为串联超前校正、串联滞后校正和滞后- 超前校正等。 超前校正的目的是改善系统的动态性能，实现在系统静态性能不受损的前提

单片机设计简易计算器

简易计算器 Simply Calculator 1 设计思想 此计算器有键盘部分、单片机、显示部分三部分组成，键盘部分主要完成输入功能；单片机主要完成数据处理功能，包括确定按键，完成运算，以及输出数据；显示器部分主要完成单片机输出的显示。 本设计的思路是利用单片机性能好，稳定性强的优点来实现系统的运行。设计大致可以分为三个步骤：第一步，硬件的选取和设计；第二步，程序的设计和调试；第三步，Protues 系统仿真。 硬件是设计的骨骼，不仅关系到设计总体方向的确定，还要综合考虑节能，环保，以及稳定性和经济性等各种因素。因此需要花费大量的时间。硬件的选取最为重要，包括选用的芯片，显示设备的选取，输入设备的选取等。本设计是通过单片机来实现的，因此选用了ATMEGA16单片机作为主体，输入设备选用矩阵键盘。程序是硬件的灵魂，是实现设计的中心环节。本设计使用的程序语言是C语言，在“ICC AVR”中运行，调试，直到运行出正确结果，然后输出后缀名为.HEX格式的文件，以备在Protues中仿真使用。程序是设计的关键，程序的调试需要大量的时间，耐心，还够要有足的细心才能成功。本设计中就出现了大量的错误，经过认真修改，最终才能运行出正确结果。最后的系统仿真是设计是否成功的验证，是设计不可缺少的重要环节。这就要求能掌握Protues的一些基本操作。2原理分析 2.1矩阵键盘的扫描 图2.1 矩阵键盘图

如图2.1所示，单片机的8个I/O口和矩阵键盘相连，用8个I/O口来控制矩阵键盘的16个按键是非常有意思的，首先我们设置单片机的PD0—PD7为输出，且PD0—PD3依次设置为低电平，而PD4—PD7设置为高电平，然后我们设置PD4—PD7为输入，而PD0—PD3仍然为输出，假如此时M1键按下，则PD0与PD4相连，因为PD0是低电平，而PD4是输入，所以PD4会被拉为低电平，同理，如果M2被按下，则PD5会被拉低，M3按下，PD6会被拉低，M4按下，PD7被拉低。这是判断有无键盘按下的过程，当我们判断是那一个键盘按下时，我们首先设置8个I/O口为输出，输出为FE,即，PD0为低电平，其他全为高电平，然后我们设置PD4—PD7为输入，如果M1被按下，则PD4会比被拉为低电平，此时会变成EE,同理可以知道M2被按下时会变为DE,M3被按下时会变为BE,M4被按下时会变为7E。同理我们可以设置8个I/O口输出FD来检测M5—M8是否被按下，设置8个I/O口输出FC来来检测M9—M12,设置8个I/O口输出F7来检测M13—M16,如果M1—M4没有被按下，就继续检测M4—M8,一次类推，就可以检测出16个按键了。在这次设计中，16个按键M1—M16所对应检测值分别为：EE，DE，BE，7E，ED，DD，BD，7D，EB，DB，BB，7B，E7，D7，B7，77。 2.2 数字显示与计算 本次设计选用的显示器是1602液晶显示器，此液晶显示器能显示32个字符，VSS接地,VDD接电源正极，E为时使能信号，R/W为读写选择端（H/L），RS为数据/命令选择端（H/L）,D0—D7为数据I/O口。 首先我们初始化液晶显示器，然后显示出第一个被按下的数，并且使光标右移，如果有第二个数按下，则据继续显示，以此类推，然后把所有显示出来的数换算成一个数，如果按下“+”号，则显示出“+”，并且同理显示出“+”号后面按下的数字，然后调用加子程序，运算出结果，如果按下的是“-”,则调用减子程序，如果按下“*”，则调用乘子程序，如果按下“/”，则调用除子程序。然后再调用显示结果子程序，显示出结果。

VerilogHDL简单计算器设计

目录 第一章设计目的及任务要求..................................................................................... 错误!未定义书签。 设计目的................................................... 错误!未定义书签。 设计任务................................................... 错误!未定义书签。 课设要求................................................... 错误!未定义书签。第二章设计思路............................................... 错误!未定义书签。 设计总体框图............................................... 错误!未定义书签。 设计原理................................................... 错误!未定义书签。 计算其原理............................................. 错误!未定义书签。 数码显示原理........................................... 错误!未定义书签。 八位数码管扫描的原理................................... 错误!未定义书签。第三章设计源程序及分析....................................... 错误!未定义书签。 计算器模块................................................. 错误!未定义书签。 计算器源程序........................................... 错误!未定义书签。 计算器程序分析......................................... 错误!未定义书签。 数码管显示部分...................................................................................................... 错误!未定义书签。 数码管显示源程序.......................................................................................... 错误!未定义书签。 数码管显示程序分析..................................................................................... 错误!未定义书签。 循环扫描模块........................................................................................................... 错误!未定义书签。 循环扫描程序................................................................................................... 错误!未定义书签。 循环程序分析................................................................................................... 错误!未定义书签。 总程序及其分析...................................................................................................... 错误!未定义书签。第四章时序仿真和结果验证..................................................................................... 错误!未定义书签。