示波器设计说明书非多媒体类

示波器设计说明书参赛编号参赛学校上海第二工业大学参赛成员2016年1月23日1简介311作品创意/项目背景312项目实施计划32总体设计421系统功能4211功能概述4212功能说明422系统软硬件平台4221系统开发平台（含开源/第三方工具）4222系统运行平台523关键技术524作品特色53详细设计说明631系统结构设计6311技术架构6312功能模块设计6313关键功能/算法设计632数据结构设计6321存储数据61数据库62文件存储7322接口（模块接口、系统间接口）7323关键数据结构733系统界面设计7331界面设计风格7332主要功能页面7333WEB网站页面结构设计74系统安装及使用说明95总结106附录1161名词定义1162参考资料1163源代码清单111简介11作品创意/项目背景【介绍本作品的创意来源，产生背景，作品的主要功能，成果的应用目标等。】电子、电气、通信等专业包含许多与电和信号有关的课程，这些课程的实验或实训都需要使用相关工程软件来模拟仿真实际电路或信号，这些仿真软件可以用来验证科学结论，在实际实验前可以用来预测实验结果，深化学生对课本知识的理解，而且使用这些软件可以降低学习或科研的成本，提高工作效率。本APP类似于MATLAB。但这些工程软件只能在个人电脑上运行，笔记本电脑不如手机携带更加轻便，如果能够开发出一款在安卓手机上运行的仿真软件，那么则会有更多的学生受益。通过调用函数来模拟这些基础典型信号，并控制它们的波形特征，有助于我们将理论与实际联系起来，充分发挥手机的能力实现在现实中无法满足的实验条件。示波器APP可以演示正弦信号、余弦信号、抽样信号、周期矩形信号，同时可以实时地改变波形的相关参数如周期、幅度的倍数，以及方波叠加次数，通过对比波形某些特征的变化来掌握波形的基本变换，除绘制简单的波形外还可以验证一些数学结论的正确性比如傅里叶级数，抽样信号将在压缩到一定极限时转换为单位脉冲信号，改变叠加次数N可以观察到吉布斯现象。而这些都是实验室里难以做到或观察到的。项目实施计划【介绍作品创作过程中的人员分工、设计制作进度安排等。】1显示正弦波；2实现正弦波动画，解决程序退出时会意外崩溃；3增加波形，语音提示；4美化界面，添加各种参数设置的功能；5启动动画6测量坐标；7测量最值，并可以随时隐藏测量工具；8改变测量工具外观。2总体设计【本章对系统实现的功能、开发技术和应用环境进行介绍。】21系统功能211功能概述【概述系统实现的主要功能，包括系统性能。需给出系统功能的框架结构图，样例如图1所示。】示波器绘制坐标轴函数发生器设置绘制坐标轴测量绘制波形动画绘制测量工具转屏停止动画转屏保存设置参数正弦函数抽样函数周期矩形脉冲函数余弦函数采样频率测量开关对比开关参数设置（N、A、T）画笔风格测量任意点坐标值测量最值图1系统功能框架图212功能说明【对系统功能分层逐一详细说明。注意此处给出的是从用户角度看到的功能。】绘图面板展示波形、测量坐标及测量最大值、最小值。底部操作区用来控制显示的正弦波、抽样波、方波及余弦波，同时可以在绘制之前或绘制时控制采样频率（采样频率越高波形越准确平滑，采样频率越低波形越失真，变化越快。越往右采样频率越低）。顶部设置区用来设置是否允许测量及对比波形，改变波形参数。22系统软硬件平台221系统开发平台（含开源/第三方工具）【介绍系统开发所使用的软件和硬件环境，包括所用到的开源平台、第三方工具。给出使用操作系统的名称、生产厂家、版本号等。给出所用开源平台的官方网站、版本，该平台提供的功能。如关键算法的实现或部分实现调用了第三方工具或源代码，请标出其出处，写明已实现的功能。给出使用数据库的名称、生产厂家、版本号等。如使用了多种数据库，则要说明如何实现相互之间的关联。给出使用的硬件设备，型号、生产厂家等。】操作系统名称MICROSOFTWINDOWS81PROFESSIONALX64,生产厂家MICROSOFT,版本号BUILD9600NT63。开源平台的官方网站DEVELOPERANDROIDCOM，JDK8U20WINDOWSX64HTTP/WWWJAVACOM/ZH_CN/JAVA8JAVA程序的编译及运行；ECLIPSEIDEFORJAVAEEDEVELOPERSHTTP/WWWECLIPSEORG/LUNAJAVA程序开发；ANDROIDSDKWINDOWSHTTP/DEVELOPERANDROIDCOMADT2304安卓程序开发；设备戴尔便携式电脑；型号戴尔INSPIRON7520；主板厂商戴尔。222系统运行平台【介绍系统运行时需要的软件和硬件环境。指明系统是集中式还是分布式的，说明设备的部署要求。提供系统通信网络的详细描述,表示系统组件是如何连接的。说明每台硬件设备上部署的系统软件，包括版本要求】。需要安卓422以上，需要支持ARMV7指令集的CPU，需要的最小RAM为512MB。23关键技术【介绍作品完成所用到的各项关键技术，包括开发技术和理论技术。】完成这款示波器应用需要掌握JAVA编程语言、ANDROID手机编程、XML编程语言、信号与系统频域分析及傅里叶级数。24作品特色【重点介绍本作品在创意、开发实现、应用等方面的亮点，有特色的功能，团队重点解决的问题等。】通过调用函数来模拟这些基础典型信号，并控制它们的波形特征，有助于我们将理论与实际联系起来，充分发挥手机的能力实现在现实中无法满足的实验条件。这块示波器APP界面简洁，功能相对完善，可以演示正弦信号、余弦信号、抽样信号、周期矩形信号，同时可以实时地改变波形的相关参数如周期、幅度的倍数，以及方波叠加次数，通过比较波形某些特征的变化来掌握波形的基本变换，除绘制简单的波形外还可以验证一些数学结论的正确性比如傅里叶级数，抽样信号将在压缩到一定极限时转换为单位脉冲信号，而这些都是实验室里难以做到或观察到的。本应用将ANDROID、JAVA、信号与系统、复变函数等多门学科巧妙地融为一体。通过拖动测量点还可以测量任意点的坐标值以及最值。这款应用甚至可以直接供教师在教学时动态地展示相关内容，不仅能增加课堂的趣味性还可以调动大家的积极性，提高学生对书本知识的理解。本应用将ANDROID、JAVA、信号与系统、复变函数等多门学科巧妙地融为一体。通过拖动测量点还可以测量任意点的坐标值以及最值。这款应用甚至可以直接供教师在教学时动态地展示相关内容，不仅能增加课堂的趣味性还可以调动大家的积极性，提高学生对书本知识的理解。3详细设计【对系统或子系统实现方法进行详细说明。】31系统结构设计311技术架构【说明系统实现采用的关键技术，B/S、C/S平台和移动平台，说明选用该技术的原因。使用的关键开发技术框架说明。】ANDROID2D绘图技术、利用SURFACEVIEW和定时器实现动画，安卓移动平台。当程序需要更新VIEW上的图像是，必须重绘VIEW上显示的整张图片，新线程无法直接更新VIEW组件，而使用SURFACEVIEW来代替VIEW则可以解决上述问题。312功能模块设计【给出系统开发的功能模块结构图，并说明系统按照什么原理进行划分，系统将由哪些部分，或层次组成。用图的形式将各个模块之间的调用关系说明清楚。如果采用面向过程的开发技术，给出主要的函数结构和调用关系图；如果采用面向对象的方法进行设计，模块调用关系图相当于包（PACKAGE）图。】系统主要有两部分构成，分别是启动动画SPLASHACTIVITY和主界面MAINACTIVITY。DRAWVIEW为测量工具，MAX_MIN是为求最大值和最小值定义的类。313关键功能/算法设计【给出系统关键功能的实现流程图或算法设计流程图，功能优化的技巧等。数据库系统如使用了存储过程也应在此进行介绍。注此小节为可选单元，“程序设计应用类”项目必写。】32数据结构设计【一般而言数据分为存储数据，交换数据及内部逻辑数据，而前两类数据是系统和外部系统之间，以及系统内部模块间交换用的，内部逻辑数据是模块内为了实现一定的逻辑功能而设计的。】321存储数据【存储数据是指系统产生的需长期存放在存储介质上的数据，一般系统都将重要数据存放在存储介质上，且存放在存储介质上的数据往往其他系统也可以访问到。根据存储方式的不同又可以分为数据库和文件等方式。】1数据库【使用VISIO或直接使用数据库管理系统建立系统数据库的数据对象模型。画出建立的逻辑数据模型ER图，给出数据字典，即列表说明数据库中每个表及视图的字段、主键、外键、约束和索引等，如表1所示。注此小节为可选单元，“数据库应用系统类”项目必写。】表1图书信息表数据表名BOOKINFO中文描述图书信息表字段名称字段描述数据类型长度是否允许空缺省值备注BOOKISBN图书出版号VARCHAR20NNULL主键BOOKNAME书名VARCHAR50NNULL索引PUBLISH出版社VARCHAR50YNULLAUTHORNAME作者名VARCHAR30YNULLPRICE图书价格FLOAT8N002文件存储【如果存储方式为文件，应给出文件的路径及读取方式，完整清楚地说明文件的命名规则。对存放在文件中的数据格式和含义应进行说明。注此小节为可选单元，根据项目实现所选用的数据存储方式选择编写。】322接口（模块接口、系统间接口）【包含系统间或者模块间用来交换信息用的数据，它是系统接口或者模块接口的一部分，是系统间或者模块间交换信息的桥梁。交换数据方式也可以分为共享数据（共享文件，共享内存等）、通讯协议、参数传递、抛异常等方式。无论采用何种方式必须详细说明数据（协议）的格式及含义。注此小节为可选单元，没有使用交换数据的项目不必编写。】323关键数据结构【指关键信息在内存中的数据存储结构。如果采用面向对象的程序设计，这里应该给出就是概念数据模型（即类图）。注此小节为可选单元，“程序设计应用类”项目必写。】33系统界面设计331界面设计风格【给出主页面的视图。阐述页面的布局，页面的图标设计及其功能说明、图像风格等。】主页面大致可以分为三个部分，绘图面板展示波形、测量坐标及测量最大值、最小值。底部操作区用来控制显示的正弦波、抽样波、方波及余弦波，同时可以在绘制之前或绘制时控制采样频率（采样频率越高波形越准确平滑，采样频率越低波形越失真，变化越快。越往右采样频率越低）。顶部设置区用来设置是否允许测量及对比波形，改变波形参数。图标以简约化的扁平风格为主。332主要功能页面【介绍主要功能页面，并简要介绍这些页面的设计特色、操作方法。】图2画笔风格设置图3波形参数设置图4测量图5对比333WEB网站页面结构设计【介绍WEB网站的页面导航，给出WEB网站的页面关系图，如图2所示。】注此小节为可选单元，“WEB网站设计”项目必写。】图2WEB网站页面结构图4系统安装及使用说明系统安装系统需要安装在系统版本为ANDROID422及以上的安卓手机，需要支持ARMV7指令集的CPU，需要的最小RAM为512MB，不推荐使用三星手机。使用说明1主界面大致分为三个部分，最下方的按钮用来控制要显示的波形，拖动采样频率滑动条可以改变波形（采样频率越高波形越准确平滑，采样频率越低波形越失真，变化越快。越往右采样频率越低）。2波形会在屏幕中央区域显示。3在设置中可以改变波形的幅度周期倍数以及方波的叠加次数，叠加次数越高波形越接近理想周期矩形脉冲，叠加次数N若为偶数，则波峰为N/2,若为奇数N，则波峰数是（N1）/2，将具有不连续点的周期函数（如矩形脉冲进行傅立叶级数展开后，选取有限项进行合成。当选取的项数越多，在所合成的波形中出现的峰起越靠近原信号的不连续点。当选取的项数很大时，该峰起值趋于一个常数，大约等于总跳变值的9。N赋值不宜上万，几百就够了。4勾选对比复选框，则可以保留之前绘制的波形。5打开测量按钮，可以测量任意点的坐标，在一条完整的波形绘制出后会显示其最大值、最小值。5总结【对作品的创意、开发实现过程进行总结，给出作品的改进方向。】1绘图和动画1通过继承VIEW组件来开发自定义VIEW，重写ONDRAW方法先要把想要画的图形绘制出来。2使用定时器实现动画，但是新建的线程不能直接修改组件，必须通过HANDLER来传递消息，这样绘图太繁琐，而且效率不高，必须每次画出整张画面，所以考虑使用SURFACEVIEW来解决这些问题。3采用画点的方式，画出的点是分立的，波形不漂亮，尤其是会出现跳变的方波，所以改用画路径的画图方式。方波不能只是周期性的画横线竖线，而是应该反应出吉布斯现象才算准确。绘图时考虑到需要绘制的区域需要得到左、上、右、下的坐标。抽样函数会出现除数为零的异常，需要把X0是的点单独求坐标，把X0换成X0001。4定时器线程还没有结束就退出程序或是旋转屏幕会出现程序崩溃，所以需要在ANDROID生命周期ONSTOP等方法中结束线程。5每次新画波形时有时会残留一些痕迹，分析程序是因为画新的波形前，先刷新了面板，后结束的线程，所以要把结束线程的代码放到刷新面板之前。6测量时，坐标显示固定，给坐标增加一个文本框，同时可以随测量点的位置改变，并且不会超出屏幕范围。2程序优化将原本在定时器里产生纵坐标的实现代码单独拿出来，定义了一个方法，这样就可以在其他地方也可以使用这个方法，实现代码的复用。将求最值的方法单独定义成一个类，便于代码的复用，减少主程序的负担，提高程序的颗粒度。改进方向可以放大绘制的波形，并且能够左右移动，来查看超出面板的波形。坐标轴上显示单位刻度。支持用户自定义函数，来产生对应波形。可以录音并把声音信号的波形绘制出来。可以把任何波形从时域的绘制转换到频域绘制。6附录61名词定义【列出本文档中用到的可能会引起混淆的专业术语、定义或缩写的原文。】名词/缩写说明62参考资料【列出设计说明书中引用的文献或资料，资料的作者、标题、出版单位和出版日期等信息，样例如下。】1疯狂ANDROID讲义李刚编著。2版北京电子工业出版社，2013363源代码清单实现求某点坐标的功能PUBLICFLOATPOSITIONINTBUTTONID,FLOATDRAWXFLOATDRAWY0FSWITCHBUTTONIDCASERIDSINDRAWYFLOATCENTERYA100MATHSINDRAWX/T2MATHPI/150/SIN得到的值是DOUBLE型的BREAKCASERIDSAMPLEDRAWYFLOATCENTERYA160MATHSINDRAWXWIDTH/2/T2MATHPI/120/DRAWXWIDTH/2/T2MATHPI/120IFDRAWXWIDTH/2DRAWYFLOATCENTERYA160MATHSINDRAWX0001WIDTH/2/T2MATHPI/120/DRAWX0001WIDTH/2/T2MATHPI/120/防止XWIDTH/2时产生突变BREAKCASERIDSQUAREDOUBLECY0FORINTN1NNNCYCYMATHCOS2MATHPI/140NDRAWX/T/12MATHSINN702MATHPI/140/2/N702MATHPI/140/2DRAWYFLOATCENTERYA150CYFLAGSQUARETRUEPAINTFUNSETSTROKEWIDTH3/画方波时画笔变细PAINTFUNSETANTIALIASFALSEBREAKCASERIDCOSDRA