基于LabVIEW的8路抢答器设计与实验*

刘厚锐 李宗平 王少坤

(西北农林科技大学水利与建筑工程学院 陕西 咸阳 712100)

抢答器，广泛地应用于科学知识竞赛、文娱活动等各种场合[1].随着互联网科技的进步与发展，可以利用软件编程的方法实现抢答器的设计与构建[2].本次实验设计的8路抢答器所使用的是LabVIEW软件.

LabVIEW是基于图形化编程语言的开发应用软件，其最大的优点就是直观易懂，编程效率高且运行速度快[3]，多个虚拟仪器的组合可以组成测试系统[4].它充分利用计算机系统强大的数据处理能力，在基本硬件的支持下，用户通过鼠标或键盘操作软面板来完成信号采集与控制，信号分析与处理，测量结果的存储、显示与输出等功能，通过软、硬件的配合来实现传统仪器的各种功能[5].非常适合于虚拟教学实验系统的设计和开发.利用LabVIEW的以上优点和功能来设计8路抢答器，可保证在抢答过程中的公正、透明，具有很强的可操作性和实用性.

1 实验设计方案

设计8人参与的抢答竞赛程序，可以完成抢答的信号及结果判断、自动计分、倒计时和违规判断等功能.抢答判别的流程图如图1所示.

(1)设定答题时间、加分值及扣分值，在主持人没有点击开始抢答前若有选手抢答将显示违规提示，“几号违规”.

(2)主持人点击开始抢答后，若时间到，报警指示灯亮起，在设定的答题时间内如果没有选手抢答,系统将显示违规提示，“没有选手答题”；若有人抢答，则显示最先抢答号数，此时可以重新设定答题时间并将答题时间清零，对选手作答时间进行倒计时，选手开始作答.

图1 抢答判别流程图设计

(3)选手如果在规定时间内作答，回答正确，评委点击“正确”按钮加分，同时系统将自动将倒计时间清零；回答错误点击“错误”按钮扣分，同时系统将自动将倒计时间清零.如果答题时间到，报警指示灯亮起未在规定时间内作答，则显示违规提示，“答题超时”.

(4)点击下一题重新开始抢答.点击退出返回按钮，可以停止系统运行并关闭前面板[6].

2 8路抢答器的设计

2.1 前面板的设计

LabVIEW提供了大量外观与传统仪器类似的控件.在创建用户界面时，使用连线的方式即可对数据进行链接和操作[7].LabVIEW软件具备独特的程序运行模式，前面板程序界面能够像动画一样运行，让用户能方便地观察到前面板随程序的调节发生的变化，有利于用户对程序的开发与仿真调试.本实验根据设计思路，在前面板设计如下：首先创建3个按钮，分别是开始按钮、下一题按钮以及退出返回按钮.当点击开始抢答按钮时，选手开始抢答.当活动结束时点击退出返回按钮可退出程序并关闭前面板.点击下一题按钮时，可结束本次抢答并进入下一答题时间；创建8个选手抢答按钮显示控件以及8个布尔方形指示灯，用来观察抢答情况；创建3个数值输入控件，用来设置答题时间、加分值及扣分值；创建一个布尔圆形指示灯，可进行时间报警提示；再设置两个按钮用来由主持人判断选手作答是否正确；创建3个字符显示控件，用来显示最先抢答号数、倒计时间以及违规提示.最终设计好的前面板如图2所示.

图2 8路抢答器的前面板

2.2 程序框图的设计

LabVIEW 软件采用简单直观的图形化编程方式，程序框图采用模块化的设计思想，该设计共分为3个模块，分别为抢答过程及计分程序、倒计时显示及违规提示程序、抢答结束进入下一题以及系统停止运行程序.

2.2.1 抢答过程及计分程序

(1)判断最先抢答号数及违规提示语的显示

创建整体的while循环结构，在循环内部创建事件结构，用于选手抢答按钮键值改变；创建条件结构用以判断最先抢答号数，提示抢并且答信息该选手的抢答指示灯亮起，同时判断该抢答信号是否存在开始之前抢答的违规情况，若存在违规情况则显示违规提示信息.

(2)开始抢答及初始状态设置

在上述(1)中创建的事件分支后面添加条件分支，事件源为开始抢答控件值改变.同样创建条件结构，通过赋值的形式设置初始状态.

(3)通过选手作答结果判断是否进行加分及扣分

事件结构内部嵌套两级条件分支，第一级事件源分别为正确按钮与错误按钮值改变，同时创建第二级条件结构，进行分数的计算并显示得分数.

通过以上3步设计，可以完成抢答信号的判断、开始抢答及抢答结果的计分.本部分程序框图如图3所示.

图3 抢答过程及计分程序

2.2.2 倒计时显示及违规提示程序

创建两级条件分支结构，一级分支选择器与各选手抢答按钮控件局部变量值的复合运算或输出端相连，二级分支选择器与已用时间函数结束端相连.该部分的程序框图如图4所示.

图4 倒计时显示及违规提示

2.2.3 抢答结束进入下一题以及系统停止运行

(1)点击下一题控件按钮后，程序恢复初始状态.添加条件结构分支，事件源为下一题控件值改变，同样通过条件结构及赋值的方式设置，该部分程序框图如图5所示.

(2)系统停止运行.点击前面板退出返回按钮后，系统停止运行并关闭前面板.添加事件结构分支，事件为本Ⅵ前面板关闭，通过布尔值和退出返回布尔控件共同控制程序的停止并返回.在循环结构外创建条件结构，调用本Ⅵ，创建调用节点，选择方法为前面板关闭，将两者相连.

最终设计好的程序框图如图6所示.

图5 点击下一题并恢复初始状态

图6 设计完成的程序框图

3 程序仿真及调试

通过以上前面板和程序框图的设计后，进行实验的仿真及调试.点击前面板左上方工具栏上的运行按钮，运行该程序.通过前面板里的数值输入控件设置该题目的加分值为3分，扣分值为1分，答题时间为5 s，然后点击抢答按钮仿真，程序运行结果如图7所示.面板显示3号抢答成功，开始抢答，然后倒计时开始.抢答结束后，由评委觉得是否正确，点击正确或者错误按钮，随后程序自动计分，然后主持人点击下一题按钮继续竞赛过程.

图7 抢答结果显示

4 结束语

基于对8路抢答器的设计，利用LabVIEW来设计和开发虚拟仪器，具有很大的前瞻性及现实意义.其图形化的编程语言使整个程序都可视化，易理解，具有强大的应用优势.这不仅对我们解决电子学问题提供了新的方法和思维，也有助于提高学生的学习积极性，更好地参与到学习中去.充分发挥了“软件就是仪器”的优势，能够灵活方便地增添或删减仪器，具有较强的实时性及可扩展性.除此之外，利用虚拟实验系统和网络资源，降低了实验开发成本，大幅度提高设备利用率，使我们的生活更加信息化.