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骑士危
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1 投稿類別 : 資訊類篇名 : 作者 : 陳宣銘高雄市立高雄高工資訊科三乙康漢威高雄市立高雄高工資訊科三乙周連承高雄市立高雄高工資訊科三乙指導老師 : 陳彥良老師

2 壹前言一研究動機在學到電以學的十一章波形時, 並沒有深入的去了解到波形的變化本次要探討的就是, 關於波形在輸入不同的電阻值以及電容值時, 波形將會產生甚麼樣的變化, 並可以讓使用者選擇正弦波方波以及三角波以便比較其他波形的結果二研究目的 1. 在電腦中模擬出基本的波形 2. 可用來簡單比對出各波形在施予不同條件下的差異三研究方法 ( 一 ) 研究架構 1. 準備 : 進行文獻探討及建置開發程式所需的環境 2. 流程規劃 : 設計需要的條件 3. 程式設計 : 將上述演算法轉為 VB 程式, 並進行偵錯 4. 實際測試 : 挑選一個任意的數值, 實際測試, 執行程式 1

3 ( 二 ) 研究工具 1. 硬體 : 個人電腦一台 2. 軟體 :Visual Studio 2012 貳正文一操作流程及表單物件介紹 1. 操作流程介紹 2. 表單物件介紹 : 圖 1 操作流程圖 2a 表單物件功能介紹 2

4 物件名稱功能 Label 1. Label1 顯示文字 R = 2. Label2 顯示文字 C = 3. Label3 顯示文字 Vcc = 4. Label4 顯示文字 f = 5. Label5 顯示文字 Vp-p = 6. f 顯示經計算後得到的頻率 7. Vpp 顯示經計算後得到的峰對峰值 TextBox 8. R 讓使用者輸入電阻值 9. C 讓使用者輸入電容值 10. Vcc 讓使用者輸入電壓值 ComboBox 11. ComboBox1 讓使用者設定 R 的單位 (Ω ~ MΩ) 12. ComboBox2 讓使用者設定 C 的單位 (μf ~ F) 13. ComboBox3 讓使用者設定 Vcc 的單位 (V) Button 14. Button1 顯示正弦波的按鈕 15. Button2 顯示方波的按鈕 16. Button3 顯示三角波的按鈕 17. Button4 清除所有波型的按鈕圖 2b 表單物件功能介紹 Public Class Form1 Dim formgraphics As System.Drawing.Graphics ' 建立 "formgraphics" 為 Graphics 物件提供在顯示裝置上繪製物件 Dim R1 As Single ' 輸入的 R 值 Dim C1 As Single ' 輸入的 C 值 Dim V1 As Single ' 輸入的 Vcc 值 Dim f1 As Single ' 正弦波頻率代數 Dim Vpp1 As Single ' 正弦波峰對峰直代數 Dim f2 As Single ' 方波頻率代數 3

5 Dim Vpp2 As Single ' 方波峰對峰直代數 Dim f3 As Single ' 三角波頻率代數 Dim Vpp3 As Single ' 三角波峰對峰直代數圖 3 程式中宣告的基本物件二相關資料結構介 1. 介紹物件 Private Sub ComboBox1_SelectedIndexChanged(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles ComboBox1.SelectedIndexChanged 'R 的單位 If ComboBox1.Text = "Ω" Then 'ComboBox1 選到 Ω 的時候 R1 = Val(R.Text) ' 輸入的電阻值維持原狀 ElseIf ComboBox1.Text = "kω" Then 'ComboBox1 選到 kω 的時候 R1 = Val(R.Text) * (10 ^ 3) ' 輸入的電阻值乘上 10 的 3 次方 ElseIf ComboBox1.Text = "MΩ" Then 'ComboBox1 選到 MΩ 的時候 R1 = Val(R.Text) * (10 ^ 6) ' 輸入的電阻值乘上 10 的 6 次方 End If End Sub 圖 4 依照在 ListBox 所選擇的單位變動 ( 電容電壓亦同 ) 1 Pen : 定義用來繪製直線與曲線的物件 2 Graphics: 封裝 GDI+ 繪圖介面 3 CreateGraphics : 建立控制項的 Graphics 4 DrawRectangle : 繪製矩形 5 Dispose : 執行與釋放 (Free) 釋放 (Release) 或重設 Unmanaged 資源相關聯之應用程式定義的工作 Dim mypen As New System.Drawing.Pen(System.Drawing.Color.Black) ' 建立一個可畫線的物件 "mypen" 並設定為黑色 Dim formgraphics As System.Drawing.Graphics ' 建立 "formgraphics" 為 Graphics 物件提供在顯示裝置上繪製物件 formgraphics = Me.CreateGraphics() ' 使 "formgraphics" 為繪製到 Form 物件中的 Graphics 物件 formgraphics.drawrectangle(mypen, New Rectangle(300, 20, 400, 400)) ' 用 "mypen" 畫出一個由座標 (300,20) 到 (700,420) 的矩形區域 mypen.dispose() ' 布置 mypen 4

6 2. 畫出表格 formgraphics.dispose() ' 布置 formgraphics 圖 5 宣告畫波形需用到的物件產生表格, 將整個顯示面板分成 10*10 格且原點在正中心設好表格的大小及座標, 用 Graphics 把 From 當作畫布, 畫出所需要的線條 1 DrawLine: 繪製連接兩個 Point 結構的直線 2 Width: 調整線條的粗細 3 Drawing.Color: 改變線條的顏色 Dim Pen As New System.Drawing.Pen(System.Drawing.Color.Black) ' 建立一個可畫線的物件 "mypen" 並設定為黑色 formgraphics = Me.CreateGraphics() ' 使 "formgraphics" 為繪製到 Form 物件中的 Graphics 物件 For i As Integer = 300 To 700 Step 40 ' 用 For 迴圈使 i 的值等於 300 到 700, 每跑一次迴圈增加 40 formgraphics.drawline(pen, i, 20, i, 420) ' 固定 y 座標為 20 到 420, 畫從 (i,20) 到 (i,420) 的線,i 每次加 40 到 700 為止, 總共劃出 10 條線 Next For o As Integer = 20 To 420 Step 40 ' 用 For 迴圈使 i 的值等於 20 到 420, 每跑一次迴圈增加 40 formgraphics.drawline(pen, 300, o, 700, o) ' 固定 x 座標為 300 到 700, 畫從 (300,o) 到 (700,o) 的線,o 每次加 40 到 700 為止, 總共劃出 10 條線 Next mypen.dispose() ' 布置 mypen formgraphics.dispose() ' 布置 formgraphics Dim PenB As New System.Drawing.Pen(System.Drawing.Color.Black) ' 建立一個可畫線的物件 "PenB" 並設定為黑色 PenB.Width = 3 ' 把 PenB 的寬度變為 3 formgraphics = Me.CreateGraphics() ' 使 "formgraphics" 為繪製到 Form 物件中的 Graphics 物件 formgraphics.drawline(penb, 300, 220, 700, 220) ' 讓 PenB 畫一條 (300,200) 到 (700,220) 的線當 x 軸 formgraphics.drawline(penb, 500, 20, 500, 420) ' 讓 PenB 畫一條 (500,20) 到 (500,420) 的線當 y 軸圖 6 畫出表格 5

7 3. 畫出波形輸入 R C 以及 Vcc 的數值以及右方的 Listbox 選取單位, 並選擇所要輸出的波形後將算出的波形頻率跟峰對峰值, 並顯示其結果 ' 帶入算出的值, 畫出方波波形 formgraphics = Me.CreateGraphics() formgraphics.drawline(pen2, 300, 220, 300, ((Vpp2 / 2) / 5) * 40) ' 判斷方波第一個正波週期是否會超過表格 If b < 700 Then ' 如果不會超過, 直接畫 formgraphics.drawline(pen2, 300, a, b, a) ElseIf b = 700 Then ' 如果會剛好, 就直接畫到底並畫線到 x 軸 formgraphics.drawline(pen2, 300, a, 700, a) formgraphics.drawline(pen2, 700, a, 700, 220) ElseIf b > 700 Then ' 如果會超過, 畫到底就好 formgraphics.drawline(pen2, 300, a, 700, a) End If formgraphics.drawline(pen2, b, a, b, a) ' 下面依序畫出各個波 If * b < 700 Then formgraphics.drawline(pen2, b, a, * b, a) ElseIf * b = 700 Then formgraphics.drawline(pen2, b, a, 700, a) formgraphics.drawline(pen2, 700, a, 700, 220) ElseIf * b > 700 Then 圖 7 輸出波形 ( 方波後續程式碼略同, 因此省略 ) Private Sub Button3_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles Button3.Click ' 帶入算出的值, 畫出三角波波形 formgraphics.drawline(pen3, 300, 220, (1 / f3 * 5000), ((Vpp3 / 2) / 5) * 40) ' 從波形起點 (300,220) 畫到半 Vpp,4 分之 1 週期 ) ' 依序往下畫 formgraphics.drawline(pen3, (1 / f3 * 5000), ((Vpp3 / 2) / 5) * 40, * (1 / f3 * 5000), 220) formgraphics.drawline(pen3, * (1 / f3 * 5000), 220, * (1 / f3 * 5000), ((Vpp3 / 2) / 5) * 40) 6

8 formgraphics.drawline(pen3, * (1 / f3 * 5000), ((Vpp3 / 2) / 5) * 40, * (1 / f3 * 5000), 220) formgraphics.drawline(pen3, * (1 / f3 * 5000), 220, * (1 / f3 * 5000), ((Vpp3 / 2) / 5) * 40) formgraphics.drawline(pen3, * (1 / f3 * 5000), ((Vpp3 / 2) / 5) * 40, * (1 / f3 * 5000), 220) formgraphics.drawline(pen3, * (1 / f3 * 5000), 220, * (1 / f3 * 5000), ((Vpp3 / 2) / 5) * 40) 圖 8 輸出波形 ( 三角波 ) 利用計算出來的值配合 Graphics 座標畫線, 再利用的 VB 內建的數學函式 Sin( ) 帶入方程式 V(t)=Sin(2*π*F*t) 將其的前一個點與後一個點連線做出 For X = 0 To 單邊時間軸的總度數 Step 2 ' 每 2 度畫一線段 ' 求出對應的 X 軸座標, 因為 5 格總像素為 100, 所以求出比例後乘以 100 注意中心點為 (100,100) enx = (X / 單邊時間軸的總度數 ) * 100 ' 將目前電壓值換算為像素, 先算出目前電壓值佔直軸幾格, 因為每 1 格有 20 點, 所以再乘以 20 f = 0 For i = 1 To N f = f + Sin( 2 * Math.PI * f * t) Next eny = f * 20 grp.drawline(pen, spx, spy, enx, eny) ' 畫出 2 度的線段來組成波形 spx = enx : spy = eny ' 更新下一次畫線時的起點座標 Next 圖 9 輸出波形 ( 正弦波 ) Private Sub Button4_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles Button4.Click formgraphics.clear(color.whitesmoke) ' 表格及波形還原 f1 = f2 = f3 = Vpp1 = Vpp2 = Vpp3 = 0 ' 全數值歸 0 f.text = " " ' 頻率顯示還原 Vpp.Text = " " ' 峰對峰值顯示還原圖 10 將畫面還原 7

9 參結論一程式執行成果圖 11 輸出方波圖 12 輸出三角波 8

10 圖 13 輸出正弦波圖 14 方波與三角波比對二結論 9

11 在這次程式設計當中, 我們剛開始遇到很多問題, 也讓我們學習到了更多不同物件的使用方法, 而為了模擬波形, 也必須去找尋數學方面的知識有些程式其實和數學的知識是息息相關的, 在解決問題的同時有時也必須藉著數學的理論寫出程式遇到的問題如下 : 1. 程式中的座標平面與平常數學的座標並不相同, 一般來說中心點是 (0,0) 但在程式顯示出來中心點卻不是, 在嘗試以及參閱各種方法後, 才能大致理解其觀念, 從第一個波型做到最後, 也開始對峙種座標的表現方法越來越熟悉了 2. 在畫波形上也有很多種方法, 一開始是查網路上的資料, 但發現實在太多種, 而且太過雜亂, 錯誤與否也有待考證, 所以開始重書籍著手, 最後選定以 Graphics 封裝 GDI+ 繪圖介面的方式, 也就成了現在的程式 3. 這次程式製作中, 我們發現發現還可以增加新的東西, 例如 : 畫出波形後可截圖當前波形波形顯示兩種或以上的波形的時候, 可以讓波形的顏色不同, 以便清楚對照在表格上加入單位的顯示, 以免造成使用者的的不清楚等, 在未來進一步的研究或發展上, 都非常值得加入肆參考資料資訊教育研究室 Visual Basic 2012 從零開始潘皇玉 Visual Basic 2012 程式設計實例 ( 第三版 ) 莊利吉 Visual Basic 2008 利用傅立葉級數進行方波模擬 10

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