捅芰 隨著軍用武器裝備高可靠性和小型化的需要，v x i 總線測試平臺在各種武器 裝備的測試與維護系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。以任意波發(fā)生器為代表的通用信號 源，是現(xiàn)代測試領(lǐng)域內(nèi)應用最為廣泛的通用儀器之一。由于它可產(chǎn)生包括各種理 想及非理想的波形信號，不但可以產(chǎn)生純凈的正弦波、方波、三角波等常規(guī)波形， 而且可以產(chǎn)生線性調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)幅信號以及程控占空比的低占空比方波，更為 重要的是，能夠根據(jù)用戶測試需求生成任意波形。因此廣泛用于通信、雷達、導 航、宇航等領(lǐng)域。 本課題的主要任務是v x i 任意波形發(fā)生器應用軟件的開發(fā)，包括軟面板和波 形編輯器。虛擬儀器的最大特點即是拋棄了傳統(tǒng)臺式儀器的操作面板，取而代之 的是計算及顯示能力強大的計算機，使得人機交互界面更加人性化。本軟件使用 的開發(fā)工具是當前流行的虛擬儀器編程語言l a b w i n d o w s c v i 。通過軟面板用戶 可以設置各種波形參數(shù)，進而控制硬件模塊產(chǎn)生相應的波形信號。波形編輯器是 設計過程中的難點及重點，集中體現(xiàn)了任意波形發(fā)生器的“任意”性，它具有強 大的波形生成、編輯及處理功能。波形生成方式有包括數(shù)學方程式產(chǎn)生波形、波 形庫產(chǎn)生波形、導入數(shù)據(jù)文件產(chǎn)生波形等多種靈活多樣的方式；手動繪制波形、 波形段序列組合、算術(shù)處理、加窗、濾波、平滑等編輯處理功能大大豐富了軟件 的內(nèi)容，使得儀器能夠根據(jù)需要產(chǎn)生各種常規(guī)波形及非常規(guī)波形。 型號為e s l 4 v 2 1 的v x i 任意波形發(fā)生器已于2 0 0 3 年1 月通過了設計定型鑒 定，總體上相當于國際九十年代后期的水平。實驗證明，該課題設計的v x i 任意 波形發(fā)生器應用軟件操作簡單、功能齊全，能滿足多種波形的生成及編輯處理要 求。 關(guān)鍵詞：任意波形發(fā)生器軟面板任意波形編輯器 回調(diào)函數(shù)l a b w i n d o w s c v i a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h eh i g hs e c u r i t ya n ds m a l iv o l u m ei nm i l i t a r yw e a p o n e q u i pr e q u e s t ，v x i b u sf l a tr o o fh a v eb e e na p p l l e dt oa l ik i n d so fw e a p o n e q u i pt e s ta n dm a i n t e n a n c e t h eg e n e r a ls i g n a l s o u r c e sr e p r e s e n t e db y a r b i t r a r y w a v e f o r mg e n e r a t o r ( a w g ) h a v eb e c o m et h em o s t p o p u i a r i n s t r u m e n t si nm o d e r n t e s t i n g d o m a i n s a w gc a nn o t o n l yg e n e r a t e c o n v e n t i o n a lw a v e ss u c ha ss i n ew a v e ，t r i a n g l ew a v e ，s q u a r ew a v e ，e t c ， b u ta l s o g e n e r a t e u n c o n v e n t i o n a lw a v e ss u c ha s1 i n e a r f r e q u e n c y m o d u l a t i o nw a v e ，p h r a s em o d u l a t i o nw a v e ，a m p l i t u d em o d u l a t i o nw a v ee t c ， t h em o s ti m p o r t a n t ，i tc a nc r e a t ea r b i t r a r yw a v e s ow ec a nf i n da w gi n c o m m u n i c a t i o n ，r a d a r ，n a v i g a t i o n ，s p a c en a v i g a t i o ne t cf i e l d s t h es o f t w a r ee x p l o i t a t i o no fv x ia r b i t r a r yw a v e f o r mg e n e r a t o ri st h e m a i na i mo ft h i st a s k i ti n c l u d e ss o f tp a n e la n da r b i t r a r yw a v e f o r m e d i t o r ( a w e ) t h em o s ti m p o r t a n tp r o p e r t yi nv i r t u a li n s t r u m e n t ( g i ) i s t h a tt h et r a d iti o n a lo p e r a t ei n t e r f a c eh a sb e e nr e p l a c e db yp c ，w ec a n u s ep c s p o w e r f u l c a l c u l a t ea n d d i s p l a yc a p a b i l i t y t om a k e i n t e r c o m m u n i c a t eb e t w e e nu s e ra n di n s t r u m e n tm o r e e a s y im a d e l a b w i n d o w s c v ia st h ee x p l o i t a t i o nt 0 0 1 s o f tp a n e li su s e dt os e tw a v e p a r a m e t e r sa n dc o n t r o li n s t r u m e n tg e n e r a t ec o r r e s p o n d i n gw a v e f o r m s a n d a w ei st h e e m p h a s e sa n dd i f f i c u l t y i nt h ew h o l es o f t w a r ed e s i g n i t e m b o d i e st h e “a r b i t r a r y ” c h a r a c t e ro fa w g i th a sa 1 1k i n d so f g e n e r a t i n g w a v et o o l ss u c ha s t h r o u g h m a t h e m a t i c f o r m u l a ，t h r o u g h w a v e f o r ms t o r a g e ，i n p u ts p e c i a lp o i n t sa n di n s e r to t h e rp o i n t s i no t h e r h a n d ，i th a sm a n ye d i ta n dp r o c e s sm e t h o d s ，f o re x a m p l e ，u s e rc a nd r a w w a v eb yh a n d ，m a k ea r i t h m e t i cp r o c e s s ，a n dc a na d dw i n d o w ，f i i t e rw a v e ， s m o o t hw a v ee t c s oi th e i pu sc r e a t ea 1 1s o r t so fw a v e f o r m s t h ea w gm o d e la se s ：1 4 v 2 1h a sp a s s e da u t h e n t i c a t i o ni nb e i j i n gi n a p l 2 0 0 3 ，i ti se q u a lt ot h ew o r l dl e v e li nl a t e ro f9 0 a g e s ，b a s e do n e x p e r i m e n t ，w e c a nc a n p r o v e t h ea r b i t r a r yw a v e f o r me d i t o rh a ss o m e c h a r a c t e r s ，i th a sp o w e r f u lf u n c t i o ni nc r e a t i n g 、e d i t i n g 、p r o c e s s i n g w a v e f o r m s ，a n dc a nb em a n i p u l a t e de a s i l y i naw o r d ，i ti ss a t i s f i e dt o g e n e r a t ea l ik i n d so fa r b i t r a r yw a v e f o r m s k e yw o d s ：a r b i t r a r yw a v e f o r mg e n e r a t o r s o f tp a n e l a r b i t r a r yw a v e f o r me d i t o r c a l l b a c kf u n c t i o n l a b w in d o w s c v l 獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工 作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地 方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含 為獲得電子科技大學或其它教育機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料。 與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明 確的說明并表示謝意。 簽名：查堡盞 日期：2 。3 年3 月3 日 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 本學位論文作者完全了解電子科技大學有關(guān)保留、使用學位論文 的規(guī)定，有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和磁 盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)電子科技大學可以將學位論文 的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或 掃描等復制手段保存、匯編學位論文。 ( 保密的學位論文在解密后應遵守此規(guī)定) 簽名：壁壘苤導師簽名： 日期：2 0 0 3 年3 月3 日 v x i 任意渡形發(fā)生器波形編輯較籜的設詩 第一章雩| 言 本章筒貧：癱藩餃器( v i r t u a li n s t r u m e n t ，籬稱v 1 ) 是璦代像詩籌穰蔽零幫莰 器技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物，是當今計算機輔助測試( c a t ) 領(lǐng)域的一項重霧技術(shù)。 焉冀串靜v x i 總線按零雯怒虛瓠儀器中翼騫較大影嫡力豹典型鼗凌。 基于v x i 總線的任意波形發(fā)生器是v x i 系統(tǒng)中的一個典型的和基礎(chǔ)的激勵 源模塊，在設計上它不僅保留了傳統(tǒng)臺式僚意波形發(fā)生器掰其有靜各種功熊，而 且較傳統(tǒng)波形發(fā)生器產(chǎn)生波形的種類多、頻率高，可由計算機直接控制，縣有廣 泛的應用和發(fā)展前景。 1 。 任意波形發(fā)生器簡介 在現(xiàn)代電子測量儀器中，任意波形發(fā)生器( a r b i t r a r yw a v e f o r r ng e n e r a t o r ) ，簡 稱a w g 穆為當找焱瑟豹一類售號灝，歪瓣薤罷l 超入粕茲黧攫。 作為一種基于v x i 總線的卡式儀器，它可以很方便地與v x i 總線測試系統(tǒng) 集成，最大羧度的發(fā)揮詩算狡幫徽旗子菝零在當今溪l 試矮域中翡纛稻，是舞動瓣 試系統(tǒng)中黧要的組成單元之一。它不僅能產(chǎn)生傳統(tǒng)黼數(shù)發(fā)生器所有的正弦、余弦、 方波、三角波、辯波等鬻麓波形鼓投衰減掇蕩歪弦、搖鼗影稼瀋等復雜波形，這 些信號具有所有亳刺、漂移、噪聲及在被測產(chǎn)品離殲實驗室或生產(chǎn)牟間將i 隨到的 箕德異鬻鍍號。囂熬，螽意波形發(fā)叟器已綴廣泛瘦蠲子磁纛驅(qū)動囂羧l 試、秘；蓐數(shù) 據(jù)通信、汽車防報死、發(fā)動機控制、生物醫(yī)學模擬等等領(lǐng)域。 任意波形發(fā)生辯技術(shù)發(fā)展至今，弓| 導援術(shù)辯流鼢仍是躅井酶凡大儀器公司， 如t e k t r o n i x 、a g i l e n t ，其任意波形發(fā)生器產(chǎn)品已經(jīng)形成系列，從裔式機到v x i 模塊都有舉藺橙次靜產(chǎn)晶。 表征a w g 的主要技術(shù)指標有以下三項： ( 1 ) 最高取樣速率：它決定了波形中的最高頻率成份。由奈奎斯特定理可知： 哥述爨的豢蹇頻率不太予二分之一鶼取攆遮率。具體說鄹氛 = l 2 f s ( f m ：摸擬 信號頻寬，f s ：取樣速率) ，由此可見，最高取樣速率越高，輸出模擬信號的帶 寬耱越大，頻率特性藏越好。 ( 2 ) 垂鬣分辨攀：也稱輸出幅度分辨率，主要取決于d a 變換器，以位數(shù)表 示，位數(shù)越嵩，離鼗豹電臻等級熬越多，波形羲越鎦、越_ i 囂糞。 ( 3 ) 波形存儲器容量：以每通道的字節(jié)絨字長襲示，容量越大，存儲的波形 就越復雜或可同時存儲幾個不同的波形。 屯子科技大學碩士畢業(yè)論文 1 2 虛擬儀器簡介 所謂虛擬儀器，就是在以通用計算機為核心的硬件平臺上，由用戶設計定義， 具有虛擬面板，測試功能由測試軟件實現(xiàn)的一種計算機儀器系統(tǒng)。使用者用鼠標 或鍵盤操作虛擬面板，就如同使用一臺專用測量儀器。 隨著虛擬儀器的出現(xiàn)，對于傳統(tǒng)的操作面板帶來了一次革命性的沖擊，虛擬 儀器的最大特點就是拋棄了傳統(tǒng)的操作面板，儀器的操作與顯示需借助計算機強 大的計算與顯示能力來實現(xiàn)，用戶與儀器的交互界面變?yōu)榱擞捎嬎銠C軟件實現(xiàn)， 也即軟面板。 1 2 1 “虛擬”包含的兩方面含義 ( 1 ) 虛擬的儀器面板 虛擬儀器面板上的各種“控件”與傳統(tǒng)儀器面板上的各種“器件”所完成的 功能是相同的。傳統(tǒng)儀器面板上的器件都是實物，而且是用手動進行操作的，而 虛擬儀器面板控件是外形與實物相象的圖標，通、斷、放大等對應著相應的軟件 程序。因此，設計虛擬面板的過程就是在面板設計窗口中擺放所需的控件，然后 編寫相應的程序。 ( 2 ) 由軟件編程來實現(xiàn)的虛擬儀器測量功能 在以p c 為核心組成的硬件平臺支持下，虛擬儀器不僅可以通過軟件編程設 計來實現(xiàn)儀器的測試功能，而且可以通過不同測試功能的軟件模塊的組合來實現(xiàn) 多種測試功能，因此在硬件平臺確定后有“軟件就是儀器”的說法。這也體現(xiàn)了 測試技術(shù)與計算機技術(shù)深層次的結(jié)合。 1 2 2 虛擬儀器的構(gòu)成 虛擬儀器由通用儀器硬件平臺和應用軟件兩大部分組成。 ( 1 ) 通用儀器硬件平臺 虛擬儀器的硬件平臺由兩部分構(gòu)成“計算機”和“i o 接口設備”。計算 機是硬件平臺的核心；i 0 接口設備主要完成被測輸入信號的采集、a d 轉(zhuǎn)換等， 根據(jù)采用的不同總線及其響應的i o 接口硬件設備，如利用p c 機總線的數(shù)據(jù)采 集卡、g p i b 總線儀器、v x i 總線儀器模塊、串口總線儀器等。 ( 2 ) 軟件結(jié)構(gòu) 虛擬儀器軟件由兩大部分構(gòu)成“應用程序”和“0 接口儀器驅(qū)動程序”。 2 v x l 任意波形發(fā)生器波形編輯軟件的設計 應用軟件實現(xiàn)虛擬儀器的前面板功能，達到控制儀器工作的作用。i o 接口儀器 驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)與特定外部硬件設備的擴展、驅(qū)動和通信。 1 2 3 虛擬儀器的特點 虛擬儀器的技術(shù)實質(zhì)是充分利用最新的計算機軟硬件技術(shù)來實現(xiàn)和擴展傳 統(tǒng)儀器的功能。具有如下性能特點： 靈活性：有面向總線的接口，功能由用戶自己定義，可方便的與網(wǎng)絡、 外部設備等連接。 功能強大：基于計算機技術(shù)的功能模塊可構(gòu)成多種儀器，可以很容易的 組建用戶所需的測試系統(tǒng)。 使用方便：傳統(tǒng)的儀器面板被計算機軟件在屏幕上顯示的軟面板代替。 利用計算機強大的圖形顯示功能，用戶可以從圖庫里調(diào)出不同的圖形控 件，如開關(guān)、按鈕、旋鈕、波形顯示區(qū)等，用戶自己定義設計各種儀器， 借助鼠標、鍵盤對軟面板進行操作，就象操作傳統(tǒng)儀器一樣。 1 3 虛擬儀器編程語言l a b w in d o w s c vl 概述 虛擬儀器編程語言l a b w i n d o w “c v i 是美國n i ( n a t i o n a li n s t r u m e n t ) 公司利用 虛擬儀器技術(shù)開發(fā)的3 2 位面向計算機測控領(lǐng)域虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺，可以 在多操作系統(tǒng)( 如w i n d o w s9 8 2 0 0 0 n t ，u n i x 等) 下運行，它以a n s ic 為核心， 將功能強大、使用靈活的c 語言平臺與用于數(shù)據(jù)采集、分析和表達的測控專業(yè) 工具有機的結(jié)合起來。它的集成化開發(fā)平臺、交互式編程方法、豐富的功能面板 和庫函數(shù)大大增強了c 語言的功能，由此可見軟件在虛擬儀器中的重要作用。 和其他虛擬儀器開發(fā)工具相比，l a b w i n d o w s c 具有如下特點： 由于l a b w i n d o w s c v i 的編程技術(shù)主要采用事件驅(qū)動方式與回調(diào)函數(shù)方 式，編程方法簡單易學。 運用l a b w i n d o w s c v i 進行系統(tǒng)軟件設計，以工程文件為主體框架，它 包含了c 源代碼文件( c ) 、頭文件( h ) 、用戶界面文件( + u i r ) 等3 個部 分。全部軟件調(diào)試好后，可將工程文件生成應用文件( e x e ) 。 提供大量與外部代碼或軟件進行連接的機制，諸如d l l ( 動態(tài)連接庫1 、 d d e ( 共享庫) 、a c t i v e x 等。 同時，l a b w i n d o w s c v i 還有以下的模塊； 電子科技大學碩士畢業(yè)論文 用于儀器控制、數(shù)據(jù)采集和分析的交互式a n s ic 編譯軟件包。 用于構(gòu)成g u i 的拖拉用戶界面編程器。 用于快速樣機開發(fā)的代碼產(chǎn)生工具和內(nèi)部編譯器。 包含g h b 、v 、p x i 、r s - 2 3 2 4 8 5 等在內(nèi)的各種儀器通訊總線標準的 所有功能函數(shù)，使得不懂得總線標準的開發(fā)者也能夠驅(qū)動不同總線標準 的接口設備與儀器。 1 4 v x i 總線系統(tǒng)測試系統(tǒng)簡介 v x i ( v m ee x t e n s i o n sf o ri n s t r u m e n t a t i o n ) 原意是v m e 總線為組建儀器系統(tǒng) 的擴充。v x i 實際上意味著體積更小、更快速的測試系統(tǒng)方案。它的先進設計思 想體現(xiàn)在它組作為一個徹底的開放標準，使用戶能以最短的時間組建系統(tǒng)。 v x i 總線是虛擬儀器的一個重要發(fā)展方向，由于其采用開放性和標準化的設 計思想，得到眾多儀器廠商的支持，獲得了飛速的發(fā)展，現(xiàn)已應用于測試和自動 化領(lǐng)域。 1 4 1 v x l 虛擬儀器的工作原理 虛擬儀器最大的特點就是在用戶而不是生產(chǎn)廠家定義儀器的功能，其靈活性 與高性能直接得益于日益發(fā)展的數(shù)字化技術(shù)和計算機技術(shù)。實際上大量測試使用 的激勵信號都可以先經(jīng)過各種算法的軟件編程與處理，通過計算機產(chǎn)生數(shù)字信號， 經(jīng)d a c 變換成模擬信號，再經(jīng)過濾波、調(diào)制、變頻等處理成所需要的激勵信號； 而大量的測試功能也可以通過對被測信號的采集和預處理后，進行a d c 轉(zhuǎn)換變 成數(shù)字量，由相應測量軟件得到測試結(jié)果來完成。 1 4 2 v x i 總線系統(tǒng)的配置形式 v x l 總線測試系統(tǒng)有四種基本配置形式，可歸為三大類。下面分別介紹這三 類的配置形式的特點。 g p i b - v x i 控制方式 該系統(tǒng)的硬件包括插入通用計算機的g p i b 接口卡，位于v x i 機箱的零槽的 g p i b v x i 模塊。該方式的優(yōu)點是測試系統(tǒng)配置靈活，既可控制傳統(tǒng)的有g(shù) p i b 接口的器件，又可象控制g p i b 儀器一樣控制v x i 器件。不足之處是g p i b 總線 數(shù)據(jù)傳輸速率只有1 m b y t e s ，遠遠低于v x i 機箱背板總線的4 0 m b y t e s 的傳輸速 率。限制了v x i 總線性能的發(fā)揮。 v x i 任意波形發(fā)生器波形編輯軟件的設計 內(nèi)嵌式計算機控制方式 這種方式是將一臺計算機嵌入v x i 機箱的零槽中，使用時接上顯示器、鍵 盤、鼠標等外設即可工作。這種配置所占體積小，計算機直接與v x i 機箱背板 總線連接，數(shù)據(jù)傳輸速率較高。但這種方式配置的是專用計算機，硬件和軟件的 升級比較困難，而且價格較高。 外部計算機控制方式 這種方案是通過某種計算機總線連接v x i 器件和計算機，可用于這種連接 的計算機總線包括m x i 總線和i e e e l 3 9 4 總線。m x i 的配置形式硬件包括在外 部計算機上和v x i 機箱零槽的m x i 接口卡以及連接兩接口卡的m x i 電纜。相 當于將v x i 背板總線直接與外部計算機相連，功能上與內(nèi)嵌式計算機的方式是 相同的，但可靈活的選擇各類通用計算機的工作站。 本課題研究的v x i 測試系統(tǒng)采用的 是外部計算機控制方式中的i e e e l3 9 4 總線配置方式。i e e e l 3 9 4 總線是為p c 機與消費類電子設備之間的數(shù)據(jù)傳輸 而定義的一種新型高速串行總線( 也稱 火線) ，可支持1 0 0 2 0 0 4 0 0 m b p s 的數(shù) 據(jù)傳輸速率。由于1 3 9 4 總線的高性能、 靈活性和易用性，因而可以實現(xiàn)外部p c 機與v x i 主機箱之間的直接連接， 1 3 9 4 v x i 就是實現(xiàn)這種連接的i o 接口設備。如圖1 1 所示，來自p c 機的數(shù)據(jù) 經(jīng)p c i 1 3 9 4 接口卡串行化處理，產(chǎn)生i e e e l 3 9 4 數(shù)據(jù)包，這些數(shù)據(jù)包經(jīng)1 3 9 4 電 纜傳輸?shù)? 3 9 4 v x i 解包，在送到v x i 機箱背板的其他模塊。 1 5 本課題研究的主要內(nèi)容 本課題的主要任務是設計v x i 任意波形發(fā)生器的應用軟件。該應用軟件由 兩大部分組成，除了虛擬儀器本身應該具備的軟面板之外，針對任意波形發(fā)生器 的特殊要求，還包括功能強大的任意波形編輯器。 軟面板主要完成控制模塊產(chǎn)生各種標準或非標準波形的作用，用戶可以通過 鼠標和鍵盤對軟面板進行操作，如選取波形類型、設置波形參數(shù)，然后發(fā)出命令， 控制模塊產(chǎn)生相應的波形信號。 任意波形編輯器是任意波形發(fā)生器的關(guān)鍵技術(shù)之一，是整個軟件設計過程中 的難點和重點。它主要完成各種任意波形的產(chǎn)生、編輯、處理等功能。該軟件的 生固一 卣 j 一 囂呈 電子科技大學碩士畢業(yè)論文 設計集中體現(xiàn) v x i 任意波形發(fā)生器的特色能夠產(chǎn)生“任意波形”，并且可 以對產(chǎn)生的波形進行各種編輯處理，使得任意波形發(fā)生器成為敵我識別系統(tǒng)及雷 達測試系統(tǒng)不可缺少的仿真信號發(fā)生器。 在第二章里從軟件設計的總體框架介紹了設計思想及各模塊之間的接口和 關(guān)系，包括最上層的波形編輯器與軟面板、軟面板與儀器驅(qū)動器、儀器驅(qū)動器與 底層監(jiān)控軟件各部分之間是如何組成一個整體的。任意波形編輯器的設計過程中 工作量較大，并且涉及到了許多算法方面的技術(shù)及難點，因此在接下來的第三章 到第五章用較大篇幅著重敘述波形編輯器的各個功能，以及遇到并解決的技術(shù)難 點，包括波形產(chǎn)生、波形編輯、波形處理、輔助功能等，向您展示了一個功能強 大、靈活多樣的波形編輯器。 v x i 任意波形發(fā)生器波形編輯軟件的設計 第二章v x i 任意波形發(fā)生器應用軟件的總體設計 本章簡介：通過第一章的敘述，已經(jīng)知道作為虛擬儀器的v x i 任意波形發(fā)生器， 用戶對儀器的操作是通過軟面板來實現(xiàn)的，因此軟面板的設計應當簡潔易用、功 能完善。另外，針對任意波形發(fā)生器的特殊要求，任意波形的編輯軟件應功能強 大、靈活多樣，以便滿足各種任意波形的編輯。本章從總體構(gòu)思上闡述虛擬儀器 軟件設計的總體思路及各軟件模塊之間的協(xié)調(diào)工作。 2 1應用軟件總體設計 根據(jù)v p p ( v x ip l u g & p l a y ，簡稱v p p ) 系統(tǒng)規(guī)范的定義，虛擬儀器系統(tǒng)的軟 件結(jié)構(gòu)由三大部分組成：最高層為虛擬儀器的應用軟件；中間為儀器驅(qū)動器軟件； 底層是硬件監(jiān)控軟件。如圖2 1 所示為任意波形發(fā)生器的軟件結(jié)構(gòu)框圖。我所做 的工作主要是設計最上層的應用軟件，包括波形編輯器和軟面板。 圖2 - 1虛擬儀器的軟件體系結(jié)構(gòu) ( 1 ) 任意波形編輯器 鑒于任意波形發(fā)生器的特殊性，儀器的應用軟件由兩部分構(gòu)成任意波形 編輯和軟面板。應用軟件開發(fā)環(huán)境的選擇可有兩類：文本式編程語言( 女l i v i s u a l c + + ，v i s u a lb a s i c ，l a b w i n d o w s c 等) ；圖形化編程語言( l a b v i e w , h p v e e 等) 。本次設計波形編輯器和軟面板均用的是l a b w i n d o w s c v i 。 任意波形編輯器是為了使用戶能夠編輯產(chǎn)生任意形狀的特殊波形，從而大大 擴大波形發(fā)生器的功能。 ( 2 ) 軟面板 軟面板既是仿真臺式儀器的操作面板，同時它兼有w i n d o w s 應用軟件的界面 特色。軟面板是用戶控制儀器產(chǎn)生波形的中介。用戶在計算機上操作軟面板就如 7 電子科技大學碩士畢業(yè)論文 同操作傳統(tǒng)儀器的各種按鍵、旋鈕、數(shù)值鍵等。通過它可以修改波形的幅度、頻 率、偏移等參數(shù)，以此來控制儀器產(chǎn)生用戶需要的波形信號。它接收用戶輸入的 各種命令、波形參數(shù)后，調(diào)用下層的儀器驅(qū)動程序，控制儀器進行工作。 ( 3 ) 儀器驅(qū)動程序 儀器驅(qū)動程序是連接上層應用軟件與低層輸入輸出( i o ) 軟件的紐帶和橋 梁。每個儀器均有自己的儀器驅(qū)動程序，為用戶提供了用于儀器操作的較抽象的 操作函數(shù)集。對于應用程序來說，它對儀器的操作是通過儀器驅(qū)動程序來實現(xiàn)的； 儀器驅(qū)動程序?qū)τ趦x器的操作與管理又是通過i o 軟件所提供的統(tǒng)一基礎(chǔ)與格 式的函數(shù)庫( v i s a 庫) 的調(diào)用來實現(xiàn)的。 ( 4 ) 硬件監(jiān)控軟件 它存在于儀器與儀器驅(qū)動程序之間，完成對儀器內(nèi)部寄存器單元進行直接存 取操作，為儀器與儀器驅(qū)動程序提供信息傳遞的底層軟件層。 2 2軟面板的設計框架 e s l 4 v 2 1 型號的v x i 任意波形發(fā)生器能夠產(chǎn)生七種標準波形正弦、三角、 斜波、方波、脈沖、直流、噪聲；還能產(chǎn)生各種調(diào)制波形調(diào)幅、調(diào)頻、脈沖 調(diào)制、頻移鍵控、掃頻；最后還能產(chǎn)生用戶編輯的各種任意波形。作為任意波形 發(fā)生器最為特殊的一點是可以將用戶編輯的任意波形作為調(diào)制波形中的載波或 調(diào)制波，這樣就大大增強了任意波形發(fā)生器的功能。 表2 1 所示為v x i 任意波形發(fā)生器所能產(chǎn)生的波形種類列表，其中每一個“x ” 表示種允許的組合。( 注：如果把輸出函數(shù)轉(zhuǎn)換到當前所選的調(diào)制方式不允許 的類型時，則會自動將載波設置為正弦波。) 正弦波方波三角波鋸齒波噪聲任意波 a m 載波 x xxxx a m 調(diào)制波 xxxxxx f m 載波 x xxxx f m 調(diào)制波 xxxxxx f s k 調(diào)制 x xxxx 脈沖調(diào)制 xxxx x 掃頻 xxxxx 表2 - le s l 4 v 2 1 型號的v x l 任意波形發(fā)生器能產(chǎn)生的波形類型 8 v x i 任意波形發(fā)生器波形編輯軟件的設計 由上表我們可以看得出，v x i 任意波形發(fā)生器能產(chǎn)生的波形信號種類是非常 豐富和齊全的。所有這些波形的產(chǎn)生都通過軟面板的操作來實現(xiàn)。因此軟面板的 設計就要符合這樣的要求。圖2 2 所示為軟面板的設計總體框架。 v x i 任意波形發(fā)生器軟面板 e 面板 望制產(chǎn) i 準波 t 載波 畦面板 置a h 制波垂 及產(chǎn)生 d 波形 m 面板 置b 5 制波耋 ! 及產(chǎn)皇 m 波形 m 面板 置n 5 制波l ( 及產(chǎn)d m 波形 k 面板 置f s g 形參數(shù) 產(chǎn)生 k 波形 頻面板 置掃期 形參勢 產(chǎn)生 三 波形 態(tài)面板 取模嫉 當前工 狀態(tài) 換到伯 波編輕 面進彳j 形編輯 圖2 - 2v x i 任意波形發(fā)生器的軟面板功能框圖 七種標準波形、任意波形，以及各種調(diào)制波形的產(chǎn)生都直接在軟面板上控 制，先設置波形的各種參數(shù)，然后發(fā)出命令控制模塊產(chǎn)生相應波形。 圖2 3 所示為v x i 任意波形發(fā)生器軟面板的界面。即相當于傳統(tǒng)儀器的操 作面板，圖中所示為控制硬件模塊產(chǎn)生各種標準波形或任意波形的主界面，從該 面板可以切換到其它面板產(chǎn)生諸如a m 、b m 、f m 、f s k 、s w e e p 等各種波形。 圖2 - 3 軟面板界面 9 電子科技大學碩士畢業(yè)論文 2 3 波形編輯器的設計框架 圖2 - 4 所示為任意波形編輯器的主要功能。該軟件主要分為波形產(chǎn)生、波形 編輯、波形處理、輔助功能等。另外，波形編輯器將波形編輯出來，還要將波形 數(shù)據(jù)發(fā)送到硬件存儲區(qū)，硬件支持一次存儲四個不同的波形信號，然后再到軟面 板上控制模塊調(diào)用存儲區(qū)里的波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生波形。 圖2 - 4 波形編輯器功能框閏 v x l 任意波形發(fā)生器波形編輯軟件的設計 從圖2 - 4 可看出，為了適應各種方面的要求，任意波形發(fā)生器的波形編輯器 具有強大的功能。除了常見波形外，它還可以模擬任何一種特殊波形，如產(chǎn)生從 高頻至超低頻的連續(xù)彼和脈沖波，并且可迭加上隨機噪聲；可以通過數(shù)學方程式 產(chǎn)生相應的波形；可以把數(shù)字示波器采集的波形信號重新用信號發(fā)生器產(chǎn)生出 來；可以手動繪制波形；可以把各種波形任意組合或進行算術(shù)處理等。因此， a w g 除了傳統(tǒng)函數(shù)發(fā)生器的應用領(lǐng)域外，還可用于聲學、電視雷達、通信廣播、 航天航空、電子測量、自動控制等諸多需要特殊波形的科研生產(chǎn)領(lǐng)域。任意波形 編輯器是v x i 任意波形發(fā)生器的關(guān)鍵技術(shù)及特色之。為了能夠編輯處理各種 特殊波形，使任意波形發(fā)生器成為功能強大的仿真實驗信號發(fā)生器，波形編輯器 需要具備諸多產(chǎn)生波形及編輯波形的功能。 ( 1 ) 波形產(chǎn)生 當要對一個波形進行編輯的時候，必須先在顯示區(qū)構(gòu)造一個波形，然后對此 波形進行修改，最后將符合用戶要求的波形數(shù)據(jù)發(fā)送給模塊。這時就涉及到波形 產(chǎn)生的諸多方式。根據(jù)需求分析，該軟件設計了四種波形產(chǎn)生的方式。 波形庫產(chǎn)生標準波形 輸入數(shù)學方程式產(chǎn)生波形 輸入特征點插值產(chǎn)生波形 數(shù)據(jù)文件導入生成波形 ( 2 ) 波形編輯 當用以上各種方法產(chǎn)生了波形信號，就要對波形進行修改編輯，以獲得符合 用戶需求的波形。 手動繪制波形 波形段的編輯對某一波形復制、減切、粘貼、刪除等 波形段拉伸或壓縮 ( 3 ) 波形處理 主要是對波形進行算術(shù)、加窗、濾波、平滑等處理。 算術(shù)處理 加窗處理 電子科技大學碩士畢業(yè)論文 濾波處理 平滑處理 ( 4 ) 輔助功能 除以上提到的三類主要功能，該軟件還有許多輔助功能，這些輔助功能方便 波形觀察。執(zhí)行這些操作的時，并不改變波形數(shù)據(jù)本身，只是顯示效果有所改變。 多波形顯示功能 波形局部放大 鼠標拖動放大波形 鼠標橫縱坐標實時顯示 顯示界面上各控件顏色的改變 ( 5 ) 發(fā)送波形數(shù)據(jù)到硬件存儲區(qū) 硬件存儲區(qū)的大小是固定的6 4 k * 1 2 b i t 。而對于編輯好的波形，它的最大長 度可能大于6 4 k 個點，也可能小于6 4 k 個點；另外，波形數(shù)據(jù)是浮點數(shù)類型，而 硬件要求傳送的是1 2 b i t 的整數(shù)形式，即o - 4 0 9 5 之間的整數(shù)。因此，根據(jù)硬件的 要求，在波形數(shù)據(jù)發(fā)送之前，需要進行一系列的處理，處理為6 4 k * 1 2 b i t 的格式， 之后才能進行發(fā)送，程序按以下步驟進行。 將波形數(shù)據(jù)處理為6 4 k 個數(shù)。軟件先檢測當前波形數(shù)據(jù)是否是6 4 k 個數(shù) 據(jù)，如果不是，用插值法先將之拉伸或壓縮為6 4 k 個數(shù)據(jù)。 將處理好的6 4 k 個浮點型數(shù)據(jù)處理為o - 4 0 9 5 之間的整數(shù)。此時長度為 6 4 k 的數(shù)組中存儲的每一個數(shù)據(jù)都是浮點型的，為了使數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為1 2 b i t 的整數(shù)以滿足傳送需要，將每個數(shù)根據(jù)按照下述公式進行計算： y 2 i - - ( u n i n t ) ( 4 0 9 5 - ( y 1 i - y m i n ) * 4 0 9 5 o ( y m a x - y 。i n ) ) i = o ，1 6 5 5 3 5 其中，y 1 表示處理前的數(shù)組，y 2 表示處理后的數(shù)組，y m “是y 1 中的最大值，y m i n 為y 1 中的最小值。 將處理好的6 4 k + 1 2 b i t 個數(shù)據(jù)分塊發(fā)送到硬件存儲區(qū)。程序設計的是將 之分為1 2 8 塊，每塊5 1 2 個數(shù)。即雙重循環(huán)，外層循環(huán)1 2 8 次，內(nèi)層循 環(huán)5 1 2 次。 v x i 任意波形發(fā)生器波形編輯軟件的設計 2 4 軟面板與波形編輯器的接口 v x i 任意波形發(fā)生器的軟面板與波形編輯器本來是兩個獨立的軟件，為了用 戶的操作方便，現(xiàn)將兩個軟件合在一起。從軟面板的菜單可以進入到波形編輯界 面，由于此處的波形編輯已不是獨立的一個軟件，而是作為軟面板的一部分，因 此不再將之稱為“波形編輯器”，而稱之為“波形編輯界面”。圖2 5 所示為軟面 板操作以及進入波形編輯界面的流程圖，從中也可看出二者的接口實現(xiàn)。 開始 在主面板上設置波形參數(shù) 波形類型為 波形7 x 切換至任意波形 編輯界面 需要產(chǎn)生調(diào) 上y 船 控制模塊產(chǎn)生 載被信號 切換到a m 、b m 、f m 、 f s k 、s w e e p 面板之一 設置調(diào)制波參數(shù) 控制模塊產(chǎn)生調(diào)制渡信號 選擇七種標準波 形之一 控制模塊產(chǎn)生正規(guī) 波形信號或任意波 形信號 i竺要j 圖2 - 5 軟面板的操作流程 從軟面板的菜單可以進入產(chǎn)生各種波形的各個面板，主面板用來控制產(chǎn)生載 波信號或標準波形信號，在主面板上有一個控件是輸入波形類型的，當選擇的波 形類型是“用戶波1 、2 、3 、4 ”，即是需要用戶先編輯一個用戶波形，將波形數(shù) 據(jù)存儲之后再從主面板上控制模塊產(chǎn)生。 電子科技大學碩士畢業(yè)論文 2 5儀器驅(qū)動器接口 作為v x i 總線虛擬儀器的核心，儀器驅(qū)動器是完成對儀器硬件控制的紐帶 和橋梁。它主要包含以下5 個部分： i o 接口：提供儀器驅(qū)動器與儀器的通信能力； 操作接口：即虛擬儀器面板，測試人員通過對該面板的控制即可完成對 儀器的操作； 編程接口：可將儀器虛擬面板的操作轉(zhuǎn)化為相應儀器代碼； 功能庫：描述儀器所能完成的測試功能： 子程序接口：使儀器驅(qū)動器在運行時能調(diào)用它所需要的軟件模塊。 根據(jù)v p p 的有關(guān)規(guī)定，v x i 總線儀器模塊開發(fā)商應配套模塊提供相應的虛 擬面板，即操作接口，以便測試人員對儀器功能有直觀了解。虛擬面板建立之后， 通過編程環(huán)境l a b w i n d o w s c v i 調(diào)用通用的儀器驅(qū)動程序庫，即動態(tài)連接庫 ，d l l ，于是就將測試人員在虛擬面板上的一系列直觀操作轉(zhuǎn)化為儀器底層監(jiān)控 程序能夠識別的相應的程控代碼，這樣就達到了控制儀器工作的效果。動態(tài)連接 庫( d l l ) 實際上是個函數(shù)庫，只有在應用程序運行期間，d l l 中的函數(shù)才被隨 時調(diào)用和連接，和靜態(tài)連接庫相比，動態(tài)連接庫可以和其它的應用程序共享庫中 函數(shù)和資源，減少了因重復拷貝而造成的應用程序的冗長以及計算機資源的占 用。 當啟動軟面板程序時，首先執(zhí)行的是檢測v x i 模塊是否與計算機連接正常， 是否工作正常，只有當模塊連接正確，并且工作正常，軟面板才能發(fā)出一系列的 控制命令。本軟件在設計為模塊工作正常，則軟面板上的指示燈亮，否則為滅。 下面的函數(shù)是儀器驅(qū)動器庫中用來控制模塊產(chǎn)生相應波形信號的庫函數(shù)，它 們主要完成控制產(chǎn)生載波和各種調(diào)制波信號的功能。 ( 1 ) 控制產(chǎn)生載波信號 v i s t a t u s v i f u n ce s l 4 0 3 一c o n f ( v i s e s s i o nv i ，v i i n t l 6f u n c ，v i r e a l 3 2 f r e q ，v i r e a l 3 2a m p l ，v i r e a l 3 2o f f s ， v i r e a l 3 2d u t y ) ( 2 ) 控制產(chǎn)生a m 調(diào)制波信號 v i s t a t u s v i f l r n ce s l 4 0 3 一a m c o n f ( v i s e s s i o nv i ，v i i n t l 6s o u r , v i r e f l 3 2 d e p t ，v i i n t l 6f u n c ，v i r e m 3 2f r e q ， v i l a t l6s t a t ) 1 4 v x i 任意波形發(fā)生器波形編輯軟件的設計 ( 3 ) 控制產(chǎn)生b m 調(diào)制波信號 v i s t a t u sv if u n ce s l 4 0 3b m c o n f ( v i s e s s i o nv i ，v i i n t l 6s o u r c e 。v i i n t 3 2 n c y c l e ， v i r e a l 3 2 p h a s e ，v i r e a l 3 2 r a t e ，v i i n t l6s t a t e ，v i i n t l6t r i g s o u r ) ( 4 ) 控制產(chǎn)生f m 調(diào)制波信號 v i s t a t u sv if u n ce s l 4 0 3f m c o n f ( v i s e s s i o nv i ，v i r e a l 3 2d e v ，v i i n t l 6 f u n c ，v i r e a l 3 2f r e q ，v i i n t l 6s t a t ) ( 5 ) 控制產(chǎn)生掃頻波形信號 v i s t a t u s v i f u n ce s l 4 0 3 _ f r e q s w e e p ( v i s e s s i o nv i ，v i i n t l 6s o u r c e ，v i r e a l 3 2 s w s t a r t ，v i r e a l 3 2s w s t o p ，v i r e a l 3 2 t i m e ，v i i n t l 6 s p a c e ，v i i n t l 6 s t a t e ， v i i n t i6t r i g s o u r ) ( 6 ) 控制產(chǎn)生頻移鍵控波形信號 v i s t a t u s v l f u n ce s l 4 0 3 _ f s k c o n f ( v i s e s s i o nv i ，v i i n t l 6s o u r c e ，v i r e a l 3 2 h o p f r e q ，v j r e a l 3 2r a t e ，v i i n t l6s t a t e ， v i i n t l6 t r i g s o u r ) 2 5本章小節(jié) 本章從軟件的總體功能概括描述了型號為e s 4 v 2 1 的v x i 任意波形發(fā)生器 應用軟件的設計構(gòu)思。闡述了模塊的配套軟件由哪幾部分組成，各部分完成的是 什么功能，軟面板是如何實現(xiàn)對虛擬儀器的操作，即它是如何模擬傳統(tǒng)儀器的界 面，它與傳統(tǒng)儀器相比較有那些優(yōu)點及使用上的方便。 接下來在第三、四、五章里分別對任意波形編輯器的波形產(chǎn)生、波形編輯及 處理、輔助功能等內(nèi)容進行詳細介紹。 v x i 任意波形發(fā)生器波形編輯軟件的設計 第三章波形的產(chǎn)生方式 本章簡介：本章首先介紹了虛擬儀器開發(fā)工具l a b w i n d o w s c v i 的事件驅(qū)動及使 用回調(diào)函數(shù)編程的特點。接下來詳細介紹了四種波形產(chǎn)生的方式數(shù)學方程 式生成波形；輸入特征點插值產(chǎn)生波形；波形數(shù)據(jù)文件的導入；手動繪制波形。 用戶在具體的軟件使用工程中可以根據(jù)自己的需要和習慣選擇合適的波形產(chǎn)生 方式，每種方式有它的優(yōu)缺點，適用于不同的場合。 3 1l a b win d o w s c v i 的事件驅(qū)動編程 l a b 、礬n d o w s c v i 將源代碼編輯、3 2 位a n s ic 編譯、連接、調(diào)試以及標準 c 庫集成在一個交互式開發(fā)環(huán)境中。因此，用戶可以快速方便的編寫、調(diào)試和修 改應用程序，最后生成可執(zhí)行文件。使用l a b w i n d o w s c v i 設計的應用程序可脫 離l a b 、聃n d o w s c v i 開發(fā)環(huán)境，用戶最終看見的是和實際物理儀器相似的虛擬儀 器軟面板。 在應用程序開發(fā)環(huán)境l a b w i n d o w s c v i 中設計一個用戶接口，實際上是在用 戶計算機屏幕上定義一個相當于物理儀器面板的軟面板文件，它由各種控件( 如 命令按鈕、開關(guān)、指示燈等) 構(gòu)成。用戶選中這些控件就可以產(chǎn)生一系列用戶接 口事件。例如：當一個用戶單擊一個按鈕，就會觸發(fā)一個用戶接口事件，并傳遞 給開發(fā)者編寫的c 語言驅(qū)動程序中對應的函數(shù)。這是運用了w i n d o w s 編程的事 件驅(qū)動機制。w i n d o w s 下的事件很多，但大多數(shù)都很少用。在l a b w i n d o w s c v i 中，也只有幾種事件需要識別處理。事實上，在l a b w i n d o w s c v i 的圖形用戶界 面( g u i ) 上的一次操作就會同時產(chǎn)生多種接口事件，如用鼠標單擊命令按鈕將 觸發(fā)下列事件，驅(qū)動應用程序去做相應的處理。 e v e n t _ g o t _ - f o c u s 事件：表示當命令按鈕處于非激活狀態(tài)，單擊后將 激活該控件；而當按鈕本身處于激活狀態(tài)，則獲取輸入并產(chǎn)生一個g o tf o c u s 事件。 e v e n t _ l e f t _ c l i c k 事件：在命令按鈕或其它控件上單擊鼠標左鍵就會 產(chǎn)生l e f t c l i c k 事件，l a b w i n d o w s c v i 用戶接1 3 控制項能識別鼠標的左擊、 右擊、左雙擊、右雙擊。 e v e n tc o m m i t 事件：當用戶松