電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 數(shù)字示波器 釋程序設(shè)計 1 數(shù)字示波器 文摘 本課題來源于 科研項目 “帶寬 100采樣率 100數(shù)字存儲示波器 ” 的研制，本人的任務(wù)是解釋編譯程序的設(shè)計。該解釋程序是使用單片機 C 語言編程設(shè)計的，它依據(jù)的標準是美國電氣及電子工程師協(xié)會公布的 準。根據(jù) 制面板 設(shè)計了控命令樹，根據(jù) 準定義了程控命令的格式，并以 件數(shù)據(jù)標準推薦的消息交換控制協(xié)議為準則，設(shè)計出程控命令解釋程序流程圖 ，最終實現(xiàn)了程控命令解釋程序的設(shè)計。 關(guān)鍵詞 程控； 令樹；解釋程序 目前推動整個示波器技術(shù)發(fā)展的市場動力主要來自于計算、通信以及消費電子產(chǎn)業(yè)。隨著設(shè)備傳輸速率的飛速提高以及某些新數(shù)據(jù)標準的不斷涌現(xiàn) (例如基于第二代串行數(shù)據(jù)標準的產(chǎn)品設(shè)計，其中包括第二代 )，人們開始要求產(chǎn)品具有最優(yōu)性能，從而滿足產(chǎn)品應(yīng)用開發(fā)工作中最為苛刻的要求。 新型數(shù)字熒光示波器在一種強大的采集技術(shù)中，同時融合了模擬示波器和數(shù)字示波器的優(yōu)勢。這一測量工具要優(yōu)于模擬示波器 和數(shù)字示波器，因為它可以以前所未有的方式考察信號操作。任何現(xiàn)有的示波器結(jié)構(gòu) (不管是模擬示波器還是數(shù)字示波器 )都不能實現(xiàn)數(shù)字熒光示波器的功能。 解釋程序是數(shù)字示波器中非常重要的一部分。有一個好的解釋程序，可以大大提高示波器的運行速度。 1 緒論 示波器是一種圖形顯示設(shè)備，它描繪電信號的波形曲線。這一簡單的波形能夠說明信號的許多特性：信號的時間和電壓值、振蕩信號的頻率、信號所代表電路中 “ 變化部分 ” 信號的特定部分相對于其它部分的發(fā)生頻率、是否存在故障部件使信號產(chǎn)生失真、信號的直流成份 （ 交流成份（ 信號的噪聲值和噪聲隨時間變化的情況、比較多個波形信號等。 （ 1）初期主要為模擬示波器 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 數(shù)字示波器 釋程序設(shè)計 2 廿世紀四十年代是電子示波器興起的時代，雷達和電視的開發(fā)需要性能良好的波形觀察工具，泰克成功開發(fā)帶寬 10是近代示波器的基礎(chǔ)。五十年代半導(dǎo)體和電子計算機的問世，促進電子示波器的帶寬達到 100十年代美國、日本、英國、法國在電子示波器開發(fā)方面各有不同的貢獻，出現(xiàn)帶寬 6寬 41存儲示波管；便攜式、 插件式示波器成為系列產(chǎn)品。七十年代模擬式電子示波器達到高峰，行譜系列非常完整，帶寬 1多功能插件式示波器標志著當時科學(xué)技術(shù)的高水平，為測試數(shù)字電路又增添邏輯示波器和數(shù)字波形記錄器。模擬示波器從此沒有更大的進展，開始讓位于數(shù)字示波器，英國和法國甚至退出示波器市場，技術(shù)以美國領(lǐng)先，中低檔產(chǎn)品由日本生產(chǎn)。 模擬示波器要提高帶寬，需要示波管、垂直放大和水平掃描全面推進。數(shù)字示波器要改善帶寬只需要提高前端的 A/示波管和掃描電路沒有特殊要求。加上數(shù)字示波管能充分利用記憶、存儲和處理，以及多種觸發(fā) 和預(yù)前觸發(fā)能力。廿世紀八十年代數(shù)字示波器異軍突起，成果累累，大有全面取代模擬示波器之勢，模擬示波器逐漸從前臺退到后臺。但是在發(fā)展初期模擬示波器的某些特點，卻是數(shù)字示波器所不具備的： 操作簡單：全部操作都在面板上可以找到，波形反應(yīng)及時，數(shù)字示波器往往要較長處理時間。 垂直分辨率高：連續(xù)而且無限級，數(shù)字示波器分辨率一般只有 8位至 10位。 實時帶寬和實時顯示：連續(xù)波形與單次波形的帶寬相同，數(shù)字示波器的帶寬與取樣率密切相關(guān)，取樣率不高時需借助內(nèi)插計算，容易出現(xiàn)混淆波形。 簡而言之，模擬示波器為工程技術(shù)人員提供眼見為 實的波形，在規(guī)定的帶寬內(nèi)可非常放心進行測試。人類五官中眼睛視覺神經(jīng)十分靈敏，屏幕波形瞬間反映至大腦做出判斷，細微變化都可感知。因此，剛開始模擬示波器深受使用者的歡迎。 （ 2） 中期數(shù)字示波器獨領(lǐng)風(fēng)騷 八十年代的數(shù)字示波器處在轉(zhuǎn)型階段，還有不少地方要改進，美國的 們后來停產(chǎn)模擬示波器，并且只生產(chǎn)性能好的數(shù)字示波器。進入九十年代，數(shù)字示波器除了提高帶寬到 1重要的是它的全面性能超越模擬示波器。出現(xiàn)所謂數(shù)字示波器模擬化的現(xiàn)象，換句話說，盡量吸收模擬示 波器的優(yōu)點，使數(shù)字示波器更好用。 數(shù)字示波器首先在取樣率上提高，從最初取樣率等于兩倍帶寬，提高至五倍甚至十倍，相應(yīng)對正弦波取樣引入的失真也從 100%降低至 3%甚至 1%。帶寬 1s，甚至 10s。 其次，提高數(shù)字示波器的更新率，達到模擬示波器相同水平，最高可達每秒 40萬個波形，使觀察偶發(fā)信號和捕捉毛刺脈沖的能力大為增強。 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 數(shù)字示波器 釋程序設(shè)計 3 再次，采用多處理器加快信號處理能力，從多重菜單的煩瑣測量參數(shù)調(diào)節(jié)，改進為簡單的旋鈕調(diào)節(jié)，甚至完全自動測量，使用上與模擬示波器同樣方便。 最后， 數(shù)字示波器與模擬示波器一樣具有屏幕的余輝方式顯示，賦于波形的三維狀態(tài)，即顯示出信號的幅值、時間以及幅值在時間上的分布。具有這種功能的數(shù)字示波器稱為數(shù)字熒光示波器或數(shù)字余輝示波器即數(shù)模兼合。 自從示波器問世以來，它一直是最重要、最常用的電子測試工具之一 ；由于電子技術(shù)的發(fā)展，示波器的能力也在不斷提升，其性能與價格也五花八門，市場參差不齊。 參見前面的示波器發(fā)展。總之，傳統(tǒng)的觀點認為模擬示波器具有熟悉的面板控制，價格低廉，因而總覺得模擬示波器 “ 使用方便 ” 。示波器的特征主要有： （ 1）寬帶 帶寬一般定義為正弦輸入信號幅度衰減到 帶寬決定示波器對信號的基本測量能力。 隨著信號頻率的增加，示波器對信號的準確顯示能力將下降，如果沒有足夠的帶寬，示波器將無法分辨高頻變化。幅度將出現(xiàn)失真，邊緣將會消失，細節(jié)數(shù)據(jù)將被丟失。如果沒有足夠的帶寬，得到的關(guān)于信號的所有特性，響鈴和振鳴等都毫無意義。 帶寬有兩種類型：重復(fù)（或等效時間）帶寬和實時（或單次）帶寬。重復(fù)帶寬只適用于重復(fù)的信號，顯示來自于多次信號采集期間的采樣。實時帶寬是示波器的單次采樣中所能捕捉的最高頻率，且 當捕捉的事件不是經(jīng)常出現(xiàn)時要求相當苛刻。實時帶寬與采樣速率聯(lián)系在一起。 （ 2） 采樣速率 定義為每秒采樣次數(shù)（ S/s），指數(shù)字示波器對信號采樣的頻率。示波器的采樣速率越快，所顯示的波形的分辨率和清晰度就高，重要信息和事件丟失的概率就越小。 實際上，信號的準確再現(xiàn)取決于其采樣速率和信號采樣點間隙所采用的插值法。一些示波器會為操作者提供以下選擇：測量正弦信號的正弦插值法，以及測量矩形波、脈沖和其他信號類型的線性插值法。 （ 3）屏幕刷新率 所有的示波器都會閃爍。也就是說，示波器每秒鐘以特定的次數(shù)捕獲信號 ，在這些測量點之間將不再進行測量。這就是波形捕獲速率，也稱屏幕刷新率，表示為波形數(shù)每秒（ s）。采樣速率表示的是示波器在一個波形或周期內(nèi)，采樣輸入信號的頻率 ; 波形捕獲速率則是指示波器采集波形的速度。 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 數(shù)字示波器 釋程序設(shè)計 4 （ 4）存儲深度 存儲深度是示波器所能存儲的采樣點多少的量度。存儲深度與取樣速度密切相關(guān)。所需要的存儲深度取決于要測量的總時間跨度和所要求的時間分辨率。 （ 5）指標精度 示波器的指標有很多：如垂直靈敏度、掃描速度、增益精度、時間基準、垂直分辨率、保修期等。一般只要這些指標能夠達到一定的標準，相互 協(xié)調(diào)就可以了。 （ 6）分析功能 數(shù)字示波器的最大優(yōu)點是它們能得到的數(shù)據(jù)進行測量，且按一下按鈕即可實現(xiàn)各種分析功能。雖然可利用的功能因廠家和型號而異，但它們一般包括諸如頻率、上升時間、脈沖寬度等等的測量。某些數(shù)字示波器還提供快速傅里葉變換（ 能。 （ 7）可擴展性 示波器應(yīng)該能夠不斷地適應(yīng)需求的變化。一些示波器可以隨機擴展： 增加通道的內(nèi)存以分析更長的記錄長度 增加面對具體應(yīng)用的測量功能 有一整套兼容的探頭和模塊，加強示波器的能力 同通用第三方的 增加附件，如 電池組和機架固定件等。 統(tǒng)就是，利用 口母線系統(tǒng)把若干可程控器件連接起來而組建成的系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，除了極少數(shù)簡單的無控者系統(tǒng)之外，都需要用一個主控機來根據(jù)測量程序去控制整個系統(tǒng)的工作。 準通用接口母線系統(tǒng)，是用一種外部手段來把各種器件連接成的一個系統(tǒng)。一般設(shè)計出來的 如下的基本特性： （ 1） 采用母線連接方式 母線上對多可以掛 15 個器件。一般， 15 個器件可組成個機架，已能組成相當規(guī)模的系統(tǒng)。母線中共包含 16 條信號線。 傳輸方式為比特并行、拜特串行的異步雙向傳遞，并采用三線掛鉤技術(shù)來多線消息。 此外，數(shù)傳速率還受到電路電容的影響，受到傳輸線上因為反射和振鈴現(xiàn)象而需要的瞬變過程穩(wěn)定時間的限制，也受到掛鉤信號往返的電纜延時的影響。 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 數(shù)字示波器 釋程序設(shè)計 5 （ 2）一般可用器件后背板上的波動開關(guān)自由設(shè)置地址容量。 （ 3）在同一時刻，母線上只容許有一個講者，聽者數(shù)目不限 （ 4）具有控者轉(zhuǎn)移能力 （ 5）母線上采用與 容的正極性、負真邏輯 接口沒有標準化以前，一般儀器的設(shè)計是把一切必要的數(shù)據(jù)線、控制線和狀態(tài)線都拉出來。這樣 的接口引線大多多余 50條。 （ 1）數(shù)據(jù)母線 數(shù)據(jù)母線由 條數(shù)據(jù)線組成，并行傳送八位比特數(shù)據(jù)。 在所有 傳遞接口消息，也傳遞器件消息，這個是由當時的 標志。 （ 2）管理母線 共有五條管理母線，分別是 3）總線接口消息 件的接口功能和器件功能的狀態(tài)變遷是由器件之間傳遞的消息引起的。為了保證運行和操作上的相容，任一種互聯(lián)設(shè)備接口系統(tǒng)都對總線上傳遞的消息做出某種規(guī)定，統(tǒng)也是 這樣。 （ 4） 息分類和傳遞途徑 息分類和傳遞途徑主要是這樣： 器件與外界交換的數(shù)字信息，經(jīng)過適當?shù)木幋a，由接口發(fā)送器輸出至母線。 外界的數(shù)字信息通過母線傳送到器件接口，由接口接收器接收近來，經(jīng)過適當譯碼后分送各有關(guān)部分。 外來接口消息經(jīng)譯碼后送到有關(guān)的接口功能，引起相應(yīng)接口功能狀態(tài)變遷；反之，各接口功能輸出的接口消息經(jīng)譯成標準編碼后由通道 1送到母線上去。 器件消息經(jīng)由 E 接口功能傳出或傳入；器件消息不會引起接口功能的狀態(tài)變遷。 二個或多個接口功能之間的邏輯上的互聯(lián)關(guān)系，稱為 狀態(tài)交鏈，并由 當存在狀態(tài)交鏈時，一個借口功能狀態(tài)的變遷將取決于另一個或多個接口功能的某狀態(tài)當時是否在起作用。 本地消息僅在器件功能與接口功能之間交換，不傳到母線上去。 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 數(shù)字示波器 釋程序設(shè)計 6 負責(zé)控者內(nèi)部器件功能發(fā)出的遠地接口消息，經(jīng)由控者功能，通過適當編碼傳到母線上去。 （ 5）接口消息編碼 在 ，一切遠地消息都用三個大寫英文字母做代名，所用的遠地消息編碼依照線消息經(jīng)諸 掛鉤控制。 多線接口又分三類： 通令 這是控者廣播周知的命令，母線上具有相應(yīng)接口能力 的一切器件都必須一直監(jiān)測并執(zhí)行之。 專令 這是控者發(fā)給指定器件的命令。控者在發(fā)出專令之前，應(yīng)先發(fā)出某一個或多個器件的聽地址，一切受命聽者均聽取隨該地址之后發(fā)出的專令，并執(zhí)行它。 地址 又分為聽地址和講地址；在采用二比特地址的擴大聽者和擴大講者中，還有副地址（第二比特）。 口標準中還規(guī)定了若干本地消息，它們卻是單線消息，并用三個小寫字母來代名。標準中只規(guī)定了由器件功能發(fā)給本器件的接口功能的本地消息。對于由接口功能發(fā)給本器件的器件功能去的本地消息則不予規(guī)定。 至于器件消息， 由 定。 主控機本身也是掛在 過它是一種特殊的器件，通常由一臺能夠滿足特殊要求的電子計算機的硬件和軟件構(gòu)成，因而也稱為儀用計算機。主控機必須滿足以下要求： （ 1）它必須配備符合有 這個接口至少應(yīng)具有十種標準接口功能中的五種：控者功能、講者功能、聽者功能、源方掛鉤功能和受力掛鉤功能。為了便于也能在多控者系統(tǒng)中工作為非作用控者，也常配備有其他幾種標準接口功能。部分接口 功能也可以軟件實現(xiàn)。自從有了供 口功能主要由硬件來實現(xiàn)。 （ 2） 口的一系列驅(qū)動子程序，它們是計算機軟件與 。 它們根據(jù)計算機應(yīng)用程序的解釋來驅(qū)動 線的 16條信號線或置 0或置 1， 口工作于命令狀態(tài)或工作于數(shù)據(jù)狀態(tài)。 釋程序調(diào)用。 （ 3）使用于編制測試用程序用的高級編程語言系統(tǒng)。 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 數(shù)字示波器 釋程序設(shè)計 7 一般采用擴充了的 類語言易學(xué)易懂； 計算機對應(yīng)用程序逐句解釋，逐句執(zhí)行，每解釋一句就執(zhí)行一句，這樣毫微 便于人機對話，便于視測量的具體情況來臨時修改程序。 一般的最小的 作用的語句，使用困難，能力有限。最好是采用供自動測試系統(tǒng)用的擴充 們在普通擴充 當然為了提高運行速度和效率，目前有不少主控機也采用了其他語言，如 語言。采用 C 語言的較多，因為 編程人員減少了大量的工作量 。本篇的解釋程序就是利用 總而言之，供自動化測試系統(tǒng)作為主控機用的計算機，必須配有 及為該型計算機和該型 括解釋程序及相應(yīng)的驅(qū)動程序）。 視所用測試編程語言擴充的程度（能力的強弱）而異，作為主控機用的計算機可分為三大類型： （ 1）直接驅(qū)動型； （ 2）語句擴充型； （ 3）子程序調(diào)用型。 件數(shù)據(jù)傳遞 在一段應(yīng)用程序之下，為通過執(zhí)行一定功能操作來自動完成給定目的而組建的，利用口總線互相連 接起來的測試裝置稱為 動測試系統(tǒng)。從系統(tǒng)連接、組建角度出發(fā)，每個設(shè)備的地位是相同的，但是它們在完成給定目的和執(zhí)行操作的地位上是不同的。 備在 連接進入 動測試系統(tǒng)的測試設(shè)備可能有四種： 信號發(fā)生器類儀器：標準信號發(fā)生器、頻率綜合器、掃頻源、直流源等。 信息檢測類儀器：電子記數(shù)器、多用表、 數(shù)儀、數(shù)字式示波器、邏輯分析儀、信號分析儀、頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀、數(shù)字式記錄儀等。 終端顯示與記錄類設(shè)備： 示器、磁盤機、打印機等。 數(shù)據(jù)處理與控制類設(shè)備：程 序發(fā)生器、卡片讀出機、微型計算機、小型計算機等。 為了在機械上、電氣上、功能上相容聯(lián)接，它們都設(shè)有接口功能區(qū)以隱去設(shè)備本體功能的千差萬別。因此，從 口總線聯(lián)接角度出發(fā)，稱它們?yōu)椤?件”。但從接口功電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 數(shù)字示波器 釋程序設(shè)計 8 能管理上看， 件能力是有差異的。 在 試系統(tǒng)中，某設(shè)備能夠傳送“程控消息（ 到系統(tǒng)中的另一些設(shè)備和從另一些設(shè)備接收“響應(yīng)消息 (，該設(shè)備稱之為“系統(tǒng)控制器(，簡稱為“控制器 ( ;相應(yīng)地，另一些設(shè)備稱為“器件（ ，器件不能作為“系統(tǒng)控制器”。根據(jù) 口標準規(guī)定，只要“控制器”和“器件”設(shè)有 C 接口功能，它們都有機會接收控制成為“負責(zé)控者”或傳出控制成為“空閑控者”。 試系統(tǒng)的 口總線“負責(zé)控者”，僅含有這樣器件的系統(tǒng)是一個最優(yōu)化 常的消息傳送要么是“控制器到器件（ 的，要么就是“器件到控 制器（ 的。一般說來，控制器到器件的消息是程控設(shè)備的“程控消息（ ”或“程控數(shù)據(jù) (；而器件到控制器的消息就是“響應(yīng)消息（ ,也含“狀態(tài)數(shù)據(jù)（ 。這些都是 際上， 式、交換控制協(xié)議。 在 存在“器件到器件（ 消息傳 送的情況。兩個器件間的消息傳送應(yīng)遵循“響應(yīng)消息”句法規(guī)則。 件的操作控制方式有兩種：一種是當其連入 ，通過該器件的 口接受來自系統(tǒng)控制器的程控消息，通常稱為遠地控制；一種是接受來自器件自己面板（或背板）上產(chǎn)生的程控消息， 就是所謂的本地控制。標準指出， 驅(qū)使 件的器件功能的電路狀態(tài)變遷，通常稱之為器件功能“操作（ 。通過 自控制器的“程控消息”引起的 為 地操作（ ；除了 地操作 (。另外需要說明的是，通過連接到器件的其他總線或者是接口，來自系統(tǒng)內(nèi)另一個操作點的器件功能操作也定義成 地操作。 引起 件操作的實際“動作”稱為 本地控制”，簡稱“本控”，影響 括用于器件控制的器件所有的輸入方式。通常為： 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 數(shù)字示波器 釋程序設(shè)計 9 （ 1） 從器件非 部控制信號（ ，它可以引起本地操作。 （ 2） 硬本地控制。器件上的某些機械的或位置的指示器就是“硬本地控制（ 。它們往往不能由 （ 3） 軟本地控制。硬本地控制以外的其他本地控制都稱為“軟本地控制（ 。 儀器的本地控制手段較多，本控中某些控制能力不能由 類本地控制超出了 能認為它們是 件功能的本地控制能夠受到 地操作影響，也能夠受到 類本地控制稱為“可程控本地控制（ 。 常也具有本地操作能力。數(shù)字示波器 應(yīng)消息和狀態(tài)數(shù)據(jù)。下節(jié)主要介紹與解釋程序密切相關(guān)的程控消息的相關(guān)內(nèi)容。 字示波器 義 對 控命令進行解析 之 前，要對 準定義的程控消息的組成格式及各功能元素的定義做一 個 了解。 程控消息是 “ 控制器到器 件 ” 的消息，它是由一系列的程控消息單元組成 。這些消息單元可以是 ，代表一個 ，程控題頭分界符 程控數(shù)據(jù)分界符 程控題頭 程控數(shù)據(jù) 圖 1 程控消息或單元功能元素句法圖 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 數(shù)字示波器 釋程序設(shè)計 10 也可以是一個 ，代表一個 。在命令題頭后面緊跟一個“？”就表示一個詢問命令。程控消息必須用程控消息結(jié)束符來表示消息功能元素序列的結(jié)束。解釋程序接到完整的消息題頭時，開始分析、執(zhí)行消息內(nèi)的命令，而結(jié)束符使語法分析程序回到 控命令樹的根 部。 程控消息的合法功能元素 由 ， ， 及 組成。 程控題頭可以是 ，也可以是 。 如圖 1 所示。 功能元素由 、 、 組成。如圖 2 所示。圖 2 功能元素由 和 組成。如圖 3 所示。圖 3 功能元素 根據(jù) 程控題頭的組成不同，可分為簡單程控題頭、復(fù)合程控題頭及公用程控題頭。 （ 1）簡單程控消息題頭，就是只包含一個助記符，其相應(yīng)的程控消息格式為： （當無程控數(shù)據(jù)時） ：程控助記符結(jié)束符 （當具有程控數(shù)據(jù)時） ：程控助記符程控數(shù)據(jù)分界符程控數(shù)據(jù)結(jié)束符 （ 2）公用程控題頭 ,它是表示 *結(jié)束符 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 數(shù)字示波器 釋程序設(shè)計 11 （ 3）復(fù)合程控題頭，就是在題頭中包含了兩個或兩個以上的助記符。 它是題頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)常用于功能復(fù)雜的儀器，以限制單一題頭的數(shù)量和按功能邏輯塊組成儀器命令集。復(fù)合題頭特別適合于定義是一種分層關(guān)系命令結(jié)構(gòu)的命令樹。 當在根級命令中還有子命令時，則依嵌套關(guān)系分別寫出子命令助記符，最后列出功能元素助記符。 圖 1個子系統(tǒng)命令對應(yīng) 11個功能邏輯塊，所包含的命令就需要由復(fù)合命令題頭來引導(dǎo)。 相應(yīng)的程控消息和格式為： ： 根級命令助記符：子命令助記符程控數(shù)據(jù)分 界符程控數(shù)據(jù)結(jié)束符 另外，當同一子系統(tǒng)中執(zhí)行多個功能時，可以使用分號將功能助記符分開，格式為： ：根級命令助記符：子命令助記符程控數(shù)據(jù)分界符程控數(shù)據(jù)程控數(shù)據(jù)分界符程控數(shù)據(jù)； 程控數(shù)據(jù)結(jié)束符 以上是程控消息和格式的說明。 需 要進一步說明的是： （ 1） 程控消息結(jié)束符主要是用來終止一個或多個程控消息以及單元元素序列 。 表示 聽 ” 或 “ 講 ” 的結(jié)束 ,系統(tǒng)程序可以執(zhí)行后續(xù)的程序指令操作 。 其構(gòu)成如圖 4所示。圖 4 的設(shè)計 （ 2） 程控消息或單元分界符 放在消息單元間，將 序列分 隔 為 一個個 消息單元。它由零個或若干個空格字符與 “ ； ” 組成?？崭褡址麨?0) 9)和 11) 32) 中的任意單個拜特組成。 （ 3） 程控題頭分界符 后面有可能跟隨與題頭功能相應(yīng)的 ，為了便于語法分析，標準規(guī)定用 串把它們分開。這個 串就是 。語法分析時，把串的第一個字符就作為分解符處理，后續(xù)字符每月實際意義。 （ 4） 用于分隔多個程控數(shù)據(jù)，規(guī)定使用 “ ， ” 分開。 （ 5） 就是 數(shù)字字符串，用于描述器件的遠控操作動作。定 ： 助記符最長 20個字符 ，名字能夠直觀、快捷的反映題頭助記符同相應(yīng)L 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 數(shù)字示波器 釋程序設(shè)計 12 器件操作功能的關(guān)系， 長格式為助記符英文全碼，短格式為前 4個字符，如果第四個字符為元音則取前三個字符，如果助記符僅有 4 個字符 ， 則 短 格式就是它本身。 還須說明的是在程控單元中各 程控命令助記符以 “” 引導(dǎo)，公用命令助記符以 “*” 引導(dǎo)，詢問命令題頭以 “ ？ ” 結(jié)束。 2 程控命令解釋編譯程序 解釋 編譯 程序是轉(zhuǎn)換器監(jiān)控系統(tǒng)軟件的一個重要組成部分。它 的主要任務(wù)是 分離出程控消息的各個 功能 句法元素，把合法的 功能 句法元素轉(zhuǎn)換成執(zhí)行控制框 中 的 可識別的“內(nèi)部表示碼 (，即內(nèi)碼。 本 章 主要 講述 控命令樹的結(jié)構(gòu) 及 設(shè)計，程控消息的 組成格式， 及 控命令的格式。 可程控的 是通過主控機的編程對 出一系列控制指令，實現(xiàn)對 遠程 控制 ，使其完成程序操作員指定的測量工作。 否完成它的程控功能需要 控轉(zhuǎn)換器和接口管理程序， 而最 需要 的是 一系列程控命令。 由此 可見， 程控命令設(shè)計是非常重要的。 要完成 控命令的設(shè)計就離不開與之相關(guān)的標準， 上一章就已經(jīng)有所介紹，準便是程控命令設(shè)計時必須遵循的。 準建立在 準之上定義了一組通用數(shù)據(jù)編碼和格式，總線信息交換協(xié)議和一組儀器必要的公用程控命令。 由于這一標準的主要內(nèi)容是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面的相容問題， 沒有給出 器件數(shù)據(jù)語義的 定義，所以還需要儀器設(shè)計者針對具體的儀器和具體的測試功能來定義程控命令等器件數(shù)據(jù)。 因此在 可程控性的實現(xiàn)上， 控命令樹的設(shè)計 是相當重要的。 控命令樹又是如何產(chǎn)生的呢？ 在 動測試系統(tǒng)中，程序操作員要使 夠完成各種測試功能，就需要用 “遠控方式 ”代替 板上的 “本地鍵盤 ”操作 。 圖 5 所示為一個 控制面板。 程序操作員使用的 種 “程控命令 ”應(yīng)與 “鍵盤命令 ”相 對應(yīng)。 通過對圖 5 中的 部分 盤命令 ”的分析：如 “運行（ ”、 “單次（ ”等按鍵 能直接完成相應(yīng)的測試功能操作，這些鍵命令所對應(yīng)的程控命令為單級命令。而有些鍵命令 則 需要順序組合 ， 才能完成規(guī)定的測試功能。如 “掃描（ ”和 “掃描選擇（ ”、 “掃描參考（ ”等之間的鍵命令屬于關(guān)聯(lián) 鍵 命令。它們所對應(yīng)的程控命令控制著 一組功能操作 。 子系統(tǒng)命令， 詳見 圖 6 的掃描菜單。 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 數(shù)字示波器 釋程序設(shè)計 13 可 以用 “樹圖 ”的方式來描述各 個 程控命令之間的相互關(guān)系。根據(jù) 本對公用命令的 規(guī)定 ,以及如圖 5 所示的 鍵盤命令 ，規(guī)劃出主 菜單和子系統(tǒng)命令菜單， 據(jù)此 設(shè)計 出控命 令樹如圖 7 所示。這個樹圖 描述 了 全部程控命令以及它們之間的相互關(guān)系 。 控命令樹中的程控命令可分為三類 ： （ 1） 公用命令 (公用命令能夠作為單獨的程控消息，也可以放在其它程控消息內(nèi)。它是由 少應(yīng)該執(zhí)行的 公共操作 。如果儀器在接收到公用命令時已經(jīng)選擇了某種功能子系統(tǒng)，儀器將保持在已選擇的子系統(tǒng)內(nèi)。 （ 2） 根級命令 (它控制 許多基本操作，以 “： ”號為引導(dǎo)，列在命令樹的根部。 如果它們位于程控消息起 始、或用“：”作為前導(dǎo)符，不管語法分析程序處于命令樹的什么位置，根級命令始終是優(yōu)先被解釋執(zhí)行。 它又分為單級命令和多級命令。 (3) 子系統(tǒng)命令 (在命令樹公共結(jié)點下 面 的一組命令就是 一個子系統(tǒng) 命令 。每個 子系統(tǒng)命令 中含有多個子 命令。 一個子系統(tǒng)命令控制一組功能操作。 按照 控命令樹規(guī)定的程控命令，結(jié)合操作菜單，依著前述的 設(shè)計出每一 個 子系統(tǒng)命令的語法格式及語法流程圖。 (1) 統(tǒng)所有的子命令的語法格式及語法流程圖如圖 8所示?，F(xiàn)就程控命令具體的語法格式及含義作如下舉例說明。假設(shè)程控命令是 “ : y ； 。 程控消息元素序列中的 “ 格式符號 ” “ :” 第一個冒號是根級命令 引導(dǎo)符，第二個冒號是根級命令 子命令分隔符 ； “ ？ ” 是詢問命令題頭結(jié)束符 ； “ ； ” 是程控消息單元分隔符 ； “第一個空格字符是程控命令題頭 “:和 “a” 的分隔符，第二個和第三個空格字符 “ 也是分隔符，用于 “ ； ” 的前后。 “ 是程控消息元素序列的結(jié)束符，它的含義是 符 。 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 數(shù)字示波器 釋程序設(shè)計 14 掃描 掃描選擇 掃 描參考 釋抑 描 掃描方式 A、 B 掃 A 掃 左 中 右 自動 觸發(fā) 關(guān)閉 調(diào)節(jié)值（用公用調(diào)節(jié)鈕） 圖 6 掃描子菜單 采樣 存儲器 自動 單次 測量 電平 顯示 應(yīng)用 運行 觸發(fā) 光標 （停止） 主菜單 公用 位移 位移 算 掃描 V 2V 20s 2入（ X） 入（ Y） 外觸發(fā)輸入 通道 100字存儲示波器 垂直 水平 電源 5 雙通道 100字存儲示波器面板示意圖 掃描選擇 A 掃描參考 中 A 掃描方式 自動 A 描 關(guān) A 釋抑 關(guān) 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 數(shù)字示波器 釋程序設(shè)計 15 程控命令 公用命令 根級命令 單級命令 多級命令 7 控命令樹 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 數(shù)字示波器 釋程序設(shè)計 16 程控消息元素序列中的程控命令 根級命令 ； 子命令 ； y 字符型程控數(shù)據(jù) ； 同一根級 命令； 一條 子命令 (2) 這兩個根級子系統(tǒng)都含有 8條 子命令 。它們的語法格式一樣，命令 “和“v” 的語法格式及語法流程圖如圖 9所 示。； a b 圖 8 級子系統(tǒng)命令的語法格式及語法流程圖 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 數(shù)字示波器 釋程序設(shè)計 17 (3) 其它根級子命令 條 子命令 。 條 子命令 。7條 子命令 。 另外還有 個根級 子系統(tǒng)命令，它們的語法格式及語法流程和 環(huán)境。然而，控制器與器件利用這些硬件環(huán)境進行通信，交換器件消息時，控制器發(fā)送程控消息和讀取響應(yīng)消息 的條件是什么？ 器件 如何 收聽程控消息？通信過程中，出現(xiàn)了異常情況 該 怎樣處理？ 準推薦的消息控制協(xié)議解決了這一系列技術(shù)難題。 協(xié)議使用 “ 消息交換控制功能概念模型 ” 描述 了 消息交換控制構(gòu)成機制 。 邏輯模型給出了 器件處理程控的嚴格行為準則。這 個 行為準則能協(xié)調(diào)控制器與器件間的通信行為，也適用于約束器件到器件的消息通信， 被 稱為 “ 消息交換軟接口 ” 。 ： 圖 9 級子系統(tǒng)部分子命令的語法格式及語法流程圖 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 數(shù)字示波器 釋程序設(shè)計 18 控 消息交換控制協(xié)議 消息交換控制接口處理來自或傳送到器件的全部 它是 功能框圖如圖 10所示。 (1) 輸入緩沖器 控 制 遠地消息 消息 交換 控制 輸入緩沖器 語法分析程序 執(zhí)行控制 輸出序列 格式化程序 器件功能 詢問 錯誤 響應(yīng)數(shù)據(jù) 響應(yīng)消息元素 p - 可執(zhí)行的 消息單元 已分析 消息 圖 10 消息交換控制接口功能框圖 氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 數(shù)字示波器 釋程序設(shè)計 19 接收程控消息的輸入緩沖器（ 程序中定名 控轉(zhuǎn)換器中的外部數(shù)據(jù)存儲器空間的一部分。設(shè)置 其 長度為 2采用 “ 先進先出 ( 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方式。如果 字節(jié)數(shù)超過 它的 長度，就置狀態(tài)拜特寄存器 ，不再接收多余的 次在 程 序接收數(shù)據(jù)之前清空 輸入緩沖器 ，以保證解釋程序從 輸入緩沖器 中取得的程控消息無誤。 （ 2） 語法分析程序（ 語法分析程序（即解釋程序）是轉(zhuǎn)換器監(jiān)控系統(tǒng)軟件的一個重要組成部分。它能分離出程控消息的各個句法元素，把合法的句法元素轉(zhuǎn)換成執(zhí)行控制框 中 的 可識別的“內(nèi)部表示碼（ ” 。 若在語法分析過程中發(fā)現(xiàn)了錯誤， 解釋程序?qū)?立即 放棄當前的程控消息單元，并置轉(zhuǎn)換器中的狀態(tài)拜特寄存器 1（真），然后繼續(xù)分析后續(xù)的程控消息。 （ 3） 消息交換控制（ 消息交換控制表示了各功能框間掛鉤控制消息的 相互 連接。它處理掛鉤控制消息，以使器件消息交換有序執(zhí)行。消息交換是由主控機啟動，主控機從轉(zhuǎn)換器讀取響應(yīng)消息以前結(jié)束完整的程控消息元素傳送。為了 使 消息交換過程回歸正常操作流程，在程序設(shè)計時 就應(yīng)預(yù)先規(guī)劃好出錯處理措施 ， 當監(jiān)控系統(tǒng)軟件運行時就能根據(jù)出錯的情況，由程序指令設(shè)置比特值，在串行查詢時就可把出錯的情況通過 記錄報告給主控機。 3 人們通常把從高級語言寫源程序到機器語 言表示的目標程序的轉(zhuǎn)換程序叫做編譯程序?！?編譯程序是將一種語言寫的源程序轉(zhuǎn)換成等價的可執(zhí)行目標程序，其目標代碼的格式以及目標機的樣式非常多，但是便宜程序的使命卻始終是一種翻譯工作。 ” 編譯程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及組織方式雖然樣式繁多，但是萬變不離其宗。它的主要工作有兩大部分：一是分析，二是綜合。分析是對被編譯的源程序進行分析；綜合是在分析完全正確之后，綜合出可以執(zhí)行的機器語言程序，執(zhí)行的結(jié)果應(yīng)該準確無誤，同源程序應(yīng)達到的目的完全一致。 現(xiàn)代編譯程序都是語法制導(dǎo)的，即編譯的過程由源程 序的語法結(jié)構(gòu)控制，而語法結(jié)構(gòu)通常由語法分析器來識別。語法分析器逐一讀入源程序的字符，分析字符流的詞法結(jié)構(gòu)，組成一個個的單詞，例如數(shù)字、標識符、運算符等。語法結(jié)構(gòu)的識別是分析部分的主要內(nèi)容。根電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 數(shù)字示波器 釋程序設(shè)計 20 據(jù)程序的語法結(jié)構(gòu)，語義分析器分析程序的語義。 語義分析包含多個語義子程序，在識別一種語法結(jié)構(gòu)時，就調(diào)用與此相關(guān)的語義子程序，對該語法結(jié)構(gòu)上的短語作語義檢查，比如說一致性檢查與作用域分析，確定其意義，綜合出各程序部分的中間語言表示或者目標代碼。如果產(chǎn)生了目標代碼，它作為代碼生成器的輸入，由此生成所需要的機器語言程序。在語義 分析器與代碼生成器之間，可以進一步優(yōu)化，它改變目標代碼的 序列，使其可以產(chǎn)生高效的代碼，又與源程序的執(zhí)行結(jié)果一致。一個編譯程序基本上就由這些部件組成，如圖 11 所示。 (1) 詞法分析 源程序可以簡單的看成是一個多行字符。詞法分析器逐一從轉(zhuǎn)換器的外部數(shù)據(jù)存儲器的有程控消息的消息隊列）讀入字符，按照源語言規(guī)定的詞法規(guī)則，拼寫出所有單詞。然后，編譯程序把單詞當作是由源語言主控機發(fā)出的，并由庫函數(shù) 小寫字母轉(zhuǎn)換成大 寫字母之后的程控消息假如是： “ ： ； *，則程控消息元素序列中的 “ ： ” 、 “ ； ” 、 “ ？ ” 、“、 “、 “、 “等都是單詞。 詞 法 分析器 語 法 分析器 語 義 分析器 優(yōu) 化 器 代 碼 分析器 源程序 單詞 語法結(jié)構(gòu) 用中間 語言表示 號 管 理 表 出 錯 處 理 11 語法制導(dǎo)的編譯程序的基本結(jié)構(gòu) 目標代碼 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 數(shù)字示波器 釋程序設(shè)計 21 (2) 語法分析 源語言的語法由以產(chǎn)生方式為主體的上下文無關(guān)的語法描述，由此可知語法分析器讀入單詞，將它們組合成按產(chǎn)生方式規(guī)定的詞組（或短語）。例如，上例的程控消息元素序列將:; ; * ； * 程控命令題頭 ： ： 析同左 分析同上 * 分析同前 圖 12 程控消息的層次語法分析樹 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 數(shù)字示波器 釋程序設(shè)計 22 按圖 12所示的層次結(jié)構(gòu)分析樹的形式進行分析。圖 12的分析樹描述了輸入的語法結(jié)構(gòu)。 語法樹是分析樹的壓縮表示形式。語法中兩個 “ ： ” 是以內(nèi)部節(jié)點的名義出現(xiàn)的。 在語法分析中，如果源程序中沒有語法錯誤，就可以正確的畫出其分析樹。例如，該程控消息元素序列就可以根據(jù) “ ： ” 的個數(shù)和結(jié)束符 把它們按順序分解成三個程控消息單元 “ ： 和 “ ” 以及 “*。否則就指出語法錯誤，給出相應(yīng)的診斷信息。例如，該程控消息元素序列當中沒有 “ ； ” 或者結(jié)束符 ，解釋程序就將置 的狀態(tài)位 。 (3) 語義分析 語義分 析階段主要 檢查源程序是否包含 語義錯誤 ，并收集類型信息供后面 的代碼生成階段使用。只有語法、語義正確的源程序才可以被翻譯成正確的目標代碼。上例的程控消息元素序列中的根級命令 “假如沒有根級命令類型引導(dǎo)符 “： ”，公用命令 “如沒有功用命令類型引導(dǎo)符 “*”等等，就不能對這些程控命令進行正確分類，就會產(chǎn)生語義錯誤。 語義分析的一個重要內(nèi)容是類型檢查。定義一種類型一般包含兩個方面的內(nèi)容，類型的載體及其操作。例如，還是分析上面的那個例子，根據(jù)類型符號 “ ： ” ， “ ； ” 以及“ ？ ” ，就可以判斷出哪些屬于根級命令 ，如 些屬于根級子命令，如 些屬