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基于PXI總線的虛擬數(shù)字示波器軟件設(shè)計(jì)
2013-03-04
測試總線在近幾十年發(fā)展非常迅速：從早期的通用接口總線GPIB到近期的VXI、外圍設(shè)備接口總線(Peripheral Component Interconnection，PCI)、PXI、IEEE1394、通用串行(Universal Serial Bus，USB)測試總線。其中PXI總線是最新一代的測試總線技術(shù)，是PCI總線在測試領(lǐng)域的擴(kuò)展(PCI eXtensions for Instruments)，于1997年被美國NI公司首次提出，并于次年被采用為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。PXI總線可簡單地認(rèn)為是 MicorosoftWindows、Compact PCI(CPCI)和VXI技術(shù)的綜合：機(jī)械規(guī)范方面采用CPCI的核心技術(shù)，即歐式插卡機(jī)械機(jī)構(gòu)和氣密式針孔接頭，特別適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境；電氣規(guī)范方面在保持了PCI/CPCI總線所有優(yōu)點(diǎn)的前提下增加了專門的系統(tǒng)參考時(shí)鐘、觸發(fā)總線、星形觸發(fā)總線和模塊間的局部總線，以此來滿足高精度的定時(shí)、同步與數(shù)據(jù)通信要求；軟件規(guī)范方面也與PCI/CPCI一致，核心是Microsoft公司的Windows操作系統(tǒng)，所以PXI系統(tǒng)與PC兼容，方便選擇很多現(xiàn)成的應(yīng)用軟件開發(fā)工具。
PXI數(shù)據(jù)采集板原理框圖 軟件構(gòu)成
Windows 系統(tǒng)為了保證系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可移植性，對系統(tǒng)底層操作采取了屏蔽的措施，利用設(shè)備驅(qū)動程序?qū)⒂布c用戶隔開。所以，軟件分為兩部分：底層設(shè)備驅(qū)動程序、高層應(yīng)用軟件。設(shè)備驅(qū)動程序從廣義上來講是指直接操作硬件的一組函數(shù)，完成硬件控制和數(shù)據(jù)采集。驅(qū)動程序在裝入后成為操作系統(tǒng)內(nèi)核的一部分。高層應(yīng)用軟件可以認(rèn)為是虛擬示波器用戶態(tài)程序，將用戶界面，即面板上各種開關(guān)、按鈕等控件以及波形、測量數(shù)據(jù)結(jié)果顯示區(qū)和數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析聯(lián)系在一起。當(dāng)用戶在界面上發(fā)出一定的命令后，應(yīng)用程序首先調(diào)用應(yīng)用程序接口(Application Programming Interface，API)函數(shù)，相關(guān)的系統(tǒng)服務(wù)將調(diào)用內(nèi)核模式的驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)API，將命令信息轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)采集板認(rèn)識的數(shù)據(jù)格式，按照數(shù)據(jù)采集板的物理地址送到底層硬件。同時(shí)數(shù)據(jù)采集板采集到的數(shù)據(jù)和底層硬件的各種狀態(tài)信息也通過API傳送給應(yīng)用程序做顯示和控制用。 驅(qū)動程序開發(fā)
式、觸發(fā)極性、觸發(fā)電平、觸發(fā)位置、觸發(fā)通道、耦合方式和是否平滑和反相顯示波形，另外還專門有一個(gè)自動設(shè)置按鈕，按下此按鈕，軟件將自動為用戶設(shè)定合適的以上參數(shù)。
(2) 波形顯示區(qū)：軟面板左上部分按照標(biāo)準(zhǔn)示波器顯示規(guī)范，橫向分為10格，縱向分為8格；有可移動的兩個(gè)光標(biāo)，可供用戶在波形顯示區(qū)任意拖動。
圖2 示波器面板(3) 光標(biāo)及測量結(jié)果顯示區(qū)：分別可顯示光標(biāo)1、2位置，光標(biāo)相對位置及相應(yīng)的時(shí)間/幅度差值。另外，還顯示出所測量信號的周期、頻率、峰峰值、有效值和平均值5個(gè)量值。 整個(gè)系統(tǒng)軟件總體模塊如圖3所示，主要包括：初始化模塊、結(jié)束程序模塊、控件消息處理模塊、波形數(shù)據(jù)采集處理顯示模塊、光標(biāo)及測量結(jié)果顯示模塊。其中后兩部分軟件模塊嚴(yán)格說來也屬于一種特殊控件的消息處理。在CVI中有一類特殊控件稱為定時(shí)器(Timer)，它在用戶界面上是隱藏的，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的時(shí)間間隔不斷產(chǎn)生消息，利用其消息回調(diào)函數(shù)處理需要重復(fù)執(zhí)行的代碼。波形采集處理顯示程序和數(shù)據(jù)顯示程序分別為20 ms和1.2 s周期循環(huán)執(zhí)行。在執(zhí)行這兩部分循環(huán)程序的同時(shí)，如果示波器面板上有控件被操作，應(yīng)用程序?qū)⒃趦纱窝h(huán)中間處理控件消息，如需要還將調(diào)用底層驅(qū)動程序?qū)τ布M(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，例如用戶通過鼠標(biāo)改變量程控件檔位時(shí)，對該控件消息的處理是根據(jù)改變后的量程檔位設(shè)置數(shù)據(jù)采集板上模擬調(diào)理通道上相應(yīng)的衰減率。初始化模塊包括定位和開啟數(shù)據(jù)采集板、初始化用戶界面和設(shè)置相應(yīng)初始硬件參數(shù)，然后可開始采集數(shù)據(jù)。來源：示波器 http://www.91zenqing.cn/
PXI數(shù)據(jù)采集板原理框圖 軟件構(gòu)成
Windows 系統(tǒng)為了保證系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可移植性，對系統(tǒng)底層操作采取了屏蔽的措施，利用設(shè)備驅(qū)動程序?qū)⒂布c用戶隔開。所以，軟件分為兩部分：底層設(shè)備驅(qū)動程序、高層應(yīng)用軟件。設(shè)備驅(qū)動程序從廣義上來講是指直接操作硬件的一組函數(shù)，完成硬件控制和數(shù)據(jù)采集。驅(qū)動程序在裝入后成為操作系統(tǒng)內(nèi)核的一部分。高層應(yīng)用軟件可以認(rèn)為是虛擬示波器用戶態(tài)程序，將用戶界面，即面板上各種開關(guān)、按鈕等控件以及波形、測量數(shù)據(jù)結(jié)果顯示區(qū)和數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析聯(lián)系在一起。當(dāng)用戶在界面上發(fā)出一定的命令后，應(yīng)用程序首先調(diào)用應(yīng)用程序接口(Application Programming Interface，API)函數(shù)，相關(guān)的系統(tǒng)服務(wù)將調(diào)用內(nèi)核模式的驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)API，將命令信息轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)采集板認(rèn)識的數(shù)據(jù)格式，按照數(shù)據(jù)采集板的物理地址送到底層硬件。同時(shí)數(shù)據(jù)采集板采集到的數(shù)據(jù)和底層硬件的各種狀態(tài)信息也通過API傳送給應(yīng)用程序做顯示和控制用。 驅(qū)動程序開發(fā)
式、觸發(fā)極性、觸發(fā)電平、觸發(fā)位置、觸發(fā)通道、耦合方式和是否平滑和反相顯示波形，另外還專門有一個(gè)自動設(shè)置按鈕，按下此按鈕，軟件將自動為用戶設(shè)定合適的以上參數(shù)。
(2) 波形顯示區(qū)：軟面板左上部分按照標(biāo)準(zhǔn)示波器顯示規(guī)范，橫向分為10格，縱向分為8格；有可移動的兩個(gè)光標(biāo)，可供用戶在波形顯示區(qū)任意拖動。
圖2 示波器面板(3) 光標(biāo)及測量結(jié)果顯示區(qū)：分別可顯示光標(biāo)1、2位置，光標(biāo)相對位置及相應(yīng)的時(shí)間/幅度差值。另外，還顯示出所測量信號的周期、頻率、峰峰值、有效值和平均值5個(gè)量值。 整個(gè)系統(tǒng)軟件總體模塊如圖3所示，主要包括：初始化模塊、結(jié)束程序模塊、控件消息處理模塊、波形數(shù)據(jù)采集處理顯示模塊、光標(biāo)及測量結(jié)果顯示模塊。其中后兩部分軟件模塊嚴(yán)格說來也屬于一種特殊控件的消息處理。在CVI中有一類特殊控件稱為定時(shí)器(Timer)，它在用戶界面上是隱藏的，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的時(shí)間間隔不斷產(chǎn)生消息，利用其消息回調(diào)函數(shù)處理需要重復(fù)執(zhí)行的代碼。波形采集處理顯示程序和數(shù)據(jù)顯示程序分別為20 ms和1.2 s周期循環(huán)執(zhí)行。在執(zhí)行這兩部分循環(huán)程序的同時(shí)，如果示波器面板上有控件被操作，應(yīng)用程序?qū)⒃趦纱窝h(huán)中間處理控件消息，如需要還將調(diào)用底層驅(qū)動程序?qū)τ布M(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，例如用戶通過鼠標(biāo)改變量程控件檔位時(shí)，對該控件消息的處理是根據(jù)改變后的量程檔位設(shè)置數(shù)據(jù)采集板上模擬調(diào)理通道上相應(yīng)的衰減率。初始化模塊包括定位和開啟數(shù)據(jù)采集板、初始化用戶界面和設(shè)置相應(yīng)初始硬件參數(shù)，然后可開始采集數(shù)據(jù)。來源：示波器 http://www.91zenqing.cn/
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