基于PXI總線的虛擬數字示波器軟件設計
2013-03-04
測試總線在近幾十年發展非常迅速：從早期的通用接口總線GPIB到近期的VXI、外圍設備接口總線(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，是PCI總線在測試領域的擴展(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標準。PXI總線可簡單地認為是 MicorosoftWindows、Compact PCI(CPCI)和VXI技術的綜合：機械規范方面采用CPCI的核心技術，即歐式插卡機械機構和氣密式針孔接頭，特別適用于惡劣的工業環境；電氣規范方面在保持了PCI/CPCI總線所有優點的前提下增加了專門的系統參考時鐘、觸發總線、星形觸發總線和模塊間的局部總線，以此來滿足高精度的定時、同步與數據通信要求；軟件規范方面也與PCI/CPCI一致，核心是Microsoft公司的Windows操作系統，所以PXI系統與PC兼容，方便選擇很多現成的應用軟件開發工具。
PXI數據采集板原理框圖 軟件構成
Windows 系統為了保證系統的安全性、穩定性和可移植性，對系統底層操作采取了屏蔽的措施，利用設備驅動程序將硬件與用戶隔開。所以，軟件分為兩部分：底層設備驅動程序、高層應用軟件。設備驅動程序從廣義上來講是指直接操作硬件的一組函數，完成硬件控制和數據采集。驅動程序在裝入后成為操作系統內核的一部分。高層應用軟件可以認為是虛擬示波器用戶態程序，將用戶界面，即面板上各種開關、按鈕等控件以及波形、測量數據結果顯示區和數據采集、數據分析聯系在一起。當用戶在界面上發出一定的命令后，應用程序首先調用應用程序接口(Application Programming Interface，API)函數，相關的系統服務將調用內核模式的驅動程序實現API，將命令信息轉換成數據采集板認識的數據格式，按照數據采集板的物理地址送到底層硬件。同時數據采集板采集到的數據和底層硬件的各種狀態信息也通過API傳送給應用程序做顯示和控制用。 驅動程序開發
式、觸發極性、觸發電平、觸發位置、觸發通道、耦合方式和是否平滑和反相顯示波形，另外還專門有一個自動設置按鈕，按下此按鈕，軟件將自動為用戶設定合適的以上參數。
(2) 波形顯示區：軟面板左上部分按照標準示波器顯示規范，橫向分為10格，縱向分為8格；有可移動的兩個光標，可供用戶在波形顯示區任意拖動。
圖2 示波器面板(3) 光標及測量結果顯示區：分別可顯示光標1、2位置，光標相對位置及相應的時間/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個量值。 整個系統軟件總體模塊如圖3所示，主要包括：初始化模塊、結束程序模塊、控件消息處理模塊、波形數據采集處理顯示模塊、光標及測量結果顯示模塊。其中后兩部分軟件模塊嚴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器(Timer)，它在用戶界面上是隱藏的，根據預先設置的時間間隔不斷產生消息，利用其消息回調函數處理需要重復執行的代碼。波形采集處理顯示程序和數據顯示程序分別為20 ms和1.2 s周期循環執行。在執行這兩部分循環程序的同時，如果示波器面板上有控件被操作，應用程序將在兩次循環中間處理控件消息，如需要還將調用底層驅動程序對硬件進行相應的設置，例如用戶通過鼠標改變量程控件檔位時，對該控件消息的處理是根據改變后的量程檔位設置數據采集板上模擬調理通道上相應的衰減率。初始化模塊包括定位和開啟數據采集板、初始化用戶界面和設置相應初始硬件參數，然后可開始采集數據。來源：示波器 http://www.kafenchem.com/
PXI數據采集板原理框圖 軟件構成
Windows 系統為了保證系統的安全性、穩定性和可移植性，對系統底層操作采取了屏蔽的措施，利用設備驅動程序將硬件與用戶隔開。所以，軟件分為兩部分：底層設備驅動程序、高層應用軟件。設備驅動程序從廣義上來講是指直接操作硬件的一組函數，完成硬件控制和數據采集。驅動程序在裝入后成為操作系統內核的一部分。高層應用軟件可以認為是虛擬示波器用戶態程序，將用戶界面，即面板上各種開關、按鈕等控件以及波形、測量數據結果顯示區和數據采集、數據分析聯系在一起。當用戶在界面上發出一定的命令后，應用程序首先調用應用程序接口(Application Programming Interface，API)函數，相關的系統服務將調用內核模式的驅動程序實現API，將命令信息轉換成數據采集板認識的數據格式，按照數據采集板的物理地址送到底層硬件。同時數據采集板采集到的數據和底層硬件的各種狀態信息也通過API傳送給應用程序做顯示和控制用。 驅動程序開發
式、觸發極性、觸發電平、觸發位置、觸發通道、耦合方式和是否平滑和反相顯示波形，另外還專門有一個自動設置按鈕，按下此按鈕，軟件將自動為用戶設定合適的以上參數。
(2) 波形顯示區：軟面板左上部分按照標準示波器顯示規范，橫向分為10格，縱向分為8格；有可移動的兩個光標，可供用戶在波形顯示區任意拖動。
圖2 示波器面板(3) 光標及測量結果顯示區：分別可顯示光標1、2位置，光標相對位置及相應的時間/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個量值。 整個系統軟件總體模塊如圖3所示，主要包括：初始化模塊、結束程序模塊、控件消息處理模塊、波形數據采集處理顯示模塊、光標及測量結果顯示模塊。其中后兩部分軟件模塊嚴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器(Timer)，它在用戶界面上是隱藏的，根據預先設置的時間間隔不斷產生消息，利用其消息回調函數處理需要重復執行的代碼。波形采集處理顯示程序和數據顯示程序分別為20 ms和1.2 s周期循環執行。在執行這兩部分循環程序的同時，如果示波器面板上有控件被操作，應用程序將在兩次循環中間處理控件消息，如需要還將調用底層驅動程序對硬件進行相應的設置，例如用戶通過鼠標改變量程控件檔位時，對該控件消息的處理是根據改變后的量程檔位設置數據采集板上模擬調理通道上相應的衰減率。初始化模塊包括定位和開啟數據采集板、初始化用戶界面和設置相應初始硬件參數，然后可開始采集數據。來源：示波器 http://www.kafenchem.com/
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