【文章內容簡介】 2如發(fā)送數(shù)據(jù)為0一位數(shù)字，就表示要工作的器件是信號發(fā)生器。之后用FPGA設計一串口接收模塊，按照設定好的波特率及編碼方式解碼，得到控制命令，使相應的器件工作。167。 系統(tǒng)框圖FPGA函數(shù)信號發(fā)生器存儲示波器簡易頻率計函數(shù)信號發(fā)生器界面存儲示波器界面簡易頻率計界面RS232RS232PC控制模塊 圖26 總系統(tǒng)框圖 167。 頻率計設計思想由于選擇了上面的方案，即發(fā)送控制命令的形式來控制FPGA發(fā)送信息大大降低了串口的發(fā)送負擔，使得串口的發(fā)送速率能夠滿足設計要求達到實時性，具體的設計流程是把每個按鍵編碼，其編碼的規(guī)則如表24（高8位用“10”表示，低八位用“00”表示，頻率用‘0’表示，占空比用‘1’表示），一共有三個控制參數(shù)分別為發(fā)送低8位，發(fā)送高8位，發(fā)送頻率，發(fā)送占空比，發(fā)送低8位的控制信息用1位表示，發(fā)送高8位的控制信息用1位表示，發(fā)送頻率和占空比用一位表示，將上面的三位組合到一起組成一幀按照一定的波特率發(fā)到串口，而且每當這3位數(shù)字有變化時就把新的數(shù)據(jù)發(fā)送到串口。如發(fā)送數(shù)據(jù)為010三位數(shù)字，就表示要接收頻率的低8位。之后用一串口接收模塊，按照設定好的波特率及編碼方式解碼，得到的控制指令使其工作時發(fā)送相應的數(shù)字。表24 發(fā)送指令編碼表名稱發(fā)送參數(shù)頻率低8位010頻率高8位001占空比低8位110占空比高8位101167。 函數(shù)信號發(fā)生器設計思想由于選擇的是方案二即發(fā)送波形命令的形式來控制波形就大大降低了串口的發(fā)送負擔，使得串口的發(fā)送速率能夠滿足設計要求達到實時性，具體的設計流程是把每種波形的參數(shù)都設定為不同的數(shù)字如表22（三角波用0表示，正弦波用1表示，方波用2表示），一共有四個波形參數(shù)分別為波形類型，頻率系數(shù)（即在某個頻段內的頻率旋鈕調節(jié)值），頻段，峰峰值。表22 波形類型編碼表波形類型發(fā)送參數(shù)三角波0正弦波1方波2表23 頻段編碼表頻段發(fā)送參數(shù)2MHz0200KHz120KHz22KHz3200Hz420Hz52Hz6波形類型由于有三種波形，其參數(shù)為0～2（十進制）占一位；頻率系數(shù)由于在200K～2Mhz頻段內步進為5Khz，因此可用0～359表示這頻段內的360個不同頻率，占三位。頻段有七段分別為2Hz，20Hz，200Hz，2Khz，20Khz，200Khz，～6表示，占一位，如表23。，而經(jīng)測量D/，可用0～84表示這85個不同值，占2位。這四種參數(shù)加起來一共要發(fā)送7位的十進制數(shù)，把這些數(shù)字連接到一起組成一幀按照一定的波特率發(fā)到串口，而且每當這七位數(shù)字有變化時就把新的數(shù)據(jù)發(fā)送到串口。如發(fā)送數(shù)據(jù)為1234567七位數(shù)字，就表示要產生的波形為正弦波，頻率系數(shù)為234，頻段為5，峰峰值系數(shù)為67。之后用FPGA設計一串口接收模塊，按照設定好的波特率及編碼方式解碼，得到的波形指令通過DDS技術產生數(shù)字波形，再經(jīng)過一D/A轉換發(fā)送到示波器上驗證結果。第3章 上位機設計167。 LabVIEW軟件設計思想LabVIEW是一種采用圖圖標代替文本行創(chuàng)建應用程序的圖形化編程語言。其采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點之間的數(shù)據(jù)流向決定了程序的執(zhí)行順序。它用圖標表示函數(shù)，用連線表示數(shù)據(jù)流向。167。 LabVIEW中主VI的設計思想在主VI的前面板上面的控件有：信號發(fā)生器按鈕，頻率計按鈕，示波器按鈕。當這三個按鈕任何一個按下時，將相應的控制信息發(fā)送到RS232串口，同時調用相應的子VI。其軟件流程圖如下圖31。開始函數(shù)信號發(fā)生器按鈕頻率計按鈕存儲示波器按鈕函數(shù)信號發(fā)生器系數(shù)頻率計系數(shù)存儲示波器系數(shù)比較是否相同并連接VISA寫入調用相應子VINY圖31 LabVIEW軟件中主VI設計流程圖167。 LabVIEW中函數(shù)信號發(fā)生器的設計思想在前面板上控件主要有：波形選擇，頻率旋鈕，頻段調節(jié)，幅度調節(jié)。這四部分的調節(jié)直接影響波形信號的改變，在程序框圖中，每一種調節(jié)都對應一種波形參數(shù)，當前面板中相應的控件值改變時，參數(shù)也隨之改變，并把這些調節(jié)參數(shù)連接起來通過串口發(fā)送出去[7]。其流程圖如下圖32。開始波形選擇頻率旋鈕頻段旋鈕波形參數(shù)頻系參數(shù)頻段參數(shù)數(shù)比較是否相同并連接VISA寫入NY幅度調節(jié)峰峰值參數(shù)圖32 LabVIEW軟件中函數(shù)信號發(fā)生器設計流程圖167。 LabVIEW中頻率計的設計思想檔位按鈕占空比按鈕控制按鈕檔位系數(shù)占空比系數(shù)控制系數(shù)比較是否相同并連接VISA寫入NVISA讀寄存器數(shù)據(jù)處理顯示開始結束Y圖33 LabVIEW軟件中頻率計設計流程圖在前面板上控件主要有：檔位選擇，控制按鈕，占空比按鈕，開關按鈕。這四部分的調節(jié)直接影響到FPGA往RS232串口發(fā)送的信息。在程序框圖中，每一種調節(jié)都對應一種控制參數(shù)，當前面板中相應的控件值改變時，參數(shù)也隨之改變，并把這些調節(jié)參數(shù)連接起來通過串口發(fā)送出去。與此同時，VISA讀RS232串口的信息，將讀出的信息進行相應的轉換，最終在其前面板上面顯示出來。其軟件流程圖如上圖33。167。 人機交互界面設計LabVIEW中主VI及其子VI的前面板如圖3－4；3－5；3－6所示。圖34 主VI的前面板 圖35 子VI函數(shù)信號發(fā)生器的前面板圖36 子VI頻率計的前面板167。 人機交互界面的構成由上圖可知，人機交互界面有以下幾部分組成：1．背景圖片：主VI及其子VI頻率計的背景圖片是自畫的，子VI函數(shù)信號發(fā)生器是以真實的信號發(fā)生器為藍本，因此背景圖片是以學校電子技術實驗室的THSGO1P型功率函數(shù)信號發(fā)生器為模型，之后在LabVIEW中插入其圖片。2．按鈕控件：其主要功能是可以產生一布爾量（true 或 false），當按鈕按下是為真，彈起時為假。頻段選擇和波形選擇中的按鈕即是這種控件，通過它來控制選中某一頻段或者某一波形[8]；檔位和占空比等都是用這樣的按鈕來控制的。3．指示燈控件：LabVIEW中可以得到一些常見的指示燈與開關按鈕，這里選用了與圖片上最為接近的圓形指示燈。在此設計中頻段選擇中的指示燈及頻率指示燈，峰峰值指示燈都為此控件，當給指示燈一個true值時，指示燈亮，否則給它一個flase值時指示燈滅。它們的存在使得面板的狀態(tài)一目了然。4．旋鈕控件：旋鈕控件可以輸出一些定義的數(shù)值，通過用鼠標旋轉此控件即可達到改變輸出值，還可以通過選中并點擊鼠標右鍵進入控件屬性設置改變控件的屬性，如控件值的范圍，步進等，本設計中用到的頻率調節(jié)旋鈕和幅值調節(jié)旋鈕皆為轉盤控件，設置頻率調節(jié)旋鈕范圍為0到359，步進為1可調節(jié)400個不同值；，，可以有85種不同的幅值調節(jié)[9]。5．顯示控件：面板中的數(shù)值顯示控件可以用于頻率及幅值的顯示。167。 界面的組件設計 由于LabVIEW自帶的控件有限，有些雖然相似但也不是完全相同，如果不加以修改，整體的視覺效果會大打折扣，因此學會修改，設計控件是必須的。在本設計中用到的組件的設計方法為1．按鈕設計：在LabVIEW中雖然有圓形按鈕較符合條件，但顏色和大小均不符合條件，且還有幾種觸發(fā)方式選擇，不同的觸發(fā)方式有不同的效果。由于圖片中的按鈕為黑色且較小，在設計中還要多次使用。這時拖到前面板上一個圓形按鈕后選中點擊鼠標右鍵的高級自定義即可進入控件修改面板，再調整好大小及顏色后保存，就可以在控件面板的選擇控件中調出自己的按鈕控件了。布爾開關的機械動作：布爾開關有6 種機械動作屬性可供選擇。在前面板上用鼠標右鍵單擊開關，在快捷菜單中選擇Mechanical Action 就可以看到這些可選的動作。本設計選的為單擊時轉換[10]。2．旋鈕設計：旋鈕的大小及顏色設置如按鈕設計，但還有一些如旋鈕的范圍，步進需要在旋鈕屬性里設置。3．數(shù)碼管顯示設計：為了得到仿真的效果，頻率，幅值的顯示采用的是數(shù)碼管字體，LabVIEW中沒有自帶這種字體，需要自己安裝。把數(shù)值顯示控件調整至需要大小，在前面板上的12pt應用程序字體中著到數(shù)碼管字體，并可以對字體設置顏色，大小，位置設置，還可以通過工具面板中的顏色筆調節(jié)字體背景為黑色。167。 主VI程序框圖設計程序框圖提供VI 的圖形化源程序。在程序框圖中對VI 編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能。圖3－7是與圖3－4對應的程序框圖。可以看到程序框圖中包括了前面板上的開關和指示燈控件的連線端子，還有一些CIN節(jié)點，if循環(huán)結構及程序的循環(huán)結構。整個程序框圖設置了一個While Loop 循環(huán)，使它持續(xù)工作下去[11]。由電源開關控制這一循環(huán)的結束。整個程序主要有以下幾個模塊： 器件選擇模塊；串口發(fā)送模塊設計。167。 程序框圖LabVIEW是圖象化的編程語言，它的軟件設計是以圖形連線的方式表示出來。下圖3－8即是LabVIEW部分的主VI的設計程序，圖37 主VI程序框圖 167。 器件選擇部分設計圖38 器件選擇設計圖器件選擇模塊的主要功能是得到器件參數(shù)，當前面板中的信號發(fā)生器控件按下時，參數(shù)為0，頻率計控件按下時參數(shù)為1，示波器控件按下時參數(shù)為2。首先，由于信號發(fā)生器，頻率計，示波器都是輸入控件，在程序框圖中相當于普通編程語言的輸入?yún)?shù)，只有輸出端子，沒有輸入端子，且輸出值為布爾量，通過布爾轉（0，1）VI，可以把輸出值轉換為0 或1，分別送到一CIN節(jié)點，對其編程如圖信號發(fā)生器輸入量設為 a； 頻率計輸入量設為 b； 示波器輸入量設為 c；輸出為d。CIN節(jié)點功能就是當a=1時，輸出d＝0，表示信號發(fā)生器；當b=1時，輸出d=1，表示頻率計；當c=1時，輸出d=2，表示示波器。之后把d的值送至一數(shù)值轉十進制字符VI，等待發(fā)送[12]。CIN節(jié)點程序如下：if(a==1)d=0；elseif(b==1)d=1；elseif(c==1)d=2；167。 串口發(fā)送部分設計串口的發(fā)送是很重要的一部分，主要功能是完成把波形指令發(fā)送到串口上。在此，串口采用的是LabVIEW自帶的串口發(fā)送模塊VISA，可以很方便的調用。在LabVIEW的VISA面板中有VISA配置、VISA讀取、VISA寫入、VISA關閉、VISA打開等關于VISA串口操作的模塊。 圖39 串口配置與發(fā)送設計圖首先要先調用一個VISA配置VI，此VI的功能是完成串口的配置，如波特率，數(shù)據(jù)位數(shù)，有無奇偶校驗等，在這里設置的是波特率為9600，一位起始位，八位數(shù)據(jù)位，一位停止位，無奇偶校驗，無握手協(xié)議。其次，調用一VISA寫入VI，此VI是將連接好的一包數(shù)據(jù)按指定格式，速率發(fā)送的串口上。最后，調用VISA關閉VI，關閉串口[13]。167。 函數(shù)信號發(fā)生器程序框圖的設計圖3－10是與圖3－5對應的程序框圖?？梢钥吹匠绦蚩驁D中包括了前面板上的開關，旋鈕，指示燈和數(shù)值顯示等控件的連線端子，還有一些CIN節(jié)點，if循環(huán)結構及程序的循環(huán)結構。整個程序框圖設置了一個While Loop 循環(huán)，使它持續(xù)工作下去。由電源開關控制這一循環(huán)的結束。整個程序主要有以下幾個模塊： 波形類型模塊；頻率選擇模塊；頻段選擇模塊；幅值選擇模塊；串口發(fā)送模塊設計。167。 程序框圖下圖3－10即是LabVIEW部分的函數(shù)信號發(fā)生器的設計程序，圖310 函數(shù)信號發(fā)生器的程序框圖 167。 波形類型部分設計圖311 波形類型設計圖波形類型模塊的主要功能是得到波形參數(shù)當前面板中的三角控件按下時，參數(shù)為0，正弦控件按下時參數(shù)為1，方波控件按下時參數(shù)為2。首先，由于三角，方波，正弦都是輸入控件，在程序框圖中相當于普通編程語言的輸入?yún)?shù)，只有輸出端子，沒有輸入端子，且輸出值為布爾量，通過布爾轉（0，1）VI，可以把輸出值轉換為0 或1，分別送到一CIN節(jié)點，對其編程如圖三角輸入量設為 a； 方波輸入量設為 b； 正弦輸入量設為 c；輸出為d。CIN節(jié)點功能就是當a=1時，輸出d＝0，表示三角波；當b=1時，輸出d=2，表示方波；當c=1時，輸出d=1，表示正弦波。之后把d的值送至一數(shù)值轉十進制字符VI，等待打包發(fā)送。CIN節(jié)點程序如下：if(a==1)d=0；elseif(b==1)d=2；elseif(c==1)d=1；167。 頻率選擇部分設計 圖312 頻選模塊設計圖 頻率選擇模塊的主要功能是由頻段按鈕與頻率調節(jié)選鈕的的值作為輸入計算出頻率值并且得到頻率系數(shù)也頻段參數(shù)。頻率旋鈕調節(jié)輸出是一0～359之間的數(shù)值假設為a，頻段的判斷方法與波形選擇模塊相似，可分別用0～6七個數(shù)字來分別表示2M～2Hz這七個頻段，則頻率的值為pinlv=205+a*5/(10^n)Khz。這些數(shù)值轉換也在一個CIN公式接點內完成。 167。 峰峰值調節(jié)部分設計圖313 峰峰值部分設計圖峰峰值的調節(jié)是由幅侄調節(jié)旋鈕完成的，主要功能是調節(jié)信號的峰峰值大小，峰峰值的調節(jié)輸出直接送到峰峰值的顯示控件，范圍為0～。但其參數(shù)為真實值的十倍，以0～85代表0～。167。 串口發(fā)送部分設計串口的發(fā)送是很重要的一部分，主要功能是完成把波形指令發(fā)送到串口上。在此，串口采用的是LabVIEW自帶的串口發(fā)送模塊VISA，可以很方便的調用。 圖314 串口配置與發(fā)送設計圖首先要先調用一個VISA配置VI，此VI的功能是完成串口的配置，如波特率，數(shù)據(jù)位數(shù)，有無奇偶校驗等，在這里設置的是波特率為9375，一位起始位，八位數(shù)據(jù)位，一位停止位，無奇偶校驗，無握手協(xié)議。其次，調用一VISA寫入VI，此VI是將連接好的一包數(shù)據(jù)按指定格式，速率發(fā)送的串口上。最后