【正文】 +中切分多視圖技術(shù)，界面主要切分為三個(gè)視圖：主視圖基類為CscrollView，用于顯示波形；還有兩個(gè)視圖基類為CformView，一個(gè)用于動(dòng)態(tài)顯示采集數(shù)據(jù)的特征參數(shù)，另一個(gè)用于對(duì)示波器進(jìn)行操作。 實(shí)現(xiàn)切分多視圖的技術(shù)核心： （1）在框架窗口類中聲明一個(gè)CSplitterWnd類對(duì)象，對(duì)MDI應(yīng)用程序，框架窗口類為CChildFrame類；對(duì)SDI應(yīng)用程序，框架窗口類為CMainFrame類。 （2）在框架窗口類的OnCreateClient()函數(shù)中創(chuàng)建分割條窗口。 示波器主界面分為三個(gè)功能模塊，波形顯示模塊，參數(shù)顯示模塊和示波器操作模塊。在參數(shù)顯示模塊中，可以動(dòng)態(tài)顯示兩個(gè)通道的參數(shù)，主要有周期、最大值、有效值、功率和頻率，當(dāng)然周期和頻率是針對(duì)周期信號(hào)來(lái)說(shuō)的。系統(tǒng)控制主要是對(duì)采樣頻率、觸發(fā)源、觸發(fā)電平、采樣深度的控制；通道控制主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)通道參數(shù)的設(shè)置和波形顯示的控制。 頻譜分析模塊的設(shè)計(jì) 本軟件利用快速傅里葉變換(FFT)進(jìn)行頻譜分析。進(jìn)行FFT時(shí)可以選擇點(diǎn)數(shù)，有1022044096三種選擇，如果點(diǎn)數(shù)不夠，程序自動(dòng)補(bǔ)零。依次類推，經(jīng)過(guò)M1次分解，最后將N點(diǎn)DFT分解成N/2個(gè)2點(diǎn)DFT. 設(shè)計(jì)結(jié)果 頻譜顯示模塊主要完成對(duì)不同通道信號(hào)頻譜的顯示，它由參數(shù)設(shè)置對(duì)話框和頻譜顯示對(duì)話框組成。圖54 DITFET 運(yùn)算和程序框圖圖55 FFT的控制對(duì)話框圖56 鋸齒波的頻譜圖圖57 正弦波的頻譜圖 數(shù)字濾波模塊的設(shè)計(jì) 在虛擬示波器中，對(duì)被測(cè)信號(hào)背景噪聲干擾的抑制是非常重要的一個(gè)任務(wù)，一般情況下，采用數(shù)字濾波可以較好地清除干擾。數(shù)字濾波模塊主要完成對(duì)不同通道的濾波和濾波前后波形的顯示，圖58為濾波器的控制對(duì)話框，它主要完成通道的選擇、濾波器類型的選擇和一些參數(shù)的輸入。圖58 濾波器的控制對(duì)話框圖59 鋸齒波通過(guò)低通濾波器后的波形 波形顯示模塊的設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)內(nèi)插技術(shù) 要想觀察采集好的波形，就必須采用某種方式將采集好的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，這就要用到數(shù)據(jù)內(nèi)插技術(shù)。常用的內(nèi)插技術(shù)有：直接點(diǎn)顯示、矢量?jī)?nèi)插和正弦內(nèi)插。當(dāng)采樣點(diǎn)較少時(shí)，觀察者會(huì)把相鄰的兩個(gè)點(diǎn)連起來(lái)，隨著信號(hào)頻率的增加，很可能得出錯(cuò)誤的結(jié)果。一般情況下，每個(gè)周期要求20～25個(gè)點(diǎn)。它可以消除視覺(jué)上混淆，矢量越短效果就越好。一般當(dāng)采樣點(diǎn)增加到10個(gè)以上時(shí)，才能得到較為準(zhǔn)確的正弦波。矢量?jī)?nèi)插法適合于顯示脈沖和數(shù)字信號(hào)，在顯示正弦波時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生失真。正弦內(nèi)插器基本上可看作是理想的矩形濾波器，它與矢量法相比不但可以產(chǎn)生精確的波形，也可以得到較高分辨率的定時(shí)和幅度測(cè)量。首先，在每個(gè)己采樣點(diǎn)之后插入L1個(gè)零值，這時(shí)產(chǎn)生的新序列的奈奎斯特頻率已經(jīng)提高了L倍，然后我們就可以通過(guò)適當(dāng)?shù)臄?shù)字濾波器來(lái)獲取原始采樣數(shù)據(jù)。因此，正弦內(nèi)插法本質(zhì)上是一個(gè)線性濾波器。正弦內(nèi)插法對(duì)脈沖信號(hào)也十分有效。 波形顯示技術(shù) 虛擬示波器的工作原理是對(duì)信號(hào)波形進(jìn)行密集的采樣，采樣值被數(shù)字化并被存儲(chǔ)，然后從存儲(chǔ)器中讀出，重建波形并用清晰的、均勻一致軌跡映現(xiàn)在屏幕上。 虛擬示波器與傳統(tǒng)示波器的一大區(qū)別在于它沒(méi)有掃描電路，它也不是基于示波管的線性偏轉(zhuǎn)特性而工作，對(duì)于虛擬示波器而言，波形重現(xiàn)靠的是計(jì)算機(jī)的圖形處理功能。 與數(shù)字示波器類似，虛擬示波器也有一個(gè)不工作區(qū)的問(wèn)題，捕捉信號(hào)需要時(shí)間(包括采樣時(shí)間和轉(zhuǎn)換時(shí)間)，還有一些附加時(shí)間(包括存儲(chǔ)波形、處理波形和顯示等)。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，我們?cè)诓ㄐ蔚闹噩F(xiàn)上面采用兩種處理方式，第一種方式是采用“照像”技術(shù)，也稱為分段方式；第二種方式是采用滾動(dòng)方式。前后兩幅波形在時(shí)間上不連續(xù)，中間有一段時(shí)間差。采用照像方法的原因是為了讓人們?cè)谟^看波形時(shí)能留有一段視覺(jué)時(shí)間，以便看到穩(wěn)定的波形，這種采樣方法適合于捕捉快速信號(hào)的波形。（2）滾動(dòng)方式滾動(dòng)方式是通過(guò)繪圖方法滾動(dòng)數(shù)字化波形，使其連續(xù)不斷地被顯示在屏幕上，它的工作方式很象圖表記錄儀。 傳統(tǒng)的滾動(dòng)顯示方式是這樣實(shí)現(xiàn)的，設(shè)采樣值在數(shù)組data[ ]中保存。我們定義時(shí)間軸的中點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，觀察窗口的范圍從lengh至length 因此，在時(shí)間軸坐標(biāo)點(diǎn)為legthi處，對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)為data[legthi ]( i = lenth~length)。 算法核心思想如下： (1) 得到所采集數(shù)據(jù)塊的第一個(gè)和最后一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的橫坐標(biāo)m_xMin和m_xMax，m_xMax－m_xMin為波形的邏輯寬度。(3) 為了提高畫圖的效率，只需畫出滾動(dòng)視圖可視部分的圖形，也就是剪裁區(qū)的圖形，因此要得到剪裁區(qū)。 (5) 利用CSplitterWnd::DoScrollBy（）函數(shù)，根據(jù)采樣間隔的大小決定視圖滾動(dòng)速度的快慢。下面是波形顯示的主要代碼{ …… /*得到第1個(gè)數(shù)據(jù)的橫坐標(biāo)*/ m_xMin=pMem； /*得到最后1個(gè)數(shù)據(jù)的橫坐標(biāo)*/ m_xMax=pMen； /*邏輯坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為設(shè)備坐標(biāo)*/ LogToDew_X(cx,m_xMax)； /*設(shè)定滾動(dòng)視圖的寬度*/ =cx； /*得到裁剪區(qū)矩形*/ pDCGetClipBox(amp。圖511 波形顯示模塊設(shè)計(jì)效果 數(shù)據(jù)采集及其波形實(shí)時(shí)顯示是虛擬示波器中最為重要的模塊，通過(guò)充分發(fā)掘Windows的系統(tǒng)資源，我們可以設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的通用軟件模塊。在Windows中，一個(gè)可執(zhí)行程序的運(yùn)行時(shí)刻實(shí)例稱為進(jìn)程（process）。Windows給所有當(dāng)前進(jìn)程分配動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)，為進(jìn)程所屬的每一個(gè)線程分配相對(duì)優(yōu)先級(jí)，Windows把進(jìn)程優(yōu)先級(jí)與各線程的相對(duì)優(yōu)先級(jí)相結(jié)合，就得到該線程的優(yōu)先級(jí)數(shù)（范圍是0到31）。同時(shí)，高優(yōu)先級(jí)的線程還可以終止低優(yōu)先級(jí)別線程的執(zhí)行，搶占時(shí)間片中剩余的時(shí)間。 顯示模塊的特點(diǎn)是必須承擔(dān)繁重的圖形顯示輸出任務(wù)，而這部分的實(shí)時(shí)性要求一般不苛刻。但是在Windows9X下，實(shí)現(xiàn)中可以依靠系統(tǒng)的多線程、搶先多任務(wù)機(jī)制，將顯示功能在不同于數(shù)據(jù)采集線程的單獨(dú)線程中實(shí)現(xiàn)，然后通過(guò)上面提到的優(yōu)先級(jí)調(diào)度、線程同步等機(jī)制保證數(shù)據(jù)采集線程不被耗時(shí)的顯示線程所延誤。而顯示線程的調(diào)度主要有兩種策略： （1）將顯示線程的優(yōu)先級(jí)設(shè)置成低于數(shù)據(jù)采集線程的優(yōu)先級(jí)，那么顯示線程將始終處于等待狀態(tài)，只有在采集線程休眠后才能獲得CPU時(shí)間片執(zhí)行，這實(shí)際上是通過(guò)Windows的優(yōu)先級(jí)調(diào)度機(jī)制完成的線程同步。 在本次設(shè)計(jì)中，除了一個(gè)處理用戶輸入消息的用戶界面線程（User_InterfaceThreads）之外，創(chuàng)建了兩個(gè)輔助線程（Worker Threads）。一個(gè)輔助線程用于數(shù)據(jù)采集，另外一個(gè)輔助線程用于數(shù)據(jù)處理，其中最主要的是波形顯示。由于CS 82G的存儲(chǔ)器為單口存儲(chǔ)器，我們只能采用單緩沖區(qū)的工作方式，就是說(shuō)，每采集一定長(zhǎng)度的點(diǎn)后，采集線程休眠，并喚醒數(shù)據(jù)處理線程，當(dāng)數(shù)據(jù)處理線程有信號(hào)時(shí)，再喚醒采集線程，循環(huán)進(jìn)行，直至用戶發(fā)出中止命令?？梢圆捎门R界區(qū)或者Event同步對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)，為了保證在一次采集中采集線程不被中斷，而不僅僅是出于內(nèi)存訪問(wèn)保護(hù)的考慮，我們選擇Event同步對(duì)象的實(shí)現(xiàn)線程間的同步。這樣，能最大限度的保證采集的實(shí)時(shí)性，而另外的線程同時(shí)又能及時(shí)地響應(yīng)用戶的操作或進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。尤其當(dāng)采集的數(shù)據(jù)量很大，數(shù)據(jù)處理任務(wù)很重時(shí)，如果不采用多線程，采集時(shí)的漫長(zhǎng)的等待是很難讓人接受的。 本課題在Visual C++，利用CS 82G高速數(shù)據(jù)采集卡開(kāi)發(fā)出了雙通道的虛擬示波器。 （2）顯示信號(hào)的最高頻率是300MHz，最高采樣頻率為2GHz。 （4）可以通過(guò)軟件控制采樣率、觸發(fā)源、觸發(fā)電平、時(shí)基、波形縮放、放大器增益、輸入阻抗等。 本課題開(kāi)發(fā)的虛擬示波器除了通用功能以外，還具有傳統(tǒng)示波器所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)示波器比較，其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在： （1）捕捉的波形可以保存在磁盤中或打印出來(lái)備份，可將存儲(chǔ)的樣板波形與實(shí)測(cè)波形同時(shí)顯示，以便進(jìn)行比較。 （3）波形均勻、穩(wěn)定、無(wú)閃爍，同時(shí)還能跟隨觀察窗口的放大、縮小，而放大、縮小為用戶作細(xì)致的觀測(cè)提供方便。 （5）窗口顯示模式。這一功能使虛擬示波器可用于對(duì)控制系統(tǒng)多個(gè)工作部位的工況進(jìn)行監(jiān)視。 PC機(jī)在價(jià)格上通常只有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)示波器的1/5到1/10 左右， 此外，PC機(jī)的資源并非全部為測(cè)試專用，當(dāng)不需要進(jìn)行測(cè)量時(shí)，PC機(jī)可用作其它用途。本文所做的主要工作為： （1）研究了虛擬儀器的當(dāng)今發(fā)展，介紹了虛擬儀器概念和特點(diǎn)，與傳統(tǒng)儀器進(jìn)行了比較。 （2）對(duì)CS 82G高速數(shù)據(jù)采集卡的硬件和SDK進(jìn)行了深入的研究，確定了虛擬示波器的主要指標(biāo)，編寫了高效的數(shù)據(jù)采集程序。具有以下主要功能：①實(shí)現(xiàn)了波形的實(shí)時(shí)與動(dòng)態(tài)顯示；②實(shí)現(xiàn)了FFT，完成了對(duì)信號(hào)頻譜的顯示；③實(shí)現(xiàn)了對(duì)采集信號(hào)的高通和低通濾波；④實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)頻率、峰值、均值、功率及均方根等參數(shù)的測(cè)量及動(dòng)態(tài)顯示；⑤實(shí)現(xiàn)了對(duì)波形的存儲(chǔ)。 （5）為了保證示波器數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理特別是波形顯示的快速性，軟件必須充分考慮對(duì)各個(gè)模塊的同步控制。 展望 虛擬儀器技術(shù)經(jīng)過(guò)十余年的發(fā)展，正沿著總線與驅(qū)動(dòng)程序的標(biāo)準(zhǔn)化、硬/軟件的模塊化，以及編程平臺(tái)的圖形化和硬件模塊的即插即用(Plugamp?，F(xiàn)在，虛擬儀器技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家的應(yīng)用已非常普及，而我國(guó)起步較慢。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,虛擬儀器技術(shù)也會(huì)在各領(lǐng)域中發(fā)揮其重要作用,它將在促進(jìn)科技進(jìn)步,創(chuàng)造良好的社會(huì)效益和巨大的經(jīng)濟(jì)效益方面發(fā)揮卓越的作用,并表現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力,它必然會(huì)對(duì)科技發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生不可估量的影響。 微電子、計(jì)算機(jī)、軟件、通信及網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的迅速發(fā)展，必將推動(dòng)通過(guò)高速計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的分布式測(cè)試系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控及故障診斷的技術(shù)，即聯(lián)網(wǎng)測(cè)量技術(shù)在更廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用。繼“軟件就是儀器”概念之后，很可能出現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)就是儀器”的新概念。這次畢業(yè)論文能夠得以順利完成，并非我一人之功勞，是所有指導(dǎo)過(guò)我的老師，幫助過(guò)我的同學(xué)和一直關(guān)心支持著我的家人對(duì)我的教誨、幫助和鼓勵(lì)的結(jié)果。陳老師以其嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神對(duì)我產(chǎn)生重要影響。感謝班主任溫曉行老師，四年的生活相處不久，卻從您身上學(xué)到了太多，必將終身受益。 謝謝你們對(duì)我任性的寬容。 16