基于LabWindows/CVI的頻譜分析儀上位機設計

趙文明 王玲 康自明

摘要：針對不同廠商、不同型號的頻譜分析儀在儀器操作和人機交互方面的區(qū)別，采用虛擬儀器開發(fā)工具LabWindows/CVI為軟件平臺，設計了一款兼容不同廠商、不同型號的頻譜分析儀的上位機軟件。完成了頻譜分析儀上位機操作的通用化，使用設計并實現(xiàn)了頻譜儀分析儀數(shù)據(jù)的上位機采集、存儲和回放分析等功能。

關鍵詞：頻譜分析儀；上位機；CVI

中圖分類號：TP274文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2018）21-62-3

0引言

頻譜分析儀作為最常用的信號頻域測量分析儀器，隨著國防現(xiàn)代化建設、科研及通信領域的飛速發(fā)展，對頻譜分析儀應用也越來越普及[1]。市面上有眾多的頻譜分析儀生產(chǎn)廠商，不同廠商、不同型號的頻譜分析儀在儀器操作和人機交互方面都存在較大差異，對于工程技術人員，在更換儀器進行使用時，需要熟悉新儀器的相應操作及設置。另外隨著測試技術的發(fā)展，人們對頻譜分析儀也提出了更多程控和上位機顯示、數(shù)據(jù)傳輸和存儲、數(shù)據(jù)分析和處理以及應對自動測試系統(tǒng)構建等方面的需求。

目前，不論是儀器廠商提供的軟件還是用戶自編的軟件，在儀器兼容方面都存在一定的局限性。LabWindows/CVI是NI公司推出的軟件開發(fā)平臺[2]，擁有功能強大的圖形顯示控件、豐富的信號分析函數(shù)庫和良好的開發(fā)環(huán)境，而且是基于C語言的軟件開發(fā)平臺，可以支持多種不同類型接口的設備，非常適合開發(fā)信號分析相關的上位軟件。因此，本文選用LabWindows/CVI為軟件平臺，設計一款適用于不同廠商、不同型號的頻譜分析儀的上位機軟件，實現(xiàn)頻譜分析儀的通用化上位控制以及對頻譜分析儀測試數(shù)據(jù)的采集、存儲和回放分析等功能。

1上位機面板設計

上位機面板用以顯示頻譜分析儀的波形及參數(shù)等相關信息，同時可以實現(xiàn)對儀器的操作功能?？蚣苋鐖D1所示，主要包含4個區(qū)域。①廠商型號顯示：表明當前儀器的廠商及型號；②屏幕顯示：用以顯示儀器波形及參數(shù)，與儀器顯示屏幕進行實時更新；③功能按鍵區(qū)：主要為上位機連接頻譜儀相應功能，比如連接儀器及斷開儀器等操作；④頻譜儀操作按鍵：用以對儀器進行相應的操作設置。

2上位機軟件

在完成頻譜分析儀面板框架構想后，進行控件選擇和程序實現(xiàn)，流程如圖2所示。程序運行后，首先通過選擇相應接口形式，完成儀器連接，儀器連接后，通過獲取儀器廠商及型號信息，選擇儀器驅動庫，就可以通過上位機對儀器進行相應的配置，同時啟動波形更新定時器，實現(xiàn)波形實時更新的功能。

具體實現(xiàn)采用LabWindows/CVI軟件平臺，該軟件平臺擁有功能強大的圖形顯示控件，根據(jù)不同的功能需求，選擇不同的控件來實現(xiàn)相應的功能。

2.1功能按鍵區(qū)

功能按鍵主要完成儀器的連接和斷開操作，設置2個開關控件，分別為“連接儀器”和“斷開儀器”，由于這2個按鍵不能同時起作用，所以設置開關屬性，在儀器沒有連接時，“連接儀器”按鍵為可執(zhí)行按鍵，“斷開儀器”按鍵為不可執(zhí)行按鍵；而在連接儀器后，按鍵狀態(tài)發(fā)生改變，使能“斷開儀器”按鍵，如圖3所示。

由于儀器接口形式的多樣化，比如GPIB接口、USB接口以及網(wǎng)絡接口形式，所以設置接口連接如圖4所示，選擇相對應的接口方式輸入相應的接口地址，點擊“OK”按鍵，就可以實現(xiàn)對應接口的儀器連接了。地址輸入框下面提示為相應接口形式，鼠標單擊相應提示，就可以將連接方式填入地址內(nèi)。

2.2廠商及型號顯示

該區(qū)域用以顯示當前連接儀器為哪個廠商及哪個型號的頻譜分析儀，當儀器連接成功后，通過發(fā)送指令，可以獲取廠商及型號信息，從而顯示在面板上，可以讓用戶獲知儀器信息。另一方面，也作為儀器連接成功與否的指示，當連接儀器操作完成后，無法獲取儀器廠商及型號信息時，重新操作并查找連接失敗的原因，最終實現(xiàn)儀器的成功連接。

2.3頻譜儀操作按鍵

由于頻譜分析儀參數(shù)較多，同時設置也較多，在較小的區(qū)域內(nèi)，無法放置較多的按鍵。在頻譜分析儀操作按鍵區(qū)采用TAB控件分頁來實現(xiàn)較多按鍵的放置[3]。如圖5所示，在不同的TAB頁面下對應不同的按鍵操作。比如頻率頁面下，有中心頻率、SPAN、起始頻率及終止頻率等按鈕，來實現(xiàn)對頻譜分析儀頻率的設置。同樣在幅度、帶寬、頻標及存儲頁面下，也都有對應的操作按鍵來實現(xiàn)對應的功能。通過這種分頁設置控件就可以在較小的面板區(qū)內(nèi)，實現(xiàn)眾多的按鍵及參數(shù)設置功能。

2.4屏幕顯示

屏幕主要顯示頻譜分析儀的實時波形曲線，如圖6所示。該功能的實現(xiàn)采用一個定時器來完成，設置定時器的定時周期，當定時周期滿后，觸發(fā)定時器回調(diào)函數(shù)，刷新波形曲線，從而實現(xiàn)儀器波形的實時刷新功能[4]。對于屏幕顯示，并非單純顯示儀器的波形曲線，同時效仿儀器屏幕功能，將相應參數(shù)顯示在屏幕邊緣位置，如頻譜分析儀的中心頻率及衰減器值等。

3儀器驅動庫的設計

針對不用廠商、不同型號的頻譜分析儀，其驅動程序會有所不同，為了本上位機軟件兼容不同廠商不同型號的頻譜分析儀，需要設計不同廠商、不同型號的頻譜分析儀驅動庫[5]，從而實現(xiàn)對不同廠商不同型號的頻譜分析儀發(fā)送指令和讀取數(shù)據(jù)。

在連接儀器后，通過發(fā)送指令獲取儀器的廠商、型號及儀器編號等信息，一方面將該儀器信息顯示在上位機面板上；另一方面，根據(jù)廠商和型號信息，裝載對應的驅動函數(shù)庫，進而實現(xiàn)對儀器的上位機顯示及完成操作。對于儀器驅動庫的設計，要保證不同的驅動庫包含相同的函數(shù)名稱，只有這樣，上位機在運行后，才能根據(jù)相對應的函數(shù)名稱進行相應的操作。

4上位機測試

在完成了頻譜分析儀上位機軟件的設計之后，對該軟件進行相關的測試和驗證，以便及時發(fā)現(xiàn)問題并及時解決。為此，選用了不同廠商的不同型號的頻譜分析儀進行測試，分別就儀器連接測試、操作測試以及波形和參數(shù)顯示以及存儲和回放進行測試[6]，測試結果如表1所示。

通過測試，上位機軟件可以兼容不同廠商的頻譜分析儀，可以分別通過GPIB接口、USB接口以及LAN接口很好地和儀器進行連接，上位機可以對儀器進行參數(shù)設置，上位機波形顯示可以實時同步頻譜分析儀波形、顯示頻譜分析儀的參數(shù)、實現(xiàn)波形數(shù)據(jù)的存儲和已存儲波形的回放功能。

5結束語

以虛擬儀器開發(fā)工具LabWindows/CVI為軟件平臺，設計實現(xiàn)了頻譜分析儀的上位機軟件。該上位機軟件可兼容不同廠商、不同型號的頻譜分析儀，同時兼容儀器不同形式的通信接口，實現(xiàn)了頻譜分析儀的程控功能以及頻譜分析儀屏幕界面的顯示和再現(xiàn)功能。通過測試，該上位機軟件操作簡單流暢，波形及數(shù)據(jù)更新快，數(shù)據(jù)顯示準確，在頻譜分析測試領域具有實際意義。

參考文獻

[1]王鑫，張驚雷.基于LabWindows/CVI的實時頻譜分析儀[J].儀表技術與傳感器，2014（9）：37-39.

[2]黃阿娟，馮欣宇.LabWindows/CVI13.0串行通信應用[J].機械工程與自動化，2016（12）：55-57.

[3]王建新，隋美麗.LabWindows/CVI虛擬儀器測試技術及工程應用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2011.

[4]白渚銓，張曉明，王宇，等.基于LabWindows/CVI的數(shù)據(jù)處理軟件設計[J].計算機應用與軟件，2015（4）：29-32.

[5]李江全.LabWindows/CVI數(shù)據(jù)采集與串口通信典型應用實例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014.

[6]劉娜，吉潔陽.基于LabWindows/CVI環(huán)境Word報表的操作方法[J].西安文理學院學報，2016（11）：26-29.