1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及儀器驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)原理該警戒雷達(dá)測(cè)試校準(zhǔn)系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)某型警戒雷達(dá)的工作頻率、發(fā)射功率、天饋系統(tǒng)電壓駐波比、接收機(jī)噪聲系數(shù)、發(fā)射脈沖波形的脈寬、上升時(shí)間、下降時(shí)間、頂降等參數(shù)的自動(dòng)化測(cè)試。1描述了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成。

　　本系統(tǒng)作為一套基于虛擬儀器技術(shù)的自動(dòng)測(cè)試校準(zhǔn)系統(tǒng)，構(gòu)成該系統(tǒng)的儀器種類(lèi)較多，與工作對(duì)象間的配接復(fù)雜，硬件解決了數(shù)據(jù)及信號(hào)的輸入輸出，軟件則是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵。儀器驅(qū)動(dòng)器就是一套用來(lái)控制可編程儀器設(shè)備的軟件例行程序，是向接口驅(qū)動(dòng)程序發(fā)送的儀器控制功能集。每一個(gè)例行程序都可用于實(shí)現(xiàn)一個(gè)特定的操作，如儀器的配置、讀取、寫(xiě)入、觸發(fā)和自檢等。有了儀器驅(qū)動(dòng)器，我們就不必再去逐一研究不同儀器的編程協(xié)議，這樣可以大大簡(jiǎn)化儀器控制過(guò)程并縮短開(kāi)發(fā)時(shí)測(cè)試程序所用的時(shí)間。儀器驅(qū)動(dòng)軟件在此系統(tǒng)中是虛擬儀器的核心，是用戶(hù)完成對(duì)儀器硬件控制的紐帶和橋梁，是真正對(duì)儀器硬件執(zhí)行通訊與控制的軟件層。沒(méi)有儀器驅(qū)動(dòng)器就沒(méi)有數(shù)據(jù)的采集、分析和顯示。系統(tǒng)儀器驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)，是該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)之一。

　　2儀器驅(qū)動(dòng)器的研制方法儀器驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則在開(kāi)發(fā)儀器驅(qū)動(dòng)器的時(shí)候，首先必須定義它的層次結(jié)構(gòu)，即定義它的基本功能和開(kāi)發(fā)時(shí)模塊的層次。一個(gè)完善的儀器驅(qū)動(dòng)器不僅僅是一些功能函數(shù)的組合，它還是用戶(hù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序的工具，所以對(duì)儀器驅(qū)動(dòng)器的基本要求如下：（1）模塊化和層次化；（2）源代碼；（3）廣泛的可訪(fǎng)問(wèn)性。

　　儀器驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)流程在測(cè)試應(yīng)用中，完善的儀器驅(qū)動(dòng)器是儀器操作和使用知識(shí)的高度綜合。其設(shè)計(jì)流程如2所示。

　　開(kāi)發(fā)儀器驅(qū)動(dòng)器前提是對(duì)儀器驅(qū)動(dòng)器函數(shù)編程手冊(cè)，及儀器支持的控制和功能要有全面的了解。手冊(cè)命令部分與儀器驅(qū)動(dòng)器部分雖有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)于一組命令，設(shè)計(jì)者必須根據(jù)它們的功能把它們分成兩組或多組函數(shù)。例如：如果儀器手冊(cè)將觸發(fā)配置命令和觸發(fā)執(zhí)行命令組合在一起，那么設(shè)計(jì)者就應(yīng)該將這些命令分成兩個(gè)函數(shù)，一個(gè)用來(lái)對(duì)觸發(fā)進(jìn)行配置，一個(gè)用來(lái)觸發(fā)儀器。

　　儀器驅(qū)動(dòng)器的外部接口及內(nèi)部設(shè)計(jì)模型儀器驅(qū)動(dòng)器的軟件模塊既與系統(tǒng)內(nèi)的其它軟件模塊相互作用，又同儀器、更高級(jí)的軟件和使用儀器驅(qū)動(dòng)器的最終用戶(hù)相聯(lián)系。所以，創(chuàng)建一個(gè)儀器驅(qū)動(dòng)器的第一步是定義一個(gè)模型，解釋儀器驅(qū)動(dòng)器同系統(tǒng)其他部分的關(guān)系。圖3給出了通用儀器驅(qū)動(dòng)器的外部接口模型，它由5部分組成：（1）功能體是儀器圖3儀器驅(qū)動(dòng)器的外部接口及內(nèi)部設(shè)計(jì)模型圖驅(qū)動(dòng)器的核心；（2）自動(dòng)運(yùn)行接口，是高層軟件程序調(diào)出儀器的儀器驅(qū)動(dòng)器的機(jī)構(gòu)；（3）交互式開(kāi)發(fā)界面，是有助于軟件編制者理解每一個(gè)實(shí)際儀器驅(qū)動(dòng)器函數(shù)功能和使用程序開(kāi)發(fā)界面調(diào)出每一個(gè)函數(shù)的交互圖形化接口；（4）I/O接口，通過(guò)它完成驅(qū)動(dòng)器與儀器間的通訊；（5）子程序接口，對(duì)一特定的儀器可能由上述部分或全部功能組成。圖3也反映了儀器驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部設(shè)計(jì)模型。它描述了儀器驅(qū)動(dòng)器函數(shù)體內(nèi)各個(gè)函數(shù)及其層次結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)模型是儀器驅(qū)動(dòng)器開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)。儀器驅(qū)動(dòng)器功能體有兩大部分構(gòu)成：第一部分是功能組件，它是控制儀器功能性特定區(qū)域的軟件模塊；第二部分是應(yīng)用函數(shù)集，它是展示如何將使用部件函數(shù)和執(zhí)行完全的測(cè)試和測(cè)量操作結(jié)合起來(lái)的軟件模塊。

　　3某型警戒雷達(dá)測(cè)試校準(zhǔn)系統(tǒng)儀器驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需要，在Windows2000環(huán)境下，采用LabVIEW作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

　　LabVIEW軟件系統(tǒng)是非常理想的工具，因?yàn)樗�的使用完全是直觀的和可視化的。一個(gè)Lab2VIEW的軟件例行程序包含有前面板（frontpanel）、塊圖（blockdiagram）以及圖標(biāo)/聯(lián)接器（icon/connector）等幾個(gè)部分，我們將其稱(chēng)為一個(gè)虛擬儀器（VirtualInstrument），簡(jiǎn)稱(chēng)VI<4>。針對(duì)雷達(dá)測(cè)試校準(zhǔn)系統(tǒng)中的儀器驅(qū)動(dòng)器要求，首先應(yīng)熟悉各儀器基本操作和測(cè)試中所需的GPIB或串口控制命令，再編寫(xiě)系統(tǒng)測(cè)試過(guò)程中需要的儀器驅(qū)動(dòng)器。用戶(hù)一般只需編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)一臺(tái)儀器的部分功能。高級(jí)用戶(hù)通常只須將這部分儀器驅(qū)動(dòng)程序當(dāng)作子函數(shù)一樣，直接調(diào)用于程序中，這就避免了程序的復(fù)雜性。對(duì)于自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)而言，底層儀器驅(qū)動(dòng)器開(kāi)發(fā)完畢，就可很方便地與儀器進(jìn)行通信。

　　本系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)儀器驅(qū)動(dòng)器程序的儀器包括Agi2lent54642A型示波器、S332D天饋線(xiàn)測(cè)試儀和噪聲系數(shù)分析儀等。我們開(kāi)發(fā)了這些測(cè)試儀器的儀器驅(qū)動(dòng)器程序，并應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試模塊中，能完成測(cè)試中各自的特定操作。數(shù)字示波器測(cè)量時(shí)間的前面板圖和塊圖如圖4、圖5所示。通過(guò)選擇測(cè)試參數(shù)―――時(shí)間頻率、周期、上升時(shí)間或下降時(shí)間，執(zhí)行該子VI，數(shù)字示波器能夠完成對(duì)其自動(dòng)測(cè)量。

　　數(shù)字示波器測(cè)量時(shí)間的前面板圖5數(shù)字示波器測(cè)量時(shí)間的塊圖該系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的各儀器驅(qū)動(dòng)器的接口模塊功能函數(shù)分類(lèi)如下：（1）儀器初始化函數(shù)。初始化函數(shù)能進(jìn)行儀器的版本的查詢(xún)和復(fù)位操作，還能執(zhí)行將儀器放在默認(rèn)的電源打開(kāi)狀態(tài)或其他指定狀態(tài)。

　�。�2）配置函數(shù)。配置函數(shù)是對(duì)儀器進(jìn)行的指定操作時(shí)需要配置的軟件模塊。例如，測(cè)試通道的選擇、觸發(fā)模式的選擇、控制參數(shù)的選擇、測(cè)試項(xiàng)目的選擇等等。

　　（3）操作/狀態(tài)函數(shù)。操作/狀態(tài)函數(shù)包含兩部分：操作函數(shù)是開(kāi)始和終止對(duì)儀器的操作；狀態(tài)函數(shù)是獲得目前儀器的狀態(tài)或即將發(fā)生的操作的狀態(tài)。該函數(shù)為上層應(yīng)用軟件對(duì)儀器的某一特性（如采樣率、增益值、觸發(fā)方式選擇等參數(shù)）進(jìn)行設(shè)定或讀取提供了方便。

　�。�4）數(shù)據(jù)函數(shù)。數(shù)據(jù)函數(shù)具有在儀器和控制設(shè)備間讀數(shù)和寫(xiě)數(shù)的功能。包括數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波等。

　�。�5）公用函數(shù)。公用函數(shù)能執(zhí)行不同的操作。常見(jiàn)通用的公用函數(shù)有：儀器的復(fù)位、自檢、錯(cuò)誤查詢(xún)、錯(cuò)誤信息和版本查詢(xún)，用戶(hù)也可根據(jù)實(shí)際情況定義一些自己所需的公共函數(shù)。

　�。�6）關(guān)閉函數(shù)。所有的儀器驅(qū)動(dòng)器都有一個(gè)關(guān)閉函數(shù)，終止程序和儀器的通信、釋放內(nèi)存空間及重新分配系統(tǒng)資源。6是根據(jù)LabVIEW儀器驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部組件，將54642A數(shù)字示波器的所有常用功能設(shè)計(jì)成子VI后生成的儀器驅(qū)動(dòng)庫(kù)。在實(shí)際應(yīng)用中如需用哪個(gè)配置或測(cè)量功能，只需調(diào)用相應(yīng)的子VI，這樣大大提高了效率，節(jié)省了編程時(shí)間，便于使用者操作；同時(shí)，如有些配置需要改變，也只需改變子VI，不需調(diào)整整個(gè)程序。

　　4關(guān)鍵技術(shù)軟件濾波為了提高系統(tǒng)的抗干擾和噪聲的能力，保證測(cè)試精度，系統(tǒng)能對(duì)獲得的測(cè)量值進(jìn)行數(shù)字濾波處理，即進(jìn)行多次平均后取平均值，能提高測(cè)試精度。測(cè)量結(jié)果取小數(shù)點(diǎn)后3位，經(jīng)此處理后的系統(tǒng)誤差僅為±2‰，滿(mǎn)足參數(shù)測(cè)試的指標(biāo)。

　　波形實(shí)時(shí)顯示程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)要求在示波器上實(shí)時(shí)顯示雷達(dá)發(fā)射脈沖波形，此處采用了中斷服務(wù)程序就地幀識(shí)別、有限狀態(tài)機(jī)、緩存共用和代碼優(yōu)化等技術(shù)設(shè)計(jì)接收程序。具體地說(shuō)，就是在接收中斷服務(wù)子程序中直接進(jìn)行數(shù)據(jù)幀識(shí)別，幀識(shí)別程序的設(shè)計(jì)利用有限狀態(tài)機(jī)技術(shù)編寫(xiě)，并對(duì)程序中的邏輯和數(shù)據(jù)類(lèi)型進(jìn)行優(yōu)化，使程序能夠用盡可能少的時(shí)間，盡可能高的效率和可靠性從通信接口獲取信息。

　　異常處理軟件運(yùn)行時(shí)的異常是很常見(jiàn)的，異常處理函數(shù)正是實(shí)現(xiàn)軟件對(duì)一些不可預(yù)見(jiàn)錯(cuò)誤的缺省處理。它可以通知用戶(hù)當(dāng)前的錯(cuò)誤信息，保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和軟件工作的完善。如果系統(tǒng)沒(méi)有較為完善的異常處理函數(shù)，系統(tǒng)很可能異常退出或死機(jī)，使用戶(hù)陷入困惑，導(dǎo)致軟件的失敗。驅(qū)動(dòng)程序內(nèi)的處理函數(shù)可以較為簡(jiǎn)單，當(dāng)檢測(cè)到異常情況發(fā)生時(shí)，應(yīng)能夠判斷錯(cuò)誤的來(lái)源，進(jìn)行不同的分支處理，如檢測(cè)到儀器狀態(tài)與預(yù)設(shè)狀態(tài)不符，會(huì)提示用戶(hù)可能存在的錯(cuò)誤來(lái)源，避免故障蔓延。

　　【中國(guó)糧油儀器在線(xiàn)】部分信息來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)，力求安全及時(shí)、準(zhǔn)確無(wú)誤，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)對(duì)其觀點(diǎn)贊同或?qū)ζ湔鎸?shí)性負(fù)責(zé)。