摘 要：介紹了在Windows環(huán)境下，利用當(dāng)前最流行的虛擬儀器軟件開發(fā)工具圖形化編程語言LabVIEW設(shè)計(jì)開發(fā)2M數(shù)字傳輸分析系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的軟硬件設(shè)計(jì)，重點(diǎn)講述了系統(tǒng)應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：虛擬儀器；LabVIEW；2M數(shù)字傳輸分析系統(tǒng)；設(shè)計(jì)
在通信測(cè)試中，傳統(tǒng)的2M數(shù)字傳輸分析儀可用于測(cè)量通信線路數(shù)據(jù)通信的誤碼率和分析線路故障及原因，并可方便地完成對(duì)2 Mb/s數(shù)字通道，N×64 k信道一系列傳輸參數(shù)的測(cè)量及日常維護(hù)測(cè)試。但是，目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上的這類儀器大都價(jià)格昂貴，操作復(fù)雜，維護(hù)困難，而且最關(guān)鍵的是這些儀器的功能只能由儀器的生產(chǎn)廠家來定義、制造，用戶無法根據(jù)自己的需求定義、更新、擴(kuò)展儀器的功能。鑒于這種局限性，本文研究利用虛擬儀器技術(shù)在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)2M數(shù)字傳輸分析儀的各項(xiàng)功能。與傳統(tǒng)的分析儀相比，他具有分析功能強(qiáng)大、靈活，圖形化界面友好、操作直觀方便，開發(fā)設(shè)計(jì)周期短、費(fèi)用低，開放性能好等優(yōu)點(diǎn)。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
虛擬儀器是20世紀(jì)80年代開始興起的一項(xiàng)新技術(shù)，是在以通用計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，由用戶設(shè)計(jì)定義、具有虛擬儀器面板、測(cè)試功能由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。
虛擬儀器在結(jié)構(gòu)上由通用儀器硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)兩大部分構(gòu)成：通用儀器硬件平臺(tái)，包括計(jì)算機(jī)和I/O接口設(shè)備；軟件平臺(tái)，包括應(yīng)用程序和I/O接口儀器驅(qū)動(dòng)程序。
結(jié)合虛擬儀器的結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)數(shù)字傳輸分析儀的功能需求，基于虛擬儀器的2M數(shù)字傳輸分析系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框架圖如圖1所示。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2M數(shù)字傳輸分析系統(tǒng)的硬件平臺(tái)是由計(jì)算機(jī)和I/O接口設(shè)備組成，由于計(jì)算機(jī)是現(xiàn)成設(shè)備，因此系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)的只是I/O接口設(shè)備，即系統(tǒng)的檢測(cè)模塊。
檢測(cè)模塊的功能是接收和發(fā)送通信線路中2 Mb/s的PCM信號(hào)，并從中檢測(cè)到誤碼和告警狀態(tài)。由于他的絕大部分功能都可由芯片DS21354實(shí)現(xiàn)，因此系統(tǒng)的硬件部分就是圍繞DS21354來設(shè)計(jì)。
在本系統(tǒng)的檢測(cè)模塊中，DS21354與ISA總線的連接是設(shè)計(jì)的核心部分。只有這個(gè)部分完成了，系統(tǒng)才可以在下級(jí)和上級(jí)之間傳送數(shù)據(jù)信號(hào)、地址信號(hào)和控制信號(hào)，從而才能使整個(gè)虛擬系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成為可能。圖2給出的是DS21354與ISA總線的連接設(shè)計(jì)圖。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
軟件是虛擬儀器的核心。本系統(tǒng)采用LabVIEW作為開發(fā)工具，他是美國(guó)NI公司推出的一種基于C語言的虛擬儀器軟件開發(fā)工具，為虛擬儀器設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)便捷、輕松的設(shè)計(jì)環(huán)境。利用他，設(shè)計(jì)者可以像搭積木一樣，輕松組建一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)和構(gòu)造自己的儀器面板，而無需進(jìn)行任何繁瑣的計(jì)算機(jī)代碼的編寫。
系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括儀器驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。
3．1 儀器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
LabVIEW提供了各種圖形化驅(qū)動(dòng)程序，可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)各種總線的I/O接口設(shè)備的驅(qū)動(dòng)。但是，LabVIEW提供的圖標(biāo)功能是有限的，對(duì)非NI公司的數(shù)據(jù)采集卡，設(shè)計(jì)者就需要自己來開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序，本系統(tǒng)即是如此。LabVIEW為這些不屬于NI公司的數(shù)據(jù)采集設(shè)備的驅(qū)動(dòng)提供了兩種開發(fā)方式：
(1）利用端口操作圖標(biāo)In Port．Vi和OutPort．Vi開發(fā)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序
LabVIEW中有兩個(gè)可直接訪問底層設(shè)備的圖標(biāo)，即In Port．Vi和OutPort．Vi。這兩個(gè)圖標(biāo)可以完成從設(shè)備的物理地址直接讀取和輸出數(shù)據(jù)的功能。
(2）采用LabVIEW提供的CIN(Code InterfaceNode）圖標(biāo)開發(fā)這個(gè)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序
LabVIEW在Advanced子模板上提供了一個(gè)可以和C語言接口的圖標(biāo)CIN，可以方便的實(shí)現(xiàn)在LabVIEW中引入C語言編寫的驅(qū)動(dòng)程序源代碼。
3．2 系統(tǒng)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)
由于虛擬儀器在外觀上只是利用計(jì)算機(jī)顯示器的顯示功能來模擬顯示傳統(tǒng)儀器的控制面板，因此在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的應(yīng)用程序上，要和傳統(tǒng)的數(shù)字分析儀的功能保持一致。參考傳統(tǒng)分析儀的各項(xiàng)功能，系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。
根據(jù)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖，在用LabVIEW具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，面板設(shè)計(jì)在布局上可分為4個(gè)部分：主體控鍵部分、主顯示菜單部分、狀態(tài)告警部分、參數(shù)設(shè)置部分。主體控鍵部分完成系統(tǒng)的開關(guān)、運(yùn)行停止功能。
主顯示菜單部分 顯示圖2分析顯示模塊下測(cè)試分析的結(jié)果和系統(tǒng)的實(shí)時(shí)幫助。考慮顯示的部分較多，為節(jié)省面板空間，可以采用二級(jí)菜單的方式測(cè)試分析和實(shí)時(shí)幫助為第一級(jí)菜單；各種測(cè)試結(jié)果在測(cè)試分析下作為第二級(jí)菜單顯示。
狀態(tài)告警部分 主要完成對(duì)線路信號(hào)中出現(xiàn)的異常進(jìn)行告警，以及一些信號(hào)狀態(tài)的顯示。
參數(shù)設(shè)置部分 是對(duì)一些測(cè)量進(jìn)行設(shè)置選擇和下層控制，主要有：信號(hào)選擇、告警插入、測(cè)量接入方式、圖形測(cè)試、工作方式、信號(hào)碼型、差錯(cuò)插入。
用LabVIEW設(shè)計(jì)的虛擬儀器可脫離LabVIEW開發(fā)環(huán)境，最終用戶看見的是和實(shí)際儀器相似的操作面板。圖4是系統(tǒng)的主界面以及誤碼顯示結(jié)果。
4 結(jié)語
本文開發(fā)的2 M數(shù)字傳輸分析系統(tǒng)，基于普通微機(jī)和I/O接口設(shè)備的硬件基礎(chǔ)，采用國(guó)際流行的“虛擬儀器”概念，應(yīng)用LabVIEW為開發(fā)工具。因此系統(tǒng)不僅能完成傳統(tǒng)數(shù)字分析儀的檢測(cè)、分析等功能，而且圖形化界面友好、操作方便，具有優(yōu)良的開放性、可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。
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