单位文秘网 2022-03-01 08:15:12 点击: 次
摘要:随着计算机技术和数据采集技求的发展,使用远程控制技术对数字存储示波器的输出信号进行采集分析成为当前的测试技术热点。本文以TDS1000C-SC数字存储示波器为对象,选用GPIB-LAN适配器AD007,构成远程控制系统,以某测试系统为例,使用带有GPIB接口的数字存储示波器测量AGC响应时间、信号的失真度,完成对测试信号的远程控制自动测量,并给出了相应的数据处理方法和部分程序设计代码。经过实验,基本上实现了对示波器的远程控制和数据传输。
关键词:数字存储示波器;远程控制;参数测量
1 引言
数字存储示波器(Digital Storage oscilloscopes-DSO)以其优越的性能和完备的功能,得到广泛应用。同模拟示波器相比,它可以根据不同测量对象设置不同的预触发功能;对信号的参数进行全自动测量,提供20多个参数;内置大量的标准分析工具,提供包括游标、测量、数学公式编辑器、串行数据通信模板测试以及频谱分析等广泛的分析功能;支持应用程序开发环境(包括Visual BASIC,C,C++,Matlab,Lab VIEW和Lad Windows/CVI);高带宽、高取样率和深度存储为数据采集应用程序提供了理想的解决方案[1]。在很多科学实验和工程项目中,出于安全考虑,不允许操作人员在现场,或者需要利用现场示波器取得的信号参数进行实时分析和处理,以便指导下一步的实验,这就需要把现场示波器与控制室的中央处理机相连接,实现对现场信号的远程控制实时采集和处理。本文结合某实际信息参数测量,阐述利用Visual C++语言实现对数字存储示波器远程控制的方法。
2 数字存储示波器的原理和特点
所谓数字存储就是在示波器中以数字编码的形式来贮存信号。目前示波器已经由通用示波器发展到取样示波器、记忆示波器、数字存储示波器、逻辑示波器、智能化示波器等近十大系列,几百个品种,其中,性能较好的示波器应属数字存储示波器。
2.1 数字存储示波器的基本原理
数字存储示波器基于取样原理,利用A/D转换技术和数字存储技术,被测模拟信号变为数字信号,然后存人随机存储的RAM中,需要显示时,将RAM中存储的内容调出,通过相应的D/A数模转换器再恢复为模拟信号显示在示波管的CRT上。它首先对模拟信号进行高速采样获得相应的数字数据并存储,存储器中储存的数据用来在示波器的屏幕上重建信号波形;然后它利用数字信号处理技术对采样得到的数字信号进行相关处理与运算,从而获得所需要的各种信号参数;最后,它根据得到的信号参数绘制信号波形,并可以对被测信号进行实时的、瞬态的分析,以方便用户了解信号质量,快速准确地进行故障的诊断。图1为数字存储示波器的原理结构图。
在数字存储示波器中,把输入的被测模拟信号先选至A/D变换器进行取样、量化和编码,成为数字“1”和“0”码。存储到RAM中,这个过程称为存储器的“写过程”,然后再将这些“1”和“0”从RAM中依次取出,顺序排列起来,经D/A转换使其包络重现输入模拟信号,这就是“读过程”。在数字存储示波器中,采用实时取样方式,即可观测单次信号,也可以观察到重复信号;采用顺序取样或随机取样方式的只能观测到重复信号。
在这种示波器中信号处理功能和信号显示功能是分不开的。它的性能完全取决于进行信号处理的A/D,D/A变换器和半导体存储的性能。数字存储示波器不仅可以观测周期重复信号,而且也能够观测非周期的单次的或随机的信号。这是因为数字存储示波器采用的是实时取样,即每隔一个时钟周期取样一次,所以可以观测单次信号,而模拟示波器只能满意地观测周期性重复信号,而对变化很快的非重复信号,则无法记录。与模拟示波器相比较,数字存储示波器有自己独有的特点。
2.2 数字存储示波器的特点
相对其它类型的示波器,数字存储示波器有它自身明显的特点[2]。
(1)数字存储示波器最大的优点就是具有先进的触发功能,从而使示波器的应用更得心应手,利用先进的触发功能,示波器就能够比以前完成更多的工作。特别是数字存储示波器具有预触发能力,克服了普通示波器只能观测触发点以后的波形的缺点,有利于分析故障产生的原因。
(2)可观测各种周期性、非周期性、单次以及超低频信号。对单次脉冲及低频重复信号测量非常方便,一旦捕捉到波形,就能清晰地进行动态分析及显示。它最大的特点就是对低占空比的信号显示清晰稳定,并可以长时间保持波形,而且在观察缓慢信号时无闪烁现象,这主要是因为采用RAM存储器,可以快速写人,慢速读出。
(3)数字存储示波器具有的自动测量功能可以方便地对各种参数进行自动测量。还可以将前面板设置情况存入断电不丢失的存储器中,每次开机仍保留原来设置,简化操作过程。
(4)具有存储显示、滚动显示和自动标定等功能的多样灵活的显示方式。
(5)带有微处理机的数字存储示波器,可以编程,进行自动程控操作,同时对信号还可以进行信息处理,如平均迭加、峰值检测、包络检测、频谱分析等。也可以方便地通过GPIB接口将信号送到打印机或送到计算机,进行更复杂的数据运算、分析和处理,并构成自动测试系统。
3 远程控制技术简介
3.1 远程控制技术定义
远程控制是指在异地通过计算机网络、异地拨号或双方接人Internet等手段连接目标计算机,并通过本地计算机对远程计算机进行管理或维护的行为。要进行远程控制,首先主控电脑和被控电脑都必须处在网络中,网络可以是局域网、广域网或Internet,但某些软件也可使用直接连接电缆利用电脑COM或LPT口进行远程控制。其次要保证双方使用相同的通信协议,多数情况下远程控制软件使用的是TCP/IP协议互相通信,也有部分软件可使用SPX、NetBIOS、UDP协议。本文以TDS1000C-SC数字存储示波器为对象,选用GPIB-LAN适配器AD007,构成远程控制系统。采用VC++6.0编程语言为软件开发工具,在辅助软件TekVISA和动态链接库tktds6k-32.dll基础上,通过网络对示波器进行远程控制,获取相关参数的当前值,根据需要设置参数,对获得的信号波形自动测量,取得相关数据,采集测量结果并存入数据库。
3.2 远程控制技术原理
远程控制软件通常由两部分组成:一部分是客户端(控制端)程序Client,另一部分是服务器端(受控端)程序Server。使用前需要在控制端运行客户端程序,在受控端运行服务器程序。然后由控制端向受控端发出信号,建立一个特殊的远程服务,再通过这个服务,使用各种远程控制功能发送远程控制命令,控制受控端电脑中的各种应用程序运行,这种远程控制方式称为基于远程服务的远程控制。
远程控制一般支持以下几种网络方式:LAN、WAN、拨号方式、互联网方式。此外,有的远程控制软件还支持通过串口、并口、红外端口来对远程机器进行控制。不过,这里说的远程电脑,只能是有限距离范围内的电脑[3]。
传统的远程控制软件,一般使用NetBEUI、NetBIOS、IPX/SPX、TCP/IP等协议实现远程控制。不过,随着网络技术的发展,目前很多远程控制软件提供通过WEB页面,java技术来控制远程电脑,这样可以实现不同操作系统下的远程控制。
3.3 远程控制关键技术
控制端要实现对受控端的远程控制,要解决几个关键问题:一是必须将服务器代码预先植入受控端;二是受控端必须以某各种方式自动运行该代码;三是服务器程序运行后必须实现进程的隐藏,以逃避防火墙和杀毒软件的监控。
4 数字存储示波器远程控制的实现
4.1 系统组成
本系统以TDS1000C-SC数字存储示波器为例,选用GPIB-LAN适配器AD007作为示波器与网络的接口设备,通过网络与控制室的计算机相连接。具体的系统组成结构如图2所示。
该测试系统主要由一台计算机(含测试软件)、一台打印机,一个GPIB卡、2个GPIB电缆、一台测量系统、一台带GPIB接口的数字存储示波器、一个网络接口和一个GPIB-LAN适配器AD007组成。主要可完成对被测系统的的AGC响应时间、正弦波的失真度、信纳比、功耗等指标的测量。含测试软件的计算机用来对输出数据进行分析显示,并可在打印机输出。
GPIB(general purpose interface bus,通用仪器接口总线)是一个数字化24脚并行总线,采用扁型接口插座。GPIB使用8位并行、字节串行、异步通信方式,所有字节通过总线顺序传送。GPIB总线接口可以实现1对多的数据传输,最多可以连接14台设备,实现各设备的直接连接,无需重新设计硬件。国内外各大仪器公司生产的测试仪器大都带有GPIB接口,可在本地(手动)和远程(程控)两种方式下工作。基于GPIB总线组建测试系统容易,具有简单方便、灵活适用、易于操作等特点。
AD007适配器是GP1B总线与10Base-T以太网的接口设备,具有以下特点:兼容GPIB(IEEE488.2)和10Base-T Ethernet(IEEE802.3);设置方便;采用网页方式配置;适用于VB或VC编程的VISA(virtual instrument Software architecture)接口等。
4.2 硬件设计
根据数字存储示波器的基本原理,本文提出如下的设计方案。方案的基本思路是先对被测波形进行A/D转换,然后将转换后的数字量进行存储,取样结束后,系统从RAM中读取波形信息。波形的显示主要是通过将数字量转换成液晶显示屏上的点的坐标来实现的。
该方案的最大特点是采用CPU+CPLD的系统结构,该结构能够最大地发挥CPU芯片和CPLD器件的长处。特别是在实时信号处理系统中,底层的信号预处理算法处理的数据量大,对处理速度的要求很高,但运算结构相对比较简单,适用于CPLD进行硬件实现,这样能同时兼顾速度及灵活性。高层处理算法的特点是算法的控制结构比较复杂,适用于运算速度高、寻址方式灵活、通信机制强大的CPU芯片来实现。
系统电路按功能模块可分为以下几部分:前端信号调理电路部分、信号的采样存储及其控制部分、数据处理和波形显示部分和通讯接口部分等。
4.3 开发环境
系统采用虚拟仪器软件平台Lab Windows/CVI作为软件开发环境。CVI是测控领域优秀的软件开发平台,能够满足底层仪器驱动和上层应用程序两个层次的要求,CVI具有丰富的控件,能够设计出较好的人—机接口界面;另外,CVI采用文本编程方式,编程灵活,代码优化。Labwind0ws/CVI还提供了GPIB/GPIB488.2函数库,可以对GPIB总线、GPIB仪器进行控制[4]。
4.4 软件设计
硬件电路初始化通过0号口地址的写操作来完成。初始化内容包括D触发器输出端复位,控制脉冲和触发脉冲复位,SINGLE、DI、REMOTE信号保持自由空闲状态。此时,0号口地址上发出控制字0CH。
控制软件流程图如图3所示.
为便于编程和硬件设置,我们选取微机内计算机未用的存贮器地址段。如设置DS=0D000H,偏移地址范围为0~3FFH,根据公式
物理地址=段地址(左移四位)+偏移地址
很容易得到1号口地址上页地址选择的控制字为0DH一8H=5H。用类C语言描述其算法如下:
get_page(seg_ds,page_addr)/*计算1号口地址的控制字*/
{
if(seg_ds>=Ox8000&&seg_ds<=OxF000)
pape_addr=seg_ds/Ox1000-Ox8;
else
bell();/*表示段地址出错报警*/
return
}
相应地,我们可以用下述程序段进行数据传送,便于数据处理。
MOV DS,DSS6521内存映射段址(0D000H)
MOV SI.0
MOV ES,目标段址(任意设置)
MOV DI.0
MOV CX,400H,lkw映射内存
CLD
REP MOVSB
图4为采用远程控制后的数字存储示波器测量某系统的信号后在显示器上的输出分析结果。
5 结论
随着科学技术和生产的发展,对于电子测量提出了越来越多的要求,测试内容日趋复杂,测试工作量急剧增加,对测试设备在功能,性能,测试速度、测试准确度的要求也日益提高,高端数字存储示波器的出现与不断发展在这种潮流下应运而生。它与模拟示波器相比具有极强的优越性,且随着科学技术的不断进步,其制造成本及市场价格均不断下降,因而发展前景十分看好。本文直接使用示波器的动态链接库,利用VC++语言实现了示波器的远程控制。利用该方法可以实时采集实验数据,提取波形参数和示波器屏幕界面,存入数据库,并实时对实验数据进行分析处理。
参考文献
[1]卢成武,种兰祥,张晓博.基于GPIB接口的数字存储示波器功能扩展[J].微计算机信息,2005,21(5):157.
[2]孙建凤.数字存储示波器的原理、特点及发展动态[J].宇航计测技术,1996(12):52-61.
[3]王艳萍.使用远程控制技术有效管理医院网络[J].数字医疗,2010(06):54-55.
[4]张凤均.Lab Windows/CVI开发入门和进阶[M].北京:北京航空航天大学出版社,2001.
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