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別，采用虛擬儀器開發工具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，使用設計并實現了頻譜儀分析儀數據的上位機采集、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，隨著國防現代化建設、科研及通信領域的飛速發展，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展，人們對頻譜分析儀也提出了更多程控和上位機顯示、數據傳輸和存儲、數據分析和處理以及應對自動測試系統構建等方面的需求。

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庫和良好的開發環境，而且是基于C語言的軟件開發平臺，可以支持多種不同類型接口的設備，非常適合開發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，實現頻譜分析儀的通用化上位控制以及對頻譜分析儀測試數據的采集、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等相關信息，同時可以實現對儀器的操作功能?？蚣苋鐖D1所示，主要包含4個區域。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，與儀器顯示屏幕進行實時更新；③功能按鍵區：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，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，實現波形實時更新的功能。

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

2.1功能按鍵區

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”按鍵為可執行按鍵，“斷開儀器”按鍵為不可執行按鍵；而在連接儀器后，按鍵狀態發生改變，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。

2.2廠商及型號顯示

該區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較多，同時設置也較多，在較小的區域內，無法放置較多的按鍵。在頻譜分析儀操作按鍵區采用TAB控件分頁來實現較多按鍵的放置[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內，實現眾多的按鍵及參數設置功能。

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，觸發定時器回調函數，刷新波形曲線，從而實現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]，從而實現對不同廠商不同型號的頻譜分析儀發送指令和讀取數據。

在連接儀器后，通過發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，根據廠商和型號信息，裝載對應的驅動函數庫，進而實現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名稱，只有這樣，上位機在運行后，才能根據相對應的函數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，以便及時發現問題并及時解決。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、實現波形數據的存儲和已存儲波形的回放功能。

5結束語

以虛擬儀器開發工具LabWindows/CVI為軟件平臺，設計實現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功能。通過測試，該上位機軟件操作簡單流暢，波形及數據更新快，數據顯示準確，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：化學工業出版社，2011.

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

[5]李江全.LabWindows/CVI數據采集與串口通信典型應用實例[M].北京：電子工業出版社，2014.

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