任意波形編輯軟件中手動(dòng)任意繪制功能的設(shè)計(jì)

作為一種特殊的信號(hào)源，任意波形發(fā)生器越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。它不僅具有產(chǎn)生常規(guī)波形的能力，而且可以仿真實(shí)際測(cè)試中需要的任意波形。手動(dòng)繪制是任意波形發(fā)生器的一項(xiàng)特殊功能，它是在給定的電腦屏幕上，按照用戶的需求，拖動(dòng)鼠標(biāo)繪制需要的波形形狀。這里介紹了一種采用虛擬儀器進(jìn)行任意波形手動(dòng)繪制功能軟件的設(shè)計(jì)方法。

l 手動(dòng)任意繪制功能描述及難點(diǎn)分析
手動(dòng)任意繪制功能包括波形參數(shù)信息、波形示意圖、狀態(tài)信息以及系統(tǒng)設(shè)置信息等。手動(dòng)任意繪制波形功能也包括使用鼠標(biāo)繪制波形，以及在此基礎(chǔ)上對(duì)波形進(jìn)行各種修改，包括替代、翻轉(zhuǎn)、重新繪制、插入等。此外波形的顏色和點(diǎn)數(shù)可以根據(jù)用戶的需求進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)要求波形能夠?qū)崟r(shí)顯示。該軟件的邏輯關(guān)系和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，設(shè)計(jì)中需要考慮以下幾方面的問(wèn)題：
(1)由于是手動(dòng)任意繪制，在繪制波形的過(guò)程中可能發(fā)生很多情況，因此需要包括對(duì)各種情況的處理。例如來(lái)回拖動(dòng)鼠標(biāo)，鼠標(biāo)拖動(dòng)越界等。在繪制好波形后，對(duì)波形進(jìn)行各樣的修改也是設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)。
(2)如何獲取離散點(diǎn)的坐標(biāo)值，采用何種插值處理計(jì)算離散點(diǎn)之間的坐標(biāo)值使得波形更加平滑也成為設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)考慮的一個(gè)方面。
(3)由于波形的點(diǎn)數(shù)可以很大，在波形的修改過(guò)程中可能要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，因此也需要考慮到數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，保障整個(gè)軟件的速度和效率。
(4)軟件應(yīng)具有良好的移植性，應(yīng)考慮用對(duì)象編程的思想對(duì)軟件進(jìn)行整體的一個(gè)架構(gòu)設(shè)計(jì)。

2 總體設(shè)計(jì)流程圖
手動(dòng)繪制是波形生成方法中最直觀、最方便的方法。它同時(shí)也體現(xiàn)了任意波形編輯過(guò)程中的“任意性”。在設(shè)計(jì)中，選用LabWindows／CVI做為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。具體操作時(shí)，用戶將鼠標(biāo)移動(dòng)到需要的起始位置，然后按下鼠標(biāo)不放，根據(jù)需要的波形形狀拖動(dòng)鼠標(biāo)在波形顯示區(qū)移動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)合適的位置時(shí)，放開(kāi)鼠標(biāo)，則一次繪制過(guò)程完成。在整個(gè)過(guò)程中首先需要確定接收什么樣的信號(hào)觸發(fā)繪制波形事件發(fā)生，繪制波形也必須被限制在特定的區(qū)域內(nèi)，如若超出繪圖區(qū)域需做出相應(yīng)處理；波形的點(diǎn)數(shù)可以根據(jù)用戶的需要自行選擇，如若不選擇則默認(rèn)為65 536個(gè)點(diǎn)，這也是設(shè)計(jì)的最大波形點(diǎn)數(shù)。手動(dòng)任意繪制可能發(fā)生各種各樣的情況，比如鼠標(biāo)可以前后拖動(dòng)，因此需要對(duì)這樣的情況做出相應(yīng)的處理，即對(duì)鼠標(biāo)拖動(dòng)過(guò)程中的有效值進(jìn)行存儲(chǔ)。由于涉及到波形的修改，也需要對(duì)波形的部分存儲(chǔ)值進(jìn)行更新。在整個(gè)繪制過(guò)程中鼠標(biāo)連續(xù)操作，需要采集到各個(gè)離散的點(diǎn)，然后進(jìn)行插值處理，做到整個(gè)波形比較平滑。
整個(gè)設(shè)計(jì)主要由監(jiān)測(cè)模塊、處理模塊和顯示模塊3部分組成。監(jiān)測(cè)模塊主要完成對(duì)鼠標(biāo)左鍵的監(jiān)測(cè)，設(shè)定波形數(shù)據(jù)的初始值，對(duì)其他模塊進(jìn)行初始化，并啟動(dòng)采集離散點(diǎn)時(shí)鐘，每隔2 ms進(jìn)行一次采點(diǎn)；處理數(shù)據(jù)主要包括4個(gè)步驟：獲取當(dāng)前數(shù)據(jù)并查看是否有效；根據(jù)有效值做線性插值處理使得波形平滑；存儲(chǔ)當(dāng)前數(shù)據(jù)；實(shí)時(shí)顯示鼠標(biāo)的當(dāng)前坐標(biāo)。顯示模塊主要完成波形顏色和顯示點(diǎn)數(shù)的設(shè)置，并對(duì)波形做實(shí)時(shí)顯示。圖1即為總體設(shè)計(jì)流程圖。

3 具體實(shí)現(xiàn)
3．1 手動(dòng)任意繪制波形具體實(shí)現(xiàn)
(1)在手動(dòng)繪制時(shí)，鼠標(biāo)左鍵一直按下可以有兩個(gè)操作，一是繪制任意波形；二是拉動(dòng)滑塊，此時(shí)要判斷是拉動(dòng)滑塊還是繪波形，這時(shí)筆者采用判斷標(biāo)志變量的方法解決此問(wèn)題。
(2)由于鼠標(biāo)是連續(xù)操作，因此根據(jù)需要使用筆者選用定時(shí)函數(shù)，每隔一定的時(shí)間(2 ms)被觸發(fā)1次，每次執(zhí)行函數(shù)采集1個(gè)離散的點(diǎn)，即獲取當(dāng)前光標(biāo)處的橫縱坐標(biāo)，這樣就得到了一系列的離散點(diǎn)，相鄰離散點(diǎn)之前的間隔是不等的，這與用戶拖動(dòng)鼠標(biāo)的速度有關(guān)。于是還有許多波形點(diǎn)數(shù)沒(méi)有賦值，這樣就要在相鄰的離散點(diǎn)之間插值計(jì)算出那些空缺的幅值。考慮到兩個(gè)相鄰點(diǎn)之間的距離比較小，于是可以采用線性插值，插值計(jì)算出來(lái)的波形是比較光滑的。
(3)正如難點(diǎn)分析中講到，手動(dòng)任意繪制可能發(fā)生的情況很多，用戶可以從前向后繪制波形也可以從后向前繪制波形，甚至可以重復(fù)繪制。而且，在繪制過(guò)程中還可能超出當(dāng)前的繪圖范圍，因此采用只有當(dāng)鼠標(biāo)位置在波形內(nèi)部時(shí)才采集當(dāng)前坐標(biāo)點(diǎn)，超出波形范圍則取最大值的方法。再者，對(duì)于繪制中的方向及重復(fù)繪制問(wèn)題，采用取兩點(diǎn)之間的絕對(duì)值解決，然后再進(jìn)行線性插值并計(jì)算兩點(diǎn)之間的其他各點(diǎn)的幅值，最后對(duì)波形各點(diǎn)相應(yīng)值進(jìn)行存儲(chǔ)更新和坐標(biāo)映射。