任意波形編輯軟件中手動任意繪制功能的設(shè)計

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

l 手動任意繪制功能描述及難點分析
手動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。手動任意繪制波形功能也包括使用鼠標繪制波形，以及在此基礎(chǔ)上對波形進行各種修改，包括替代、翻轉(zhuǎn)、重新繪制、插入等。此外波形的顏色和點數(shù)可以根據(jù)用戶的需求進行設(shè)置，同時要求波形能夠?qū)崟r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)計中需要考慮以下幾方面的問題：
(1)由于是手動任意繪制，在繪制波形的過程中可能發(fā)生很多情況，因此需要包括對各種情況的處理。例如來回拖動鼠標，鼠標拖動越界等。在繪制好波形后，對波形進行各樣的修改也是設(shè)計的一個難點。
(2)如何獲取離散點的坐標值，采用何種插值處理計算離散點之間的坐標值使得波形更加平滑也成為設(shè)計需要重點考慮的一個方面。
(3)由于波形的點數(shù)可以很大，在波形的修改過程中可能要對數(shù)據(jù)進行備份，因此也需要考慮到數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)，保障整個軟件的速度和效率。
(4)軟件應(yīng)具有良好的移植性，應(yīng)考慮用對象編程的思想對軟件進行整體的一個架構(gòu)設(shè)計。

2 總體設(shè)計流程圖
手動繪制是波形生成方法中最直觀、最方便的方法。它同時也體現(xiàn)了任意波形編輯過程中的“任意性”。在設(shè)計中，選用LabWindows／CVI做為軟件開發(fā)平臺。具體操作時，用戶將鼠標移動到需要的起始位置，然后按下鼠標不放，根據(jù)需要的波形形狀拖動鼠標在波形顯示區(qū)移動，當(dāng)?shù)竭_合適的位置時，放開鼠標，則一次繪制過程完成。在整個過程中首先需要確定接收什么樣的信號觸發(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；波形的點數(shù)可以根據(jù)用戶的需要自行選擇，如若不選擇則默認為65 536個點，這也是設(shè)計的最大波形點數(shù)。手動任意繪制可能發(fā)生各種各樣的情況，比如鼠標可以前后拖動，因此需要對這樣的情況做出相應(yīng)的處理，即對鼠標拖動過程中的有效值進行存儲。由于涉及到波形的修改，也需要對波形的部分存儲值進行更新。在整個繪制過程中鼠標連續(xù)操作，需要采集到各個離散的點，然后進行插值處理，做到整個波形比較平滑。
整個設(shè)計主要由監(jiān)測模塊、處理模塊和顯示模塊3部分組成。監(jiān)測模塊主要完成對鼠標左鍵的監(jiān)測，設(shè)定波形數(shù)據(jù)的初始值，對其他模塊進行初始化，并啟動采集離散點時鐘，每隔2 ms進行一次采點；處理數(shù)據(jù)主要包括4個步驟：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；存儲當(dāng)前數(shù)據(jù)；實時顯示鼠標的當(dāng)前坐標。顯示模塊主要完成波形顏色和顯示點數(shù)的設(shè)置，并對波形做實時顯示。圖1即為總體設(shè)計流程圖。

3 具體實現(xiàn)
3．1 手動任意繪制波形具體實現(xiàn)
(1)在手動繪制時，鼠標左鍵一直按下可以有兩個操作，一是繪制任意波形；二是拉動滑塊，此時要判斷是拉動滑塊還是繪波形，這時筆者采用判斷標志變量的方法解決此問題。
(2)由于鼠標是連續(xù)操作，因此根據(jù)需要使用筆者選用定時函數(shù)，每隔一定的時間(2 ms)被觸發(fā)1次，每次執(zhí)行函數(shù)采集1個離散的點，即獲取當(dāng)前光標處的橫縱坐標，這樣就得到了一系列的離散點，相鄰離散點之前的間隔是不等的，這與用戶拖動鼠標的速度有關(guān)。于是還有許多波形點數(shù)沒有賦值，這樣就要在相鄰的離散點之間插值計算出那些空缺的幅值。考慮到兩個相鄰點之間的距離比較小，于是可以采用線性插值，插值計算出來的波形是比較光滑的。
(3)正如難點分析中講到，手動任意繪制可能發(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)鼠標位置在波形內(nèi)部時才采集當(dāng)前坐標點，超出波形范圍則取最大值的方法。再者，對于繪制中的方向及重復(fù)繪制問題，采用取兩點之間的絕對值解決，然后再進行線性插值并計算兩點之間的其他各點的幅值，最后對波形各點相應(yīng)值進行存儲更新和坐標映射。