（原子与分子物理专业论文）远程激光测距操控系统的设计与研究.pdf

四川大学硕士学位论文脉冲激光远程测距操控系统设计与研究原子与分子物理专业研究生：伍丽莎指导老师：杨向东本文主要针对远距离激光测量终端控制系统进行研究、讨论。内容分为三个部分：激光测距的数据采集系统，激光测距控制系统的参数分析系统，激光测距计数器程序系统。实现三大功能：数据采集数据测试和分析结果输出显示等组成。操控系统数据采集系统软件设计和实现部分，首先介绍了高速采集卡g a g a数据采集卡的工作原理、接口函数和硬件设置。然后根据其采集卡的特征以及系统的要求重点讨论了软件系统的程序设计流程，并详细的阐述了软件各个功能模块的结构和实现方法。在激光测距参数分析软件的设计部分，介绍了利用v c + + 设计完成的激光测距分析软件，可以对系统的各个相关参数进行分析；也可以对不同目标特性的情况进行分析，并通过实验验证其正确、可行性。通过v c 一十提供的g d i ( 图形设备接口) 这个与设备无关的编程接口，做出各种参数之间的示意图，对系统的各个相关参数进行总体分析，使其界面友好，简单，直观和实用。在计数器程序系统的程序设计部分，介绍了串行通信传输方式、传输协议和串行接口标准，重点介绍了r s 2 3 2 接口标准。然后讨论了其设计流程，根据设计流程讨论了两种实现串口通信的方法：一种是利用m i c r o s o f t 公司提供的a c t i v e x 控件m i c r o s o f tc o m m o n i c a t i o n sc o n t r o l 。另一种是直接用v c 访问串口，本文采用的是直接用v c + + 访阀串口，异步通讯。通过以上的设计，联机后实现了数据的采集、测试和分析功能，并将结果显示在了主界面上。关键词；激光测距v c g a g a 8 2 g 采集卡参数分析串行通讯r四n f 大学硕士学位论文d e s i g na n di m p l e m e n to fc o n t r o ls y s t e mf o rp u l s i n gl o n g 。d i s t a n c el a s e rr a n g e f i n d e ra t o m i ca n dm o l e c u l a rp h y s i c sp o s t g r a d u a t ew uli 。s h at u t o ry a n gx i a n g 。d o n gi nt h i sp a p e r ，f o r t h ep u r p o s eo fc o n t r o ls y s t e mp u l s i n gl o n g d i s t a n c el a s e rr a n g e f i n d e r ，i th a st h r e ep a r t s ：d e s i g na n di m p l e m e n to fs o f t w a r ef o rp u l s i n gl o n g - d i s t a n c el a s e rr a n g e f i n d e rc o n t r o l ，p a r a m e t e ra n a l y s i sa n ds o f t w a r ef o rc o u n t e r t h e r ef u n c t i o na r er e a l i z e d ：c o l l e c t i o nd a t a ，t e s t i n ga n da n a l y z i n gd a t a o u t p u t t i n gr e s u l t i n t h ep a r to fd e s i g na n di m p l e m e n to fs o f t w a r ef o rp u l s i n gl o n g d i s t a n c el a s e rr a n g e f i n d e rc o n t r o l ，t h ef i r s ti n t r o d u c et h ew o r k i n gp r i n c i p i u m ，i n t e r f a c ef u n c t i o na n dh a r d w a r es e t t i n g ；s e c o n d l yd u et ot h ec h a r a c t e ro fg a g e8 2 ga n dr e q u e s to fs y s t e m ，d i s c u s sp r o g r a m m e rf l o wo fs o f t w a r ea n de x p a t i a t et h ec o n f i g u r a t i o no fs o f t w a r ea n dr e a l i z a t i o nm e a n s i nt h ep a r to fd e s i g np a r a m e t e ra n a l y s i s ，t h i sp a p e ri n t r o d u c et h ea p p l i c a t i o nc a na n a l y z et h ed a t au n d e rv c + + n e td e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t i t i sp r o v e dt h a t t h es o f t w a r ec a na n a l y z er e l e v a n tp a r a m e t e ra n dc h a r a c t e r so fo b j e c t u s i n gt h eg d it h a ti sf o r e i g nt oe q u i p m e n t ，d r a was k e t c hm a po fp a r a m e t e ra n dg e n e r a la n a i y z ee a c hc o r r e l a t i o np a r a m e t e r i t i sf r i e n d l y ，s i m p l e 。i n t u i t i o n i s ta n du t i l i t y i nt h ep a r to fd e s i g na n di m p l e m e n to fs o f t w a r ef o rc o u n t e r ，t h ep a p e ri n t r o d u c et h et r a n s m i t t e dm o d e ，t r a n s p o r tp r o t o c o l sa n d t h e s e r i a li n t e r f a c es t a n d a r do fs e r i a lc o m m u n i c a t i o n ，a n de m p h a t i ci n t r o d u c et h er s 2 3 2s t a n d a r d f o l l o w i n gi td i s c u s s e st h ed e s i g nf l o wa n dp u tf o r w a r dt w om e a n st oi m p l e m e n ts e r i a lc o m m u n i c a t i o n ：t h eo n ei su s i n gt h em i c r o s o f tc o m m u n i c a t i o n sc o n t r o l ，a n o t h e ri si m m e d i a c yc a l ls e r i a lp o r t ，明i t i 大学硕十学位论文a n d t h i sp a p e ra d o p t si m m e d i a c yc a l ls e r i a lp o r ta n da s y n c h r o n i s mc o m m u n i c a t i o n a sar e s u l to ft h e s ed e s i g n ，w er e a l i z et h ed a t aa c q u i r e ，t e s ta n da n a l y z e ，a n do u t p u tt h er e s u l t k e y w o r d ：l a s e rr a n g i n g ，v c + + ，g a g e8 2 ga c q u i s i t i o nc a r d ，p a r a m e t e ra n a l y s i s ，s e r i a lc o m m u n i c a t i o nn 1 四川大学硕士学位论文一、引言激光起源在理论上归功于1 9 1 6 年爱因斯坦提出的感应辐射概念。2 0 世纪5 0 年代初期t o w n e s 利用受激辐射原理成功实现了微波激射器( m a s e r ) ，在1 9 6 0年6 月m a i m a n 在做红宝石研究时形成了第一次激光震荡，所以如今公认激光器问世是在1 9 6 0 年6 月。由于激光具有方向性强，亮度高和单色性好等特点。因此，它特别适合于作为光电测距器的光源，采用激光作为测距器的光源，使测距得到提供，并且克服了普通光源白天不便作业的特点。激光单色性好，有利于提供测距精度，方向性强，有利于缩小光学系统孔径。从而减少和减轻了仪器的体积和重量。1 1 脉冲激光测距原理及发展1 1 i 脉冲激光测距原理激光测速仪是采用激光测距的原理。激光测距( 即电磁波，其速度为3 0 万公里秒) ，是通过对被测物体发射激光光束，并接收该激光光束的反射波，记录该时间差，来确定被测物体与测试点的距离。激光测速是对被测物体进行两次有特定时间间隔的激光测距，取得在该一时段内被测物体的移动距离，从而得到该被测物体的移动速度。其公式为：d = 1 2 c t式中：d - - 待测距离；c - - 激光在大气中的传播速度；t 一激光在待测距离上的往返传播时间。根据传播时间t 的测定方法区分，测距方法可以分为：脉冲测距法和相位测距法。脉冲测距法：由测线一端的脉冲激光器发射光脉冲，- 4 , 部分直接由仪器内部进入接收光电器件，作为参考脉冲，其余部分发射出去，经过测线另一端的反射镜反射回来，也进入接收光电器件，测量参考脉冲同反射脉冲相隔的时间差既光脉冲在待测距离上往返传播时间t ，可求出距离d 。d = c t 式中c 为光速。这种方法一次测量可单值地求得待测距离。测程为四川大学硕士学位论文几千米、十几千米，远的可达几十万千米，精度一般为米级或分米级，主要用于短距离低精度或长距离的测量。因此使用于军事以及工程测量中要求不高的某些项目。1 1 2 脉冲激光测距仪发展及其介绍脉冲测距仪包括：红宝石，n d ：y a g ，c o = ，喇曼频移n d ：y a g 和e r ：玻璃等脉冲激光测距仪。红宝石脉冲测距仪：使用的是0 6 9 u m 的红宝石脉冲，工作波长属于红外光绿光极易暴露目标，对人眼也不安全，已被基本淘汰。n d ：y a g 脉冲测距仪：工作波长为1 0 6 u m 相对来说比较短，在大气中衰减厉害不适合自然雾和烟雾环境下使用，并且1 0 6 u m 的波长对人眼不安全，如果不加防护镜，可以使人眼永久致盲。c 0 2 激光测距仪：使用1 0 6 u m 的c o ：激光波长，此波长极易被水分子( 也0 ) 吸收衰减，在大气中含水蒸气密度大的晴天和潮湿条件下，限制了它的最大测距能力，特别是雨天和目标被雪覆盖时，目标显多镜面对称反射，对c 0 ：激光波长测距不利。喇曼频移n d ：y a g 和e r - 玻璃激光测距仪：工作波长为1 5 4 u m 属于中红外波段，不能与8 1 2 u r n 内的典型热成像系统兼容，加上转换效率低，脉冲能量小和重复工作频率低( 喇曼频移n d ：y a g 除外) 能限制了它们的应用。1 2 远距离测量控制系统使用计算机代替人对各种仪器进行控制和管理。从更严格的意义上来说就是可以实际上不依靠任何相关的技术文献( 如被测件的技术说明书、仪器手册等) ，由非熟练的人员上机进行几乎全自动的操作，并以计算机的速度完成。测量测试仪器的主要功能可由数据采集数据测试和分析结果输出显示等三大部分组成，其中数据分析和结果输出完全可由基于计算机的软件系统来完成，因此只要另外提供一定的数据采集硬件，就可构成基于计算机组成的测量测试仪器。1 2 1 远距离测量系统界面四川大学硕学位论文充分利用现有计算机资源，配以独特设计的软硬件，实现仪器的全部功能以及一些在普通仪器上无法实现的功能。不但功能多样、测量准确，而且界面友好、操作简易。其远程测距系统的主界面如下；图1 1 远距离测量系统界面1 2 2 测距按钮的设计测距按钮可以同时执行若干命令，主要采用s e n d m e s s a g e 来发送信息。p d i a l o g - s e n d m e s s a g e ( 矾tc o m m a n d ，0 ，( l p a r a m ) ( p d i a l o g 一 m _ b u t t o n l k s c y ge t s a f e h w n d 0 ) ) ：p d i a l 0 9 4 一 s e n d m e s s a g e ( w m _ c o m m a n d ，0 ，( l p a r a m ) ( p d i a l 0 9 4 一 m _ b u t t o n l k s j sg e t s a f e h w n d 0 ) ) ：1 2 3 主界面与三个分系统的联系由三个分系统组成：1 、数据采集系统；2 、参数分析系统；3 、计数器程序。具体按钮如下：肇紫器四川大学硕士学位论文图1 2 分系统按钮1 3 本文的工作内容及意义本课题来源于国家重点课题，针对某激光测距项目研制一套控制系统，能对激光测距机进行设置，完成测距任务并对影响测程的各参数进行分析。本论文的任务是激光测距控制系统以及对各参数分析的软件设计，并具体实现，用v c + + 语言设计测试系统软件，对整个系统进行管理和控制。本论文安排如下：第二章介绍激光测距的数据采集系统第三章介绍激光测距控制系统的参数分析系统第四章介绍激光测距计数器程序系统第五章总结论文所做的工作，以及今后的发展方向。二、数据采集系统2 1 数据采集系统的基本功能在激光测距系统中，被测距离经传感器及相应的调理电路，转换为电信号后，必须将该模拟信号转换为计算机系统可以分析处理的数字信号。数据采集系统( d a s ，d a t aa c q u i s i t i o ns y s t e m ) 就是实现模拟信号与数字信号转换的装置，它是外部被测模拟信号进入测量仪器、系统必经前置通道。2 2 数据采集系统的构件对于激光测距系统由以下几个要素组成数据采集系统四川大学硕士学位论文图2 1 测距系统结构图信号调节：多路转换器、可调增益放大器、抗混叠滤波器。数摸转换：a d 转换器，d a 转换器。软件：选用的编程语言是c + + ，因为c + + 非常流行、高效和简练。使用邪c( m i c r o s o f tf o u n d a t i o nc l a s s ，微软基础类) 库，采用w i n d o w s 作为界面后，c 抖数据采集类与m f c 相结合的程序运行的很好。在面向对象的数据采集程序和m f c代码之间有非常清楚的划分点。2 3g a g e8 2 g 数据采集卡2 3 1 介绍g a g e8 2 g 数据采集卡g a g e8 2 g 采集卡是加拿大t e k t r o n i x 技术公司生产的8 位数字波形p c i 卡，单通道可以达至u 2 g s s 采样速率而双通道采集速率可以同时达到i g s s 。在双通道模式中，2 个板载的a d 将使2 个输入通道的模拟信号数字化。2 个a d c 同步使用严格相同时钟信号，所以2 个数字数据没有时间差存在。实现了2 个通道同时采样。p c i 是一个同步的独立于处理的3 2 位或6 4 位局部总线，最高可操作于3 2 m h z时钟，p c i 普遍使用的一个重要原因是在插入的设备问快速的数据吞吐量，例如视频卡，s i s i 控制器或采集卡和c p u 之自j 的数据处理。对于p c i 插槽最大交换数据大约是1 2 0 m s ，而对于i s a 插槽最大交换速度是1 5 m s 。所以，所有的采集卡有高速的板载存储器存储数字数据。在获取数据结束后计算机彳可以接受数据。四川大学硕士学位论文2 3 2 采集卡工作原理大多数的采集卡有2 个输入通道连接到每个同轴电缆接插件的输入通道的信号习惯是最初信号，这个一般有3 步组成终止输入对于最小的信号装载可以选择为l 莫姆，对于与5 0 欧姆信号电缆匹配的阻抗，选择5 0 莫姆。这个输入连接可以用程序来选择交直流。最后，输入范围可以用程序来选择。程序在一个恰当的增加放大器中转换。图2 2 采集卡a d ，d a 转换图模拟一数字转换( a d c ) 在一个指定的时钟比率获得近似信号并释放数字信q 数据于是被a d c 的储存关闭。大多数采集卡装备2 个a d c 芯片和他们的联合存储阼采集卡输入输出卡普遍有2 个获取模式：单通道和双通道模式。在双通道椒式中，2 个在板的a d 将从2 个输入通道的近似信号数字化。当a d c 2 在2 通道数化输入的近似信号时，第1 个a d c 数字化在第一个通道的近似信号。2 个a d c 同j p 使用严密相同时钟信号，所以2 个数字数据没有时间差存在。采样也是在2 个j 皿道同时。然而在单通道模式中，输入近似信号是连接2 个a d c 这时2 个a d c 被记时1 8 0心不记相位。当取样开始的时候，在时钟的第1 个上升边缘，从1 通道出来的信j 是通过a d c i 来采样的，数字数据被存储到第l 存储库中。hiozpem口uous四川大学硕士学位论文下一个采样通过a d c 2 来数字化，a d c 2 的时钟信号与a i ) c 1 的时钟相反，数字数据被存储到第2 存储库中。这个过程于是不断反复，直到获取完成。这个方法被归结于a d c 的乒乓，意思就是2 个a d c 的在l 通道数字化交替数据。在获取信息后，从1 ，2 存储库的数据被交叉存储，产生一个记录，这个记录是在两次a d c时钟频率有效的采样记录。这就是采集卡单通道模式可以采集可能是双通道模式2 倍的最大速度。( 1 ) 采集卡的2 个基础记录方式：单记录和多记录模式单记录模式单记录模式是使用采集卡记录获取数据的最简单方式使用单记录，采集卡数据化模拟信号在l 或2 个通道。这个数字化的数据被存储在采集卡的板载存储器中在获取结束后，数据被快速处理下载到p c 的存储器中。这个卡为下次获取信号做准备。获取信息和下载记录的时间主要取决于获取记录的大小和数据传输速度。在单记录模式，采集卡能够每次获取2 个并快速的触发数据点在单通道模式或双通道模式。对于单通道采样，所有的存储深度可以为获取记录所用。对于双通道采样，存储必须被2 个通道分享，所以最大存储深度是整个板载存储的一半。这很明显采集卡准备下次获取的时间随获取记录的长度增加。因而单记录模式对于获取那些高频率反复触发的记录可能不是最好的方式。g a g e 采集卡有一个独特的性质一多记录模式，这个模式允许板载存储器获取连续的记录为高触发频率使用多记录模式的详细介绍在下节。多记录模式如果信号很快的反复触发，就可能在下次触发产生以前没有足够的时间去获取数据到p c 存储。对于如此快速触发需求，采集卡可以通过多记录模式操作在多记录模式总，连续的获取数据被堆积在采集卡的板载存储中在连续获取之间，采集卡又提供自己的数据等待下次触发而不需要c p u 的相互作用。这个硬件又提供典型地产生在1 6 采样点，常常很好的应用于在l 微妙以内的高速采样的频率。多记录获取可以连续，直到采集卡存储满。以下图表显示了典型的反复性信号如果信号被多记录模式获取，这个图形也显示采集卡存储的内容。四川大学硕士学位论文t r i g g e rn。一。r rs i g n a lv o 岬二7l ，、7：黜0 0 二夕i 名乏2 。图2 3 多记录模式图( 2 ) p c i 插槽采集卡p c i 插槽p c i 插槽是独立处理器，多控；静 3 2 b i t 同步插槽，运行在3 2 删z 。p c i 插槽可以在任何新的个人计算机中找到。一个扩展6 4 b i t 的p c i 同样可用。同样的，在很多母板也同样支持6 6 m h z 速率的插槽p c i 普遍使用的一个重要原因是在插入的设备间快速的数据吞吐量，例如视频卡，s i s i 控制器或采集卡和c p u 之间。每个公司的p c i 插槽在电力方面几乎相同，但是不同公司的设备和自己的机子有单独的品质级别。p c i 卡模块从面板上面安装。四川大学硕士学位论文图2 4p c i 插槽示意图( 3 ) p c i 插槽采集卡存储模式操作在存储模式，p c i 插槽采集卡数字化模拟信号和在板载存储器上存储数字数据这个存储器可以在获取结束后被c p u ( 或其他p c i 设备) 访问。图2 5p c i 存储模式图板载采集卡存储器所以是一个独立端口的存储器。如果a d 正在为写入，c p u和其他f c i 设备都不能访问它。板载存储器准备从a d 交换器接受数据在卡高速采样时。例如，板载存储器在采集8 5 0 0 有一个周期，每8 b i t 采样十亿分之2 秒或5 0 0 m b s 四川大学硕士学位论文由p c i 插槽采集卡获取信号的最大记录长度由板载存储器的数量决定。获取的数据可以在p c i 插槽许可下的速度转移n p c 存储器。在插槽控制模式，一个采集卡可以保持l o o m s 以上( 依靠母板) 速度转换p c i 数据。采集卡的板载存储结构采集卡a d 产生数字数据的速度用于i b mp c 插槽上也可以很快。对于p c i 插槽最大交换数据大约是1 2 0 m s ，而对于i s a 插槽最大交换速度是1 5 m s 。所以，所有的采集板有高速的板载存储器存储数字数据。在获取结束后p c 才可以接受数据。( 4 ) a d 数据存储从采集a d 转换的数据存储在板载静态存储器( s r a m ) 中，这个存储器被设定为一个循环缓冲器。在一个触发事件被察觉前，循环缓冲器被用于允许获取数据。在采集获取数据过程中发生的事件次序如下。为了说明给出咯低电平步骤。采集使用者执行高电平驱动调用子程序，这个典型的子程序立刻执行几个低电平步骤。p c 的c p u 通过使用g e td a t ab i t 来调用采集获得的数据一“临时占用”的标记留在采集卡上，所以p c i 插槽拒绝任何更进一步访问板载存储器。一板载存储器由软件初始为0 然后开始记数，因此在存储器开始存储的数据为0 。一当在板载存储器存储数据时，系统等待触发的产生。这些数据被称为前触发数据。一当产生触发事件时，板载存储器记数值被当作触发地址所存储。旦触发事件产生，一个后触发点的特定值被获取。后触发的值被先前所指定记录在采集卡上的。一在获取和存储后触发点的指定数字后，获取完成。“临时占用”的标记这时复位，p c i 插槽被允许访问板载存储器。以上步骤被下表详细描述四川大学硕上学位论文e n da d d r e s sc o m p t s s c o p em e m o e ya d d r e s sz f r ot n i l g e r d d i r p s s胁功口筘rd 幽图2 6 采集获取的适时圈在以上图表，循环存储缓冲对于物理存储地址被描述为一个环面0 在末端。数据存储被描述为一个逆时钟螺旋线。存储从0 点开始一直添满( 这个螺旋线完成一个循环) 。当存储满后，采集卡这时开始覆盖数据在地址0 1 2 当触发时，当前存储地址被标志作为触发地址。后触发点的指定值被获取而这时获取停止。停止获取的存储地址被指定为结束地址而这个地址是后面的开始地址。前触发数据在开始地址和触发地址之间。后触发数据位于触发地址和结束地址之间。从图表很明显的看到存储地址0 不是信号获取的必要第1 点，或开始地址。事实上，既然触发可以在任何时间开始，物理地址0 点在如此系统就很少有意义。在c p u 表明采集获取数据以后触发被认为标准时o 地址就成为开始地址而存储被存满后数据存储停止。这个情况的插图如下四川大学硕士学位论文c o m 列s p em e m m y 岫0 5 z o r o图2 7 采集获取的适时图采集卡开始获取的信号有很少的被滤波。很明显触发和存储充满信号以及他们的状态b i t 和数据获取初始态与0 位相反。“临时占用”信号和它的状态b i t现在被设置为高位。在这点，数据转化过程开始，在每个采样时刻数据在板载存储器存储。存储器被认为是一个循环缓冲器。在一个触发事件发生某点。开始了另一次记数( 一个8 2 5 4 记数芯片的一部分) 这就是采样记数深度。当采样结束，“临时占用”信号和状态b i t 被清除，数据获取过程也结束。以下一个完成的适时图表说明一个在获取没有充满的数据四川大学硕士学位论文c o m p u s c o p et = m m gd m g r a m r a m f u l l ：0_ 、厂一 厂一二 i_ 弋i 厂一ii：厂- _ 、牛| 。枷* 姻m 卜 _ 一m i i t 帆姗d e s f e d p r e t n g g e r n o ta l ld a t ap o i n t si nb u f f e rv a l i d皇一毒 a h 啦m o r yt 嵋口臂拙r e s sw 瑶? 阳r 们嗨一。v , t d jp 韩：妒0 ；竹d i j 争争。0 ：，o图2 8 采集适时图( r a = f u l l = 0 )如果在数据采样期间计数器使存储器卷动完毕，将至于存储充满状态，标志着存储器包含所有的获取数掘含这次采样的有效数据。这个存储充满| | l 一一阳吣豫四川大学硕士学位论文状态经常出现，跟随触发地址( 这个地址包括计数器在触发事件时的有效采样) ，来建立开始地址，触发地址和结束地址。下面的图表说明了数据采样这里板载存储器是完全充满的。c o m p u s c o p eli m l n gd i a g r a m ：r a m f u l l = 1s 一- 、厂一g e td a t a 弋厂一r a m f u e l = ii 厂一 r p j g g e r 弋i 厂一i；b u s yi 厂 卜一，：一- 一 _ 一 _ h +怒裟口t 目“d ，一d p r e - t r g g e r ：a l ld a t ap o i n ti nb u f f e rv a l i dt 坩，a 誊宣t c ：= o e s s峨p t 吨口r 蛐一。v 瑚p 啾蜘辨r 曲，o 一- 住钳。n圈2 9 采集适时图( r a m f u l l = 1 )四川大学硕士学位论文( 5 ) 板载存储器在一个双通道采集卡总的存储器在这个板上是分为2 个a d 转化。例如，一个2 5 6 m 的双通道采集卡是分为1 2 8 m 的转化a 和1 2 踟转化b 。一个双通道模式，每个输入通道是发送到2 个转化的一个因此，1 号通道获取它的数据到存储器对于转化a ，2 号通道对于转化b 获取它的数据到存储器。然而，在单通道模式，l 号通道是发送到2 个a d 转化。所以存储器包含从l 号通道的2 个转化数据。偶数点被存储在转化a ，奇数点被存储在转化b ，单通道采集，例如c s 8 5 0 0 ，只有一个a d 转化，所以这个存储不象以往被分开从g a g e _ c a l c u l a t ea d d r e s s e s 程序送回的地址描述咯获取数据触发地址，开始地址和结束地址这些地址可以被使用到循环，通过预期定位去找到获取的数据。( 6 ) g a g e - 删- r e a d 数据转换程序最简单的数据转换程序是g a g e - m e m - r e a d 程序。这个熟悉的子程序转化为一个单独数据点从采集存储到使用者的缓冲器转化。这个程序提供给所有的采集卡类型：p c t ，c p c i ，i s a 和i s a p c i 。对于转换小量的数据是十分理想的，但是对于高速数据转化技术例如p c i 插槽一控制就没有优势。对于单和双通道模式具有分别的g a g e - m e m - r e a d 程序虽然g a g e - m e m - r e a d s i n g l e 程序每次返回一个点，这个程序依然传输一个整的存储器的4 个k i l o s m a p l e 块。对于继续存取的数据它明显地加速了采集存储器的存取。g a g e - m e m - r e a d - s i n g l e 对于大多数运用到离散数据点的应用程序是首选。返回数据总是用最小的有效描述最高的电压和最大有效的描述最低电压的整数。由以上讨论可以知道，在存储地址空间末尾必须考虑限制范围。常常使用m o d 函数带有指标和。如果存储深度是2 的幂，这是一个最快的方法是使用带有g d i m a x - a v a i l 8 b l v - m e m o r y l 的a n d 函数。四j i l 大学硕士学位论文图2 1 0 存储示意图如果一个块的转换程序，使用g a g e - t r i g g e r - v i e w t r a n s f e r ，g a g e - t r a n s f e r - b u f f e r 或者使用者定义的程序，这时存储器在a 和b 轨道间有裂痕正如讨论所知道的那样，在单通道模式，数据被分为2 个转化存储，第一个数据点在a 存储器，第二个数据点就在b ，第3 个就是a 等等，如下所示c o n v e r t e ra ：c o n v e r t e rb ：正如以上提到的，使用g a g e - m e m - r e a d 程序，采集卡在内转化一个存储器的4 个k i l o s a m p l e 块采样尺寸对于8 位卡是一个字节，对于1 2 ，1 4 和1 6 位卡是2个字节。特别的块可以用驱动程序称g a g e - s e t b l o c k - n u m b e r 来存取。存储块由所有的转化库a 的数据组成，占据第一个4 k 字节块阻碍一个转化库存储器尺寸的整个大小。对于转化库b ，同样数目的块可以类似利用。采集卡执行重复采集在采集卡直接安装在p c i 或采集卡p c i 插槽，他们的获取板载存储器可以直接访问这个p c i 总线，而不一定通过g p i b ( 通用接口总线或r s 一2 3 2 ) 这个直接访问允许数据转换速率在时间上比g p i b 或r s _ 2 3 2 快很多。快速数据通过p c 采集卡超过传统通过g p i b 或r s - 2 3 2 的单独示波到p c 。用户必须采集产生高速的( p r f ) 脉冲重复频率的数据常有快速的数据吞吐四川大学硕士学位论文量。在使用单记录模式中，用户必须能够从采集卡载存储器转换数据到p cr 埘和再次给采集卡准备下次触发时间如果数据吞吐量没有足够的快，这时采集卡将准备下次触发和触发将丢失。一个使用采集卡的高数据吞吐量的应用是雷达信号处理或其他应用需要短脉冲数据采样在非常高速重复频率。一个典型的例子就是雷达系统，它需要在脉冲采样6 4 个点，至少需要一秒1 0 0 0 次。这个应用需要通过采集卡的s d k ，利用非常简单的c 程序，开发一个客户采集卡w i n d o w s 应用。当执行采集卡在确定单任务操作系统例如m sd o s ，它执行不确定在m sw i n d 删s 一个非实时多任务操作系统。由于在w i n d o w s 程序中可能当w i n d o w s 服务器有其他程序时有催眠不确定的时间，所以有不确定的发生在实时操作系统中，例如q n x 或实时l i n u x 操作系统可能保证了最坏的可能性”程序催眠时间”在一个非实时例如w i n d o w s ，而且，没有类似的最坏催眠时间可能保证t 因此，即使通过采集卡可能碰见确定的转换速率执行基准，没有执行可能保证w i n d o w s ，执行很有可能依靠w i n d o w s 操作系统类型和系统结构。另外，通过d l l 从应用程序或用户标准较大的缩小执行期间由于超过w i n d o w s 内部驱动功能，每个子程序执行驱动需要通过用户内部分界线，它有关联分界线交叉时间至少是很少的微秒。分界线交叉时间同样依靠操作系统和系统结构。典型地，用户重复单采集想知道什么是脉冲重复频率的最大值，可以用采集卡完成。同样的问题，脉冲重复频率计算可靠1 0 0 的情况下，只有在d o s 操作系统下。在w i n d o w s ，由于它的非实时情况，确定的操作是没有保证的。无论多么慢的触发速率，总是存在丢失触发的可能性。然而，在w i n d o w s 下脉冲重复频率计算可用于依靠执行平均重复获取确定2 3 2 采集卡的接口函数和硬件设置t e k t r o n i x 公司给用户提供了开发采集卡的软件包，软件包提供了w i n d o w s标准动态连接库文件g a g e _ d r r 1 i b 。下面简要介绍一些重要的系统文件：( 1 ) g a g e _ a b o r t _ c a p t u r e 强迫采集卡停止获取鱼洼c v o i dg a g e a p ig a g e _ a b o r t c a p t u r e ( i n t1 6r e s e t t r i g g e r s o u r c e ) ：注释：g a g e _ a b o u t 是用于恢复采集卡控制，主要是采集卡在预期时间内没有完成四川大学硕士学位论文获取g a g e _ a b o u t _ c a p t u r e 强迫采集卡停止获取数据，然后进入一个非“临时占用”状态g a g e _ a b o u t c a p t u r e 程序类似于g a g e _ a b o r t ，但是它会檫去板载存储器里的内容为了下次获取，采集卡硬件必须重置使用，例如，g a g e _ s t a r t _ c a p t u r e 命令g a g ea b o r t _ c a p t u r e 同样可以用于多卡结构在多卡系统，如果数据恢复不是很重要，g a g e _ a b o r t _ c a p t u r e 常常被使用。r e s e tt r i g g e r _ s o u r c e 参数使用硬件初始化失败后，再次初始化出发源。通常设置初始化出发源使用，出发源包括( g a g e _ c h a n _ a ，g a g e _ c h a n _ b ，g a g ee x t e p u n a l 或g a g e _ s o f t w a r e ) 详细文件在g a g e - d rv h 文件( 2 ) g a g eb u s y 确定是否采集卡处于临时占用状态，繁忙的获取数据鱼鎏c ：i n t l 6g a g e a p ig a g e _ b u s y ( v o i d ) ：注释命令g a g e _ b u s y 确定是否采集卡处于临时占用状态，繁忙的获取数据。当卡获取数据时，板载存储器不能访问。通常，从板载存储器尝试下载以前，反复使用g a g e _ b u s y 直到返回0 ，返回值如果采集卡繁忙“l 笛时占用”( 获取数据) 返回一个非o 或实数其他情况返回0 值( 3 ) g a g e _ c a l c u l a t ea d d r e s s e s 返回当前板特定通道的3 个重要的地址一触发地址，开始地址和结束地址鱼洼c v o i dg a g e a p ig a g e c a l c u l a t e _ a d d r e s s e s ( i n t l 6c h a n ，i n t l 6o p _ m o d e ，f l o a tt b s ，i n t 3 2f a r * t r i g ，i n t 3 2f a r * s t a r t ，i n t 3 2f a r * e n d ) ：注释g a g e _ c a l c u l a t ea d d r e s s e s 给出板载存储器地址，这个地址用于从扳载存储器从找到获取的采样这个程序返回当前板特定通道的3 个重要的地址一触发地址，开始地址和结束地址用这个方式，从当i ； f 板找到地址c h a n 参数控制当前板那个通道的地址被计算和返回。这个参数可以设置为g a g e - c h a n 。对于通道a 和通道b 在一个扳的双通道将总是相同的。o p _ m o d e 是g a g e _ s i n g l e _ c h a n 或g a g e _ d u a l _ c h a n ，包括类似的输入方式采集卡的数字输入同样支持g a g e _ q u a d _ c h a n 常量使用这个值来约束进来的大多四川大学硕士学位论文数数据t b s 是对于采样信号在十亿分之一秒的“采样间隔时间”例如，如果你采样一个信号在l o m s s ，这时，这个值应该是1 0 0 0 同样的，一个信号采样在1 k s s 应该要求这个值设置为1 0 0 0 0 0 0 0* t r i g 是触发事件发生的地址* s t a r t 是很多获取进来的数据里的第一个有效的地址这个地址保存了第一个前触发数据点* e n d 将是很多获取的数据的最后一个有效的地址，这个地址包括了最后一个后触发数据点( 4 ) g a g e _ c a p t u r em o d e 为下一次获取信号，设置模式和采样速率的鱼迭c ：i n t l 6g a g e a p ig a g e _ c a p t u r e _ m o d e ( i n t l 6m o d e ，i n t l 6r a t e ，i n t l 6m u l t i p l i e r ) ：注释g a g e _ c a p t u r e _ m o d e 是用于为下一次获取信号，设置模式和采样速率的m o d e 是用于设置采样模式，即可以是单( g a g es i n g l e c h a n ) 或双( g a g e - d u a l _ e h a n ) 一些采集卡型号可能只支持1 个或2 个模式g a g e _ o u a d _ c h a n同样可以用于数字输入的采集卡例如c s 3 2 0 0 。速率和倍率值都来源于采样速度的要求例如，要求i o m s s 的采样速率，r a t e就应该设置为1 0 ( 或更适合的g a g e _ r a t e - 1 0 ) 而倍率为g a g e _ m h z这个r a t e 可以是任何有效值检查采集卡硬件手册，对于采集卡模式1 的有效速率有效的倍率值m u l t i p l i e r 在g a g e _ d r v ，h 文件有定义# d e f i n eg a g e - h zl# d e f i n eg a g ek h z2# d e f i n eg a g ej 4 h z 3# d e f i n eg a g eg h z4# d e f i n eg a g e e x t c l k5如果你的采集卡装备了外部时钟特征，那么倍率值m u l t i p l i e r 应该设置为采集卡外部时钟模式g a g e e x l c l k 当使用外部时钟，速率r a t e 应该正常的设置为0 实际的外部时钟速率在g a g e c a p t u r e _ m o d e 以前，应该使用g a g es e t _ e x t _ c l o c k _ v a r i a b l e s 程序这是一个重要的步骤，因为。驱动程序必四川大学硕士学位论文须知道，实际的外部始终频率，为了对采集卡硬件恰当的设置内部最低标准时间值对于一些采集卡类型( 例如c s 8 5 0 0 ) 对于外部时钟( m u l t i p l i e r 值为g a g e e x t c l k ) r a t e 的值可以是1 2 4 8 如果支持，这些非0 值将降低外部时钟速率r a t e 因素的信号在一系列获取前，g a g e _ c a p t u r e _ m o d e 程序一般只用一次，为了设置输入模式和采样速率为了设置采集卡下部获取g a g e _ c a p t u r e _ m o d e - - 般与下面命令联合使用，g a g e _ s e te x tc l o c k _ v a r i a b l e s ( 如果使用外部时钟) ，g a g e _ m u l t i p l e _ r e c o r d ( 如果使用多记录模式) ，g a g e _ i n p u t _ c o n t r o l ( 设置输入控制)g a g e _ t r i g g e rc o n t r o l ( 设置触发参数) 这些程序只使用一次，除非你需要为下次获取改变任何参数返回值如果这个函数返回l ，那么说明所设置的参数已经被成功的设置在采集卡硬件了如果函数返回o ，则以前的采集卡设置没有改变g a g e _ g e t _ e r r o r _ c o d e 命令可以获取错误代码可能导致错误的是一个无效的模式或无效的采集速率选择举例c ：g a g e _ c a p t u r e _ m o d e ( g a g es i n g l e c h a n ，g a g e _ r a t e _ 1 0 ，g a g e _ k h z ) ：( 5 ) g a g e _ d r i v e rr e m o v e鱼洼v o i dg a g e a p ig a g e _ d r i v e rr e m o v e ( v o i d ) ：注释g a g e _ d