（信息与通信工程专业论文）无纸记录仪的高级技术研究与实现.pdf

嚣貉萃萼学援零大学研究燕貌擎绞论文 摘要 记录仪寝是对工业生广：过程；i ，纳符种物理壁进行实时蕴溯和记录韵重要工其，它是工 业生产自动化的源头和熬i i i | ；。传统的池录仪表是种模拟的、机械传动式的纸质记录仪表。 随着计算枧技术和数宇避债技术的发耀，近年来j i i 现商性能的无纸记录仪袭，它以微处 疆器鬼核心，渡数字纯缝疆为特征，戳网终疲；嚣为秘搽，手毽表了记录饺表静发震方蠢。 本课题擞絮研究无纸沌录仪的人机交撕：1 狮j 视化技术、数据压缩技术以及组网技术。 人机交互与可视化软件分为似个j 二模块：j i jj 、交! i ：r 模块和状态实时监控模块，其中，时 嚣是绘鼹户提供粒一个交互器舔，明，t 通过它米安骥对仪表黧攥圣搴；嚣者实瓣逡显示记蒙 仪所采集劐的数据，是仪表处于工馋状态时鹊鑫承输出部分。纛数据压缩技术部分，把仪 表数据分为一维数据和二维数据，对一维数据采用预测编码和变换编码两种服缩方式，并 分析了两种方法的优劣，对二维点l ；擎数据，采用改进型的游程艨缩方法，实现了对这种较 雉基缨豹汉字焘薄数据豹褰散缝缭。斑纹表缀溺部分，采翅r s 4 9 5 慧线实瑗多台纹表之溺 的互联，采用r s 2 3 2 实现上位机与4 8 5 总线控制器之问的连接，最终实现整个系统的组网。 本课题所研究的技术已经应用租丁新一代的e x 系列无纸记录仪中。 关键词：光纸记录仪表、可视化技术、数据压缩、组网 璧鎏銎兰垫杰盔兰翌塞兰壁量垡鎏奎 a b s t r a c t n o n - p a p e rr e c o r d i n gi n s t r u m e n t sa r ev e r yi m p o r t a n tt o o l sf o ri n d u s t r i a lp r o c e s st r a c i n g t r a d i t i o n a lr e o o r d i n gi n s t r u m e n t sa r ei n e f f i c i e n ta n du n e c o n o m i c a lb e c a u s eo fw o r k i n gi na s i m u l a t i v e ，m e c h a n i c a l ，p a p e r b a s e dw a y w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm i c r o e l e c t r o n i ct e c h n o l o g y , d i g i t a lr e c o r d i n gi n s t r u m e n t sa p p e a ri nt h er e c e n ty e a r st h e yu s em i c r o p r o c e s s o ra sc e n t r a l p r o c e s s i n gu n i t ，c o m m u n i c a t ew i t he a c ho t h e rb yt r a n s f e r r i n gd i g i t a ls i g n a l sa n dt a r g e ta t n e t w o r ke n v i r o n m e n ta p p l i c a t i o n s t h ei n t e r a c t i v ea n dv i s u a lg r a p h i ci n t e r f a c e s d a t ac o m p r e s s i o na n dn e t w o r kb u i l d i n ga r e i l l u s t r a t e di nt h i sp a p e r t h ei n t e r a c t i v ea n dv i s u a lg r a p h i ci n t e r f a c e ss o f t w a r ea r em a d eu po f t w op a r t s ：t h ei n t e r a c t i v ei n t e r f a c e sa n dt h ev i s u a lg r a p h i ci n t e r f a c e s 。t h ef i r s tp a r tp r o v i d e sa i n t e r a c t i v ei n t e r f a c eb yw h i c hu s e r sc a no p e r a t et h e ；n s t r u m e n t s ，t h es e c o n do n ed i s p l a y st h e r e a l t i m ed a t ac a p t u r e d b yt h ei n s t r u m e n t si nt h ep a r to fd a t ac o m p r e s s i o n w ed i v i d et h e i n s t r u m e n td a t at oo n ed i m e n s i o nd a t aa n dt w od i m e n s i o nd a t a u s ep r e d i c t i o nc o d i n ga n d t r a n s f o r mc o d i n gt oc o m p r e s soned i m e n s i o nd a t a ，a n du s er u n - l e n g t ha l g o r i t h mt oc o m p r e s s t w od i m e n s i o nd a t a ，l nt h ep a r to fn e tw o r k i n gb u i l d i n g 。r s 4 8 5b u sl su s e dt oc o n n e c ts e v e r a l i n s t r u m e n t s ，a n dr s 2 3 2 ；su s e dt oc o n n e c tt h ec o m p u t e rt o4 8 5b u s ，t h e nt h ew h o l es y s t e m c o n n e c t i o ni 8r e a l i z e d t h et e c h n o l o g yw er e s e a r c h e di nt h i si t e mh a sb e e nu s e di nt h en e ws e r i e sn o n e - p a p e r r e c o r d i n gi n s t r u m e n t s k e yw o r d s ：n o n - p a p e rr e c o r d i n gi n s t r u m e n t s ，v i s u a lt e c h n o l o g y , d a t ac o m p r e s s i o n ， n e t w o r kb u i l d i n g 独创。陡声叫 木人声明所呈交的学位论文蹙我木人证号。师指婶下进行的研究工作及取僻 的研究成果。尽我所知，除r 丈，别加以标注和致i 鸯 f 的地力外，涂文巾不佳台 其他人已经发袭和撰+ 写趟昀研究成聚，池彳：琶龠为获褥陶防辩学技术大学畿其它 教育瓶擒的学 盘或证书弼捷弼 圭稳翻耱。与蠢一一目王体鞠溺志司本错究溪缀稳强 键贾献麓已在瓷交巾箨了镶确爨凌鲷势表示溅意。 学位论文邀瑶： 垂墼毽垂敛塾痉缝挞盔逃塞妻塞墼 学位论文作者签名： l 逸生! 堇 hj t j i ：2 0 0 2 印i j 川i ，h 学位论义版权使刚授权二 本人完会了解离防科学校术大。学表美保衙、使翊学位沦文酶筑定。本入稷被 黧防辩学技术大学i 簪瑷霖露并囱溺家番关赧 l 我害稿奄遴衰涂文稳复凌j 翻：餐；蠢- 7 文档，免诤论文薮壹阏4 l , f l f 耀；i4 l 潋穆学位浚文蟪全秘巍郭分瘗骞编入袁哭数据 蓐进行捻囊，可以摹列影印、缨 ：| _ 或垂1 , l t l , 等复测季段缳抒、汪：编学位恐文。 ( 1 基密学位涂文戎两7 糍厉适川水坶i 足捧) 学他论文题踊：墨数i 选垂瓞。姐髓绒二j f 爿蛆蔓j 7 , - t j t l 学位论文作者舔名 作t f , - 二l 旨导激师嚣名 。盟l 垦一 j 蕴童鸳 j 埘：3 0 02 乖i ijjf ? 期： ，工q il l ：i 口l l 蕊防摹年学校术文学研究生院学位论文 第一章绪论 。 弓| 言 记录仪表蹩获联、转换、楚瑾、 畦泶备种实时数据驮髓窳黼对进程囊时鲢测和事最分 析的必备工具，记泶仪表是信息工业的源头，其发展状飘殿映出一个国家的黼代他水平。 穰z 监羧常l 瑗场，稃程大量懿需蘩楚懋懿爨始测藿对象，遮戆辩象大都潋菲搬爨方式存在， 瓣瀑度、基力、滚慧、湮度、转速、裁耱、转缒、酸度等，翔俺将这些原始物理爨转化为 蜀溺垂鹣毫爨穰号，缓及翔鳄鼹这些镰肇避簿诞录、癸掇、鲶褒、蕴溪l 嬲控裁，充分爱浃 个厂家、一个褥娩豹生产效率驻及辩攀现代纯农平，攘京之，记录仪袭愚衡爨王韭蠢动 纯的一个标志。 传统型横拟越淤仪结毒句楚单，功熊攀，存在着卡纸、卡蟪、颤线等易发敞障和换笔、 换纸、添墨等大爨翻常维护工作。此类记泶仪由于其结构姆功能的局限性，光法满足综合 是产譬瑗、生产避糕蟹糍纯、数据传羧瓣臻亿帮在线数据分褥筵瑾豹器装。9 0 年代浚袋， 蘧豢虚援获嚣技拳瓣嚣益茨震，聚矮低畿搴啻袭往技术，磷涮与开发鑫类多功能智能黧记 袋仪表黧迅猛发展之努，势逐灏懿璧邂入工业发展领域。特别是在石化、冶众等行业鲢基 础自动化与过程自渤化系统中，已大檄融入各种类型的廉拟嵌入式仪表，其肇越的性能、 良好的数据农线处理能力和实时数据遴讯能力以及友好的入机交互平台，褥瓣入们的麓遍 荚注。 。2 秃纸记录仪的发展概况 记蒙纹熬发鼹汉黉凡+ 年豹掰史。裁我国瑟言，从1 9 5 8 每豹第一代电予管戏、集成 魄路式逐濒发展到* 现在的智能式无缀记录仪，三十年多簪来记录仪行业已谢较大发展。 毽是遥死年袋产麓势整在七万台左套，鼙逐年下簿趋势。农霆动识控毒g 系统镁域孛，集敖 控摹g 系统静密瑗，霞避去大重藤予记秉役弱矮堍禳c t r 豁臻枕历代替，形成释记录往发 袋已爨了尽头的说法。其实劳 如姥，赣技术敬发震虽然後谗多瑟设鉴矮有谗袋仪懿菜些 功能，但是不能建众代替记录仪，实黼上，在自动控制礅缆中，许多重要参数还需要记录 仪进行详细记录，弱方面，记录仪本身也大蹩采用新技术并增加了功能，以适应新的系 统要求。 蘧慧激蠢子技零、计算橇鼓寒、较矜技拳黎薅缮攘本豹糍度发曩及箕在曦子溺耋领壤 巾豹应瘸，记录仪浅的结梅不叛发鸯变肇，功能不断褥剿毙酱和加强。其体体现在以下几 个方面： 1 智能化。诚泶仪表辫弃传统的记泶方式，向数字纯发麓，密现各种黻单片桅为核心 熬餐畿纯记袋谈激。餐髓豫记秉纹表稍愆蕈冀掇实辩采袋、存黠、显承数据，势避蜇事惹 第l 页 国防辩学接术大学研究生院学经论文 处理。 2 ，网络他。在工业现场领域，嗽于环境恶劣、条 牛复杂、场地分散、需爱测量记录的 物理量耱爽多，洼覆备辩，需要一套胬瞧镜懿诗舞撬 辛受孛心辊( 主位瓿) ，每多台纹袭 通过通讯翻组成网络，形成一种分散测量集中管理的系统，在这个系统中，备智能记录仪 表一方面独立完成测量记录任务，另一方面将数据传给上位机，上位机进行潦后处理，并 且控毒各智疑记录仪表。 3 。虚撅化。随着p c 祝盼普及帮价位下调，计簿祝越来越广泛地应用予麓照控制领域， 美国于8 0 年代末推出了虚拟仪表( v i r t u a li n s t r u m e n t ) ，它是记泶仪表发展史上的又一场革 命。虚拟仪表由加在p c 机上的一组软件和硬件( 关键是软件) 构成，为用户提供虚拟化 静可撬溺爨舔凌。英懿甏扳壶显示农c r t 上豹一骥褰努辨率黧形生残赘软甏叛代替，建户 通过键盘、鼠标来操作软面板上的按键、开关对仪褒进行相应操作，而虚拟仪表正是在智 能记录仪袭纂础上发展越来的，近年来由于计算机软件技术( 包括面向对象技术) 和多媒 奉技术豹避猛发展，纛揪仪表的应用蕊露尽盏扩大，成为数字诞录仪表的一个菱要发展方 向。 由此w 见，智能记录仪成为记录仪表主要的发展趋势，世界上一些主要公司智能记录 仪的产量均已超过模拟记录仪的产量，而且智能记录仪也已经缀历几代，其技术性能和用 途在不錾壤发震，翔嚣本横潺奄捉拣式会享圭已经蠢第一代夔r 1 0 0 、r 1 8 0 、4 0 8 8 发袋到第 二代的r 1 0 0 t 、r 1 8 0 y 、r 1 0 0 f 、4 0 8 l ，第三代的h r 2 4 0 0 、l r 8 1 0 0 及最新r 1 0 0 0 系列等。 智能记录仪存在以下主鞭特点： l 。输入信号类型增多，量程范豳可以设定 穰撩记录仪豹一个较大两限往蘧一台纹表冀麓透露一释输入信号，甚登爨程范霭变化 电不能适应。智能记录仪却能满足多种输入信号，可以同时用于测量直流毫伏、热电偶、 热电阻等多种信号，并可以设定量程范围，使用十分方便。 2 。瓣藏曩示纛记蒙蕤礁疫握裹 采用数字技术，显示精确度普遍在钡9 量标准电压信号( 2 v ) 时达0 1 f s + 2 字的水平。 采用新技术、新器件，记录精确度也大大提高，有些记录精确度达0 3 f s 。 3 最示记录功能增加 餐缝记暴便普遍采麓r 数字模损混合记录，肖些还链毒l 表记录，既有棱攘记录议趋势 记录，又有数字式记录仪表格式并具肖记录曲线零点迁移功能以及多个通道记录曲线时间 坐标一致的功能。在显承方面多采用数字显示和光枝的模拟显泳，部分仪表还采用了标尺 凳赞显示，在显示器耧诞秉纸上提供矮户多季孛信惑，鼹户鼹看、分掇十分方便。 4 提离测量和记录的速度 为适j 藏高速度测量的要求，象h r 2 4 0 0 、0 3 4 1 等具有较离速度，这是模拟记录仪无法 达到的。 ， 5 。其肖饔诗算橇邋讯豹功麓 第2 页 国防科学技术犬学研究生院学位论文 现代化韵控制系统，测量点数和控制回路数是相当多的，现场仪表必须通j 燕通讯接 = 】 和计算机通讯联系，以便集中控蒲4 和管理。 6 计算调节功能 采用微处理器后，使仪表计算功能大大增糯，除了西爱运算矫，还裔汗平方、绝对债、 示平均值、求a n d 、o r 等，使朋十分方便。特别值得提出的是k e n t 公司仪表能做到流 纛积箅和p i d 控涮，虽然某些模拟仪表识其有丽样的功麓，餐鞍复杂，辩智能记录饺增加 很少硬件就能达到此目的。 7 报警和辫瀚功能 一般智能记潦仪有多种设定，如上下限、变化率上下限、麓值上下限等，报警设定十 分方便，在辫掬功能上豫上蟊奔绍静计算税逶禳接霞、诗算诿节秘糍之辩，还舂遥控功熬、 断偶报警等。 8 霹靠湮撬麓 机械结构简化、电子元件数减少、无接触式反馈系统的应用、大规模和超大规模集成 黪懿采震骧及步避驱动嚣系统都大大提惑了宅熬蜀靠蛙 撞l 。 1 3 戈纸记泶仪表系统的体系结构 无纸记录仪袭系统盘无纸记驶仪表、上位机以及两菇之阅的邋讯三部分组成，其系统 结构框图见图1 t 。 图l - l 系统结构框图 上霞橇是一密p c 辊，它是整令系统耱中心，英 睾瘸是势橇裁测甍笼纸记袋仪表产生 的记录数据。上位机本身可以与其它计算机联结成计算机网络，将各仪表记录的数据再存 入数据瘴中，发袋残更纛高缀数客户，瑕务器警璎系统。 无纸记录仪淡分布在工业现场的各般测点上，每个记录仪表可以艇测记录一组物理 爨，提供缀警，霹疆现场测菱记秉数搀。无缓记录绞表邋鬻是一含荸片艇控割系统，它以 单片机为核心，加上各种外围辅助电路构成。其前端是数据采集模块，被测物理量经传感 嚣遂入数据采集逛路，农单冀枫戆控毒l 下实对采集数据。其 i 龛嶷接口电鼹主要露l c d 疆 示、微型打印机、软磁擞机以及串行通讯口等，这些输出电路在单片机的控制下，以备自 篱3 葵 国跨科学技术大学辑究生院学位论文 不弱懿方式稳掇数据。矮户逶过纹表瑟叛上豹键畿输入按裁会令。 上绽橇每多个无纸记录饺表逶过瓣终连接怒来嚣，实瑗获弯记录纹裹与上整凝之阗瓣 数据传邀，以及系统控制中心对现场各记录仪表的羧涮管理。 1 4 本文组织结构 本文作者的研究课题是信息工程教研室的料研项目“无纸记录仪表系统”中的一部分， 主要究成了笼纸记录仪表的人机交互与可视化软件的设计及实现、数据压缩技术在仪表中 的应用以殿缌网技术研究。本文共分五章。论文薷章简要介绍了国内外仪表的发展现状、 市场兹暴以及发展方肉，著讨论了无纸记录仪袭系统的 奉系结构。第二章详细论述了秃纸 记录仪久辍交重与霹视证功蕤模块豹设诗方法。楚三肇详缀论述了数据压臻技零在纹袭审 戆应惩。第毅霉论述了无纸记录议戆缝丽逶痿攘零。第萎章为本谋题设诗任务豹篱要憨缎。 第4 页 阑防科学技术大学研究，生院学位论文 第二章无纸记录役韵人机交互与可视化技术 天纸遗黎纹熬交嚣与稚獠纯较 | ：楚免纸选录佼系统熬黧蘩缀成都努，它建久巍交互豹 接口部分，需要一个发好、简便的操作界丽釉操作方式，同时还必须具备比较完善的功能。 赞黯实际斑瘸瓣嚣求，我弱搬整令软寥l ：癸兔鹾令孑模块：麓户交重予模块帮获态裳跨篮控 模块。其中，前者是给用户提供的个交互界面，用户通过它来实现对仪袭的操作；后者 刚实辩她显承记录仪废采集到的数撰，是仪表处予工傍状森瓣豹显零辘出帮努。本搴我稻 讨论遮两个模块所使用的技术及其燮现。 2 1 无纸记录仪的功能需求 笼纸记疑仪的主要功能怒采集、存储、转储、查看( 鼗示) 帮打琦 数据，嚣巍这些功 能的实现过程中，大厦参数的设定都是需要通过人机交互来实现鹪，同对墩要通过晨示模 块将缡莱正确豹显示在屏幕上。掰疆在分擀无纸记泶佼蠡鼋胃筏纯技术戮骜，我稍蓠先需要 了解光纸记录仪的详细功能需求，概括如下： t 、数糕采集 系统最多时w 同时采集1 2 个通道的数据，l ：可以根据实麟需要动态配置遇道数目； 每个遥道熬数据特銮，毽撼信号蠢装、擎继、物璩蘑蠹憨、援警t 下隈、报警土主下下 限等，这些数据特征都可以单独设怒； 数据采样遮搴戈1 秒； 2 、数据存储姆读取 记录周期在t - 2 4 0 秒范匿内连续霹交； 存储和读取数据时，必须保 i e 数据与采集该数据时的时刻德相一数； 在工作期间囊于各种原因髓时可能发生掉魄现象，无纸记录仪必须真实反映捧魄状嚣， 并且不能破坏记录数据及其采样时刻值的对应关系： 可在1 - 5 0 范围内选择渎取比例； 3 、数据查询 用户可以选祥曲线和列表两刹t 硅示协式奄询耥案数据； 焉产珂戮查湘软巍状态，院如楚i 钉磁盘、磁盘怒：撕存满镩； 4 、打印 提供稳线、弼表、定时等兰静| j 鼋澈务方式； 5 、软磁盘 采瘸3 5 葵q 敢舔藏密痊软磁懿( 容聚1 4 4 m b ) ， ：谴撬完残磁盘格式纯，文 睾存褚采躅 m s - d o s 格式： 具鸯乎动辽懿、舞劾进溺、秘动镄玮- i 争| | 澈蒙秀式。手动避鑫瓣怒产提供记盘瓣麴起始 镶5 舞 国防科学技术大学研究生院学位论文 时间和结束时间，然后存储这，州问段内的数据：自动记盘方式下，当磁盘记满时，必须 更换磁盘，否则不：i = f 手记录：自动循环方式下，当磁棉：记满时，可以更换磁盘，也可以不更 换磁盘，如果不更换磁盘，则磁珊i ：也录的数据将被覆盖； 磁盘存储无纸记录仪备通道初始化参数和符通道档案数据，供上位机浏览、分析、打印 档案数据； 当磁盘记满时，无论在何利t 记录疗式f ，都给出磁盘记满标志。 2 2 无纸记录仪的人机交：珏与可视化软件模块的结构 上节我们讨论了无纸记录仪的功能需求，实现这种需求就是无纸记录仪的人机交互与 可视化软件模块的功能。具体地说，无纸记录仪人机交互与可视化软件模块包含两个子模 块，一是用户交互子模块，即给用户提供一个交互的方式和界面，使用户能够灵活的配置 和管理无纸记录仪；二是状态实时监控模块，即实盱- 】地把记录仪所采集到的数据通过显示 屏显示出来，并记录这些数据。 在用户交互子模块中，需要给用户提供一个灵活的配置、管理方式和友好的界面，丽 且，考虑到记录仪本身的硬件限制( 屏幕分辨率低，运行在单片机环境下) ，我们采用字 符界面的对话框来实现这一目标。这样，既可以提供友好和完善的用户配置界面，又能够 适应硬件的要求。其工作过程如下：刚户通过控制丽板上的按键与屏幕上的菜单来选择、 设置和修改所需要的参数，已配霞好的参数则被保存下来，底层硬件将读取这些参数来实 现一系列的配置和功能操作，以保证记录仪按照用户指定的方式运行。 在状态实时监控模块中，需要按照不i 吾j l l j 任务和用户需求，以不同韵显示方式显示采 集到的数据，同时，记录这些数据，并提供查阅历史数据的方法数据将以文件的形式保 存起来，以便于管理和使用。因此，这一模块中需要实现的关键问题有：多种形式的实时 数据显示、历史数据的查阅、数据的压缩、数据的保存( 以文件的形式) 等等。 以上就是记录仪可视化软件模块的大体功能划分和框架，其具体的实现将在下文中详 细的描述。整个模块的 ! 作流程如下网所示： 图2 - i 无纸也录仪人机交互与可悦化软件模块的结构 国防料学技术大学研究生院学位论文 2 3 用户交互予模块的关键技术及其实现 2 3 1 掇制蕊板的实现 控制面板慰仪表朋j 界i 百i 的输入媸需，通过它来实现人机交飘韵用户指令输入部分。 京e x 系翔数字避录仪表r h ；定义j ，8 令舔板按键，它稍分翱楚“菜擎”、“确谈”、“上 翻”、“+ f 翻”、“i ：键”、“f 键”、“置键”、“l i 键”。l i j 板拨键通道扩展键擞接口与数据处 理板上工控桃丰f _ l 连，硬f ，l ：按fll h 蹄征贾列这8 个梭键逑行编码，将它们分剐映射为a s c i i 码中的“e s c ”、“e n t e r ”、“p a g e u p ”、“p a g e d o w n ”、“l ”、“l ”、“”、“一”，从两使 得外接面板按键处理与标准键椭按键处理相一傲。通过这样的处瓒，我们就可以把可视化 软饽在p c 戡土仿真遮簿，款藏剩瑙p c 枧强大豹运锊零j 调试能力米完罄软搏，极大蟪方硬 了软件的开发。 仪表中数撬缝舔缀l ：鹣c p u 浆缁r | 溉方武疆臻溺板按键搡捧。当舞援蟊辍接键鸯键按 下时，硬仆接阴电路进行拨键编i i 5 ，l ：将键码仇存放往键码寄存器端口，同时触发按键中 断。按键中断j 搬务穰搿读取键鹃寄存秣稍 ：l 的键码德，将其存入d o s 系统下的接收字符 缓冲器。 接收字符缓冲器汝 卜为先进先l i t ( f i f o ) 缓冲器，先行到达的字符曾先处理。在缓冲 嚣满豹憾提下，存在援秘处理舞式，秘足忽酶融礁! 到达黝字符；另一种是丢赛缓冲器中 的原有字符。根据实际需求，我们采h 第二：种力式进彳亍面板按键的处理，相应的，f i f o 缓 抽器被设谤为黪形缓津嚣，以实现这秘王 睾方式，其王馋溅理翔节： 一个环形缓冲器由两个控制变量设定：第一个是指向缓冲器巾最旧字符的指针；第二 个建指囱最薪字符鹩指锋。缓冲嚣是满还是空，逶遥最l 嚣帮最薪耱捂锋豹重叠来指示。一 个环形缓冲器的内存阵列如图2 2 所示： 缓冲嚣勰 最老事荦亭袭藕字耱缓狰嚣壤 嘲2 2 环形缓冲辨结构阁 图中，缓冲器底鄹缓冲器项只是一个形式的檬恚，因为缓冲嚣是环形的，缓冲嚣顶和 缓冲器腻是两个相邻的存储单元，它们国其他的存储单元并没有本质的区别。最老字符指 钤指囱躺存德擎元中熬字符就是一f 一令嚣蛩处理麴字褥，i i l ；最额譬搴孥援镑指巍枣继单元孛 的字符则是最厝一个放到缓冲器中的字符，下一个警符将会存放在它的后一个存储单元 串。 字符缓冲器的处理程序包括硒个函数。一个函数把字符放入缓冲器，这是在前台中断 第7 砸 国防科学技术大学研究生院学饿论文 服务例程书调用，此时，最瓤指刳。内厦移动一个单元，最老攒钟不变。另个蘧数从缓冲 器中取走掌穹警，在解释倍感静磊台强务审调矮，魏瓣最老指锋澎嚣移动一令攀元，最掰辫 针不变。谯d o s 操作系统下，可以通过b 1 0 s 功能调用来实现字符缓冲器的存入和取出两 种操作。辩鼹注意的悬，当最老字符的指针和最新字符的指针发生重叠时，表示缓冲器已 经填满，鼹簧丢赛簿最纛懿字舞，戴瓣，最耨字褥豹撵舒鹣移澳方式苓交，薅最老搔镑粼 总是指向最新指引的下个位置，赢戮缓冲器最新出现了空的举元为止。 通过以j 二过程，我们就实现r 舔j ：叫板按键的键盘处理操作。 2 3 2 入税交互猝 & 的设诗；实现 人机交亘界面是用，i ，配嚣、管理仪表系统按豫求正常运行的工具，良好的交互界丽不 仪要求能够顺刺地实现这功能，潮髓还要其各撵作簿单易学，逻辑直观易懂等特点。因 _ l 琏：，我翻麸戳下j l j 令方涨考虑嗣l 浚漳j 这久褫交，疆赛瑟： 第一，针对i 已录仪的实际功能剃j 、需求。同时考虑到融漩仪的屏幕分辨率低，并且 软件将运行在单j ；桃环境f 川j i t ，我 f _ j 采川- j ，宁符模式下的菜单加对话檄的方法来实现 交萎赛嚣t 这棒不援w 以斑 j 书察豹箨甄纲繁，i l i ；疆软嵇本努小，运行融鑫臻静蠹存少， 能够顺利圭毂程记录仪t 逡 ，如f l 醛辩礴效率地安摊和实现这样瓣一个交聪弊面，是我们 重点要解决的0 u 题。 第二，出二输入鳓檄。i 二豹按键少( 8 个) ，缀多嚣要记录的参数不能直接输入，因此， 笺稻采露了绘矮户撵谈濒有豹餐选矮，延臻，来选辑会逶懿磺豹方法实筏参数豹输入。鼹 用户输入的参数，由予j _ i l 户可以选择墩消操作，刚此参数的保存和更新有个时机的逸撵 和问题，而鼠还必须考虑到数据更, 静i f l c j 方式这怒一个比较关键的问题。 第三，扶软譬| ：工程鹣热痉滋发，爨予这翻；运铃在纂冀瓿上翡应惩程彦麓逶零掰说熬鑫 式桃上的液用软件区别e 匕较大，鼹然不能照搬软件= _ l 二程的方法寐开发这样的一个软侔。瓣 此，运用软件工程的原理采用一利适当的软件开发方法来完成这样的一个软件，以获得 较高的开发效率，这是我 | 】另一个羹点考虑的闷越。 2 3 2 1 菜单一对话枢模式的交强界面安排 在设计入机交互界渐的时候，考虑到记录仪的实际功能和用户需求，并借鉴了基乎 w i n d o w s 懿波惩疆疼瓣溅臻，我稻采蠲了菜纂辩瀑挺缝合豹攘式，来实现交互赛瑟：饕 先，我们把需要实现的功能按照需求分为了四个类别，它们分辩j 对应一个级菜单项；第 二，每一个级菜单项叉包含若二f 个具体的功能，这些功能就表现为二级菜单项，它们以 下控菜单豹方式出现；最后，每个二级菜单项对嫩予一个对话撬，这个对话框豹作用就是 实现久撬交童豹功能。这样的一个菜单一对话框分缀结构，栽够院较涛曦缝绘赉各项瑰能 之间的关系以及操作的流程，从而可以实现规范化的操作，有利于用户的使用，同时对软 藜s 燹 国防科学技术大学研究生院学位论文 件的维护和扩展也非常蠢剥， 下图( 鬻2 - 3 ) 悬一缀菜擎矮释窀稻繇对应懿二级菜单顼的示意蚕，在实际懿程痒蜜 现中，我们安现了下拉菜单的风格。 图2 - 3 入钒燮巨界而的主封灞# 下翻( 阉2 - 4 ) 是个实际的刈话椎纳倒n 如翕钉糟j 卜个对话框元素，在它的穰序 实凌孛，我粕实琨f 萋i 二秘嗣疆援霭繁稳舔准攮镀；。 阁2 - 4 示例对话框数掘搬询对活框 整个软锌中实现的缴菜肇项、：二级菜挚项辩l 瓣话框鹣屡次安排以及棚成的功能如下 装( 表2 - 1 ) 。 2 3 2 2 菜单一对话框模式的交甄界丽的实现 在兵薅突现久税交嚣赛嚣豹适稷巾，考虑蓟 义裘豹袋入式逮符薹l ：境，辫及仪表嚣妥誉 断更新换代的要求，程_ i 葶设计要满飓易于扩展、修改，数据结构简单，程序流程清晰，可 读性强，节约空间等条件。值得注意的是，这些条件彼此之阔是有冲突的，不存在一种方 案可以建灏鸯豹条搏帮达翔最佳，翻她只戆考虑如蜒寻求一秘援衷豹方寨，使其在保砭满 足必要的条件的基础上，在特定的方瑟达弼较高的效率。这爨我们的考虑燕如何提高稳序 的可扩展憔洋n 可维护性。 第9 耍 匿防季l 学羧术大学研究生院学位论文 基于上面的分析，我们酋先对界蕊上的元素进行了按理，把一级菜单作为一个对话框 ( 它包含西个对话稚元素，都程个一级菜肇项) ，每个下控菜单 乍免一个对话獠( 包含静 元素由其中的二级菜单项数目确定) ，从而将交甄界面归结为若甲个对话框之间的跳转。 这祥，整个交互赛灏就商了一个绕- - f l l 撩终流程，建程序实瑶辩籀够统一处理，褥盈，我 们将跳转的目标作为每个对话框的个属性，保存在描述该对话框的一个数据络构中，这 样，透建逶当静渗敬就能够实现翔入、掺敬或溅滁列+ 话疆黼转流稷懿功黢。 袭2 - 1 蕖啦项和对话框层次安排 菜攀瑗( 戢对话据) 瓣 类剐髓硝土一缀菜攀瑷或。f 一敬菜单瑗( 或慰疆功能夔鞠 名称 埘话框)框) 数攮摄终一缓菜孽矮数攥蠢溜，磁盘摄捧，籍程关数据撵作豹礓嚣妇 打印控制为一类 理察选取缀菜摹壤列表曩乘，棒疆要承，搏备种援强显器归为一类 记录l | 1 1 线，数字显泳 拜壤温蠼 参数设置 一缎菜恨删输入【j 令列话框引出参敷慢簧对话框 系统技准 一缎莫帆项 蹑统投h 擞型引出授糖类型避择对话楼 数据雀询= 级蘸廿j m敬粕摊f i数獬卉w 对话框进入数据蠢锕 磁盘擞作二级浆啤顾觳 辖嫩f 磁珊操作对话挺进入磁盘操作 打印控制缎菜译j 驰敬稚撩f 打印漤嚣村话框进入打印醺露 列表最示+ 缎襞m j 抛珊察选取列嵌观察对话框进入划表显示设置 棒圈箍示二缎菜单j 虢蹴察选i ! c棒l 鬻醺髓对话框进入棒图显示设置 记录曲线= 级菜蚺顶税察选取 帅线观察对话框 进入曲线显示设置 数字巍示= ：缎菜举硬程察选取数 鼙承埘l 女框避入数字显示设置 环境瀛度二缎菜m 项观察选墩漏度显示 觅圈引出瀛度显示视图 数据鹰询对话稳对话框敬掭卉滟避扦数据鸯询设鬟 磁盘操作对话橼对话框融盛 m 伶进舒磁盘操侔i 跫置 打印设譬对话挺 对话稚 l 印挖制斑两 遵 拇印控莉设置 输入口令对话枢列i 樵鸯敏谴什零散嫂馑对话框权限 筻鼹 参数设置对话椴瓣话挺输入h 令对话程掰产璇重需簧的参羧 系统校准类型对话框系统牧准放大器校j e 等选择校正的粪魁 薮丈器校正j c | 疆握系统校准类型进程舞要鑫擘援援 数字艋示对话椴对话框数字娃永数字显示说匿进行数字显示设置 韭线臻察砖话攥黠谖握记录热线麴线显承撬豳避镗魏绞显示竣置 列表规察对话桅对话框列表显示 列表显示视图 进行列表显示设置 捧爨设置对话掇对诿挺捧霆显汞棒蓬曼拳规强避抒棒强显示设置 嚣1 0 _ 瓯 国防科学技术大学研究生院学位论文 在每一个对话框内部，它也包含有若干个项目，我们称为对话框元素。元素大体分为 两类，即动态项和静态项。动态项是可以通过光标选取( 有的还能够通过面板按键修改) 的标记项，它又分为数据项和命令项两利类项，其中数掘项是指项目取值可以改变的项目， 而命令项与命令操作有关，项目取值不能变化，通常用汉字进行描述；静态项则不可以通 过光标来选取，比如线条、符号、说明文字等等。比如在图2 4 中，类似“数据查询对话 框”、“通道序号”、“查询方式”、“起始时问”、“颜色”、“【】”等这样的描述性语言或符号 以及矩形框就是静态项目；类似“主菜单”、“视图”这样的按钮式项目就是动态项目中的 命令项，其它的动态项目则为数据项。图2 5 描述了对话框元素的属性结构： 围2 - 5 划i 榧的捌形结构 这样，我们又得到j 列话们内部的元素的一个统+ 的操作流程：我们能够定义元素的 类别，对不同的类别可以进行 l b i t 其中的参数含义如下： p a g e ：像素点掰在豹燹号 o f f s e t ：像素点在页中的偏移麓 b i t ： 像素点在瑟在字节中爨处瓣霞 m a s k ：所在字节的屏蔽码 搬d 攮：承平像素数 x 、y ：像素点的坐标位置 一 上面斡公式中，要说明的一点是页号的计算。出于所选用的硬传豹视频地址空闻只鸯 第1 6 页 潮防科学技术大学研究艇院学位论义 6 4 k ，蠢此，如果羼攀上约像素点怒燃了这今范墨，郡裁霰要进行分爽，也裁是震页号帮 偏移壁来定位个特定的像素点。 农读写存储器对，通过设鼹v g a 图形羧制器及定序爨瓣菜些状态，w 以禁止或允谗 某个位面的操作，由此来实现对照示存储器进行操作的目的。由于驻示存储器中的点直接 对应予羼纂上的点，因此，揲作戥示程储器e p 的点，也就棚当予操作了屏慕上的点。 第一步，根据屏幕坐标确定滚动阮域，按照上述地址运算公式找到该聪域像素数据在 存储器中的位嚣。 第二步，根据滚动的方向与步长确定强标区域，同样求得该送城在存储器中位置，j 毙 目标区域中的数据将念被滚动区域l i 的数据所取代，从而达到更新目标区域巾的数据的目 的。 第三步，将滚动区域中的数捌拷叭到目标区域。此时要注意，出于两个区域并不一定 一撵大，霆魏，徽数舔拷瑟酶辩簇，不能麓荤逢壹矮拷燹，蘅是需要怒理一骚特殊酌情撬。 第四步，由于滚动区域r p 的数 i l i 被“移幼”到了目标区域中，滚动区域需要重新填入 数据，这些赣缕入熬数据凌尚藩 ：份弱状凝决定，鸯碍缝没有经秘数据霈要填入。 总丽言之，这样的个滚动过椰瓤足+ 。个鼹示存储器中的数据移动和黧新的过程，即 把一块数据移秘刭雾终个镪筏，囊：这些审爨。l 乏麴继嚣l ：，璞羔藜貔、仓逶瓣数据。显然， 由于存储器数摇i ：足作为个数纠l 缫仃j 地来的，i 斫f 疆个像素点对应的熄4 位数据，电眦足! p 个字繁，因戴，楼嬲毒l l 邻弱瓣拿豫豢点姨缎 念成令字黪，露缀囱樱邻憝薅个像素杰剿总 是在刁；同的字节叭这样徽纵阳1 1 j 像索，囊移动寸，只需嫂做字：棒操作，丽作横向的像 素点移动则霰凝 l i 逝操髓；( 燃2 - 6 ) ，这楚缀旋对阙嬲，效率曩：裹。因此，像素点黪横囱移 动需要新的方法 笙0 羹游离焉 索1 21 1l 竖 点 1 0 l l ：0 l 。拿豫爨点( 4 b l t s ) ，_ h 个字繁( 8 b i t s ) ，h 、 图2 - 6 ：存 i 嚣器中像索点的存放方式 第1 7 委 国防科学技术大学研究生院学位论文 2 4 2 2 横向滚动原理及其实现 由于硬件对数据横向滚动的支持不够，因此，横向滚动主要靠软件来实现。注意到横 向滚动数据只在曲线显示方式下采用，而且滚动的内容单一( 只需要滚动数据曲线) ，我 们可以采用逆向操作的方法来实现横向滚动。 所谓逆向操作，其原理很简单，就是在需要进行数据滚动之前，用与背景相同的颜色 把上一次输出的内容重画一遍，然后画出新的内容。这样就完成了数据的滚动，而又不至 于出现屏幕闪烁的现象。 显然，逆向操作的效率要低于前丽我们所讨论的硬件支持的纵向滚动的效率，但是， 这种方法可以满足在e x 系列记录仪表中的需要，因此也是值得实现和应用的。在软件中， 我们实现了数据横向滚动，运行的结果良好，能够满足一般的用户需求。 实现数据横向滚动的步骤如下： l 、根据记录的数据和滚动区域的相关参数，采用与背景相同的颜色，重新画出滚动 区域内的显示元素( 曲线、标注和背景网格) 。 2 、根据滚动的方向与步长确定新的盟示参数，包括滚动区域的位置、需要显示的数 据的位置、并获得新采集的数据( 如果有必璎的话) 。 3 、采用合适的颜色i 两新的7 7 景网格( 此网格i 上一次的网格，f ：不完伞一致，它们 的位置是不同的) 4 、对需要显示的数据，逐点输到j f 幕h ，i ：j j 折线把它们连起来，从而得到新的 曲线输山。 2 4 3 其他显示方式的实现 除了上面讨论的曲线娃示以外，迩有j e 他的儿利t 鼹示方式。这些方式的实现都比较简 单，因此这里只是简