（光学工程专业论文）基于windows的声强测量分析系统理论与应用研究.pdf

摘要 y3 9 81 3 磅 f 本文通过对声强测试分析系统的理论分析，系统地阐述了声强测量系统的 设计原理和设计过程，并在此基础上编制了基于w i n d o w s 的声强测量分析软 件，其集仪器控制、数据采集、数据处理、图形绘制等功, t 5 - 二一体，并在实际 测试中作了应用。j 全文分为五大部分，第一部分介绍了噪声测试技术的背景情 况以及应用声强测试技术的因由；第二部分剥声强测试技术、信号发生仪以及 接f h ? 原理作了详细阐述；第三部分剥系统i 殳计目标、设计要求、系统的总体 结构以及支撑平台的选择等方面进行阐述；第四部分介绍了系统各个模块的设 计过程；第i 部分介绍了系统应用于实际发动机噪声测量分析的情况。 关键洲：w i n d o w s ，汽车发动机，噪声，声强，测量分析 a b s t r a c t t h et h e o r ya n da p p l i c a t i o no ft h em e a s u r e m e n t & a n a l y s i as y s t e m o fs o u n d i n t e n s i t y i sd i s c u s s e d c o m p l e t e l y i n t h i s p a p e r f i v e s e c t i o n sa r ei n c l u e di n t h i s p a p e l l nt h e f i r s ts e c t i o n t h eb a c k g r o u n do fn o i s em e a s u r e m e n ta n dt 1 1 e r e a s o no f t h e a p p l i c a t i o no fs o u n di n t e n s i t yt e c h n i q u ea r ed i s c u s s e d i ng e n e r a l ；i nt h es e c o n d s e c t i o n ，t h et h e o r yo fs o u n di n t e n s i t y m e a s u m e n tt e c h n i q u e 、d u a lc h a n n e ls i g n a l a n a l y z e r 、g p i bd e v i c e sa r ed i s c u s s e d ；i nt h et h i r ds e c t i o n ，t h r e ea s p e c t st h a t i n c l u d e t h ed e m a n do ft h e s y s t e m ，g e n e r a l s t r u c t u r e ，t h e c h o o s eo fu s e ds o f t w a r ea r e d i s c u s s e di nd e t a i l ；i nt h ef o r t hs e c t i o n ，t h ed e s i g no f e v e r ym o d u l eo f t h es y s t e m ，t h e d e s i g no fp r o g r a m sa r ec o m p l e t e l yd i s c u s s e d ；i nt h ef i n a ls e c t i o n ，t h ep r a c t i c a lu s eo f s y s t e mt ot h cn l e a s u r e m e n to f c a re n g i n e sn o i s ei sd i s c u s s e d 、 k e y w o r d s ：w i n d o w s ，c a re n g i n e ，n o i s e ，s o u n di n t e n s i t y ，m e a s u r e m e n t a n a l y s i s 绪论 1 绪论 1 1 概述 随着我周经济的迅速发展，各i , i , j l 器设备、交通运输工具大量增加，功率 也越来越火，不可避免的噪声也十应有显著地增加，噪声剥环境的污染也同益 严重。噪声的危害是多方面的。噪声会使人造成听力损失；噪声会引起各种疾 病：噪声会影响人们的休息和睡眠；噪声会降低劳动生产率；特强的噪声还能 损坏建筑物并影响仪器设备的正常运转。在研究汽车特别是轿车的平顺性和舒 适性时，车内噪声问题即汽车的声学舒适性，在市场竞争闩益激烈的背景下， 越来越受到人们的重视。另外，从环境保护的角度看，随着人们的环保意识逐 渐加强，对周围环境噪声污染小的汽车，也必将受到人们的青眯。 为了制造出声学舒适性良好及周围环境噪声污染小的汽j ：，人们进行了大 量的努力。剥噪声控制剥象的主要噪声源的识别成功与否，是噪声控制工作中 取得成效的关键。因为根掘噪声的声学特性，要使汽车整体噪声得到控制，必 须习- 找山最大噪声发射部件或部位，井针对其采取相应降i 噪措施，才可能收到良 好效粜。征汽车f r j 噪声控制工作中，我们主要刑发动机噪声进行研究。发动机 足j ：辆上的主要噪声源。在我国，小轿车车外加速噪声中，发动机噪声约占5 5 ； 大、r 心诅汽车车外加速噪声中，发动机噪声约占6 5 。在发动机噪声研究领域 巾，影响其发展的一个重要因素就是对环境的苛刻要求。通常发动机声功率的 测量一般是先通过声压法测量，即先测出包围发动机的封闭面上各点的卢压级， f 1 ；f 求出声功率级。在普通实验室条件下，由于环境反射及混响的干扰影响，不 得不做声学修正，往往使所测得的结果只能用于定性分析或相比较之用。我国 ，i 彳、l k f l 刈2 0 多个生产厂的声功率试验川的a s 进行测定，只柏个别试验问 满足a s 4 的要求。而建造消声室刑大多数单位是不现实的。因此开发在普通 试验条件下的噪声测试方法，对于发动机噪声测试技术及噪声研究的发展有重 大意义，7 0 年代木声强测量技术应运而生。声强测量技术由于不受测量环境的 南京理工大学硕士论文 绪论 限制，可以在机器运行时进行现场测量，因此被广泛应用辐射声功率的测量、 声场分伽和卢源识别等领域。声强测量中常用的方法有三种：表面声强法、双 传声器声强法币复声强法。表而声强法山于其相位修正比较困难，并且不：白：对 高温 ! i f 件或旋转 _ i | j 件进行声甜 射测景，现已很少采用。烈传声器法是f f 丽最为 流行、方便、实用的- - q n 量方法。这种测量方法在测量声功率时，由于不受 环境的限制，可以在现场进行测量，因而得到广泛应用。复声强法是在双传声 器法的基础上引入了无功声强的概念，因而具有更多的声场信息，能更有效的 进行声场分析和声源识别。无功声强是一种非传播的能最，与受声场影响较大 的有功声强相比，更加依赖于声源，能反映声源的特性。因此有助于对声源进 行有效判f 另0 。 本论文根掘目前比较先进的双传声器测量复声强法的原理，丌发了一套声 强分析软件。该软件完成以下功能：通过g p i b 接口卡与b & k 2 0 3 4 双通道信号 分析仪进行通讯获取测最数据：对所获得的数掘进行进一步处理，最终获得 每- n 量点的有功声强、无功声强、自功率谱密度、互功率谱密度、声功率等 数据；通过数据插值法，绘制三维有功声强和无功声强声貌( 网格) 图和等声 强曲线。 1 2 声强测量分析系统发展状况 声强测试技术自7 0 年代米问世以来被广泛应用于声源辐射功率的测量、声 场分们和声源识别等领域，其具体的测试方法也在不断的更新，到日前为l l = ， 双传声器测量卢强法是最为方便、实用的一种测量方法，国内外学者基于双传 声器法已丌发了一些声强测试分析软件，但就现有的能查阅到的资料来看，这 些软件普遍存在以下不足： 1 数据采集、数据处理、数据分析各过程分离，不能在丌发的软件系 统内一站式完成，其操作过程一般为先采集数据，然后把采集到的数据录入 微机，然后再对数掘进行计算分析处理，使整个过程比较复杂繁琐。 南京理工大学硪士论文 绪论 2 软件系统多在d o s 或专用计算机上开发，界面单调，操作不便，与目 前软件流行的w i n d o w s 风格不相容，而且可移植性、可扩充性较差，也 不符合现代软件开发的要求和发展趋势。 1 3 本论文研究的声强测量分析系统 本论文研究系统的突出特点： 1丌发本软件系统的日的是改进现有的实验设施，使现有的仪器设祷的潜能得 到更大地发挥，同时检验汽车测试方向的综合知识以及计算机应用能力。 2 与其他声强测试分析软件数据采集、数据处理计算、绘制图形分离不同，本 软件集数据采集、数据处理计算、绘制图形功能与一体，且界面采用标准 w i n d o w s 风格，结合普通p c ，方便了实验室人员的操作，上述操, f 4 冲l l 州 以在软件系统内一站式完成，这跟其它的声强分析软件相比有一定的进步。 3 本软件具有较强的可扩充性，数据采集、数据处理、图形绘制三大功能都自 成模块，有效结合，到时可以根据需要随时组合。例如：我们需要用不同的数 据采集卡来采集数据，我们就可以编制相应的数据采集程序，然后可以集成 到我们的测试分析系统。同样，我们如果需要增加新的功能，我们也可以把 相应的功能模块集成到系统中去。 4 具有良好的用户界面，整体风格统一，具有良好的可维护性和实用性，方便了 实验室工作人员的测试工作。 5 本软件具有一定的通用性，在开发软件时，作者就考虑到该软件应不仅仅适用 于声强，还可适用于其他信号处理，事实上，本软件在一定程度上做到了这- - , , k ， 只要改变相应的功能模块，就可适用于其他随机信号。 南京理工大学硕士论文 系统开发原理研究 2 系统开发原理研究 2 1 数学原理 2 1 1 傅立叶变换、采样定理及功率谱计算 傅立叶变换 频率分析或谐波分析是信号分析与系统分析的核心。频率分析的数学基础 则是傅立叶变换。信号x ( t ) 与它的傅立叶变换x ( f ) 的对应关系为： x ( ，) = f ? x ( f ) e x p ( j 2 n f t ) d f ( 2 1 1 1 ) ( ) = c x ( ，) e x p ( 一j 2 n f t ) d t( 2 1 1 2 ) 这是连续函数的无穷积分，简记为c f t 。数字频率分析就是要将这一变换 对成为适合计算机处理的离散的有限序列之间的变换，称为有限离散傅立叶变 换( d f t ) 。 假设等时间间隔有限离散时间序列为： x 0 ，x i x 2 ，x n i ， ( 2 1 1 3 ) 则它的d f t 也是一个有限离散序列 x o ，x l ，x 2 ，x n i ， ( 2 1 1 4 ) f 变换公式为： x r = 一e x p ( 一j 2 a k i n ) 9 0 ( k = o ，1 ，2 ，n 一1 ) ( 2 1 1 5 ) 逆变换公式为： x k 2 专萋即x p ( j 2 x k i l ) ( k = 0 ，1 ，2 ，n 1 )( 2 1 1 6 ) 要使有限离散傅立叶变换d f t 与连续傅立叶变换c f t 等价，必须满足下列 三个条件： 南京理工大学磺士论文 墨竺墨叁堡望堑塞 一一 1 变换的时问函数( 信号) 必须是周期的和有限带宽的，即它的最高频率 分量必须是有限的。 2 必须精确地在时间函数的整周期上截断。 3 采样频率必须大于信号的最大频率分量的两倍。 式( 2 1 1 6 ) 及( 2 1 1 5 ) 可以改写为 ，：n f - i m ( 2 1 1 x ( i ) w 7 ) 以= 1 ( 2 _ _ _ 7 ) 以2 专善圳m “ ( 2 1 1 8 ) 式中 w = e x p ( - j 2 z 、 ( 2 1 1 9 ) 公式( 2 7 ) 及( 2 8 ) 还可以改写为矩阵变换的形式 扛) _ 吵】似 ( 2 1 1 1 0 ) 式中矩阵【w 】为n n 阶方阵 w ow ow 0 w 0 w lw 2 w o w 一 因此，实现向量 x ) 到 x 之间的变换，需要进行n 2 次复数乘法运算及n ( n 1 ) 次复数加法运算。当n 数目较大时，例如n = 1 0 2 4 ，则需要进行1 0 6 复 数乘法计算。 1 9 6 5 年i b m 研究中一1 1 , j 、w 、c o o l e y 与j 、w 、t u k e y 在计算数学 ( m a t h e m a t i c so f c o m p u t a t i o n ) 杂志上发表了“机器计算复傅立叶级数的一种算 法”一文，使得d f t 的运算速度成百倍提高。这种快速算法统称为f f t ( f a s t 南京理工大学磺士论文 墨竺墅垄塑里竺塞 一 f o u r i e rt r a n s f o r m ) 。f f t 问世后，数字频率分析技术有了突破性发展。 f f t 的要点是注意到式( 2 1 1 7 ) 乔i i ( 2 1 1 8 ) 中w 的周期性及对称性 w “：w “o k l n ) ( 2 1 2 ) 式中m o d ( i k n ) $ ji k 除n 的余数。由于w 。周期性，矩阵【w 的n x n 个元 素中只有n 个是独立的。例如n = 4 ，则w 8 与w 2 ，w 9 与w 1 相等。w “还具有对称 性： w ik * n 2 = 一w 仆 ( 2 1 1 1 3 ) 这是因为w 叭= e x p ( - j ) = - i 利用上述周期性及对称性，运算次数可以减少为n 2 1 9 2 “次复数乘法运算 及n 1 9 2 “次复数加法运算。 采样定理与频率混淆 离散序列( 2 1 1 3 ) 能否代表采样前的模拟信号x ( t ) ，除了幅值上的量化误 差外，更主要的是受采样频率以及信号本身的限制，只有满足采样定理情况下 它们才能在频域范围内等效。 采样定理为：连续的物理信号x ( t ) ，如果它的频率只分布在有限频率区域内， 即 x ( f ) = o 当i f p ( 2 1 1 1 4 ) 则它可等时问问隔时问序列( 2 1 1 3 ) 式唯一确定的条件足：f s 2l 或t l 2f c ( 2 1 1 t5 ) 式中x ( f ) 为x ( t ) 的傅立叶变换，为截止频率，为采样频率。 采样定理可以从物理上得到直观解释。条件( 2 1 1 1 5 ) 如果不满足，采样频率 f s 小于信号可能的频率丘的二倍，那么在此信号的一个周期内采集的数据不超 过二个，采集的离散序列不足以表现信号的周期性，因此会产生假频率或称频 率混淆。当采样频率确定后，如信号中包含有高于f c 的成分将折叠到f c 频率以 内并与陔频率内的谐量发生混淆。 消除频率混淆的方法有两利。一种方法是提高采样频率使得f c 内包含信号 南京理工大学磺士论文 系统开发原理研究 中的一切频率成分。但是这是牺牲了频率分辨率为代价的。因为离散的频率谱 线问的间隔af 与f c 成正比，而f 越大，相邻谱线间的频率越大，分析越粗糙。 第二种方法是在进入采样之前用模拟式低通滤波器( 抗混滤波器) 滤去c 的频 率分量。 在2 0 3 4 信号分析仪的频率分析功能中，分析频率范围并不等于2 ，而是 等于f # 2 5 6 。例如采样频率等于2 0 4 8 h z ，分析频率如从采样定理( 2 1 1 15 ) 发可以选为1 0 2 4h z ，但在2 0 3 4 只取到8 0 0h z ，以确保不等式( 2 1 11 5 ) 。 不能认为只要满足采样定理，采集的数据一定是合适的，如果采集数据用 于频率分析则只要满足采样频率就够了，若采样频率过高反而影i l i q 分析精度。 如果采集数据用于时域分析，则仅满足采样定理还不够，必须在一个信号周期 内包含足够的样本，因此必须耿较高的采样频率。 功率谱密度 随机信号时间序列谱密度的数字计算方法有两种定义。 1 标准方法( b l a e k m a n t u k e y ) 法。这种方法的理论基础是维纳辛钦 ( w i e n e r k h i n t c h i n e ) 公式，即自相关函数的傅立叶变换是自功率谱密度，互棚 关函数的傅立叶变换为互功率谱密度。 2 直接傅立叶变换法( c o o l e y t u k e y ) 法。这种方法首先计算出信号的傅 立叶潜，然后计算功率谱密度。如要计算相关函数再计算逆傅立叶变换。山于 f f t 的应用，现在经常用的是第二种，2 0 3 4 分析仪当然也应用第二种方法( 见 2 0 3 4 双通道分析原理图) 。 由( 2 1 1 6 ) ，离散时间序列( 2 1 1 3 ) 的d f t 为： 一l x = t e x p ( - j 2 7 r k i n ) ( k = o ，1 ，2 ，n 一1 ) ( 2 1 1 1 6 ) 一则直接傅立叶变换计算功率谱密度的公式为： g 。( ) = 丽x ( t ) 2 a f = 眦) p ，n ( 2 7 ) 南京理工大学硬士论文 墨笙墅蕉堕墨堡塑 一 ( k = 0 ，t ，2 ，n 1 ) 式中t 为采样时间间隔，n 为f f t 块大小，x ( ) ( 女) 称为共轭乘，。结果 为实数，g 。称为自功率谱密度，简称白谱。 式( 2 1 1 1 6 ) 称为傅立叶谱，它是一个复数，若取其模，称j , j i n 值谱，其 量纲为u 。 若两个信号x ( t ) 及y ( t ) 的傅立叶谱为x ( k ) 及y ( k ) ，则它们的互功率谱密度 为： g 。( ) = 丽巧】，( ) 2 a t n ( 2 i 1 1 8 ) 或g 。( ) ：( 女) 丽2 a t n ( 2 1 1 1 9 ) 即两个信号的互功率谱密度定义为它们的傅立叶潜的共轭乘。互谱也是复数。 2 1 2 复声强及其物理意义 由能量守恒定律可导出声场中能量流动的基本方程为： 驯圭p u2 + 击p2 卜一肌s ，峦 1 2 1 其中p 为介质密度，u 为粒予速度，u 。为粒子速度在界面s 的法线方向上 的分量，p 为声压值，v 为所研究控制体的体积。 这一方程表明声场中的动能和势能之和的时问变化率等于包围体积v 的表 面s 上的能量流动之和。其中v 中不包含有吸声体或发生体。p - “。代表与表面 s 相垂直的单位面积上的瞬时能量流动，即为声强中的瞬时声强值。因而瞬时 声强i ，定义为： l i 2 p - “。 ( 2 12 2 ) 声压一般可表示为复数最，单一频率f 弦波的声压可用下式表示： p ( r ，f ) = j ) ( r ) b m 一“” p ( r ) 和卅) 为实型量，由e u l a r 方程得到粒予速度为： u ( r ，t ) = ( 一1 ，l o o p ) v p ( r ，t ) 南京理工大学硕士论文 - 8 - 墨笙堑垄厘里婴塞 = r 1 c o p ) p ( r ) v 妒( r ) + j v p ( r ) e 。“一9 7 】 所以瞬时声强i 可表示为： ，= r 。 p ( r ，o r 。( h ( ，f ) = ( 1 2 e o p ) p 2 ( ，) v p ( ，) + p 2 ( r ) v q ：, ( r ) c o s 2 ( o t p ( r ) 】 一p ( r ) v p ( r ) s i n2 c o t p ( r ) ) ( 2 1 23 ) 从上式可以看出，声强中瞬时声强由三部分组成：和时问无关的第一部分， 它即为通常所测得的声强，也称有功声强，另外两部分分别足n - j 问的矿弦和余 弦函数，它们的时i t i j q z 均值为零。定义第三部分的i 隔值为无功声强。 声场中的复声强i 。定义为： ，= ，( r ) + j q ( r ) = = 1 p ( r ) u + ( ，) 】- 一 p2 ( r ) v ( p ( r ) 一户( r ) v ，( r ) 2 c o p 其中i ( r ) 即为通常所述的声强，它是声场巾能量流动的时问平均值，办 即有功声强。q ( r ) 即无功声强。i ( r ) 和q ( r ) 可进一步表示为： m ) = 扣川= 击v 如) - 1 24 q ( r ) = i 。， p “ = 一 一p ( r ) v p ( r )( 2 125 ) z z c o p 根据2 1 2 4 和2 1 2 5 式，声场中的瞬时声强可表示为： ，( ，) = 2 1 ( r ) c o s 2 【c o t 一妒( ，) + q ( r ) s i n2 c o t 一妒( r ) ( 2 1 2 6 ) 从2 1 2 6 式可见，有功声强i 和无功声强q 对i 瞬r l q - 声强均有贡献。有功声 强表示山声源向外传播的能量，无功声强则为消耗于声源附近的能量，并不向 外传播。无功声强的性质同交流电中消耗的无功功率桐似。i ( r ) 和q ( r ) 均表示 i l t l f f _ i 平均值，i b l , r v j 声强依赖于i ( r ) 和q ( r ) 。为了更好地描述声场中能量的流动 情况，仅应用有功声强是不充分的，应当使用复声强这一概念。 从2 1 2 4 和2 1 2 5 式中可见，有功声强垂直于等相位面，无功声强垂直于 等声压而( 图1 ) 。声源即为发出声音的地方，声源附近必有较大的声压值。无 功声强这一陛质显然有助于正确确定声源的位置。 南京理工大学硕士论文 墨竺堑叁堕望堑塞 尊相位面 压酉 图2 1 2 1 声场中有功声强和无功声强 在频率域内，使用双传声器测量声强时，复声强表示为 i = i r ( ( 。、+ j q r ( u ) ( 2 1 2 7 ) ，“) 一去 g o b ( 训 纵珊) = 一孟 g m ( 甜) - g t , l , ( ) 其中： ( 2 1 2 8 ) ( 2 1 2 9 ) l r ( u ) 有功声强； q r ( 。) 无功声强； r 一双传声器声学间距；在本系统中取值1 2 m m 。 i m 复数虚部： p 空气密度： g 。、g b b 两个传声器测得的声压信号自功率谱： g 。b 两传声器的声压信号互功率谱 平常我们所说的声强是指有功声强，它由1 9 7 7 年美国的c h u n g jy 与英国 的f a h y fj 分别独立证明。 双传声器法声强测试技术的基本原理： 设声场中某点的瞬时声压为p ( t ) ，质点振动速度矢量为u ( 0 ，浚点的瞬时声强 定义为： i ( t ) = p ( t ) + u ( t ) 南京理工大学硕士论文 系统开发原理研究 对于介质为无粘性理想气体，满足平均速度为零及小扰动的条件，故可写 出欧拉方程在r 方向的表达式为 塑：一塑加 0 t p ( ) 却 jj t 。：一f p nj 甜 如图212 2 所示，用两只传感器进行测量。设沿r 方向问距为r 的两只传 感器感受的声压分别为p l 和p 2 ，则两传感器中心连线中点的声压为p ，取有限 参分1 级近似，有： “，一一去j 警折 口。翌t 些 1 则声强和两传感器的声爪存存着瓦谱关系。其表扶长虬f 一( 2128 ) 式。 图2 1 2 2 双传声器测试法示意图 2 2 2 0 3 4 信号分析仪介绍 2 2 12 0 3 4 双通道信号分析仪简介 2 0 3 4 是丹麦b & k 公司生产的双通道信号分析仪，分析频率范围d c 2 5 6 南京理工大学硕士论文 ，一 p 一 、1f，一 、， 一 、1， 系统开发原理研究 k h z ，动态范闭8 0 d b ，频率分辨能力0 0 0 2 3 2 h z ，a i d 转换器1 2 位，f f ti l l t i 业, f q 实现，、r 均方式有线性、指数、峰值三种，频域功能能实现瞬时【 午、nh 谱、州二卜函数、h q l , ) t 、倒频谱，它f 门特殊功能能实现模念分析、卢强分析、钏 化以及柿尔们特变换。 2 2 22 0 3 4 的内部指令 2 0 3 4 的纠能化程度较高足因为其i 部有固化的程序，该仪_ 逐条运行即可 完成特定的功能。只要掌拥其内部命令代码，我们便可以7 p c 机心02 0 3 4 逊 j ： ，剐；4 。l h 旦含f ( j 指令代刚 心多，j 见n 皂 常i t k ，脱l 二婴介? “儿个常川旧指令 代码： 1 s r s y s ， e m r e s e t 刚一j 二激活2 0 3 4 仃意水平卜的复位，l = j 时指示2 0 3 4 进行数了：或模拟门榆。 2 k p k e y p u s h 无论2 0 3 4 足处于远符! 或本j 山- l x 态，都可以控制大部分| 】j _ 而扳按 _ 2 【! ，睁i i j 以 读出上一次激活的按键，此外，还可以在2 0 3 4 的文本行上写文本内容。 3 d f d t s p l a yf o r m a 】、 改变显示格式，显示下列5 个选项中的一个：只显示上部罔或下部割：i ： 部图带测量设定或下部图带测量设定；同时显示上、下部图形。 并可根拥鼹示十备式读f 川| | 应参数。 南京理工大学硕士论文 系统开发原理研究 图2 22 5 利，显示格式 ( a ) f ：部图 ( b ) 上部图带测量砹定( c ) f ：邢降 别f 鄢蚓( d ) j 、挪j 纠i j j ：测汁发定( e ) 卜；_ i j j 阁 4 1 j m e d i i _ m e a s u r e m e n l s l e c i f i c a t i o n 川剃序控制可以象于z 力一样去改变测! 迁参数。 从一个选定的测量设定中读取参数值。 5 f ? r ) 一f 1 d | ，f d i s p ，a y s i ，e c f i c a t i o n 川程序 牵制iu 以象手动一样去改变显示发定参数。 从一个选定的忍示发定中泼耿参数值。 6 d t d e f i n e t e r m i n a t o r 在笫次数据传送之阿发送以确保分析仪结束标志可以使i j ，1 ：发送。 7 c l - - c o n t r o l 。一p r o c e s s f l 内部平数字i o 转! 序中实现特定功能。 c p 参数功能很多，主要分为对图形、编辑行、操作、信号、按键羽 e 他功 能的操作。我们可以根据需要参考2 0 3 4 接口说叨二批后选1 j 。 8 7 r d t o t a l _ d o c u m e nt a ，兀o n 将测量结果的数掘文件存入外部存贮空m ，以便2 0 3 4 在以后的过f 。 删入。 使用这些数担， ，2 0 3 4 可以用完全拥同的辑，度来汁算。 9 c r - - c u r s o r r e a d i n g 读1 ：光标的当6 h 值，主光标f 门元件号，特定光标值和上下显示区特定光 系统开发原理研究 标的参考值。 读入控制器所测得的主光标的y 值和x 值，及上下显示区的特定光标值。 1 0 a f a c t u a lf u n c t l 0 n 以适合于接口总线控制器a s c i i 码形式输出测量结果，便于编程处理。 1 1 a g a c t u a l g r a p h 以压缩格式将经过简单处理的图形存入外部处理器，并可以读入2 0 3 4 内存。 使用2 0 3 4 可以在事先改变测量设定、显示设定和显示格式后重新画图。 1 2 2 1 3 l - - 1 3 l o c k f 。o g c a l r l l r a n s f e r 可以在2 0 3 4 主内存中所选逻辑块中进行读、写操作。一个逻辑块包括一个 连接模式耵| 丰日数形式的数据块。 2 2 3 2 0 3 4 信号分析仪双通道f f t 分析原理 图2 2 3 双通道f f t 分析原理图( 见下页) 图中： f ，f “为f f t 变换及逆变换 a ( t ) ，b ( t ) 为输入c h a 及输出c h b 的时问记录 a ( i ) ，b ( f ) 为a ( t ) 及b ( t ) 的傅立叶变换 g a a ( f ) 为a ( t ) f f j 自谱 g b b ( f ) 为b ( t ) 的自谱 g a b ( f ) 为a ( t ) 与b ( t ) 的互谱 h ( f ) 为频响函数 r z ( f )为相干函数 r 2 ( f ) g a b ( o为相干功率函数 r a a ( - ) 为a ( t ) 的自相关函数 r b b ( t )为b ( t ) 的自相关函数 r a b ( t ) 为a ( t ) 与b ( t ) i n 互 n 关函数 h ( t )为脉冲响应函数 蔓笙墅垄堕望婴窒 一一 p 簧 o 系统开发原理研究 2 3 接口卡原理分析 2 3 1g p i b 接口卡介绍 g p l b 的母线有2 4 根，其中信号线1 6 根，分三组： 1 ) t4 - 醍数抓：输入输“ 线 八根数据输入、输出线( d 1 0 1 和d 1 0 8 ) 被用来进行双向、异步、互 锁地传递信息。数据线上传递两利不同的信息模式即数据模式和命令模式。 数据模式( a t n 呈高电平a 1 n = o ) 包括传递数据字节、程控命令、状态字 节。 命令模式( a t n 呈低电平a t n = i ) 包括传递控者用以控制接口功能的 刚母线命令、指令、训：地址、听地址、附j , 【! l ：i - i k 等。 无论足数川模式还是命令模式，均采用a s c i i 标玳码，第八枞线被允 许用来做奇偶校验任意态。 、r ! o l r e n s r o je c ，t n 弋d a c h r 厂d 3 i v 图2 3 1 1g p i b 接口母线结构 南京理工大学硕士论文 系统开发原理研究 2 三条挂钩线 d a v 数据有效线 此线为s h 功能专用。当信息发送者的s h 功能使母线d a v = l ，就向信息 接受者表示，当前在数据母线上的数据是可以被接受的。 n r f d 未准备好接收数据线 此线为a h 功能所专用，当母线上所有接收者均已做好接收数据的准备时， 它们的a h 功能使n r f d = 0 ，高电平，无效，以示意信息发送者可宣斫j 母线上 数据有效。 n d a c 数据未收到线 a h 功能专用，当母线上所有信息接收者都已接收信息时，它们的a h 功能 使n a d c = 0 。然后听者才能通过s h 功能让d a v 线为高l 巳平( d a v = 0 ) ，宜卅j 数据线上的数据不再是有效的。 3 五条管理线 a t n 线注意线 此线为c 功能所专用，用来区分数据母线上所传递的信息是数据模式还是 命令模式。当a t n = 1 时，表示现在控者j 下使用数据母线向各设备发送母线命令 或地址信息。当a t n = 0 时表示现在控者正使用数据母线向已寻址的听者发送数 据字节、程控命令、状态字节。 i f c 线接口清除线 控者通过把i f c 置低电平( = 1 ) ，使系统中所有装置都回到预定的初始状 态，只有控者让1 f c 线变高电平( = o ) 时，各设备才能按给定的接口功能操作。 r e n 远控可能线 控者把r e n 线置为低电平( = 1 ) 时使母线上的所有装置置于远地可能状态。 但只是“可能”而已，只有在此基础上再对某装置进行听寻址，作用于该装胃 中的r l 功能，才使该装置真正工作于“远地”。 s r q 服务请求线 南京理工大学硕士论文 系统开发原理研究 系统中的设备可通过s r q 线向控者发出服务请求信号，在母线上有一个或 几个设备发服务请求时，都应使s r q = i 。这是“或”的关系。当控者发现s r q 线为低f fs v - ( = 1 ) 时，就中断正在执行的工作流程，发起串行点名或并行点名， 先确定是哪一个设备要求服务，然后就发出不能串行点名或不能并行点名的命 令，结束，氧名的状态。随后，请求服务的设备就被寻址成为讲者，发旧占要讲 的数据。 s r q ( 1 ) 设嵛内正 逻辑 s r q ( 2 1 r e 母线上负逻辑 “线或” il c e k 1 8 8 j t 鼍任一址糈的请求信峙s r q 为t i , 1 3 h 刚s r q i 时( f l - _ 救址符内部足 月j 萨逻辑的) ，s r q 母线呈低 u 、h 鲫s r q = 1 丽刁：论儿它 设需是否有请求，从而在母线j s r q 实玑了“线或” 图2 3 1 2s r q 信息产生的逻辑图 e o i 线一结束或识别线，此线与a t n 线联合使用。 a t n = 0 ，e o i = 1 时，e o i 为讲者使用，用来向控者表示讲者正在发出最后一个 字节的数掘a t n = i ，e o i = i 时，e o i 为控者使用，表示难在进行一次识别操作。 4 三线连锁挂钩原理 三线连锁挂钩是指源方向受方传输消息的每一个过程都要受d a v 、n r f d 和n d a c 三条线上的信息制约。 图2 3 1 3 三线连锁挂钩原理( 见下页) s 母线连接器 i e e 一4 8 8 标准规定接口总线的插座为2 4 芯d 型子母型，如下图所示： 幽2 3 1 4 总线引脚和信号线关系 南京理工大学硕士论文 m 川i n n n n n n 岸 二inm m 兰：” 系统开发原理研究 i j l ( 戏j 中 ) 的锄均蟓n ： l 呱 ( 成受打) f n 询梯f 1 ( ) 系统开发原理研究 2 3 2i e e e 4 8 8 软件包指令编写及调用 i e e e 4 8 8 软f l 二包中共有2 5 个予程序可供传递信息时u 4 f 1 。山1 ：本次砹 计主要是借助于这些子程序，所以，将对其中重要的子程序作详细介绍： 1 i n i t i a l i z e 初始化 将l e e e 4 8 8 接i - i 卡初始化为一个已定义? 状态 刚法：c a l li n l t ( d m a ，m s 或i n t r ，t c i m o d e ，m ya d d r ，b d a d d r ，e r ) 其中，d m a 可定为0 ，1 或3 ，任何其它值将弓l 起错误。0 代表非d m a 传递，l 表示选择l 通道进行d m a 传递，3 表示选择3 通道进行d m a 传递。 t c i m o d e ：对于d 型接口卡，此值须等于1 ，它告诉程序去查啪t c i 信息的产生。 当t c i m o d e 等j ：l 时，i n s 或i m r 不起作川，但仍需在命令小包括该参数。 只有d 型接口卡，t c i m o d e = 1 ，本接口卡为d 型，所以t c i m o d e = l ，而且m s 、i n t r 刁i 超f i ：- ) ：l j 。 m ya d d r ：此变量代表i e e e 4 8 8 接口卡在g p i b 总线上的地址。这是个设备地 址，与其它总线上设备的g p i b 设备地址相区别。此地址的用处足当你n 0 1 e e e 4 8 8 接口卡不是主控者时，必须由当前控者寻址。 总线上其它设备不可有与n a y a d d r 同样的地址，m y a d d r 的值在o 3 0 之问， 否则会错。 b d a d d r ：此值为i e e e 4 8 8 接口卡在p c 机上的i o 地址。剥于这个值，无出错 检查。根据出厂时的地址设置，i o 地址为3 1 0 h e x ，因此，b da d d r 应为& h 3 1 0 。 e r ：出错代号。在c a l l 调用之前应设置为0 ，从c a l l 调用返回后，必须检 查e r 值，如果e r 不等于0 ，说明产生了错误，程序应停止并参考“错误信息”。 注意：i n i t 命令必须在程序中最先被调用，i e e e 4 8 8 软件支持包r ”其它子程序 的渊用都需要山i n i t 命令l 殳置的参数。此命令可多次调用，但每次调用将清除 总线上一切活动，并重新初始化i e e e 4 8 8 接口。 2 s e l e e l e dd e v i c er e m o t e 所选设备远控设定 这条指令激活远控允7 1 ：线，然后寻址所定设备去听，使远地控制成为可能。 南京理工大学硕士论文 墨堕墅垄堕堡堑塞一 用法：c a l ls d r ( a r r a y ( o ) ，e r ) 其中a r r a y ( o ) 必须是一个整数型数组的第一个元素。这个数组表示那些将 远控i 殳定的i 殳备的地址。数组的结构必须符合设备寻址中所需要的格式。 注意：此命令只可由系统控者调用，而且当i e e e 4 8 8 接口卡足主控者时。 3 s e l e c t e dd e v i c ec l e a r 所选设各清零 将g p i b 上所选设备清零。 j 1 | 法：c a l ls d c ( i a d ( 0 ) ，e r ) 其j ”l a d ( 0 ) 与s d r 中a r r a y ( o ) 类似。 注意：此命令只有当1 e e e 4 8 8 接口卡是主控者时才可以调儿j 。 4 r e a d f i l e 读出文件 若由主控者发出，则发出讲地址，发出听地址。释放总线进行数掘传输，从 总线输入字符，把他们存入指定的磁盘文件，然后重新控制总线。“a ”选项指 从g p i b 输入字符为a s ci i 码字符而且以顺序文件存入磁盘。“b ”选项是指从 总线输入的数据位将直接传入磁盘。这个选项在将数据从p c 传至p c 机时最有 用。 格式：c a 。lr d f i l e ( e o s ，t e r m ，t a d ( 0 ) ，s t r i n g $ ，e r ) e o s 代表结束符的a s ci i 码的值，只有当t e r m ：2 时e o s 值才有用。 t e r m ：结束定义符。它和e o s 变量一起输入命令，告诉命令者一系列数据传输的 结束。当t e r m = 2i | 寸，数据将一直输入直至接收到o o s 字符。而口c o s 字符包含 在文件中，当有选项“：b ”时，t e r m 自动设置为1 ，而不再考虑送入的e o s 变 量。 t a d ( x ) ：指讲发各的地址数组的第一个元素，数组的结束元素必须是1 9 9 。 s t r in g ：此变撤必须包含要建立的文件名。格式与d o s 下相同：d ：n a m e x y z ： a o fb ，d 为驱动器号，n a m e 为文件名，x y z 为扩展名。：a 表示文件以a s c l l 码 字符形式传输，：b 表示二进制码文件。 注意：此命令| = j 主控者调用，或有另一个设备控制总线。如果在所定义的 南京理工大学硕士论文 系统开发原理研究 文件名有相同的情况，则所存在的文件将被覆盖而没有提示。 , g x , j 于r d s t r 命令，r d f i l e 速度较慢，r d f l e 命令的主要作用是用来传输大量 数据到磁盘以便以后分析使用。 5 r e a ds t r i n g 若有主控者调用则输出讲地址、听地址，释放总线，允许数据传输，再输 入字符，把它们存贮在所定义字符串中，然后重新控制总线。 格式：c a l lr d s t r ( e o s ，t e r m ，t a d ( 0 ) ，s t r i n g s ，s t r u m ，e r ) s t r i n g $ ：为从总线上输入字符要存入的字符串变量。如果在一次r d s t r 中输入 多于2 5 5 个字符，则s t r in g 则表示字符串数纽的筇个元素。根据sl r n u m 的 值，字符按次序存入字符串数组。 s t r n u m ：此变缸定义了字符串的最大值。大多数情况下，在一次r d s r i i 命令中 读入少于1 2 7 个字符，因此，s t r n u m 设定为1 ，而且s t r i n g 可用输入的任何变 量名代臀。 而对于输入超过2 5 5 个字符时，s t r n u m 设定为不致产生溢出错误的最大值， 当然，如果s t r n u m 比1 大，则s t r i n g 代表字符串数组的第一个元素。 注意：在调用r d s t r 之前，所定义的字符串必须先清零，一般是用s p a c e s 函数，例如i ) l a s t r $ = s p a c e $ ( 2 5 5 ) ，渊用完之后d a t a s t r $ 将保刚所读入字符。 多余的空f jj 1 j 空格补充，字符串大小是可变的，可根据实际需要来定义。 对于有的设备需输入大量数据，则可直接用r d f i l e 命令输入磁盘文件中，或 者对