Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

• ВСТУП
• 1. КОНЦЕПЦІЯ ПОБУДОВИ ВІРТУАЛЬНИХ ПРИЛАДІВ
• 1.1 Проблеми, які необхідно вирішувати при побудові віртуальних приладів
• 1.2 Функції, що повинні виконуватися програмним забезпеченням персонального комп'ютера ВО
• 2. РОЗРОБКА ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ
• 2.1 Структура програми
• 2.2 Алгоритм програми та окремих процедур
• 2.3 Текст програми ВГДФ
• 2.4 Зовнішній вигляд вікон інтерфейсу користувача та результати відлагодження програмного забезпечення
• 2.4.1 Зовнішній вид вікон інтерфейсу користувача
• 2.4.2 Відладгодження програми ПК та моделювання її роботи
• 2.5 Керівництво оператора
• Висновки
• Список використаної літератури
• віртуальний програмний інтерфейс забезпечення

ВСТУП

Будь - який IBM-сумісний персональний комп'ютер (ПК), може перетворитися у віртуальний прилад або цілий вимірювальний комплекс. Для цього потрібно лише підключити до ПК одну або декілька не дуже складних плат розширення. При цьому весь інтелектуальний потенціал комп'ютера можна використати для побудови програмної частини приладу, за рахунок якої і будуть реалізовуватися всі його основні функціональні можливості. Віртуальний прилад, таким чином, представляє собою більш чи менш складне програмне забезпечення, яке встановлюється на ПК, та деякого інтерфейсного пристрою (ІП) який дозволяє сполучити ПК з джерелами та приймачами інформації.

Можна розраховувати на те, що віртуальний прилад надає користувачеві набагато більш широкі можливості в порівнянні з класичним вимірювальним приладом, який має той же рівень технічних характеристик.

У даному курсовому проекті розглядається можливість створення віртуального генератору сигналів довільної форми (ВГДФ). Такий ВГДФ може використовуватися в якості вимірювального приладу при налагодженні функціональних вузлів і пристроїв різних апаратних засобів обчислювальної техніки (периферійних пристроїв і т.п.), мікропроцесорних і мікроконтролерних систем різного призначення, радіотехнічних систем і пристроїв, засобів телекомунікації і т.д.

1. КОНЦЕПЦІЯ ПОБУДОВИ ВІРТУАЛЬНИХ ПРИЛАДІВ

Технологія віртуальних приладів (ВП) при створенні різного роду вимірювальних пристроїв (цифрових вольтметрів, мультиметрів, осцилографів, генераторів сигналів, вимірювачів частоти), засобів технічної діагностики і контролю (аналізаторів спектру, генераторів слів, логічних і сигнатурних аналізаторів) в даний час одержує все більш широке застосування.

Віртуальні прилади реалізуються на основі персонального комп'ютера (ПК) і додаткових нестандартних програмних і апаратних засобів. Останні є периферійним пристроєм для сполучення з ПК і об'єктом вимірювання і контролю (ПСО).

1.1 Проблеми, які необхідно вирішувати при побудові віртуальних приладів

При створенні ВП доводиться вирішувати наступні задачі:

· розподіл функцій приладу між апаратними і програмними засобами;

· визначення способу підключення ПСО до ПК (через зовнішній інтерфейс або до внутрішніх інтерфейсів);

· визначення способу реалізації ПСО ;

· пошук оптимального варіанту реалізації ПСО і віртуального приладу в цілому;

· отримання необхідних точносних і якісних показників;

· створення зручного програмного інтерфейсу з користувачем і програмним забезпеченням решти;

· розробка драйвера, що дозволяє здійснювати обмін даними між ПСО і ПК;

· розробка цілого ряду сервісних програм (додатків), необхідних для використовування ПСО.

· Можливість розширення функцій ВП при незмінній апаратній частині.

1.2 Функції, що повинні виконуватися програмним забезпеченням персонального комп'ютера ВО

Виходячи з проведеного аналізу задач, що повинні бути вирішені при побудові віртуальних пристроїв, визначені функції, що повинні виконуватися програмою ПК:

1. Налаштування COM- порту.

2. Отримання сигналу, що надійшов на COM - порт комп'ютера

3. Передавання керуючих слів, які надходять з інтерфейсу користувача до COM- порта.

4. Отримання налаштувань для ВО від користувача, передавання їх до мікроконтролера через СОМ - порт;

5. Отримання налаштувань з МК , відображення їх. Серед них: коефіцієнт підсилення сигналу та коефіцієнт ділення сигналу .

6. Відображення отриманого сигналу на екран;

7. Масштабування отриманого сигналу на екрані;

8. Розрахунок основних характеристик сигналу;

9. Збереження звіту;

10. Емуляція процесу отримання сигналу від апаратної частини ВО.

Так як при побудові віртуальних пристроїв необхідно передбачати можливість змінення, видалення деяких функцій, або додання нових функцій при розширенні області використання пристрою, то однією з необхідних умов є збереження відкритості архітектури програмного забезпечення для ВП.

2. РОЗРОБКА ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ

2.1 Структура програми

Необхідно написати на одній з мов програмування програму для ПК, яка забезпечує приймання та передавання даних через СОМ - порт та створює наглядний і зручний інтерфейс віртуального генератору.

Згідно з технічним завданням, програма ПК повинна виконувати наступні функції:

1. Задання форми сигналу:

2. Встановлення параметрів сигналів:

3. Вибір типу генерації сигнала:

4. Відображення сигналу, що задається.

5. Ініціалізація COM-порта.

6. Прийняття/передача даних з COM-порта.

Структура програмного забезпечення представлена на рис. 1:

Рис. 1 Структура програми ВВК

Згідно з технічним завданням, виконується розробка програми. Інші блоки можуть бути додані до програми ПК у вигляді окремих підпрограм.

Виходячи з технічного завдання, програма ПК «Генератор сигналів довільної форми» повинна виконувати наступні функції:

1. Запуск інтерфейсу користувача;

2. Настроювання COM- порту;

3. Ініціалізація пристрою(запуск драйвера);

4. Вибір сигналу й завдання його параметрів;

5. Виконання настроювання МК;

6. Передача керуючих слів, і інформаційної частини сигналу поступивших від інтерфейсу користувача через COM- порт у МК;

7. Запис повідомлення в ОЗП (запис керуючого слова, інформаційної частини(коду) сигналу) із МК;

8. Вибірка коду генеруємого сигналу з ОЗП із заданою частотою;

9. Цифро-аналогове перетворення коду сигналу з ОЗП в аналоговий сигнал;

10. Фільтрація(згладжування перешкод);

11. Аналіз чи була зупинена генерація програмно, якщо та-те перехід до п.12, якщо немає -на п.8 ;

12. Вихід з керуючої програми.

Розроблена програма «Генератор сигналів довільної форми» має наступну схему взаємодії окремих програмних модулів між собою:



\

Рис. 2 Структура програми ГСПФ

Призначення блоків наступне:

1. Робота з СОМ - портом: здійснює налаштування програми ПК на роботу з СОМ - портом, забезпечує передавання керуючих байтів з програми ПК до програми МК, та навпаки, а також прийом вхідного сигналу з СОМ - потру до програми. Містить в собі драйвер.

2. Формування та передавання налаштувань користувача до МК: отримує налаштування ВО від користувача та формує виходячи з них керуюче слово, яке після цього відправляється до МК (відправка через драйвер).

3. Отримання байтів з МК (керуючі байти та сигнал): збирає дані, що надійшли від МК через СОМ -порт та виконує їх попередню обробку. Дані з СОМ - порту отримує від драйвера.

КБ - керуючі байти (керуючі слова).

Вхідний сигнал - 128 відліків - сигнал, отриманий від об'єкта вимірювання.

4. Відображення налаштувань МК (коефіцієнтів ділення, підсилення): візуалізація налаштувань, встановлених МК у вікно підпрограми «Віртуальний осцилограф». Керуючі байти отримує від блоку отримання байтів з МК.

5. Візуалізація графіку отриманого вхідного сигналу: візуалізує отриманий сигнал на екран. Вхідний сигнал отримує від блоку отримання байтів з МК.

6. Програмний зсув графіка (за рівнем та часом): дозволяє користувачу виконувати зсув отриманого графіка за рівнем та за часом. Результати зсуву відправляє до блоку візуалізація графіку отриманого вхідного сигналу.

7. Зміна кольору графіка: дозволяє користувачеві змінювати колір отриманого графіку. Результати зміни кольору (код кольору) передається до блоку візуалізації графіку отриманого вхідного сигналу.

2.2 Алгоритм програми та окремих процедур

Програми віртуального вимірювального комплексу (ВВК) наведений на рис 4.3.:



Рисунок 3. - Алгоритм роботи ВВК

Загальна схеми алгоритму „Генератор сигналів довільної форми” подано на рис. 4.



Рисунок 4 - Загальна схема алгоритму роботи програми.

Генерація масиву даних обраного користувачем сигналу здійснюється двома загальними методами:

1. Табличний метод, коли потрібний сигнал отримується шляхом перетворення шаблонного масиву у відповідності з встановленими параметрами потрібного сигналу.

2. Масив даних сигналу, що генерується, отримується шляхом обчислення спеціальних для даної форми сигналу аналітичних виразів.

Схема алгоритму отримання масиву даних сигналу в залежності від його форми та методу подано на рис. 5

Рисунок 5 - Схема алгоритму отримання масиву даних сигнала в залежності від його форми та методу

Нижче наведено алгоритм з описом окремих процедур:

Головна підпрограма (ВВК):

1. procedure TForm3.BitBtn5Click(Sender: TObject).

Призначення: функція - обробник натискання кнопки «Генератор сигналів».

Дії, які виконує: ця функція перевіряє стан прапорця створення вікна віртуального генератору. Якщо не створено ні одного вікна віртуального осцилографу, ця функція його створює та встановлює прапорець створення. Якщо вікно вже створено, то просто робить його активним (поточним).

2. procedure TForm3.N4Click(Sender: TObject);

Призначення: функція - обробник вибору пункту меню «Про програму».

Дії, які виконує: перевіряє прапор. Залежно від його стану або створює вікно «Про програму», або просто робить його поточним.

3. procedure TForm3.FormCreate(Sender: TObject);

Призначення: обробник події створення форми головного вікна.

Дії, які виконує: Встановлює значення прапорів створення форм 2 та 1 в false.

4. procedure TForm3.N11Click(Sender: TObject);

Призначення: обробник події закриття форми.

Дії, які виконує: зачиняє дочерні форми ( 2 та 1) та зачиняється сама.

Модуль «Генератор сигналів»:

1. procedure TForm1.Button3Click(Sender: TObject);

Призначення: обробник натискання кнопки «Генерація»

Дії, які виконує: перевіряє тип генерації сигналу. В залежності від цього встановлює надпис кнопки. Процедура перевіряє поточну дію, залежності від того, починається генерація сигналу або зупиняється, відсилаються відповідні керуючи слова до мікроконтролера. Визначається встановлена користувачем частота сигналу та тип генерація, формується керуюче слово за цими даними та відправляється до МК.

Також ця процедура визначає тип сигналу, що генерується (прямокутний, синусоїдальний, пилкоподібний, експонента або сигнал довільної форми), перевіряє наявність потрібних параметрів, та викликає процедуру генерації масиву даних відповідного сигналу.

Алгоритм цієї підпрограми див. на рис. 4.6.

2. procedure TForm1.FormPaint(Sender: TObject);

Призначення: відображує калібровочну сітку.

3. procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);

Призначення: обробник події створення форми.

Дії, які виконує: виконує початкову ініціалізацію елементів керування, а також деяких властивостей самого вікна.

4. procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);

Призначення: виклик процедури генерації сигналу прямокутної форми.

5. TForm1.Button2Click(Sender: TObject);

Призначення: виклик процедури генерації сигналу пилкоподібної форми.

6. procedure TForm1.Generate_Triangle();

Призначення: виконує генерацію масиву даних пилкоподібного сигналу в залежності від введених параметрів сигналу (рівень, амплітуда, скважність). Відсилає обчислений масив до МК. Також процедура здійснює вивід обчисленого сигналу на екран.

7. procedure TForm1.Generate_Rectangle();

Призначення: виконує генерацію масиву даних прямокутного сигналу в залежності від введених параметрів сигналу (рівень, амплітуда, скважність). Відсилає обчислений масив до МК. Також процедура здійснює вивід обчисленого сигналу на екран.

8. procedure TForm1.Generate_sin();

Призначення: виконує генерацію масиву даних синусоїдального сигналу на основі шаблону даного сигналу та введених параметрів сигналу (рівень, амплітуда). Відсилає обчислений масив до МК, а також виконує відображення генерованого сигналу на екрані.

9. procedure TForm1.Generate_exp();

Призначення: виконує генерацію масиву даних експоненціального сигналу на основі шаблону та введених користувачем параметрів сигналу (рівень). Відсилає обчислений масив до МК, а також здійснює відображення сигналу на екрані.

10. procedure TForm1.Generate_Cardio();

Призначення: виконує візуалізацію сгенерованого масиву кардіосигналу.

11. procedure TForm1.transfer();

Призначення: Процедура здійснює передавання обчисленого масиву даних сигналу до МК через інтерфейс RS-232.

12. function TForm1.frequency():byte;

Призначення: Процедура повертає код заданої користувачем частоти.

Модуль «Завдання сигналу довільної форми»

1. procedure TForm2.Button1Click(Sender: TObject);

Призначення: Викликає запуск форми завдання сигналу аналітично.

2. procedure TForm2.Button2Click(Sender: TObject);

Призначення: Викликає запуск форми завдання сигналу графічно.

3. procedure TForm2.Button3Click(Sender: TObject);

Призначення: Викликає запуск форми завдання кардіосигналу.

Модуль «Аналітичне завдання форми сигналу»

1. procedure TForm7.Button3Click(Sender: TObject);

Призначення: Обробник натиснення кнопки «Очистити». Видаляє вміст рядка вводу аналітичного виразу.

2. procedure TForm7.Button2Click(Sender: TObject);

Призначення: Обробник натиснення кнопки «Вихід». Закриває форму та скидає флаг створення даної форми.

3. procedure TForm7.Button1Click(Sender: TObject);

Призначення: Обробник натиснення кнопки «Прийняти». Викликає процедуру розпізнавання введеного аналітичного виразу.

Модуль «Графічне завдання сигнала»

1. procedure TForm6.BtnPointClick(Sender: TObject);

Призначення: Обробник натиснення кнопки «Рисувати». Встановлює колір та стиль лінії.

2. procedure TForm6.NewSignClick(Sender: TObject);

Призначення: очищує вікно зображення сигналу, виводить калібровочну сітку.

3. procedure TForm6.OkClick(Sender: TObject);

Призначення: Обробник натиснення кнопки «Ок». Викликає процедуру дискретизації отриманого графіку, створює масив на основі обчислених даних та закриває форму, скидаючи флаг створення даної форми.

4. procedure TForm6.PaintBox1MouseMove(Sender: TObject; Shift: TShiftState; X, Y: Integer);

Призначення: Процедура відстеження руху миші у області задання форми сигнала.

5. procedure TForm6.BtnDisClick(Sender: TObject);

2.3 Текст програми ВО

Виходячи з описаних вище алгоритмів, створюю текст програми.

Програма написана на мові Delphi 7 з використанням інтегрованого середовища розробки. Текст програми та опис змінних наведено у складі програмної документації під назвою «Текст програми ПК «Віртуальний генератор сигналів довільної форми ».

2.4 Зовнішній вигляд вікон інтерфейсу користувача та результати відлагодження програмного забезпечення

2.4.1 Зовнішній вид вікон інтерфейсу користувача

В результаті розробки було отримано програмний додаток ВВК.exe .

Після запуску програми з вказаною вище назвою, на екрані з'являється вікно вибору приладу:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Після натискання на кнопку «Генератор сигналів» з'являється наступне вікно, в якому виконуються основні функції:

Докладніше про роботу з програмою - див. розділ 2.5 «Керівництво користувача».

Керівництво користувача

Після написання та відлагодження програми «Віртуальний генератор сигналів довільної форми», було створено «Керівництво користувача». Цей документ призначений для полегшення роботи користувача з програмним продуктом. Наведено у розділі програмної документації під назвою «Керівництво оператора».

Висновки

В результаті виконання даного проекту були розроблені програмні засоби віртуального генератору. Розробка виконана в рамках ескізного проекту.

На основі проведеного аналізу існуючих вимірювальних приладів були показані переваги віртуальних приладів (виконаних у виді спеціалізованих плат), метод побудови одного з яких і був закладений в основу розробки. Цей метод дозволяє:

· визначати форму сигналу;

· дозволяє будувати вимірювальні прилади на основі ПК;

Розроблений за допомогою мови Delphi7 багатовіконний графічний інтерфейс користувача дозволяє керувати віртуальним генератором .

Список використаної літератури

1. Гелль П. Как превратить персональный компьютер в измерительный комплекс. - М.: ДМК, 1999. - 144 с.

2. Скороделов В.В. Виртуальные приборы на основе персонального компьютера // Сборник научных трудов «Системы обработки информации» - Харьков: НАНУ, ПАНМ, ХВУ. - 2001. - Вып. 6 (16) - C.109-115.

3. Бударин А. Концепция построения виртуальной измерительной лаборатории. - http://www.rudshel.ru.

4. Скорин Ю.І., Макаров О.В. Віртуальні вимірювальні прилади // Збірка наукових праць НАН України. Тем. вип. «Моделювання та інформаційні технології» - Київ: ІПМЕ. - 2004. - №26 - C.188 - 190.

5. Руднев П., Шелковников Д., Шиляев С. Один компьютер - вся измерительная лаборатория. - http://www.rudshel.ru.

6. Белоруков В.А., Михайлов А.М. Виртуальные приборы: опыт создания, сферы применения в области электросвязи. - http://www.tehnohals.spb.ru.

7. Шиляев С.Н., Руднев П.И. Компьютер и виртуальные приборы. - http:// www.rudshel.ru.

8. Скороделов В.В., Шершнёв А.А. Виртуальный генератор сигналов произвольной формы // Вестник НТУ «ХПИ». Сборник научных трудов. Тем. вып. «Автоматика и приборостроение» - Харьков: НТУ «ХПИ». - 2001. - №4 - С.101 - 105.

9. Скороделов В.В., Шершнёв А.А. Виртуальный измеритель частоты и генератор сигналов на основе персонального компьютера // Вестник НТУ «ХПИ». Сборник научных трудов. Тем. вып. «Автоматика и приборостроение» - Харьков: НТУ «ХПИ». - 2002. - №18 - С .119 - 122.

Размещено на Allbest.ru