基于LabWindows/CVI的频谱分析仪上位机设计

赵文明 王玲 康自明

摘要：针对不同厂商、不同型号的频谱分析仪在仪器操作和人机交互方面的区别，采用虚拟仪器开发工具LabWindows/CVI为软件平台，设计了一款兼容不同厂商、不同型号的频谱分析仪的上位机软件。完成了频谱分析仪上位机操作的通用化，使用设计并实现了频谱仪分析仪数据的上位机采集、存储和回放分析等功能。

关键词：频谱分析仪；上位机；CVI

中图分类号：TP274文献标志码：A文章编号：1008-1739（2018）21-62-3

0引言

频谱分析仪作为最常用的信号频域测量分析仪器，随着国防现代化建设、科研及通信领域的飞速发展，对频谱分析仪应用也越来越普及[1]。市面上有众多的频谱分析仪生产厂商，不同厂商、不同型号的频谱分析仪在仪器操作和人机交互方面都存在较大差异，对于工程技术人员，在更换仪器进行使用时，需要熟悉新仪器的相应操作及设置。另外随着测试技术的发展，人们对频谱分析仪也提出了更多程控和上位机显示、数据传输和存储、数据分析和处理以及应对自动测试系统构建等方面的需求。

目前，不论是仪器厂商提供的软件还是用户自编的软件，在仪器兼容方面都存在一定的局限性。LabWindows/CVI是NI公司推出的软件开发平台[2]，拥有功能强大的图形显示控件、丰富的信号分析函数库和良好的开发环境，而且是基于C语言的软件开发平台，可以支持多种不同类型接口的设备，非常适合开发信号分析相关的上位软件。因此，本文选用LabWindows/CVI为软件平台，设计一款适用于不同厂商、不同型号的频谱分析仪的上位机软件，实现频谱分析仪的通用化上位控制以及对频谱分析仪测试数据的采集、存储和回放分析等功能。

1上位机面板设计

上位机面板用以显示频谱分析仪的波形及参数等相关信息，同时可以实现对仪器的操作功能。框架如图1所示，主要包含4个区域。①厂商型号显示：表明当前仪器的厂商及型号；②屏幕显示：用以显示仪器波形及参数，与仪器显示屏幕进行实时更新；③功能按鍵区：主要为上位机连接频谱仪相应功能，比如连接仪器及断开仪器等操作；④频谱仪操作按键：用以对仪器进行相应的操作设置。

2上位机软件

在完成频谱分析仪面板框架构想后，进行控件选择和程序实现，流程如图2所示。程序运行后，首先通过选择相应接口形式，完成仪器连接，仪器连接后，通过获取仪器厂商及型号信息，选择仪器驱动库，就可以通过上位机对仪器进行相应的配置，同时启动波形更新定时器，实现波形实时更新的功能。

具体实现采用LabWindows/CVI软件平台，该软件平台拥有功能强大的图形显示控件，根据不同的功能需求，选择不同的控件来实现相应的功能。

2.1功能按键区

功能按键主要完成仪器的连接和断开操作，设置2个开关控件，分别为“连接仪器”和“断开仪器”，由于这2个按键不能同时起作用，所以设置开关属性，在仪器没有连接时，“连接仪器”按键为可执行按键，“断开仪器”按键为不可执行按键；而在连接仪器后，按键状态发生改变，使能“断开仪器”按键，如图3所示。

由于仪器接口形式的多样化，比如GPIB接口、USB接口以及网络接口形式，所以设置接口连接如图4所示，选择相对应的接口方式输入相应的接口地址，点击“OK”按键，就可以实现对应接口的仪器连接了。地址输入框下面提示为相应接口形式，鼠标单击相应提示，就可以将连接方式填入地址内。

2.2厂商及型号显示

该区域用以显示当前连接仪器为哪个厂商及哪个型号的频谱分析仪，当仪器连接成功后，通过发送指令，可以获取厂商及型号信息，从而显示在面板上，可以让用户获知仪器信息。另一方面，也作为仪器连接成功与否的指示，当连接仪器操作完成后，无法获取仪器厂商及型号信息时，重新操作并查找连接失败的原因，最终实现仪器的成功连接。

2.3频谱仪操作按键

由于频谱分析仪参数较多，同时设置也较多，在较小的区域内，无法放置较多的按键。在频谱分析仪操作按键区采用TAB控件分页来实现较多按键的放置[3]。如图5所示，在不同的TAB页面下对应不同的按键操作。比如频率页面下，有中心频率、SPAN、起始频率及终止频率等按钮，来实现对频谱分析仪频率的设置。同样在幅度、带宽、频标及存储页面下，也都有对应的操作按键来实现对应的功能。通过这种分页设置控件就可以在较小的面板区内，实现众多的按键及参数设置功能。

2.4屏幕显示

屏幕主要显示频谱分析仪的实时波形曲线，如图6所示。该功能的实现采用一个定时器来完成，设置定时器的定时周期，当定时周期满后，触发定时器回调函数，刷新波形曲线，从而实现仪器波形的实时刷新功能[4]。对于屏幕显示，并非单纯显示仪器的波形曲线，同时效仿仪器屏幕功能，将相应参数显示在屏幕边缘位置，如频谱分析仪的中心频率及衰减器值等。

3仪器驱动库的设计

针对不用厂商、不同型号的频谱分析仪，其驱动程序會有所不同，为了本上位机软件兼容不同厂商不同型号的频谱分析仪，需要设计不同厂商、不同型号的频谱分析仪驱动库[5]，从而实现对不同厂商不同型号的频谱分析仪发送指令和读取数据。

在连接仪器后，通过发送指令获取仪器的厂商、型号及仪器编号等信息，一方面将该仪器信息显示在上位机面板上；另一方面，根据厂商和型号信息，装载对应的驱动函数库，进而实现对仪器的上位机显示及完成操作。对于仪器驱动库的设计，要保证不同的驱动库包含相同的函数名称，只有这样，上位机在运行后，才能根据相对应的函数名称进行相应的操作。

4上位机测试

在完成了频谱分析仪上位机软件的设计之后，对该软件进行相关的测试和验证，以便及时发现问题并及时解决。为此，选用了不同厂商的不同型号的频谱分析仪进行测试，分别就仪器连接测试、操作测试以及波形和参数显示以及存储和回放进行测试[6]，测试结果如表1所示。

通过测试，上位机软件可以兼容不同厂商的频谱分析仪，可以分别通过GPIB接口、USB接口以及LAN接口很好地和仪器进行连接，上位机可以对仪器进行参数设置，上位机波形显示可以实时同步频谱分析仪波形、显示频谱分析仪的参数、实现波形数据的存储和已存储波形的回放功能。

5结束语

以虚拟仪器开发工具LabWindows/CVI为软件平台，设计实现了频谱分析仪的上位机软件。该上位机软件可兼容不同厂商、不同型号的频谱分析仪，同时兼容仪器不同形式的通信接口，实现了频谱分析仪的程控功能以及频谱分析仪屏幕界面的显示和再现功能。通过测试，该上位机软件操作简单流畅，波形及数据更新快，数据显示准确，在频谱分析测试领域具有实际意义。

参考文献

[1]王鑫，张惊雷.基于LabWindows/CVI的实时频谱分析仪[J].仪表技术与传感器，2014（9）：37-39.

[2]黄阿娟，冯欣宇.LabWindows/CVI13.0串行通信应用[J].机械工程与自动化，2016（12）：55-57.

[3]王建新，隋美丽.LabWindows/CVI虚拟仪器测试技术及工程应用[M].北京：化学工业出版社，2011.

[4]白渚铨，张晓明，王宇，等.基于LabWindows/CVI的数据处理软件设计[J].计算机应用与软件，2015（4）：29-32.

[5]李江全.LabWindows/CVI数据采集与串口通信典型应用实例[M].北京：电子工业出版社，2014.

[6]刘娜，吉洁阳.基于LabWindows/CVI环境Word报表的操作方法[J].西安文理学院学报，2016（11）：26-29.