摘 要:提出基于嵌入式WinCE操作系統(tǒng)的掃頻儀設(shè)計(jì)方案。使用高效率的VS 2005工具在WinCE平臺(tái)上開發(fā)掃頻儀的應(yīng)用交互式界面。介紹掃頻儀硬件結(jié)構(gòu)組成，重點(diǎn)討論WinCE操作系統(tǒng)的移植及流驅(qū)動(dòng)的添加。充分利用WinCE高度集成化、可按需剪裁等特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了低功耗低成本的便攜式掃頻儀。結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的便攜式掃頻儀運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞:嵌入式系統(tǒng);WinCE;掃頻儀;流驅(qū)動(dòng)

中圖分類號(hào):TP216;TP316;TP335文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1004-373X(2010)02-031-03

Design of Portable Sweep Generator Based on Embedded System

SUN Peng，HU Bing，WANG Yusheng

(Department of Electrical Information Engineering，Xihua University，Chengdu，610039，China)

Abstract:A design and implemention of sweeper based on embedded WinCE operating system is introduced.Higher efficiency VS 2005 tools are used to develop the application interactive interface of the sweeper.The structure of sweeper′s hardware，the porting of WinCE operation system and how to add stream driver as an important aspect are proposed.Sufficiently applying the highly integrated characteristic and tailored system as the requirements of applications to implement portable sweep generator on low cost and low power consumption.Consequently，the portable sweep generator is stable，and achieves design requirements.

Keywords:embedded system;WinCE;sweeper;stream interface driver

0 引 言

掃頻儀是用于測(cè)量系統(tǒng)頻率響應(yīng)的儀器。在現(xiàn)今掃頻儀市場(chǎng)上，高端產(chǎn)品功能齊全，穩(wěn)定性都已經(jīng)很完善，但是價(jià)格非常昂貴;低端產(chǎn)品的硬件實(shí)現(xiàn)一般是基于8位單片機(jī)，軟件實(shí)現(xiàn)一般采用單流程循環(huán)控制方式。其產(chǎn)品價(jià)格低廉，但是存在著運(yùn)算能力差，硬件平臺(tái)依賴性強(qiáng)，不利于應(yīng)用軟件的開發(fā)和移植等缺點(diǎn)。

基于32位Intel PXA270嵌入式處理器的掃頻儀具有成本低，穩(wěn)定性好，體積小，使用靈活等特點(diǎn)，通過(guò)編程模塊的設(shè)計(jì)既可以讓本款儀器單獨(dú)當(dāng)作波形發(fā)生器發(fā)生多種波形，如正弦波，方波，三角波，又可單獨(dú)當(dāng)作示波器進(jìn)行使用，還可以增加或刪減儀器的功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理等操作，界面簡(jiǎn)單使用非常方便。

1 掃頻儀的硬件組成

該系統(tǒng)的硬件部分由嵌入式模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、波形發(fā)生模塊、波形采集模塊開口液晶顯示模塊等組成[1]。其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 掃頻儀硬件系統(tǒng)框圖

1.1 波形發(fā)生模塊

波形發(fā)生模塊采用AD7801BR，D/A模塊的精度為8位，D/A的轉(zhuǎn)換時(shí)鐘為20 MHz，D/A循環(huán)輸出讓D/A以某一時(shí)鐘頻率自動(dòng)把內(nèi)部緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)轉(zhuǎn)換輸出，延遲兩個(gè)時(shí)鐘周期輸出當(dāng)前數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換值，D/A時(shí)鐘頻率fc與分頻系數(shù)N(9≤N≤1 023)關(guān)系如下:

fc=20 000/N+1

當(dāng)分頻系數(shù)N=9時(shí)產(chǎn)生最高1 MHz的波形，當(dāng)分頻系數(shù)N為1 023時(shí)產(chǎn)生最小20 kHz的波形信號(hào)輸入到待測(cè)電路。

1.2 波形采集模塊

波形采集模塊采用AD7819YR，A/D模塊的精度為8位，A/D的轉(zhuǎn)換時(shí)鐘為20 MHz，A/D自動(dòng)緩沖采集讓A/D以某一采樣率自動(dòng)進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)放入內(nèi)部緩沖區(qū)中，當(dāng)緩沖區(qū)滿時(shí)，自動(dòng)停止采集。若中斷控制寄存器中相應(yīng)的中斷允許位置1，則產(chǎn)生中斷信號(hào)。主設(shè)備通過(guò)響應(yīng)中斷，把數(shù)據(jù)從緩沖區(qū)中讀回。延遲7個(gè)時(shí)鐘周期輸出當(dāng)前輸入信號(hào)的轉(zhuǎn)換值，其分頻系數(shù)N的范圍是1≤N≤2 047，A/D采樣頻率fs與分頻系數(shù)N關(guān)系如下:

fs=200/(N+1)

從待測(cè)電路輸出的信號(hào)由本單元接收，再由PXA270芯片進(jìn)行頻譜分析，掃頻分析結(jié)果由液晶顯示屏顯示。

1.3 嵌入式平臺(tái)模塊

采用的嵌入式處理器PXA270是Intel公司設(shè)計(jì)開發(fā)的基于精簡(jiǎn)指令集的ARM9核的CPU，最高主頻達(dá)到624 MHz，且具有豐富的外圍組件，支持Linux，WinCE等主流嵌入式操作系統(tǒng)。配合FPGA(EP1C6Q240C8芯片)一起使用，高速低功耗，穩(wěn)定性好。

2 掃頻儀軟件設(shè)計(jì)

如圖2所示，系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分為三部分:嵌入式平臺(tái)內(nèi)核的定制;流接口驅(qū)動(dòng)程序的添加及應(yīng)用程序的編寫[2]。采用WinCE作為系統(tǒng)平臺(tái)，使用PB(Platform Builder)根據(jù)需要定制所需系統(tǒng)[3]。由于嵌入式系統(tǒng)資源有限，C++編譯器效率高、性能好，這里使用Visual Studio 2005工具開發(fā)應(yīng)用程序[4]。

圖2 整體框架圖

系統(tǒng)啟動(dòng)后，顯示啟動(dòng)界面。整個(gè)啟動(dòng)界面流程如圖3所示。

2.1 平臺(tái)內(nèi)核的定制

Platform Builder(PB)工具是微軟提供給開發(fā)人員進(jìn)行基于WinCE平臺(tái)下嵌入式操作系統(tǒng)定制的集成開發(fā)環(huán)境[5]。這里使用PB設(shè)計(jì)和定制內(nèi)核的，在PB中創(chuàng)建工程，選擇系統(tǒng)特性，定制滿足自己要求的最簡(jiǎn)內(nèi)核，由PB生成WinCE操作系統(tǒng)的鏡像內(nèi)核NK.BIN。

圖3 系統(tǒng)流程圖

2.2 流接口驅(qū)動(dòng)的添加

接口函數(shù)表如表1所示。通常實(shí)現(xiàn)流式接口驅(qū)動(dòng)程序只需4個(gè)步驟[6]:

(1) 流接口驅(qū)動(dòng)程序選擇一個(gè)前綴。通常須通過(guò)設(shè)備的名稱對(duì)驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行訪問。采用由3個(gè)大寫的英文字母。

(2) 實(shí)現(xiàn)流接口驅(qū)動(dòng)DLL所必須的接口函數(shù)[7]。

表1 接口函數(shù)表

函數(shù)名功能簡(jiǎn)述

XXX_Open()打開設(shè)備進(jìn)行讀/寫

XXX_Close()關(guān)閉設(shè)備

XXX_Init()初始化設(shè)備，在設(shè)備被加載時(shí)調(diào)用

XX_Deinit()釋放設(shè)備，在設(shè)備被卸載時(shí)調(diào)用

XXX_Read()從設(shè)備中讀取數(shù)據(jù)

XXX_Write()向設(shè)備中寫入數(shù)據(jù)

XXX_Seek()移動(dòng)設(shè)備中的數(shù)據(jù)指針

XXX_IOControl()對(duì)設(shè)備發(fā)送控制命令

XXX_PowerUp()在設(shè)備從掛起狀態(tài)中恢復(fù)時(shí)調(diào)用此函數(shù)

XXX_PowerDown ()供可使用軟件控制關(guān)閉的設(shè)備關(guān)閉自身的電源

(3) 編寫DLL的導(dǎo)出函數(shù)。可以有兩種方法實(shí)現(xiàn):使用編譯器擴(kuò)展關(guān)鍵字_declspec(dllexport)或是使用.DEF文件。

(4) 為驅(qū)動(dòng)程序配置注冊(cè)表。為實(shí)現(xiàn)流接口驅(qū)動(dòng)程序正確地被設(shè)備管理器加載，必須初始化注冊(cè)表[8]:

[HKEY_LOCAL_MACHINE\\\\DRIVERS\\\\BuihIn\\\\fpga]

\"Dll\"=\"fpga.dll\"

\"Prefix\"=\"ISA\"

\"Index\"=dword:1

\"Order\"=dword:0

Dll指明該驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)位于fpga.dll中。

Prefix表明驅(qū)動(dòng)的前綴。前綴一般都是三個(gè)大寫的英文字母，這里是ISA。

Index指明驅(qū)動(dòng)的索引，這里是“1”，如果應(yīng)用程序要打開該驅(qū)動(dòng)，那么CreateFile()的第一個(gè)參數(shù)就必須是ISA1。

Order指明了驅(qū)動(dòng)的加載順序。該值越小，驅(qū)動(dòng)被加載得越早，這有助于解決驅(qū)動(dòng)程序之間的依賴關(guān)系。

2.3 控制面板軟件的設(shè)計(jì)

使用 Visual Studio 2005軟件設(shè)計(jì)編寫應(yīng)用交互式界面[9，10]，采用可視化編程，通過(guò)按鈕調(diào)用各個(gè)模塊。軟件結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 軟件結(jié)構(gòu)圖

(1) 波形發(fā)生器模塊，函數(shù)模塊為OnProfilesGenerator()實(shí)現(xiàn)可以輸出正弦波、方波、三角波三種波形。圖5為產(chǎn)生正弦波的截圖。

圖5 波形發(fā)生器產(chǎn)生正弦波

(2) 波形發(fā)生器參數(shù)設(shè)置模塊，通過(guò)波形發(fā)生器頻率參數(shù)模塊OndaFrequency()設(shè)置產(chǎn)生波形的頻率，通過(guò)波形發(fā)生器幅度參數(shù)模塊OndaAmplitude()設(shè)置產(chǎn)生波形的幅度。

(3) 波形采集卡模塊，函數(shù)模塊為OnOscilloscope()用來(lái)采集接收到的波形，并將波形顯示在窗口顯示。

(4) 波形采集卡參數(shù)設(shè)置模塊函數(shù)OnadFrequency()和OnadAmplitude()，通過(guò)波形采集參數(shù)的設(shè)置調(diào)節(jié)波形的采樣率用來(lái)得到適合的波形顯示。

(5) 波形頻譜分析模塊，函數(shù)模塊為OnSweeper()，對(duì)待測(cè)電路進(jìn)行頻譜分析并將分析的波形在窗口顯示。

3 結(jié) 語(yǔ)

本掃頻儀設(shè)計(jì)采用嵌入式WinCE系統(tǒng)，在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高速實(shí)時(shí)的頻譜分析。實(shí)現(xiàn)了一機(jī)三用，除了掃頻功能還可以作為波形發(fā)生器或示波器單獨(dú)使用，基于嵌入式技術(shù)可提供網(wǎng)絡(luò)、打印等功能，通過(guò)軟件編程增加或刪減儀器的功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理、等操作，成本低廉，使用非常方便。

參考文獻(xiàn)

[1]伍玉，夏新凡.頻率特性測(cè)試儀的設(shè)計(jì)\\.電子設(shè)計(jì)工程，2009(2):30_32.

[2]何宗鍵.Windows CE嵌入式系統(tǒng)\\.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2006.

[3]余宏兵，李寶安，申功勛.基于ARM的WinCE系統(tǒng)定制\\.現(xiàn)代電子技術(shù)，2008，31(10):73_75.

[4]周毓林，寧楊，陸貴強(qiáng)，等.Windows CE.NET內(nèi)核定制及應(yīng)用開發(fā)\\.北京:電子工業(yè)出版社，2005.

[5]張晶，李心廣.基于Intel PXA270的WinCE操作系統(tǒng)移植\\.微計(jì)算機(jī)信息，2008，24(5):39_41.

[6]羅家兵，騰少華.WinCE.NET下流接口驅(qū)動(dòng)研究與實(shí)現(xiàn)\\.微計(jì)算機(jī)信息，2007，23(9):230_292.

[7]李君懿，趙利，鄒柏程.WinCE 5.0的USB Camera流接口驅(qū)動(dòng)開發(fā)\\.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2008(1):76_79.

[8]張建暢，陶會(huì)榮，王建超，等.基于WinCE的嵌入式系統(tǒng)注冊(cè)表的研究\\.微計(jì)算機(jī)信息，2008，24(5):44_46.

[9]汪兵，李存斌，陳鵬.EVC高級(jí)編程及其應(yīng)用開發(fā)\\.北京:中國(guó)水利水電出版社，2005.

[10]牛力，傅韻.Visual C++.NET編程寶典\\.北京:電子工業(yè)出版社，2006.

作者簡(jiǎn)介

孫 鵬 男，1981年出生，黑龍江雞東人，碩士研究生。主要研究方向?yàn)榍度胧郊夹g(shù)及應(yīng)用、信號(hào)與信息系統(tǒng)。

胡 兵 男，1971年出生，博士，副教授。主要研究方向?yàn)楝F(xiàn)代測(cè)試?yán)碚撆c技術(shù)、信號(hào)處理、嵌入式技術(shù)及數(shù)字系統(tǒng)可測(cè)性設(shè)計(jì)。

王育生 男，1982年出生，碩士研究生。主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)的研究及應(yīng)用。