鄭恢康　朱　偉

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所　山東 青島 266555)

0　引　言

目前很多電子測(cè)量?jī)x器，如示波器、頻譜分析儀、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀等，其測(cè)量結(jié)果以曲線形式進(jìn)行顯示。這些儀器軟件通常包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示3部分。動(dòng)態(tài)波形的繪制是測(cè)試儀器中極為重要的一環(huán)[1]。其用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示的繪圖模塊具有較多共通性，含有窗口、多跡線、信息顯示、光標(biāo)等要素。但因繪圖模塊和系統(tǒng)其他部份相互關(guān)聯(lián)(例如：繪圖模塊調(diào)用采集模塊獲得測(cè)量數(shù)據(jù))，且以源碼的形式嵌入整個(gè)系統(tǒng)中，使得繪圖相關(guān)的代碼難以復(fù)用[2]。

針對(duì)上述設(shè)計(jì)的不足，本文從通用性和復(fù)用性的角度出發(fā)，應(yīng)用面向?qū)ο蟮慕M件化軟件設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種通用的繪圖模塊。該模塊基于動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(DLL)技術(shù)，方便地實(shí)現(xiàn)復(fù)用、集成和擴(kuò)展，滿足測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域的繪圖需求，提高軟件開(kāi)發(fā)效率。

1　通用繪圖模塊總體設(shè)計(jì)

通用繪圖模塊是在Windows下使用Visual Studio 2008開(kāi)發(fā)環(huán)境， C++語(yǔ)言開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)的，它基于MFC類(lèi)庫(kù)實(shí)現(xiàn)圖形繪制功能。因此，需在開(kāi)發(fā)環(huán)境中創(chuàng)建一個(gè)“MFC常規(guī)DLL”工程，最終經(jīng)編譯得到Dll和Lib文件，與相關(guān)的頭文件一起提供給用戶。

設(shè)計(jì)通用繪圖模塊有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：一是避免模塊依賴于軟件系統(tǒng)，使模塊獨(dú)立；二是支持?jǐn)U展繪圖，滿足特殊的繪圖需求。

為了使模塊獨(dú)立，模塊應(yīng)設(shè)計(jì)成由上層配置、調(diào)用、啟動(dòng)的方式，而減少模塊對(duì)軟件系統(tǒng)的調(diào)用[3]。另外，應(yīng)用面向?qū)ο缶幊桃蕾嚨怪玫脑瓌t[4]，使系統(tǒng)與模塊之間不直接依賴于具體實(shí)現(xiàn)，而是依賴于接口。

為支持繪圖擴(kuò)展，應(yīng)用面向?qū)ο缶幊涕_(kāi)閉原則，在模塊內(nèi)實(shí)現(xiàn)共通的、基本的繪圖功能，其他繪圖則通過(guò)繪圖組件的方式進(jìn)行擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)，使模塊向修改關(guān)閉，向擴(kuò)展開(kāi)放[5]。

對(duì)于電子測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域，基本繪圖任務(wù)就是曲線的繪制，另外該領(lǐng)域通常以光標(biāo)的方式進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)的讀取與顯示，這兩部份可作為基本繪圖需求在模塊內(nèi)實(shí)現(xiàn)。而系統(tǒng)功能中涉及到的一些特殊繪圖需求，例如提示信息、參數(shù)設(shè)置框等，可透過(guò)繪圖組件的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

基于以上分析，定義以下主要類(lèi)：

(1) 繪圖接口類(lèi)CGraphInterface繪圖模塊對(duì)外提供的訪問(wèn)接口。

(2) 繪圖類(lèi)CGraph實(shí)現(xiàn)對(duì)跡線、光標(biāo)、繪圖組件的管理。

(3) 繪圖組件接口CGComponentInf用戶繼承該接口定制繪圖組件，并將指針傳給繪圖類(lèi)，由繪圖類(lèi)進(jìn)行繪制。

(4) 跡線類(lèi)CTrace實(shí)現(xiàn)跡線數(shù)據(jù)及網(wǎng)格等的繪制。

(5) 光標(biāo)管理類(lèi)CMarkerManager實(shí)現(xiàn)光標(biāo)功能，用于繪制光標(biāo)和光標(biāo)信息，顯示測(cè)量數(shù)值。

這幾個(gè)主要類(lèi)之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1　繪圖模塊UML類(lèi)圖

另外，對(duì)于測(cè)量?jī)x器，通常要繪制動(dòng)態(tài)跡線，為了避免繪圖時(shí)閃爍，可采用雙緩沖繪圖技術(shù)[6]，在CGraph類(lèi)中實(shí)現(xiàn)。

2　各功能模塊設(shè)計(jì)

2.1　跡線繪制模塊

該模塊完成測(cè)量跡線、坐標(biāo)網(wǎng)格、刻度標(biāo)尺等的繪制，將這些視為跡線的屬性，封裝為CTrace類(lèi)。

2.1.1CGraph類(lèi)相關(guān)設(shè)計(jì)

為支持多跡線的繪置，在CGraph類(lèi)組合CTrace類(lèi)的成員變量，CGraph內(nèi)部調(diào)用CTrace接口進(jìn)行跡線相關(guān)圖形繪制，CGraph對(duì)外提供相應(yīng)的接口進(jìn)行跡線相關(guān)配置。

在CGraph中定義成員變量：

CList m_pTraceList;//跡線隊(duì)列

在CGraph中定義跡線操作接口：

(1) 添加跡線void AddTrace(CArray& data,int nTrID);

其中data為傳入的繪圖數(shù)據(jù)，nTrID為上層為該跡線分配的ID，Graph其他接口通過(guò)該ID對(duì)指定跡線進(jìn)行相關(guān)操作。

(2) 刪除跡線void DeleteTrace(int nTrID);

(3) 設(shè)置跡線刻度void SetTraceScale(double fTop,double fBtm,int nTrID);

(4) 選擇當(dāng)前跡線void SelectCurTrace(int nTrID);

2.1.2CTrace類(lèi)設(shè)計(jì)

CTrace類(lèi)主要實(shí)現(xiàn)測(cè)量的數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，以及網(wǎng)格、標(biāo)尺相關(guān)的繪制。

CTrace類(lèi)定義成員變量，對(duì)原始數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)換后的繪圖數(shù)據(jù)進(jìn)行存放：

CArray m_dataPoints; //原始數(shù)據(jù)

CArray m_graphPoints;//繪圖數(shù)據(jù)點(diǎn)

為支持對(duì)多種的坐標(biāo)格式，應(yīng)用面向?qū)ο缶幊潭鄳B(tài)技術(shù)[7-8]，將與坐標(biāo)、及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換相關(guān)的函數(shù)定義為虛函數(shù)，在CTrace派生類(lèi)中實(shí)現(xiàn)。

virtual void DrawGrid(CDC* pDC) = 0;

virtual void DrawScale(CDC* pDC) = 0;

virtual CPoint CalcOnePoint(double fXVal,

double fYVal) = 0;//坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

2.2　光標(biāo)功能模塊

該模塊用于讀取跡線上的數(shù)值。包括光標(biāo)狀態(tài)及位置的設(shè)置、光標(biāo)位置的繪制、光標(biāo)信息的繪制，封裝為CMarker類(lèi)。為支持多個(gè)光標(biāo)，定義CMarkerManager類(lèi)對(duì)一組光標(biāo)進(jìn)行管理。由CGraph類(lèi)集合CMarkerManager類(lèi)的成員變量，并由CGraph調(diào)用CMarkerManager相應(yīng)接口實(shí)現(xiàn)光標(biāo)功能。

2.2.1CGraph提供的光標(biāo)功能配置接口

(1) 設(shè)置光標(biāo)顯示狀態(tài)void ShowMkr(UINT nMkrID,BOOL bOn);

(2) 設(shè)置光標(biāo)位置void SetMkrPos(UINT nMkrID,UINT nPos);

(3) 光標(biāo)信息接口void SetMkrInfoInterface(CMkrInfoInterface* pInf);

由于光標(biāo)信息的格式是因項(xiàng)目而異，因此定義通用的光標(biāo)信息接口，由CGraph的使用者進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，并配置給CGraph。繪圖模塊在繪置光標(biāo)信息時(shí)，調(diào)用該接口，以獲得要顯示的光標(biāo)信息。

CMrkInfoInterface定義接口：

void GetMkrInfo(

UINT nMkrID, //光標(biāo)ID

UINT nMkrPos,//光標(biāo)位置

double data[2], //數(shù)值

int nTraId, //跡線ID

CStringArray& infoAry, //光標(biāo)信息

CWordArray& widthAry//光標(biāo)信息區(qū)域劃分

);

2.2.2CMarkerManager類(lèi)設(shè)計(jì)

該類(lèi)定義一組的光標(biāo)類(lèi)CMarker成員變量，并提供對(duì)指定光標(biāo)進(jìn)行設(shè)置的接口。

CMarkerManager定義成員變量：

static enum {MKR_NUM = 6};//光標(biāo)個(gè)數(shù)

CTrace* m_pTrace; //關(guān)聯(lián)跡線

CMarker m_mkrs[MKR_NUM]; //光標(biāo)

CMkrInfoInterface* m_pInfoInf；// 光標(biāo)信息接口

CMarkerManager提供的接口主要有：

void DrawMkrs(CDC* pDC);

void DrawMkrsInfo(CDC* pDC,CRect& rect);

void AssociateToTrace(CGTrace* pTrace);

void SetMkrInfoInterface(CMkrInfoInterface* pInf);

2.2.3CMarker類(lèi)設(shè)計(jì)

該類(lèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)光標(biāo)位置、狀態(tài)、繪制的封裝。

CMarker類(lèi)定義成員變量：

BOOL m_bOn;//光標(biāo)狀態(tài)

UINT m_nPos;//光標(biāo)位置

CMarker類(lèi)提供的接口主要有：

void DrawMkr(CDC* pDC,CPoint pt);

void DrawMkrInfo(CDC* pDC,

CArray& rect,

CStringArray& strInfo);

void SetPos(UINT nDataIdx);

2.3　信息區(qū)配置

該模塊用于配制繪圖區(qū)頂部和底部的顯示信息。由CGraph類(lèi)實(shí)現(xiàn)信息區(qū)的劃分，通過(guò)位置索引的方式來(lái)確定顯示的位置，在CGraph類(lèi)中實(shí)現(xiàn)對(duì)該信息的繪制。

定義結(jié)構(gòu)體對(duì)信息內(nèi)容和位置進(jìn)行綁定：

typedef struct _XGraphInfo

{

CString strText; //信息區(qū)顯示內(nèi)空

UINT nRowIdx; //信息區(qū)位置橫向索引

UINT nColumIdx;//信息區(qū)位置縱向索引

}XGraphInfo;

在CGraph類(lèi)中，定義下列成員變量存放頂部和底部信息區(qū)劃分：

UINT m_nTopInfoRowNum;

UINT m_nTopInfoColumNum;

UINT m_nBtmInfoColumNum;

UINT m_nBtmInfoColumNum;

在CGraph類(lèi)中，定義下列成員變量存放頂部和底部信息配置：

CArray m_aryBtmInfo;

CArray m_aryTopInfo;

在CGraph類(lèi)中，定義下列接口進(jìn)行信息區(qū)相應(yīng)的配置：

void DivideTopInfoZone(UINT nRow,

UINT nColum);//劃分頂部信息區(qū)

void DivideBottomInfoZone(UINT nRow,

UINT nColum);//劃分底部信息區(qū)

void SetTopInfo(UINT nRowIdx,

UINT nColumIdx,CString str);//設(shè)置頂部信息

void SetBottomInfo(UINT nRowIdx,

UINT nColumIdx,CString str);//設(shè)置底部信息

2.4　繪圖組件化擴(kuò)展

繪圖模塊以繪圖組件化擴(kuò)展的方式來(lái)支持使用者在繪圖區(qū)自繪制圖形。在Graph中定義隊(duì)列成員變量，對(duì)繪圖組件的指針進(jìn)行存儲(chǔ)：

CList< CGComponentInf *, CGComponentInf *> m_pComponentList;

2.4.1CGraph提供的繪圖組件配置接口

void AddComponent(

CGComponentInf* pGComponent);//添加組件

void RemoveComponent(

CGComponentInf* pGComponent);//刪除組件

2.4.2繪圖信息接口類(lèi)CGInfoInf

繪圖組件需要知道繪圖區(qū)域劃分情況，因此定義繪圖信息接口類(lèi)，提供以下接口：

virtual CRect GetGridRect()=0;//獲取網(wǎng)格區(qū)

virtual CRect GetGraphRect()=0;//獲取整個(gè)繪圖區(qū)

virtual CPoint CalcGraphPoint(double fXValue,

double fYValue) = 0;//數(shù)值轉(zhuǎn)換為繪圖點(diǎn)

這些由CGraph實(shí)現(xiàn)，并將指針賦給繪圖組件。

2.4.3繪圖組件接口類(lèi)CGComponentInf

為了支持在基本繪圖不同縱向位置進(jìn)行繪制，將基本繪圖分為背景層、網(wǎng)格層、跡線繪制層。繪圖組件接口類(lèi)提供不同在繪圖層中進(jìn)行繪制的接口：

virtual void DrawUponBk(CDC* pDC,

CGInfoInf* pGInfo);//在背景層之上繪制

virtual void DrawUponTrace(CDC* pDC,

CGInfoInf* pGInfo);//在跡線層以上繪制

virtual void DrawUponGrid(CDC* pDC,

CGInfoInf* pGInfo);//在網(wǎng)格層之上繪制

以上接口由派生類(lèi)實(shí)現(xiàn)，在CGraph中調(diào)用以實(shí)現(xiàn)組件繪圖。

3　繪圖模塊的DLL封裝與導(dǎo)出

對(duì)于使用該模塊進(jìn)行開(kāi)發(fā)的用戶而言，無(wú)需知道上述主要類(lèi)的實(shí)現(xiàn)，只需知道CGraphInterface、CGComponentInf的定義。但模塊需對(duì)外提供CGraph類(lèi)對(duì)象的創(chuàng)建函數(shù)，該函數(shù)返回CGraphInterface類(lèi)型指針。因此，在工程中新建GraphDll.h、GraphDll.cpp，在GraphDll.h中定義該輸出函數(shù)，在GraphDll.cpp中實(shí)現(xiàn)該函數(shù)。

4　應(yīng)用實(shí)例

該繪圖模塊已應(yīng)用在某微波綜合測(cè)量?jī)x器中，該類(lèi)型儀器含有：矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀器、頻譜儀、矢量電壓計(jì)、功率計(jì)等多種儀表，透過(guò)使用該模塊的基本繪圖功能和組件化繪圖擴(kuò)展方式，成功地滿足了該項(xiàng)目的繪圖需求。如圖2-圖4所示，證明該模塊具有較好的通用性。

圖2　使用基本繪圖功能繪制跡線

圖3　使用繪圖組件實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置標(biāo)簽繪制

圖4　使用繪圖組件實(shí)現(xiàn)不同繪圖層的繪制

5　結(jié)　語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于電子測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域的通用繪圖模塊，給出模塊的總體設(shè)計(jì)，各功能模塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及接口設(shè)計(jì)。該繪圖模塊可實(shí)現(xiàn)基本的曲線繪制功能，支持以繪圖組件的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)自定義繪圖。經(jīng)過(guò)測(cè)試, 表明具有易維護(hù)、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn), 可滿足電子測(cè)量?jī)x器的圖形繪制需求。

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