開(kāi)題報(bào)告舵機(jī)通訊測(cè)試軟件研制

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告題目：舵機(jī)通訊測(cè)試軟件研制院 （系） 電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 測(cè)控技術(shù)與儀器 學(xué) 生 曹聰 學(xué) 號(hào) 1090110108 班 號(hào) 0901101 指導(dǎo)教師 劉大同 開(kāi)題報(bào)告日期 2013年3月 28日 哈爾濱工業(yè)大學(xué)教務(wù)處制2013年3月說(shuō) 明一、開(kāi)題報(bào)告應(yīng)包括下列主要內(nèi)容：1課題來(lái)源及研究的目的和意義；2國(guó)內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析；3主要研究?jī)?nèi)容；4研究方案及進(jìn)度安排，預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)；5為完成課題已具備和所需的條件和經(jīng)費(fèi)；6預(yù)計(jì)研究過(guò)程中可能遇到的困難和問(wèn)題，以及解決的措施；7主要參考文獻(xiàn)。二、對(duì)開(kāi)題報(bào)告的要求1開(kāi)題報(bào)告的字?jǐn)?shù)應(yīng)在3000字以上；2閱讀的主要

2、參考文獻(xiàn)應(yīng)在10篇以上，其中外文資料應(yīng)不少于三分之一。本學(xué)科的基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)課教材一般不應(yīng)列為參考資料。3參考文獻(xiàn)按在開(kāi)題報(bào)告中出現(xiàn)的次序列出；4參考文獻(xiàn)書(shū)寫(xiě)順序：序號(hào) 作者.文章名.學(xué)術(shù)刊物名.年，卷（期）：引用起止頁(yè)。三、如學(xué)生首次開(kāi)題報(bào)告未通過(guò)，需在一周內(nèi)再進(jìn)行一次。四、開(kāi)題報(bào)告由指導(dǎo)教師填寫(xiě)意見(jiàn)、簽字后，統(tǒng)一交所在院（系）保存，以備檢查。指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 指導(dǎo)教師簽字： 檢查日期： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)目 錄1課題來(lái)源及研究的目的和意義12國(guó)內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析12.1舵機(jī)控制和測(cè)試接口技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析12.2串行通訊技術(shù)現(xiàn)狀分析22.2.1rs-485通訊方式22.2.2hdlc通訊協(xié)議

3、42.3labwindows/cvi開(kāi)發(fā)環(huán)境43主要研究?jī)?nèi)容53.1主要技術(shù)要求53.2主要研究?jī)?nèi)容64研究方案及進(jìn)度安排，預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)74.1研究方案74.1.1硬件板卡介紹74.1.2pci驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)方案84.1.3cvi程序開(kāi)發(fā)方案104.2進(jìn)度安排124.3預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)125為完成課題已具備和所需的條件和經(jīng)費(fèi)136研究過(guò)程中可能遇到的困難和問(wèn)題，解決的措施137主要參考文獻(xiàn)141 課題來(lái)源及研究的目的和意義本課題屬技術(shù)研發(fā)類(lèi)，來(lái)源于某實(shí)際工程項(xiàng)目。舵機(jī)通訊測(cè)試系統(tǒng)，主要是完成對(duì)飛行器舵葉控制電機(jī)（舵機(jī)）的性能測(cè)試，功能一個(gè)是給出相應(yīng)舵機(jī)動(dòng)作指令，同時(shí)查看舵機(jī)是否正確完成動(dòng)作，另一個(gè)功

4、能是對(duì)舵機(jī)工作時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，給出動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)圖像，以監(jiān)測(cè)舵機(jī)工作的穩(wěn)定性。即設(shè)計(jì)rs-485通訊接口的舵機(jī)測(cè)試系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)與舵機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，并完成對(duì)舵機(jī)的性能測(cè)試和功能驗(yàn)證，開(kāi)發(fā)可視化圖形顯示界面，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的解析和運(yùn)算處理，顯示出舵機(jī)實(shí)際運(yùn)行特征曲線，實(shí)際的系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)，將應(yīng)用于實(shí)際的舵機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。本課題即利用labwindows/cvi開(kāi)發(fā)環(huán)境完成pc機(jī)控制舵機(jī)的指令，通過(guò)rs85串口通訊完成數(shù)據(jù)的傳輸，加深對(duì)通訊協(xié)議的理解。通過(guò)后續(xù)數(shù)據(jù)處理等全套工作的完成鍛煉對(duì)工程項(xiàng)目整體的把握，具有重要的科研意義。通過(guò)本課題的設(shè)計(jì)工作，使學(xué)生學(xué)習(xí)和理解串行通訊的

5、基本概念，了解rs-485通訊接口、hdlc協(xié)議等概念和實(shí)現(xiàn)方法、串行數(shù)據(jù)的收發(fā)控制及l(fā)abwindows/cvi軟件開(kāi)發(fā)方法。本課題的成果將應(yīng)用于舵機(jī)性能的測(cè)試與控制，能夠極大的鍛煉學(xué)生軟件開(kāi)發(fā)的能力，以及掌握一定的系統(tǒng)軟件調(diào)試能力。2 國(guó)內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析2.1 舵機(jī)控制和測(cè)試接口技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析舵機(jī)作為飛行器最基本的輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種飛行器的姿態(tài)控制中。舵機(jī)控制系統(tǒng)是典型的位置伺服控制系統(tǒng)，其性能的好壞直接影響飛行器飛行過(guò)程中的動(dòng)態(tài)品質(zhì)1。傳統(tǒng)的舵機(jī)控制系統(tǒng)主要采用模擬控制方法或者單片機(jī)、dsp 構(gòu)成的數(shù)字控制器。模擬控制器體積大、重量大，易受干擾，難以調(diào)試，檢驗(yàn)測(cè)試也

6、不直觀，制約著電動(dòng)舵機(jī)的綜合性能。而采用單片機(jī)、dsp 構(gòu)成的數(shù)字控制器，同樣也存在著體積較大，控制通道有限，控制周期較長(zhǎng)，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)多臺(tái)電機(jī)的控制，因此在體積狹小的空間內(nèi)同樣受到制約?，F(xiàn)代舵機(jī)控制系統(tǒng)普遍向小型化、全數(shù)字、多通道方向發(fā)展，針對(duì)實(shí)際項(xiàng)目需求，對(duì)該類(lèi)型的舵機(jī)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，研制出滿足工程應(yīng)用的超小型、全數(shù)字舵機(jī)控制系統(tǒng)。作為飛行器中最主要的執(zhí)行部件，能否快速、準(zhǔn)確地完成對(duì)舵機(jī)的控制直接關(guān)系到飛行器的自主控制效果。因此，舵控系統(tǒng)成為自主飛行控制系統(tǒng)中最重要的組成部分之一，它的主要功能是接收機(jī)載計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制指令的采集、分析和處理，并根據(jù)控制指令向舵機(jī)輸

7、出連續(xù)可調(diào)的舵控信號(hào)，操縱飛行器上各舵機(jī)完成預(yù)定動(dòng)作2。本課題中，由于舵機(jī)是被測(cè)對(duì)象，原來(lái)大多都是模擬信號(hào)接口，現(xiàn)在轉(zhuǎn)換成為串行通訊控制接口（即485接口），所以，本次實(shí)現(xiàn)對(duì)于舵機(jī)的測(cè)試，也采用串行通訊測(cè)試的方式。圖 2-1 串/并行通訊方式一條信息的各位數(shù)據(jù)被逐位按順序傳送的通訊方式稱(chēng)為串行通訊。串行通訊的特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)位傳送，傳按位順序進(jìn)行，最少只需一根傳輸線即可完成，成本低但送速度慢。串行通訊的距離可以從幾米到幾千米。根據(jù)信息的傳送方向，串行通訊可以進(jìn)一步分為單工、半雙工和全雙工三種。信息只能單向傳送為單工；信息能雙向傳送但不能同時(shí)雙向傳送稱(chēng)為半雙工；信息能夠同時(shí)雙向傳送則稱(chēng)為全雙工。 串

8、行通訊又分為異步通訊和同步通訊兩種方式。在單片機(jī)中，主要使用異步通訊方式。串行通信使用一條數(shù)據(jù)線，將數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸，每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長(zhǎng)度。其只需要少數(shù)幾條線就可以在系統(tǒng)間交換信息，特別使用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的遠(yuǎn)距離通信。而并行通訊是一組數(shù)據(jù)的各數(shù)據(jù)位在多條線上同時(shí)被傳輸?shù)膫鬏敺绞?。并行通信時(shí)數(shù)據(jù)的各個(gè)位同時(shí)傳送，可以字或字節(jié)為單位并行進(jìn)行。并行通信速度快，但用的通信線多、成本高，故不宜進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。2.2 串行通訊技術(shù)現(xiàn)狀分析2.2.1 rs-485通訊方式 在串行通訊的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，最被人們熟悉的便是eia232、eia-422和eia485，也就是以前所

9、稱(chēng)的rs-232、rs-422和rs-485。由于eia提出的建議標(biāo)準(zhǔn)都是以“rs”作為前綴，所以在工業(yè)通信領(lǐng)域，仍然習(xí)慣將上述標(biāo)準(zhǔn)以rs作前綴稱(chēng)謂。目前eia-232是pc機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。eia-232被定義為一種在低速率串行通信中增加通信距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。eia-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通信。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，eia232的傳送距離要求可達(dá)50英尺（約15米），最高速率為20kbps。圖2-2 rs-232接口由于eia-232存在傳輸距離有限等不足，于是eia-422誕生了。eia-422標(biāo)準(zhǔn)全稱(chēng)是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”，它定義了一種平衡通信接口，將

10、傳輸速率提高到10mbps，傳輸距離延長(zhǎng)到4000英尺（約1219米），并允許在一條平衡總線上連接最多10個(gè)接收器。當(dāng)然，eia422也有缺陷: 因?yàn)槠淦胶怆p絞線的長(zhǎng)度與傳輸速率成反比，所以在100kbps速率以?xún)?nèi)，傳輸距離才可能達(dá)到最大值，也就是說(shuō)，只有在很短的距離下才能獲得最高傳輸速率。一般在100米長(zhǎng)的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1mbps。另外有一點(diǎn)必須指出，在eia-422通信中，只有一個(gè)主設(shè)備（master），其余為從設(shè)備（slave），從設(shè)備之間不能進(jìn)行通信，所以eia-422支持的是點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的雙向通信。 為擴(kuò)展應(yīng)用范圍，eia于1983年在eia-422基礎(chǔ)上制定了eia

11、-485標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個(gè)發(fā)送器連接到同一條總線上，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng)能力和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展了總線共模范圍，后命名為tia/eia-485-a標(biāo)準(zhǔn)。由于eia-485是從eia-422基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，所以eia-485許多電氣規(guī)定與eia-422相仿，如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線上接終接電阻、最大傳輸距離約為1219米、最大傳輸速率為10mbps等。但是，eia-485可以采用二線與四線方式，采用二線制時(shí)可實(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)雙向通信，而采用四線連接時(shí)，與eia-422一樣只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信，但它比eia-422有改進(jìn)， 無(wú)論四線還是二線連接方式總線上可接多

12、達(dá)32個(gè)設(shè)備。rs-485（其后均已rs-485代替eia-485）接口具有高數(shù)據(jù)傳輸速率，強(qiáng)抗干擾性，長(zhǎng)距離傳輸和多站能力，能夠多點(diǎn)、雙向通信，即同一條總線上允許連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器，因此目前在銀行、通信、軍工等領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的使用。另外，rs485采用差分信號(hào)負(fù)邏輯，+2v+6v表示“0”，- 6v- 2v表示“1”。rs485有兩線制和四線制兩種接線，四線制是全雙工通訊方式，兩線制是半雙工通訊方式。在rs485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)從機(jī)。很多情況下，連接rs-485通信鏈路時(shí)只是簡(jiǎn)單地用一對(duì)雙絞線將各個(gè)接口的“a”、“b”端連接起來(lái)。而忽略了信號(hào)地的連

13、接，這種連接方法在許多場(chǎng)合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，這有二個(gè)原因：（1） 共模干擾問(wèn)題： rs-485接口采用差分方式傳輸信號(hào)方式，并不需要相對(duì)于某個(gè)參照點(diǎn)來(lái)檢測(cè)信號(hào)，系統(tǒng)只需檢測(cè)兩線之間的電位差就可以了。但人們往往忽視了收發(fā)器有一定的共模電壓范圍，rs-485收發(fā)器共模電壓范圍為-7+12v，只有滿足上述條件，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線路中共模電壓超出此范圍時(shí)就會(huì)影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。（2） emi問(wèn)題：發(fā)送驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)中的共模部分需要一個(gè)返回通路，如沒(méi)有一個(gè)低阻的返回通道（信號(hào)地），就會(huì)以輻射的形式返回源端，整個(gè)總線就會(huì)像一個(gè)巨大的天線向外輻射電磁波。表2-1

14、兩種基本接口的硬件標(biāo)準(zhǔn)及電氣特性類(lèi)型傳輸方式最多驅(qū)動(dòng)和接收器數(shù)量最高傳輸速率最大傳輸距離rs-232非平衡傳輸120kbit/s15mrs-485差分平衡3210mbit/s1200m(100kbit/s)2.2.2 hdlc通訊協(xié)議hdlc面向比特的同步協(xié)議：high level data link control（高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程）。 hdlc是面向比特的數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議的典型代表，該協(xié)議不依賴(lài)于任何一種字符編碼集；數(shù)據(jù)報(bào)文可透明傳輸，用于實(shí)現(xiàn)透明傳輸?shù)摹?比特插入法”易于硬件實(shí)現(xiàn)；全雙工通信，有較高的數(shù)據(jù)鏈路傳輸效率；所有幀采用crc檢驗(yàn)，對(duì)信息幀進(jìn)行順序編號(hào)，可防止漏收或重份，傳輸

15、可靠性高；傳輸控制功能與處理功能分離，具有較大靈活性3。hdlc協(xié)議是通信領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的協(xié)議之一，具有差錯(cuò)檢錯(cuò)功能強(qiáng)、同步傳輸?shù)忍攸c(diǎn)。hdlc協(xié)議的幀的一般形式如圖3，各段的意義如下： f(幀間隔標(biāo)志)為01111110；a(地址字段)為通信雙方的地址； c(控制字段)為幀的類(lèi)型，比如數(shù)據(jù)幀、控制幀；i(信息字段)指高層用戶(hù)的數(shù)據(jù)，任意的二進(jìn)制字符串； fcs(校驗(yàn)碼)為對(duì)a、c、i字段進(jìn)行循環(huán)冗余校驗(yàn)。圖 2-3 hdlc協(xié)議的幀的一般形式為保證幀間隔標(biāo)志的唯一性，在后續(xù)的字段中采用“0”比特插入/刪除技術(shù)，發(fā)送時(shí)，幀間隔標(biāo)志之外的所有信息，只要出現(xiàn)連續(xù)的5個(gè)“1”，則自動(dòng)插入一個(gè)0；同

16、樣，接收方在接收數(shù)據(jù)時(shí)，只要遇到連續(xù)的5個(gè)“1”，則自動(dòng)將其后的“0”刪除掉4。2.3 labwindows/cvi開(kāi)發(fā)環(huán)境本課題選用labwindovs/cvi開(kāi)發(fā)環(huán)境完成上位機(jī)控制界面的開(kāi)發(fā)，軟件的調(diào)試，從而實(shí)現(xiàn)單通道自收發(fā)、接收數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并保存文件的功能。labwindows/cvi 是national instruments 公司(美國(guó)國(guó)家儀器公司，簡(jiǎn)稱(chēng)ni 公司)推出的交互式c 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)平臺(tái)。labwindows/cvi 將功能強(qiáng)大、使用靈活的c 語(yǔ)言平臺(tái)與用于數(shù)據(jù)采集分析和顯示的測(cè)控專(zhuān)業(yè)工具有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，利用它的集成化開(kāi)發(fā)環(huán)境、交互式編程方法、函數(shù)面板和豐富的庫(kù)函數(shù)大大增強(qiáng)了c 語(yǔ)

17、言的功能，為熟悉c 語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)人員編寫(xiě)檢測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)測(cè)試環(huán)境、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)等應(yīng)用軟件提供了一個(gè)理想的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。2009年12月美國(guó)國(guó)家儀器有限公司（national instruments，簡(jiǎn)稱(chēng)ni）宣布推出labwindows/cvi 2009，這是最新版本的ansi c開(kāi)發(fā)環(huán)境，用于構(gòu)建可靠的測(cè)試與測(cè)量解決方案。該軟件支持包括可連接labview fpga的c接口在內(nèi)的pc新技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)與基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（fpga）的硬件、微軟windows 7和64位操作系統(tǒng)的連接，以簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)和部署labwindows/cvi的應(yīng)用程序。工程師和科學(xué)家們可以通過(guò)使用新的軟件執(zhí)

18、行分析工具包，來(lái)分析和優(yōu)化標(biāo)有圖示的應(yīng)用源代碼運(yùn)行時(shí)的性能，而這些圖示會(huì)顯示運(yùn)行該應(yīng)用程序的每個(gè)階段所需的時(shí)間，以此可以進(jìn)一步提高應(yīng)用程序的可靠性和生產(chǎn)效率。此外，labwindows/cvi 2009通過(guò)運(yùn)用最新的屬性瀏覽器提高生產(chǎn)效率，方便了自定義用戶(hù)界面的快速設(shè)計(jì)和調(diào)試性能的改善。和其他虛擬儀器開(kāi)發(fā)工具相比,labwindovs/cvi具有如下特點(diǎn):(l)基于標(biāo)準(zhǔn)c語(yǔ)言,編程技術(shù)主要采用事件驅(qū)動(dòng)方式與回調(diào)函數(shù)方式,簡(jiǎn)單易學(xué)。(2)是可視化、交互式的開(kāi)發(fā)工具。具有人機(jī)交互界面編輯器,運(yùn)用可視化交互技術(shù)實(shí)現(xiàn)“所見(jiàn)即所得”,使人機(jī)界面的實(shí)現(xiàn)直觀簡(jiǎn)單。這種交互式編程技術(shù)大大提高了工程設(shè)計(jì)的效率和

19、可靠性。(3)具有程序自動(dòng)生成的能力,可減少軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中代碼編寫(xiě)的工作量。(4)有大量與外部代碼或軟件進(jìn)行連接的機(jī)制,如d玩(動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù))、dde(共享庫(kù))、activex等。(5)具有齊全的軟件工具包及功能強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù),包含daq、rs-232/485等的各種儀器通訊總線標(biāo)準(zhǔn)的所有功能函數(shù),使不懂總線標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)者也能驅(qū)動(dòng)不同總線標(biāo)準(zhǔn)的接口設(shè)備與儀器。(6)具有多種靈活的函數(shù)調(diào)用手段5。3 主要研究?jī)?nèi)容3.1主要技術(shù)要求（1）rs-485接口技術(shù)指標(biāo)為：四路獨(dú)立rs-485接口，支持hdlc/sdlc通訊協(xié)議； 通訊速率800kbps、1mbps或2mbps可設(shè)置；具有發(fā)送并接收數(shù)據(jù)的功能；

20、（2）軟件功能指標(biāo)要求：實(shí)現(xiàn)四路舵機(jī)反饋數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)圖形顯示；配置舵機(jī)的動(dòng)作頻譜類(lèi)型：正弦波、三角波、方波和鋸齒波；提供硬件板卡的自檢和復(fù)位功能；人機(jī)界面友好，便于操作；（3）完成通訊協(xié)議設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)；（4）完成pci驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)和及cvi程序開(kāi)發(fā)。3.2主要研究?jī)?nèi)容（1）了解hdlc通訊協(xié)議的概念和設(shè)計(jì)方法，根據(jù)任務(wù)要求，明確設(shè)計(jì)內(nèi)容和相關(guān)測(cè)試流程；（2）實(shí)現(xiàn)rs-485通訊協(xié)議的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，完成數(shù)據(jù)自收發(fā)測(cè)試，能夠存儲(chǔ)通訊接收到的數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存文件；（3）開(kāi)發(fā)上位機(jī)控制軟面板，按照要求完成對(duì)舵機(jī)的功能測(cè)試；（4）完成設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)說(shuō)明、使用說(shuō)明、技術(shù)說(shuō)明等文檔的編寫(xiě)工作；（5）對(duì)課題工作進(jìn)行總結(jié)，形成研

21、究工作總結(jié)和論文。4 研究方案及進(jìn)度安排，預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)4.1 研究方案4.1.1 硬件板卡介紹由于pc機(jī)默認(rèn)的只帶有rs232接口，有兩種方法可以得到pc上位機(jī)的rs485電路： （1）通過(guò)rs232/rs485轉(zhuǎn)換電路將pc機(jī)串口rs232信號(hào)轉(zhuǎn)換成rs485信號(hào)，對(duì)于情況比較復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境最好是選用防浪涌帶隔離柵的產(chǎn)品。 （2）通過(guò)設(shè)計(jì)pci多功能串口卡，實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)為rs485類(lèi)型的擴(kuò)展卡。因本課題來(lái)源于實(shí)際工程項(xiàng)目，為便于操作方后期自由利用驅(qū)動(dòng)包完成其他工作，在此選用pci多功能串口卡，通過(guò)我方的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)為rs485的擴(kuò)展卡，并對(duì)編寫(xiě)的驅(qū)動(dòng)及軟件程序進(jìn)行裝包處理，以便后續(xù)相

22、關(guān)工程的擴(kuò)展性應(yīng)用6。圖4-1 舵機(jī)通訊系統(tǒng)組成綜上所述，pci多功能串口卡內(nèi)部硬件可由如下幾大模塊組成：1） 485通訊模塊：完成485信號(hào)電平轉(zhuǎn)換2） fpga數(shù)據(jù)處理模塊：完成數(shù)據(jù)收發(fā)控制3） pci接口模塊：通過(guò)pci協(xié)議芯片9030與上位機(jī)進(jìn)行通信 圖4-2 pci多功能卡硬件組成框圖4.1.2 pci驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)方案驅(qū)動(dòng)程序是直接工作在各種硬件設(shè)備上的軟件，其“驅(qū)動(dòng)”這個(gè)名稱(chēng)也十分形象的指明了它的功能。正是通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序，各種硬件設(shè)備才能正常運(yùn)行，達(dá)到既定的工作效果。硬件如果缺少了驅(qū)動(dòng)程序的“驅(qū)動(dòng)”，那么本來(lái)性能非常強(qiáng)大的硬件就無(wú)法根據(jù)軟件發(fā)出的指令進(jìn)行工作，硬件就是空有一身本領(lǐng)都無(wú)從發(fā)

23、揮，毫無(wú)用武之地。軟件測(cè)試中，自底向上，要編寫(xiě)稱(chēng)為測(cè)試驅(qū)動(dòng)的模塊調(diào)用正在測(cè)試的模塊。測(cè)試驅(qū)動(dòng)模塊以和將來(lái)真正模塊同樣的方式掛接，向處于測(cè)試的模塊發(fā)送測(cè)試用例數(shù)據(jù)，接受返回結(jié)果，驗(yàn)證結(jié)果是否正確。所以程序都要驅(qū)動(dòng)程序不然像打印機(jī)，音響電腦都無(wú)法識(shí)別。圖4-3 驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)在windows 系統(tǒng)下，外設(shè)欲與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，必須有自己的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)，也是對(duì)設(shè)計(jì)者要求較高的一部分?，F(xiàn)在比較流行的驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)工具有ddk、windriver、driverstudio、labwindows/cvi等。 ddk許多vmm 服務(wù)都使用寄存器的調(diào)用方式，使用起來(lái)不是很方便，沒(méi)有深厚的匯編語(yǔ)言和硬件

24、基礎(chǔ)很難在短時(shí)間里開(kāi)發(fā)出設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。于是microsoft 公司提供了設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序工具箱（ddk），它是基于匯編語(yǔ)言的編程方式。ddk 的優(yōu)點(diǎn)是可以開(kāi)發(fā)核心態(tài)的真正意義上驅(qū)動(dòng)程序，開(kāi)發(fā)出來(lái)的驅(qū)動(dòng)程序效率是最高的。 windriverwindriver 是一套pci 驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)包。它改變了傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)的方法和思路，極大的簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)程序的編制；同時(shí)，又沒(méi)有犧牲驅(qū)動(dòng)程序的性能，是一套高效、快捷的pci驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)軟件包。特別適合專(zhuān)業(yè)硬件人員的使用。利用windriver 開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序，不需要熟悉操作系統(tǒng)的內(nèi)核，整個(gè)驅(qū)動(dòng)程序中的所有函數(shù)都是工作在用戶(hù)態(tài)下的，通過(guò)與windriver 的.vxd

25、 或者.sys 文件交互來(lái)達(dá)到驅(qū)動(dòng)硬件的目的。由于是一個(gè)用戶(hù)態(tài)程序，效率的高低也就成了人們選擇windriver 時(shí)關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題。大量實(shí)踐數(shù)據(jù)表明，windriver 并沒(méi)有通過(guò)大量犧牲系統(tǒng)性能來(lái)?yè)Q取驅(qū)動(dòng)程序的快速開(kāi)發(fā)，的確是一個(gè)高效的開(kāi)發(fā)工具。但是使用windriver 對(duì)于理解真正windows 的核心態(tài)驅(qū)動(dòng)不太有利。 driverstudiodriverstudio 是一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序集成開(kāi)發(fā)包，把那些每個(gè)驅(qū)動(dòng)程序都需要的代碼都封裝成類(lèi)庫(kù)。庫(kù)代碼自動(dòng)地處理例行的操作，這極大地簡(jiǎn)小了任務(wù)的復(fù)雜度。由于windows nt 和wdm 驅(qū)動(dòng)程序接口為面向?qū)ο蠓椒ǖ膽?yīng)用提供了良好的條件。而driv

26、erworks 充分利用操作系統(tǒng)面向?qū)ο蟮膬?yōu)良特性，與微軟的ddk 相比，它為設(shè)計(jì)基于windows nt 和wdm（驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)模型）的驅(qū)動(dòng)程序提供了更加友好的方式7。使用driverworks，設(shè)計(jì)人員能以更快的速度開(kāi)發(fā)nt 和wdm驅(qū)動(dòng)程序。在大多數(shù)情況下，driverworks 函數(shù)庫(kù)的使用，可以大大減少驅(qū)動(dòng)程序的代碼長(zhǎng)度。driverwizarddriverworks 的代碼向?qū)?，與微軟的visual c+ 緊密的集成。超過(guò)1500 行的驅(qū)動(dòng)程序源代碼框架只需幾次鼠標(biāo)點(diǎn)擊就可完成。這些代碼還包含了詳細(xì)的注釋8。 labwindows/cvi用labwindows/cvi軟件可以開(kāi)發(fā)出

27、儀器的驅(qū)動(dòng)程序。這主要是因?yàn)閘abwindows/cvi具有一部分通用的儀器設(shè)備驅(qū)動(dòng)庫(kù)visa(virtual instrument software architecture，以下簡(jiǎn)稱(chēng)為“visa”)。有了它們，用戶(hù)可以比較容易地開(kāi)發(fā)出幾個(gè)系列的總線兼容設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。如rs-232儀器驅(qū)動(dòng)系列、gpib儀器驅(qū)動(dòng)系列、vxi總線系列驅(qū)動(dòng)程序。在labwindows/cvi環(huán)境下，通過(guò)ni-visa中的driver wizard可以生成pci的驅(qū)動(dòng)程序。打開(kāi)driverwizard，在hardware bus select中選擇pxi/pci,在下一步中設(shè)置manufacturerid和mode

28、l code,生成對(duì)應(yīng)于pci多功能板卡的驅(qū)動(dòng)9。labwindows/cvi中設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序是比傳統(tǒng)概念中的驅(qū)動(dòng)程序更高一層的概念。他們免去了編程人員頻繁地同i/o端口打交道。它是放入用戶(hù)應(yīng)用程序的一種高層的軟件功能。它不僅完全適用于目前各種標(biāo)準(zhǔn)的儀器設(shè)備，而且可對(duì)一大批老的儀器設(shè)備提供支持。所有的labwindows/cvi應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)程序，傳遞時(shí)在可能的情況下都伴有源碼，并且很多都有完整的幫助文件。它們都是在的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)環(huán)境下開(kāi)發(fā)的，用戶(hù)可以根據(jù)具體情況改造自己的程序，使它們更加強(qiáng)大并對(duì)自己的應(yīng)用程序有更大的彈性。labwindows/cvi由于labwindows/cvi具有以上的優(yōu)點(diǎn)，本

29、設(shè)計(jì)選擇labwindows/cvi作為驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)工具。在labwindows/cvi中visa library下，調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)，即可完成pci多功能板卡的識(shí)別和操作。visa的使用方法包括如下幾點(diǎn)：(1) 打開(kāi)visa 資源管理器句柄。用到的函數(shù)為viopendefaultrm。函數(shù)的功能是打開(kāi)與visa 的通信通道。(2) 搜尋并列出儀器系統(tǒng)中儀器的句柄。用到的函數(shù)為vifindrsrc、vifindnext。 函數(shù)的功能是尋找系統(tǒng)中的設(shè)備，并返回設(shè)備的地址。(3) 打開(kāi)儀器句柄。用到的函數(shù)為viopen。 函數(shù)的功能是打開(kāi)與設(shè)備的通信通道。(4) 設(shè)置儀器的狀態(tài)，控制儀器的操作，讀取測(cè)

30、量數(shù)據(jù)等。用到的函數(shù)為viprintf、viscan 等。函數(shù)的功能是對(duì)儀器的緩沖區(qū)的讀和寫(xiě)。(5) 釋放所需儀器的句柄。用到的函數(shù)為viclose， 其功能為釋放儀器資源。(6) 釋放visa 資源管理器句柄。用到的函數(shù)為viclose， 其功能為釋放和visa 的通信通道10。對(duì)應(yīng)代碼如下：viopendefaultrm (&rm_handle); /初始化visa系統(tǒng)；vifindrsrc(rm_handle,pxi?*instr,&findhandle, vi_null, insdisp);/搜索pxi/pci接口設(shè)備；viopen (rm_handle, insdisp, vi_nu

31、ll, vi_null, &ins_handle);/打開(kāi)相應(yīng)的pci設(shè)備（資源）；vigetattribute (ins_handle, vi_attr_manf_id, &sub_vendorid);/得到pci設(shè)備的vendoridvigetattribute(ins_handle,vi_attr_model_code, sub_deviceid);/得到pci設(shè)備的deviceid4.1.3 cvi程序開(kāi)發(fā)方案根據(jù)課題對(duì)軟件功能的指標(biāo)要求，需要實(shí)現(xiàn)四路舵機(jī)反饋數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)圖形顯示；配置舵機(jī)的動(dòng)作頻譜類(lèi)型：正弦波、三角波、方波和鋸齒波；提供硬件板卡的自檢和復(fù)位功能；人機(jī)界面友好，便于操作。

32、虛擬儀器軟面板的開(kāi)發(fā)在labwindows/cvi提供的cvi環(huán)境下完成的。這種圖形開(kāi)發(fā)環(huán)境比其它高級(jí)語(yǔ)言（c和vc）開(kāi)發(fā)的圖形界面不僅容易而且效果更好。并且這個(gè)工具提供了許多信號(hào)處理算法的功能模塊。用戶(hù)可以在應(yīng)用控制面板上自由組合所需要的信號(hào)處理功能。能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)處理和信號(hào)較正確的實(shí)時(shí)顯示的效果11。根據(jù)課題要求，涉及面板如下：表4-1 cvi面板設(shè)計(jì)面板數(shù)量面板名稱(chēng)執(zhí)行功能執(zhí)行順序1開(kāi)始面板點(diǎn)擊程序開(kāi)始運(yùn)行自上而下1信息面板輸入并記錄測(cè)試信息1自檢面板檢測(cè)儀器試運(yùn)行是否ok1舵機(jī)解鎖面板舵機(jī)解鎖并進(jìn)入等候命令狀態(tài)4波形設(shè)置面板四種波形各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)定1工作面板執(zhí)行數(shù)據(jù)采集、波形顯示、數(shù)據(jù)保存

33、、復(fù)位等多項(xiàng)操作對(duì)應(yīng)的軟件流程圖如下：圖4-4 軟件流程圖4.2 進(jìn)度安排2013年2月25日至2013年3月24日：查閱資料，熟悉軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，學(xué)習(xí)硬件系統(tǒng)基本原理，確認(rèn)基本方案；2013年3月25日至2013年4月14日：完成rs-485通訊協(xié)議的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)單通道自收發(fā)功能；2013年4月15日至2013年5月4日：能夠?qū)崿F(xiàn)單通道接收數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并保存文件；2013年5月5日至2013年6月5日：完成cvi上位機(jī)控制界面的開(kāi)發(fā)，完成軟件調(diào)試；2013年6月6日至2013年6月30日：整理相關(guān)成果，撰寫(xiě)畢業(yè)論文，準(zhǔn)備答辯。4.3 預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)（1） 順利實(shí)現(xiàn)軟件功能指標(biāo)，四路舵機(jī)反饋數(shù)據(jù)完整流暢。（2） 驅(qū)動(dòng)程序封裝完好，可簡(jiǎn)單清晰調(diào)用。（3） 論文撰寫(xiě)規(guī)范，思路完整，表述清晰。5 為完成課題已具備和所需的條件和經(jīng)費(fèi)（1） 課題背景為基于虛擬儀器的軟件研制。開(kāi)發(fā)環(huán)境為labwindows/cvi軟 件平臺(tái)，后期調(diào)試運(yùn)行需要用到pci板卡，初期驅(qū)動(dòng)及軟件的開(kāi)發(fā)需要pc機(jī)即可完成。（2） 設(shè)計(jì)所需硬件器件、開(kāi)發(fā)軟件、調(diào)試設(shè)備和其他費(fèi)用都由實(shí)驗(yàn)室提供。6 研究過(guò)程中可能遇到的困難和問(wèn)題，解決的措施難題一：labwindows/cvi軟件中面板內(nèi)容的設(shè)計(jì)。解決方法： 分塊設(shè)計(jì)，分塊調(diào)試，勤加改動(dòng)。cvi面板布局的集成度及功能的全面性是設(shè)計(jì)的一大難題，對(duì)于宏觀概念上的功能