徐春華 余岳輝 彭昭廉

     來源：《電子技術(shù)應(yīng)用》

     摘要：windows環(huán)境下matlab與tds系列數(shù)字示波器的通信過程，給出了相關(guān)的通信程序，并在matlab中對示波器讀取的波形數(shù)據(jù)進行了頻域處理。從而表明它們之間的通信在數(shù)字信號處理方面具有重要的實際意義。

     關(guān)鍵詞：matlab

     串行通信 示波器 數(shù)字信號處理

     tektronix公司的tds系列數(shù)字實時示波器在國內(nèi)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，與其配套的擴展模塊tds2cm和tds2mm模塊具有與外部設(shè)備雙向通訊的能力，可直接與打印機、微機連接，使波形的存儲打印等工作變得十分方面，其中tds2mm還具有fft功能，可以對波形進行實時的頻譜分析。同機配送的wavestar軟件提供了pc機與示波器雙向通訊的功能，具有良好的用戶界面，其其數(shù)據(jù)處理功能卻是很少，僅能對波形的幅值、頻率、周期、上升和下降時間等進行測量，并且大多數(shù)用戶出于價格考慮而配置tds2cm模塊，它不具備tds2mm模塊的頻譜分析功能，這就限制了示波器的進一步開發(fā)利用。mathworks公司的著名數(shù)值計算軟件matlab具有強大的數(shù)值計算功能，它的instrument

     control toolbox提供了強大的外設(shè)控制功能，可以對gpib、rs-232、vxi、centronics端口進行控制。用matlab與tds2cm模塊配合可以實現(xiàn)示波器與微機之間的數(shù)據(jù)通訊，利用matlab強大的數(shù)值處理、矩陣運算功能可對示波器記錄的波形數(shù)據(jù)進行分析和處理。

     1 通信原理

     matlab中的instrument control toolbox包括兩大部件：m文件函數(shù)和接口驅(qū)動適配器。這兩部件提供了matlab與外設(shè)的通訊功能，其與串行通訊端口的通訊原理如圖1所示。

     由圖1可見，matlab的兩大部件提供了一條外設(shè)與matlab之間的交互通道，使用戶與外設(shè)之間進行信息獲取和傳送。同許多高級語言一樣，matlab通過調(diào)用m文件函數(shù)來創(chuàng)建設(shè)備對象，得到設(shè)備的文件句柄，而設(shè)備驅(qū)動程序作為操作系統(tǒng)中直接控制硬件的模塊，是鏈接操作系統(tǒng)內(nèi)核與系統(tǒng)外部設(shè)備i/o操作的關(guān)鍵模塊。它將具體的硬件細節(jié)隱藏實現(xiàn)對外設(shè)操作的透明，因此matlab可以象操作文件一樣實現(xiàn)對外設(shè)的讀、寫操作。讀寫時的數(shù)據(jù)傳輸格式、輸入輸出緩沖區(qū)大小以及讀寫溢出時間等由圖1中的屬性值定義，其根據(jù)為具體的通訊端口和通訊方式以及數(shù)據(jù)大小。示波器所產(chǎn)生的事件和狀態(tài)被示波器保存在標準事件狀態(tài)寄存器（sesr）狀態(tài)字節(jié)寄存器（sbr）和事件隊列中，供（matlab）回調(diào)函數(shù)讀取。同時用戶可以通過設(shè)置設(shè)備事件狀態(tài)使能寄存器（deser）以及事件狀態(tài)能寄存器（eser）、服務(wù)請求使能寄存器（srer）這三個使能寄存器來控制何種事件或狀態(tài)被保存在保存在狀態(tài)寄存器和事件隊列中。matlab對示波器的設(shè)置詢問命令由fprintf函數(shù)以字符串的形式輸出。設(shè)置和詢問命令由具體的示波器廠商定義，其格式為：header

     arguments，多個參數(shù)之間由逗號相隔。當以二進制格式對示波器的波形進行數(shù)據(jù)讀寫時，讀寫數(shù)據(jù)與示波器實際數(shù)據(jù)換算由下式給出：

     xn=xzero+xincr·n

     yn=yzero+ymult（yn-yoff）

     （1）

     其中，yn為輸入、輸出緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，n為數(shù)據(jù)個數(shù)，xn、yn為示波器中實際采樣時間與信號幅值。

     2 數(shù)據(jù)傳輸

     rs-232串行通信接口被廣泛應(yīng)用于近距離的計算機和終端之間的相互通信當中，tds210示波器也配接有db9型插件的rs-232接口。當采用硬件握手方式進行通信控制時，示波器使用cd（carrier

     detect）、cts(clear to send)、ri（ring indicator）三個控制信號表明其當前狀態(tài)，而matlab使用rts（request

     to send）信號請求數(shù)據(jù)發(fā)送。由于采用異步通信協(xié)議對通信雙方的時鐘同步要求不太嚴格，由數(shù)據(jù)的起始位作為雙方通信的同步信號，因此matlab與示波器之間采用異步通信，編制的從