Matlab與TDS系列數(shù)字示波器的通信過程

　　數(shù)字示波器是數(shù)據(jù)采集，A/D轉(zhuǎn)換，軟件編程等一系列的技術(shù)制造出來的高性能示波器。數(shù)字示波器一般支持多級菜單，能提供給用戶多種選擇，多種分析功能。還有一些示波器可以提供存儲，實現(xiàn)對波形的保存和處理。 目前高端數(shù)字示波器主要依靠美國技術(shù)，對于300MHz帶寬之內(nèi)的示波器，目前國內(nèi)品牌的示波器在性能上已經(jīng)可以和國外品牌抗衡，且具有明顯的性價比優(yōu)勢。數(shù)字示波器因具有波形觸發(fā)、存儲、顯示、測量、波形數(shù)據(jù)分析處理等獨特優(yōu)點，其使用日益普及。由于數(shù)字示波器與模擬示波器之間存在較大的性能差異，如果使用不當，會產(chǎn)生較大的測量誤差，從而影響測試任務(wù)。

　　1 通信原理

　　MATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設(shè)計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設(shè)計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平?！?　　MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學軟件。它在數(shù)學類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連 matlab開發(fā)工作界面接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。

　　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：HeaderArguments，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

　　在通信領(lǐng)域內(nèi)，有兩種數(shù)據(jù)通信方式：并行通信和串行通信。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)化和微機分級分布式應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展，通信的功能越來越重要。通信是指計算機與外界的信息傳輸，既包括計算機與計算機之間的傳輸，也包括計算機與外部設(shè)備，如終端、打印機和磁盤等設(shè)備之間的傳輸。串行通信是指 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)一個固定的時間長度。其只需要少數(shù)幾條線就可以在系統(tǒng)間交換信息，特別使用于計算機與計算機、計算機與外設(shè)之間的遠距離通信。