摘要： 本文介紹一種電子測量儀器IO模擬器實現(xiàn)方法。以網絡分析儀HP8753E為例討論了模擬器的部分實現(xiàn)細節(jié)及模擬結果。

關鍵詞： 儀器；IO模擬器；狀態(tài)機；網絡分析儀

模擬器工作原理

　　如圖1所示，應用程序的IO操作由虛擬IO驅動程序傳遞入模擬設備。IO模擬器通過加載描述設備工作模式的數(shù)據文件實現(xiàn)設備IO行為仿真。當物理IO驅動與虛擬IO驅動程序繼承于同一個父類時，應用程序可以通過配置驅動程序在運行時進行物理設備IO與模擬設備IO的動態(tài)切換。對實際設備的寫入操作就自動轉發(fā)給模擬設備，并由模擬設備對讀出等操作進行響應，返回相應數(shù)據流到應用程序。

圖1  模擬器工作原理示意圖

　　IO模擬器根據數(shù)據文件實現(xiàn)一個用戶定義的有限狀態(tài)機。如圖2所示：繼承自抽象基類(IOManager)的VISimulator類用于實現(xiàn)IO模擬器。將模擬器替代實際IO管理器對象(VisaIOManger)進行配置后，模擬器將截獲上層應用程序發(fā)出的IO指令，并模擬實際設備進行響應。

圖2  模擬器類結構示意圖

　　VISimulator的成員states為模擬器可用狀態(tài)表，variables為變量表，current為當前狀態(tài)。狀態(tài)表是狀態(tài)類(VIState類)對象的集合，變量表為變量類(VIVariable類)對象的集合，變量值可用于狀態(tài)和變量值的入口檢查及計算。

　　當寫入操作(Write)發(fā)生時，模擬器遍歷所有的變量及狀態(tài)，檢查其入口條件(entrance)，對符合入口條件的變量，更新(Update)變量值(value)。如符合狀態(tài)入口條件，則將該狀態(tài)設置為當前狀態(tài)。對于當前狀態(tài)，還需檢查其出口條件(exitus)，如符合則設置當前狀態(tài)為空。

　　當讀出操作(Read)發(fā)生時，模擬器由當前狀態(tài)的模擬方法(Simulate)計算并返回模擬實際測量結果的數(shù)據。如當前狀態(tài)設置讀操作為出口條件，則模擬器在讀出完成后返回空閑狀態(tài)。如當前狀態(tài)為空或非可讀狀態(tài)，模擬器將按照變超時設置延遲后返回無效數(shù)據，真實地模擬IO指令序列錯誤造成的測試過程現(xiàn)象。

　　ViSimulator的Load方法用于數(shù)據文件裝入，由數(shù)據文件的描述建立狀態(tài)表和變量表。由狀態(tài)和變量的靜態(tài)方法Parse完成解析并返回實例對象。

實現(xiàn)及模擬結果

　　筆者在實際測試系統(tǒng)開發(fā)過程中設計了前述模擬器，并根據儀器程控手冊編寫Agilent公司的HP8753E和E5071C等矢量網絡分析儀的數(shù)據文件，實現(xiàn)了對這些實際儀器IO功能的模擬。下面以HP8753E電壓駐波比測量為例詳細介紹IO模擬器實現(xiàn)方法。

　　矢量網絡分析儀用于測量射頻元件的端口特性，常用于測量端口電壓駐波比、衰減、阻抗等參數(shù)。因此其測量結果就包括多種格式不同的數(shù)據組合。當用HP8753E進行電壓駐波比測試時，網絡分析儀會返回一個坐標數(shù)組，坐標的兩維分別是駐波測量值和測量頻率。

　　根據HP8753E程控手冊定義狀態(tài)SWRWaveform用于模擬電壓駐波比測量狀態(tài)：

<SWRWaveform:state>//狀態(tài)名
length:101  //模擬波形長度　　format:value(1.00，1.1)|linear (StartFreq:10，EndFreq:100)
　 //模擬波形坐標點格式
entrance:outpform(Format=swr) //狀態(tài)
            入口點及輔助條件
exituse:[Read] //狀態(tài)出口
　　… …
<SWRWaveform> //狀態(tài)結束標志

　　以上文本描述了狀態(tài)的工作模式，當在寫入數(shù)據流中檢測到字符串outpform時，如模擬器變量表中變量Format=swr時模擬器進入狀態(tài)SWRWaveform。此時如收到讀出指令，模擬器將由SWRWaveform狀態(tài)模擬輸出電壓駐波比波形，返回一個101點的兩維坐標數(shù)組，其中X為1到1.1之間的隨機數(shù)，Y為從模擬器變量表中變量StartFreq到EndFreq的線性遞增數(shù)值。

　　圖3為測試系統(tǒng)由模擬器實際得到的測量波形，模擬器根據IO數(shù)據流正確地進入了SWRWaveform狀態(tài)，并以正確的頻率范圍返回了仿真數(shù)據。

圖3  模擬器輸出數(shù)據的結果波形

結語

　　本文介紹的模擬器適用于文本格式的控制指令集，在電子測量系統(tǒng)開發(fā)過程中已得到了驗證和實際應用。
　　
參考文獻：

1.  Meilir Page-Jones,UML面向對象設計基礎，人民郵電出版社,2001.4
2.  87XXET/ES Network Analyzer Programmer’s Guide, Agilent Technologies Inc. 08753-90475, February 2001