對基于WPF的虛擬示波器設(shè)計探討

摘 要：近年來，計算機技術(shù)發(fā)展速度不斷加快，先進技術(shù)發(fā)展的同時，虛擬示波器技術(shù)取得了良好的發(fā)展空間，并為技術(shù)應(yīng)用行業(yè)帶來了優(yōu)異成績。為提高虛擬示波器技術(shù)應(yīng)用率，擴大應(yīng)用范圍，基于WPF完成虛擬示波器設(shè)計工作是極為必要的。本文首先簡要介紹虛擬示波器設(shè)計必要性，然后重點探究WPF為基礎(chǔ)的虛擬示波器設(shè)計。

關(guān)鍵詞：WPF；虛擬示波器；設(shè)計

前言

隨著數(shù)據(jù)流規(guī)劃要求的不斷提高，合理設(shè)計虛擬示波器是極為必要的，以WPF為基礎(chǔ)完成設(shè)計任務(wù)，不僅能夠提高數(shù)據(jù)傳輸效率，而且還能為測量行業(yè)儀器設(shè)計工作奠定良好基礎(chǔ)。由此可見，本文針對該論題展開分析，具有必要性和迫切性，希望相關(guān)研究人員能夠以此為借鑒，同時，設(shè)計人員拓展設(shè)計思路。

1虛擬示波器設(shè)計必要性

虛擬示波器作為新型測試儀器，功能優(yōu)勢相對明顯，支持新算法引入。隨著硬件設(shè)備的不斷升級，虛擬示波器應(yīng)與時俱進豐富應(yīng)用功能，不斷提高適用性，盡可能拓展應(yīng)用領(lǐng)域，確保測試需要被及時滿足。總結(jié)可知，虛擬示波器設(shè)計應(yīng)迎合技術(shù)發(fā)展需要，動態(tài)調(diào)整設(shè)計目標[1]。

2基于WPF虛擬示波器設(shè)計分析

2.1基本要求

虛擬示波器設(shè)計過程中，滿足實時性要求，能為高速虛擬測試儀器奠定良好的基礎(chǔ)，針對高速數(shù)據(jù)錄取式示波器合理設(shè)計，并實時錄取數(shù)據(jù)信息，借助PCOMM完成高效通信目的，有效優(yōu)化設(shè)計界面，呈現(xiàn)良好的圖顯效果。該軟件在數(shù)據(jù)曲線圖繪制方面發(fā)揮重要作用，無論是時間驅(qū)動繪圖，還是數(shù)據(jù)驅(qū)動繪圖，都對精度提出了較高要求，并且數(shù)據(jù)完整性不被破壞，最終完成逐幀顯示目的。需要注意的是，虛擬示波器軟件應(yīng)動態(tài)掌握數(shù)據(jù)情況，豐富數(shù)據(jù)傳輸、存儲、修改功能，優(yōu)化控制模式，盡可能多的展示數(shù)據(jù)信息。

2.2軟件設(shè)計

虛擬示波器軟件程序編寫的過程中，在WPF開發(fā)軟件下完成編寫任務(wù)，具體分析如下：

2.2.1開發(fā)環(huán)境

WPF屬于新的圖形系統(tǒng)，該系統(tǒng)處理速度相對較快，并且系統(tǒng)操作界面較美觀，WPF系統(tǒng)性能較優(yōu)。以往CPU處理技術(shù)使用需要供應(yīng)較多資源，但這在一定程度上會減慢CPU運行速度，受WPF技術(shù)影響，通過發(fā)揮顯卡功能索合理利用有限空間，進而能夠提高CPU運行速度，優(yōu)化軟件使用效果。WPF系統(tǒng)與第三方軟件集成的適用性較強，并且編程模式多樣，支持多種類數(shù)據(jù)訪問接口。

2.2.2數(shù)據(jù)錄取

虛擬示波器軟件多串口模式適用性較強，應(yīng)用串口函數(shù)能夠完成緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的合理規(guī)劃，以及高效利用，其中，PingPong緩沖機制巧妙應(yīng)用，能夠提高數(shù)據(jù)傳輸效率，確保數(shù)據(jù)處理操作有序進行，實現(xiàn)數(shù)據(jù)高效、快速更新。串口通信中，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)錄取性能，盡可能保證數(shù)據(jù)完整性，避免數(shù)據(jù)丟失，在這一過程中，待檢測數(shù)據(jù)接收全面監(jiān)控，此時啟動PingPong緩沖機制，通過發(fā)揮雙緩沖機制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)快速更新目的，提高數(shù)據(jù)處理效率，確保數(shù)據(jù)完整采集。

2.2.3精度定時

一般來講，虛擬示波器支持單信號樣本獲取，針對差異工作模式信號源合理轉(zhuǎn)換，之后將其連接示波器，實現(xiàn)信號動態(tài)監(jiān)測目的。虛擬示波器工作模式頻繁切換，會為工作增加阻力，要想實現(xiàn)靈活切換目的，應(yīng)合理配置參數(shù)，針對串口通信情況以及硬件通信狀態(tài)全面監(jiān)控。例如，針對DSP系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測時，虛擬示波器軟件應(yīng)根據(jù)信號指令及時調(diào)整工作模式，然而這大大增加了軟件設(shè)計難度，并且最終得到的精密度較低。基于此，應(yīng)發(fā)揮等待機制，減少外界干擾，盡可能提高監(jiān)測準確度，滿足高速設(shè)計需要。需要說明的是，等待機制細分兩種類型，第一種類型即自旋等待，它利用CPU空轉(zhuǎn)法完成時間消耗目的，雖然這種方法會浪費一定時間，但精確度相對較高；第二種即阻塞等待，即等待時間內(nèi)，借助操作系統(tǒng)控制運行情況，此時時間控制效果較差。WPF開發(fā)環(huán)境下，計時機制選用Stopwatch類，通過合理控制硬件主頻，大大提高精度，因此，結(jié)合自旋等待機制和Stopwatch計時，能夠?qū)r間精度縮至微秒級，并且數(shù)據(jù)可靠性能夠得到保證。

2.2.4數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)完整獲取后，數(shù)據(jù)曲線圖也應(yīng)完整顯示，為了進一步提高程序運行效率，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，應(yīng)豐富數(shù)據(jù)處理功能，選用適合的多線程技術(shù)。由于線程在CPU時間分配中發(fā)揮積極作用，單一線程分配時間較短，并且線程遵循異步運行原則，為了避免線程數(shù)據(jù)惡性競爭，應(yīng)用虛擬示波器軟件對線程分離處理，從整體上優(yōu)化系統(tǒng)性能。此外，PingPong緩沖機制參與線程分離任務(wù)，這對線程安全性保證有積極意義[2]。

2.2.5圖表繪制

示波器直觀顯示曲線繪制效果，動態(tài)描述電現(xiàn)象，以往掃描式顯示模式給人留下深刻印象，并且工程人員工作習慣漸漸養(yǎng)成。巧妙應(yīng)用數(shù)據(jù)驅(qū)動繪圖方式，借此容納大量數(shù)據(jù)信息，確保多個數(shù)據(jù)點連成統(tǒng)一整體，最終產(chǎn)生多個像素點，WPF為基礎(chǔ)的虛擬示波器應(yīng)用，應(yīng)堅持35ms更新圖像，以此保證24fps幀速率。由于每幀數(shù)據(jù)更新操作耗時較長，因此，適當轉(zhuǎn)換幀數(shù)據(jù)更新思路，針對數(shù)據(jù)點適當刪除、建立，與此同時，參照掃描圖顯模式，完成圖顯模式的模擬，確保圖形平滑顯示[3]。

結(jié)論

綜上所述，當前計算機技術(shù)發(fā)展速度不斷加快，在先進計算機技術(shù)帶動下，虛擬儀器技術(shù)優(yōu)勢逐漸豐富，這為測量行業(yè)穩(wěn)健發(fā)展，測量行業(yè)儀器設(shè)計工作順利推進有積極影響。與此同時，能為虛擬儀器基礎(chǔ)平臺構(gòu)建奠定良好基礎(chǔ)，確保數(shù)據(jù)信息高效、快速傳輸。WPF為基礎(chǔ)的虛擬示波器設(shè)計，能夠豐富虛擬示波器功能，提高虛擬示波器軟件利用率，并取得良好的設(shè)計效果。此外，能為計算機技術(shù)穩(wěn)健發(fā)展提供動力支持，因此，相關(guān)設(shè)計人員應(yīng)不斷拓展設(shè)計思路，針對虛擬示波器深入研究，這對工程價值彰顯有積極影響。

參考文獻

[1]張博，李黎，何海龍.基于WPF的虛擬示波器設(shè)計[J].火控雷達技術(shù)，2018，47（02）：91-95.

[2]于文波，于洋，徐立波.虛擬示波器開發(fā)平臺對比研究[J].浙江交通職業(yè)技術(shù)學院學報，2015，16（01）：38-41.

[3]沈輝，沙立民，張重龍.基于LabVIEW的多功能虛擬示波器設(shè)計[J].電子測量技術(shù)，2012（11）：90-93.

（作者單位：北京交通大學海濱學院）