電子測量儀器通用繪圖模塊設計

鄭恢康　朱　偉

(中國電子科技集團公司第四十一研究所　山東 青島 266555)

0　引　言

目前很多電子測量儀器，如示波器、頻譜分析儀、矢量網(wǎng)絡分析儀等，其測量結果以曲線形式進行顯示。這些儀器軟件通常包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示3部分。動態(tài)波形的繪制是測試儀器中極為重要的一環(huán)[1]。其用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示的繪圖模塊具有較多共通性，含有窗口、多跡線、信息顯示、光標等要素。但因繪圖模塊和系統(tǒng)其他部份相互關聯(lián)(例如：繪圖模塊調(diào)用采集模塊獲得測量數(shù)據(jù))，且以源碼的形式嵌入整個系統(tǒng)中，使得繪圖相關的代碼難以復用[2]。

針對上述設計的不足，本文從通用性和復用性的角度出發(fā)，應用面向對象的組件化軟件設計方法，設計并實現(xiàn)了一種通用的繪圖模塊。該模塊基于動態(tài)鏈接庫(DLL)技術，方便地實現(xiàn)復用、集成和擴展，滿足測量儀器領域的繪圖需求，提高軟件開發(fā)效率。

1　通用繪圖模塊總體設計

通用繪圖模塊是在Windows下使用Visual Studio 2008開發(fā)環(huán)境， C++語言開發(fā)實現(xiàn)的，它基于MFC類庫實現(xiàn)圖形繪制功能。因此，需在開發(fā)環(huán)境中創(chuàng)建一個“MFC常規(guī)DLL”工程，最終經(jīng)編譯得到Dll和Lib文件，與相關的頭文件一起提供給用戶。

設計通用繪圖模塊有兩個關鍵點：一是避免模塊依賴于軟件系統(tǒng)，使模塊獨立；二是支持擴展繪圖，滿足特殊的繪圖需求。

為了使模塊獨立，模塊應設計成由上層配置、調(diào)用、啟動的方式，而減少模塊對軟件系統(tǒng)的調(diào)用[3]。另外，應用面向對象編程依賴倒置的原則[4]，使系統(tǒng)與模塊之間不直接依賴于具體實現(xiàn)，而是依賴于接口。

為支持繪圖擴展，應用面向對象編程開閉原則，在模塊內(nèi)實現(xiàn)共通的、基本的繪圖功能，其他繪圖則通過繪圖組件的方式進行擴展實現(xiàn)，使模塊向修改關閉，向擴展開放[5]。

對于電子測量儀器領域，基本繪圖任務就是曲線的繪制，另外該領域通常以光標的方式進行測量數(shù)據(jù)的讀取與顯示，這兩部份可作為基本繪圖需求在模塊內(nèi)實現(xiàn)。而系統(tǒng)功能中涉及到的一些特殊繪圖需求，例如提示信息、參數(shù)設置框等，可透過繪圖組件的形式來實現(xiàn)。

基于以上分析，定義以下主要類：

(1) 繪圖接口類CGraphInterface繪圖模塊對外提供的訪問接口。

(2) 繪圖類CGraph實現(xiàn)對跡線、光標、繪圖組件的管理。

(3) 繪圖組件接口CGComponentInf用戶繼承該接口定制繪圖組件，并將指針傳給繪圖類，由繪圖類進行繪制。

(4) 跡線類CTrace實現(xiàn)跡線數(shù)據(jù)及網(wǎng)格等的繪制。

(5) 光標管理類CMarkerManager實現(xiàn)光標功能，用于繪制光標和光標信息，顯示測量數(shù)值。

這幾個主要類之間的關系如圖1所示。

圖1　繪圖模塊UML類圖

另外，對于測量儀器，通常要繪制動態(tài)跡線，為了避免繪圖時閃爍，可采用雙緩沖繪圖技術[6]，在CGraph類中實現(xiàn)。

2　各功能模塊設計

2.1　跡線繪制模塊

該模塊完成測量跡線、坐標網(wǎng)格、刻度標尺等的繪制，將這些視為跡線的屬性，封裝為CTrace類。

2.1.1CGraph類相關設計

為支持多跡線的繪置，在CGraph類組合CTrace類的成員變量，CGraph內(nèi)部調(diào)用CTrace接口進行跡線相關圖形繪制，CGraph對外提供相應的接口進行跡線相關配置。

在CGraph中定義成員變量：

CList m_pTraceList;//跡線隊列

在CGraph中定義跡線操作接口：

(1) 添加跡線void AddTrace(CArray& data,int nTrID);

其中data為傳入的繪圖數(shù)據(jù)，nTrID為上層為該跡線分配的ID，Graph其他接口通過該ID對指定跡線進行相關操作。

(2) 刪除跡線void DeleteTrace(int nTrID);

(3) 設置跡線刻度void SetTraceScale(double fTop,double fBtm,int nTrID);

(4) 選擇當前跡線void SelectCurTrace(int nTrID);

2.1.2CTrace類設計

CTrace類主要實現(xiàn)測量的數(shù)據(jù)坐標轉換，以及網(wǎng)格、標尺相關的繪制。

CTrace類定義成員變量，對原始數(shù)據(jù)和轉換后的繪圖數(shù)據(jù)進行存放：

CArray m_dataPoints; //原始數(shù)據(jù)

CArray m_graphPoints;//繪圖數(shù)據(jù)點

為支持對多種的坐標格式，應用面向對象編程多態(tài)技術[7-8]，將與坐標、及坐標轉換相關的函數(shù)定義為虛函數(shù)，在CTrace派生類中實現(xiàn)。

virtual void DrawGrid(CDC* pDC) = 0;

virtual void DrawScale(CDC* pDC) = 0;

virtual CPoint CalcOnePoint(double fXVal,

double fYVal) = 0;//坐標轉換

2.2　光標功能模塊

該模塊用于讀取跡線上的數(shù)值。包括光標狀態(tài)及位置的設置、光標位置的繪制、光標信息的繪制，封裝為CMarker類。為支持多個光標，定義CMarkerManager類對一組光標進行管理。由CGraph類集合CMarkerManager類的成員變量，并由CGraph調(diào)用CMarkerManager相應接口實現(xiàn)光標功能。

2.2.1CGraph提供的光標功能配置接口

(1) 設置光標顯示狀態(tài)void ShowMkr(UINT nMkrID,BOOL bOn);

(2) 設置光標位置void SetMkrPos(UINT nMkrID,UINT nPos);

(3) 光標信息接口void SetMkrInfoInterface(CMkrInfoInterface* pInf);

由于光標信息的格式是因項目而異，因此定義通用的光標信息接口，由CGraph的使用者進行實現(xiàn)，并配置給CGraph。繪圖模塊在繪置光標信息時，調(diào)用該接口，以獲得要顯示的光標信息。

CMrkInfoInterface定義接口：

void GetMkrInfo(

UINT nMkrID, //光標ID

UINT nMkrPos,//光標位置

double data[2], //數(shù)值

int nTraId, //跡線ID

CStringArray& infoAry, //光標信息

CWordArray& widthAry//光標信息區(qū)域劃分

);

2.2.2CMarkerManager類設計

該類定義一組的光標類CMarker成員變量，并提供對指定光標進行設置的接口。

CMarkerManager定義成員變量：

static enum {MKR_NUM = 6};//光標個數(shù)

CTrace* m_pTrace; //關聯(lián)跡線

CMarker m_mkrs[MKR_NUM]; //光標

CMkrInfoInterface* m_pInfoInf；// 光標信息接口

CMarkerManager提供的接口主要有：

void DrawMkrs(CDC* pDC);

void DrawMkrsInfo(CDC* pDC,CRect& rect);

void AssociateToTrace(CGTrace* pTrace);

void SetMkrInfoInterface(CMkrInfoInterface* pInf);

2.2.3CMarker類設計

該類實現(xiàn)對單個光標位置、狀態(tài)、繪制的封裝。

CMarker類定義成員變量：

BOOL m_bOn;//光標狀態(tài)

UINT m_nPos;//光標位置

CMarker類提供的接口主要有：

void DrawMkr(CDC* pDC,CPoint pt);

void DrawMkrInfo(CDC* pDC,

CArray& rect,

CStringArray& strInfo);

void SetPos(UINT nDataIdx);

2.3　信息區(qū)配置

該模塊用于配制繪圖區(qū)頂部和底部的顯示信息。由CGraph類實現(xiàn)信息區(qū)的劃分，通過位置索引的方式來確定顯示的位置，在CGraph類中實現(xiàn)對該信息的繪制。

定義結構體對信息內(nèi)容和位置進行綁定：

typedef struct _XGraphInfo

{

CString strText; //信息區(qū)顯示內(nèi)空

UINT nRowIdx; //信息區(qū)位置橫向索引

UINT nColumIdx;//信息區(qū)位置縱向索引

}XGraphInfo;

在CGraph類中，定義下列成員變量存放頂部和底部信息區(qū)劃分：

UINT m_nTopInfoRowNum;

UINT m_nTopInfoColumNum;

UINT m_nBtmInfoColumNum;

UINT m_nBtmInfoColumNum;

在CGraph類中，定義下列成員變量存放頂部和底部信息配置：

CArray m_aryBtmInfo;

CArray m_aryTopInfo;

在CGraph類中，定義下列接口進行信息區(qū)相應的配置：

void DivideTopInfoZone(UINT nRow,

UINT nColum);//劃分頂部信息區(qū)

void DivideBottomInfoZone(UINT nRow,

UINT nColum);//劃分底部信息區(qū)

void SetTopInfo(UINT nRowIdx,

UINT nColumIdx,CString str);//設置頂部信息

void SetBottomInfo(UINT nRowIdx,

UINT nColumIdx,CString str);//設置底部信息

2.4　繪圖組件化擴展

繪圖模塊以繪圖組件化擴展的方式來支持使用者在繪圖區(qū)自繪制圖形。在Graph中定義隊列成員變量，對繪圖組件的指針進行存儲：

CList< CGComponentInf *, CGComponentInf *> m_pComponentList;

2.4.1CGraph提供的繪圖組件配置接口

void AddComponent(

CGComponentInf* pGComponent);//添加組件

void RemoveComponent(

CGComponentInf* pGComponent);//刪除組件

2.4.2繪圖信息接口類CGInfoInf

繪圖組件需要知道繪圖區(qū)域劃分情況，因此定義繪圖信息接口類，提供以下接口：

virtual CRect GetGridRect()=0;//獲取網(wǎng)格區(qū)

virtual CRect GetGraphRect()=0;//獲取整個繪圖區(qū)

virtual CPoint CalcGraphPoint(double fXValue,

double fYValue) = 0;//數(shù)值轉換為繪圖點

這些由CGraph實現(xiàn)，并將指針賦給繪圖組件。

2.4.3繪圖組件接口類CGComponentInf

為了支持在基本繪圖不同縱向位置進行繪制，將基本繪圖分為背景層、網(wǎng)格層、跡線繪制層。繪圖組件接口類提供不同在繪圖層中進行繪制的接口：

virtual void DrawUponBk(CDC* pDC,

CGInfoInf* pGInfo);//在背景層之上繪制

virtual void DrawUponTrace(CDC* pDC,

CGInfoInf* pGInfo);//在跡線層以上繪制

virtual void DrawUponGrid(CDC* pDC,

CGInfoInf* pGInfo);//在網(wǎng)格層之上繪制

以上接口由派生類實現(xiàn)，在CGraph中調(diào)用以實現(xiàn)組件繪圖。

3　繪圖模塊的DLL封裝與導出

對于使用該模塊進行開發(fā)的用戶而言，無需知道上述主要類的實現(xiàn)，只需知道CGraphInterface、CGComponentInf的定義。但模塊需對外提供CGraph類對象的創(chuàng)建函數(shù)，該函數(shù)返回CGraphInterface類型指針。因此，在工程中新建GraphDll.h、GraphDll.cpp，在GraphDll.h中定義該輸出函數(shù)，在GraphDll.cpp中實現(xiàn)該函數(shù)。

4　應用實例

該繪圖模塊已應用在某微波綜合測量儀器中，該類型儀器含有：矢量網(wǎng)絡分析儀器、頻譜儀、矢量電壓計、功率計等多種儀表，透過使用該模塊的基本繪圖功能和組件化繪圖擴展方式，成功地滿足了該項目的繪圖需求。如圖2-圖4所示，證明該模塊具有較好的通用性。

圖2　使用基本繪圖功能繪制跡線

圖3　使用繪圖組件實現(xiàn)參數(shù)設置標簽繪制

圖4　使用繪圖組件實現(xiàn)不同繪圖層的繪制

5　結　語

本文設計了一種應用于電子測量儀器領域的通用繪圖模塊，給出模塊的總體設計，各功能模塊的數(shù)據(jù)結構以及接口設計。該繪圖模塊可實現(xiàn)基本的曲線繪制功能，支持以繪圖組件的方式進行實現(xiàn)自定義繪圖。經(jīng)過測試, 表明具有易維護、通用性強等優(yōu)點, 可滿足電子測量儀器的圖形繪制需求。

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