1、本科毕业设计（20届）基于LABVIEW的通信激光强度与波长调谐研究所在学院专业班级电子信息科学与技术学生姓名学号指导教师职称完成日期年月I摘要【摘要】1970年，美国贝尔实验室研制成功了可以在室温下连续工作的半导体激光器（LASERDIODE），为光通信提供了实用化光源目前，半导体激光器在通信、医疗、工业、国防军事等众多领域得到非常广泛的应用。特别是在通信领域，其主要原因是光通信相对与传统的电通信具有以下优点通带宽，容量大，可实现波分密集复用（DVDM）；传输损耗小，可靠性高，可实现远距离通信等。本文研究了激光器输出功率与波长的实时控制界面在LABVIEW中的编程实现。实现了激光控制界面和激
2、光器的RS232串行通信，能通过控制界面实现对激光器的波长和功率参数调谐。编写了MSP430F149的通信内嵌程序，数据采集程序实现了对激光器工作参数的自动化采集，激光器相关参数的精度达到了设计要求。【关键词】LABVIEW；半导体激光器；RS232。IIABSTRACT【ABSTRACT】IN1970THEUSBELLLABSDEVELOPEDSUCCESSFULLYUNDERTHEROOMTEMPERATURETHECONTINUOUSWORKINGSEMICONDUCTORLASERLASERDIODE，WHICHPROVIDEDAPRACTICALLIGHTSOURCEFOROPTIC
3、ALCOMMUNICATIONATPRESENT,THESEMICONDUCTORLASERINTHECOMMUNICATIONS,THEMEDICALSERVICE,THEINDUSTRY,THENATIONALDEFENSEMILITARYANDSOONNUMEROUSDOMAINSOBTAINSTHEVERYWIDESPREADAPPLICATIONESPECIALLYINTHECOMMUNICATIONFIELD,ITSPRIMARYCAUSEISTHEOPTICALCOMMUNICATIONISCOMPAREWITHTHETRADITIONALELECTRICITYCOMMUNICA
4、TIONSHASTHEFOLLOWINGMERITPASSBANDWIDTH,LARGECAPACITY,CANBEACHIEVEDUSINGDENSEWAVELENGTHDIVISIONMULTIPLEXINGDVDMSMALLTRANSMISSIONLOSS,HIGHRELIABILITY,LONGDISTANCECOMMUNICATIONSCANBEREALIZEDTHISARTICLEHASSTUDIEDTHELASEROUTPUTANDTHEWAVELENGTHREALTIMECONTROLCONTACTSURFACEREALIZESINLABVIEWPROGRAMMINGLASER
5、CONTROLSURFACEANDLASERCOMMUNICATIONINTERFACEISRS232SERIALCOMMUNICATION,TOACHIEVELASERRELATEDFUNCTIONSPREPAREDMSP430F149EMBEDDEDCOMMUNICATIONPROGRAMTHEDATAACQUISITIONPROCEDUREREALIZEDTOLASEROPERATIONALPARAMETERAUTOMATEDGATHERING,THELASERRELATEDPARAMETERPRECISIONHASACHIEVEDTHEDESIGNREQUIREMENTS【KEYWOR
6、DS】LABVIEW；SEMICONDUCTORLASER；RS232。III目录摘要IABSTRACTII目录III1绪论111研究背景112研究现状1121半导体激光器的波长调谐2122半导体激光器的功率调谐213本文的研究内容32半导体激光器参数测量421半导体激光器的波长测量4211波长的测量原理4212波长数据的串口传输5213波长数据的GPIB传输822半导体激光器的功率测量12221JW3201N0台式光功率计使用说明12222光功率采集子VI1223创建激光器参数对照表143LABVIEW软件开发环境1531LABVIEW软件设计概述1532LABVIEW应用程序的构成1532
7、1LABVIEW的前面板15322LABVIEW的后面板（程序框图）15323LABVIEW的图标及连接器1633LABVIEW的操作选板16331LABVIEW的工具选板16332LABVIEW的控件选板16333LABVIEW的函数选板1734LABVIEW的程序调试技术17341错误列表17342检查未定义数据18343检查簇顺序18344检查函数端口的默认值18345检查子VI连线18346检查共享变量、局部变量、全局变量和值属性节点184激光器控制界面在LABVIEW中实现1941界面功能简介1942前面板界面设计19421LABVIEW的函数选板19422操作说明2043常用子VI
8、设计20431串口搜索20IV432写R0指令21433读取数据表22434串口通信测试23435写入温度值23436写入电流命令24437打开激光器开关25438警告和过滤处理25439开启激光器设置参数254310关闭激光器命令2644界面设计的软件结构2645界面初始化2746读取默认设置的参数值2747建立通信连接2748关激光器2849用户事件28491SAVEASDEFAULT键鼠标释放事件28492LOAD键鼠标释放事件29493LASERPARAMETERSETTING键鼠标释放事件29494ON/OFF值改变事件29495前面板关闭用户过滤事件30496EXIT键鼠标释放事件
9、30410程序退出30411生成可执行程序315串口通信电路设计3451USB转串口34511CH341芯片说明34512USB转3线RS232串口3452MSP430F149串口电路346测试结果及分析3661测试数据3662分析367结论与展望37参考文献37致谢错误未定义书签。附录401绪论11研究背景半导体激光器由于具有一系列的优点在通信、医疗、工业、国防军事等众多领域得到广泛的应用。在通信领域，光纤通信是当前主要的应用领域，未来的发展更是一个广阔的领域。相对与传统的电通信具有一下优点通带宽，容量大，可实现波分密集复用（DVDM），传输损耗小，可靠性高，抗干扰强，可实现远距离通信2。激
10、光器在医疗领域同样是热门方向，医疗器械是激光应用的一个非常重要领域，发展迅速并逐步走向成熟，这方面的应用最常见的有激光手术，激光治疗近视眼等。在工业现场上，电传感器应用广泛，但也存在很多的问题，例如信号传输过程中的损耗，易受电磁噪声的干扰等。用半导体激光器产生的光束代替电流，用标准光纤代替金属导线作为传输介质，光纤传感器就是针对这些应用的一个解决方案。半导体激光器在国防工业的应用一直是最前沿课题，目前军事方面的应用有激光雷达、激光模拟武器、激光功率武器、激光警戒、激光制导跟踪等。半导体激光器是基于半导体PN结的受激发射机理的发光器件，其应用涵盖了整个光电子学科。在实际应用中，半导体激光器的发射
11、波长和功率对温度和电流的变化敏感，半导体激光器作为光纤通信的光源，对激光的功率和波长的精度和稳定性都有很高的要求，这就要求设计精准的温度控制器和精密的恒流源。12研究现状20世纪90年代之前，光通信系统主采用准同步数字体系（PDH）,也就是第一代光通信网络。之后又发展了同步数字体系（SDH），SDH取代PDH是光通信发展的重要里程，SDH就是光通信第二代网络，也是光电混合网络。全光网络将会是第三代网络的发展方向，全光网络的定义是网络节点在光域中进行信号处理交换传输。半导体激光器作为光通信的光源是没有其他器件可以替代的。半导体光源就是一个加正向电压PN结，结区导带的空穴与电子碰撞复合就会辐射一个
12、光子。文献4提到了光子的能量为HVEG,其中H为普朗克常量，V为光的频率，EG是半导体PN结的带隙能量。半导体激光器相对于普通的发光二极管（LED）具有较大的发光功率和线宽很窄的特点，可以实现高速调制，是比较理想的通信光源。例如将窄线宽的分布反馈布拉格半导体激光器1550NM用作光通信，信道传码率就可达10吉比没秒，为适应更高码率的波分复用（WDM）和时分复用（TDM）等光信号传输技术，发展了量子阱有源器件如多段结构的可调谐DFB激光二极管或DBR激光二极管（分布布拉格反射激光器），由于其线宽窄，有利于降低调制啁啾引起的展宽，即有助于提高信道码率，半导体激光器另一项重要应用在多媒体技术领域技术
13、融会了激光与数字通信技术以及计算机技术。2121半导体激光器的波长调谐在半导体激光器的运行工作时，带价电子的空穴和负电荷的电子到达PN结区复合是电子回到了价带的位置并释放出激活能，能量可以通过光辐射向外界释放，辐射光子的能量等半导体激光器的禁带宽度，其辐射的波长表达式为HC/EG。其中光速C和普朗克常量H都是熟知的，只需知道半导体材料的禁带宽度EG就能求的波长。文献7中介绍了半导体激光器的波长调谐的方法主要有1）腔内色散调谐；2）泵光分布增益调谐；3）注人锁定调谐；4）温度调谐；5）注人电流调谐。其中腔内色散调谐又包括了棱镜调谐，标准具调谐，双折射滤光器调谐，光栅调谐。激光器的波长锁定的基本思
14、想就是负反馈控制，LD的光输出被分为两部分，一部分（约为90）直接进入光检测器（PD1），作为REF信号，另一路（约为10）通过光路滤波器然后进入第二个光检测器（PD2），用这两个光探测器采集到的信号对比后得到的误差信号来驱动激光器的温度控制器（TEC），通过快熟加热和制冷来控制波长的移动方向8910，在系统中光路滤波用了FP标准具。波长锁定原理示意如图11。PD1PD2LDTECTEMPRATURESENSORETALONMCUDAAD图11波长锁定系统原理框图122半导体激光器的功率调谐半导体激光器的输出光功率和注入电流有一条关系曲线，也就是PI特性曲线，在理想情况下如图12所示。发射光功
15、率与注入电流呈近似线性关系在一定范围内，注入电流很大时或接近阈值时有比较严重的非线性失真。实际的PI曲线如图13所示。半导体激光器的阈值ITH对温度变化敏感，温度变化导致曲线平移并且会导致斜率变化。稳定功率也需要反馈控制，如要控制精准需要比较合理的算法和准确的光检测。光功率的稳定需要控制的量有温度和电流两项参数，如果要同时稳定功率和波长需要一个比较好协调性。对半导体激光器进行模拟调制时，将工作点选在曲线的线性部分，一般是阈值电流的40MA以上；对半导体激光器进行数字调制时，将偏置电流设置与阈值电3流相等点的附近。IPITH图12理想PI曲线IPITH光功率饱和图13实际PI曲线13本文的研究内
16、容本文主要介绍了激光器输出功率与波长的实时控制用户界面和相关算法在LABVIEW中的实现，以及PC机的LABVIEW环境下开发出激光器控制的图形用户界面并通过微机与激光控制器进行交互通信的MSP430F149的内嵌程序设计，激光器参数的测量与自动化采集。图14为本设计整个系统的示意图。PCMSP430F149LASERCONTROLLER光功率计LD波长计PGPIBRS232RS232图14系统示意图42半导体激光器参数测量21半导体激光器的波长测量波长的测量主要对光源发射谱线的波长测量，光纤通信发展带动着波长测量技术的发展，它与光通信的发展密不可分的，光波长测量技术的高低决定了光纤通信发展层
17、次。我们使用了BURLEIGH公司的WA7000C型多通道波长计。该波长计是具有1PM分辨率的多路光学波长计，该仪器配备了一个彩色液晶显示屏和用于远程通信控制的GPIB接口和功能界别的光纤连接器，操作系统使用微软的WINDOWS。WA7000C波长计是简单，自动，准确的波长测量工具，可测量四路连续波激光源。光源所生产的干涉条纹在迈克尔逊干涉仪扫描输入激光辐射进行采样，在干涉仪扫描校准间隔的时间间隔内置参考激光器，用一个高速数字信号处理器计算出干涉傅里叶变换获得输入激光的频谱在波长计屏幕上显示。WA7000C波长计使用氦氖激光，提供了一个参考绝对波长精度优于百万分之一。WA7000C多线波长计包
18、含一个刚性整体式干涉仪内建成单块，使得它稳健和可靠。嵌入式计算机计算生成的频谱显示和导出每个光谱波长和功率峰值。前面板显示和其他输入和输出功能也由电脑控制。本节将主要介绍其测量原理、使用方法及利用RS232串口和GPIB接口将其波长数据传输到计算以及在LABVIEW中的编程实现。虚拟仪器（VIRTUALINSTRUMENTION）是基于计算机的仪器，计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向，数据采集是计算机与外部物理世界连接必须的一道程序，数据采集系统的好坏主要取决器精度和速度，在满足精度的情况下应尽最大可能满足速度要求，即采样速率，满足实时采集实时处理的要求。波长计在采集和处理数据
19、时前面板的按钮来选择不同的显示屏幕来更改参数或显示属性。211波长的测量原理波长测量的基本原理是利用干涉条纹，通过傅里叶变换，得到波长。使用波长已知的参考光，通过同时测量其干涉图形，这样就能获得准确的距离，速度和时间等参数。图21是波长的测量原理图。MICHELSONINTERFAROMETERFFTOPERATIONPOWERWAVELENGTHDISPALYUNKNOWWAVELENGTHSOURCEREFERENCESOURCEHENELASERWAVELENGTHINPUTFFTSAMPLINGTRIGGER图21波长测量原理框图5212波长数据的串口传输WA7000C利用其光学结构和
20、计算机处理后得到波长数据。测试中为了把测量到波长值实时保存对应起来，需要PC机实时获得波长测量值，利用WA7000C波长计附带的RS232串行输出功能进行波长数据传输是比较方便和廉价的。WA7000C可以利用其附带计算机的RS232串行接口传输波长数据计算机设备，通过在BURLEIGHWAVEMETER主程序里面的SYSTEM菜单，选择RS232，可以打开串口输出。图22是波长的测量界面。图23是设置串口输出菜单。RS232是IBMPC及其兼容机上的串行连接标准。用于鼠标，打印机，调制解调器，同时也可以接工业仪表。串口通信的概念非常明确，串口按位发送和接收字节，可以简单地实现远距离通信。串口通
21、信重要的参数波特率，校验位和数据位。波特率就是每秒发送的比特数，例如9600BUAD指的是没秒发送9600BIT数据位通常是8位。检验可分为奇校验和偶校验。串口通信还有RS422和RS485协议，RS485是在RS422的基础上发展过来，相对RS232可实现更远距离的传输。RS232使用的是非平衡参考地信号。RS485使用的是差分信号。在工业环境中具有更好的抗噪声性能。图22单通道输入光谱6图23WA7000C串口设置窗口WA7000C波长计附带的RS232串口是9针母头，DSUB型接口，如图24所示。各个输出端口的功能见表21。端口可以很方便与个人计算机的端口相连只需通过一条1对1的串口线。
22、波特率是19200BAUD，数据位8位，加1位停止位，无偶校验。开始打开串口处理显示数据接收数据配置串口关闭串口结束图24RS232的DB9型接口表21DB9端口功能描述引脚号名称单一源功能描述1N/C2TXDWA7000C数据发送3RXD用户数据接收4DSR用户数据接收就绪5GND信号地76DTRWA7000C数据发送就绪7CTS用户清除发生8RTSWA7000C请求发送9N/C串口硬件连接，如图25，WA7000C波长计串口与PC机串口示意图。开始打开串口处理显示数据接收数据配置串口关闭串口结束图25WA7000C与微机硬件连线示意图完成硬件连接后就是要用软件来实现数据的接收。串口通信的软
23、件主要是利用VC语言，在MICROSOFTVISUALC60开发环境下完成。利用MICROSOFTVISUALC60提供的API函数可以很快编写出需要的串口接收发送，可以串口设备进行配置，包括常用的波特率、奇偶校验、字符位数和停止位数的设置等。LABVIEW提供了串口通信的VISA，可以快速实现如见界面的开发，软件框架如图26。开始打开串口处理显示数据接收数据配置串口关闭串口结束图26软件流程图8在LABVIEW中实现串口通信界面如图27所示。图27LABVIEW实现的串口通信界面213波长数据的GPIB传输WA7000C波长计除了串行通信口也还带有一个GPIB通信接口。GPIB是通用目的接口
24、总线的简称，广泛运用于工程控制。最早有惠普公司提出标准，现已成为国际通用标准，符合IEEE488标准协议的通信。GPIB相对与串口控制提高了传输速率和支持设备的总量。图28所示，输出端口对应表22。图28AGPIB接口IEEE488插座9图28BGPIB线缆表22IEEE488端口对照表端口号名称端口号名称1DIO113DIO52DIO214DIO63DIO315DIO74DIO416DIO85EOI17REN6DAV18GNDTWW/DAV7NRFD19GNDTWW/DAV8NDAC20GNDTWW/DAV9IFC21GNDTWW/DAV10SRQ22GNDTWW/DAV11ATN23GND
25、TWW/DAV12SHIELD24SIGNALGROUND可编程仪器控制标准命令集SCPI（STANDARDCOMMANDSFORPROGRAMMABLEINSTRUMENTS），SCPI是一种建立在现有标准IEEE4881协议和IEEE4882协议基础，并遵循了IEEE754标准中浮点运算规则、ISO646信息交换7位编码符号（相当于ASCLL编程）等多种标准的标准化仪器编程语言56。SCPI的是硬件无关的，SCPI命令字符串可以在任何仪器接口发送，其同样适用通过GPIB和RS232或LAN网络。表23是WA7000C波长计常用SCPI命令。表23WA7000C波长计常用SCPI命令10常用
26、命令描述CLSCLEARSALLEVENTREGISTERSANDTHEERRORQUEUEIDNQUERIESWAVEMETERMODELNUMBER,SERIALNUMBERANDFIRMWAREVERSIONRCLRECALLSWAVEMETERSETTINGSRSTRESETSWAVEMETERTODEFAULTSETTINGSWAISIMPLYA“NOOPERATION”FUNCTIONFORTHEWA7000CWAVEMETERMEASURESCALAR|ARRAYPOWER|WAVELENGTH|FREQUENCYQUERIESPOWER,WAVELENGTH,ANDFREQUE
27、NCYTHATWILLBECAPTUREDDURINGTHENEXTSCANMEASUREISTHEEQUIVALENTOFABORTINITIATEFETCHGPIB仪器与计算机通信需要一条GPIB电缆和GPIB接口卡。图29是GPIB仪器与计算机的硬件连接图。图29GPIB与控制器连接图完成硬件连接后就要实现上位机软件的编写。使用LABVIEW中VISA可以快速实现仪器的数据采集。图210是LABVIEW中的GPIB常用API函数。11图210LABVIEW中符合GPIB4882协议的一些函数在LABVIEW可以迅速实现仪器数据的读取与指令发送，图211是WA7000C波长的读取的程序后面
28、板程序框图。图211波长读取程序后面板框图波长采集前面板如图212所示。图212波长采集VI前面板1222半导体激光器的功率测量光功率计用于测量光功率，在光学领域的应用相当于电学中的万用表的应用，它是测试光学元器件光纤、连接器、接续子、衰减器等的性能指标的关键仪器，是光纤通信工程不可缺少的仪器。221JW3201N0台式光功率计使用说明JW3201双通道台式光功率计是高精度、宽量程光功率检测设备。智能化微处理器控制，具有量程自动切换，对光探测器PIN管在整个量程范围内，进行了分8段的线性化处理，消除了PIN管在同一波长、不同功率下，对光功率的非线性响应带来的误差，极大地提高了设备检测的准确性和
29、可靠性。JW3201N0台式光功率计的技术指标如表24。JW3201N0台式光功率计与PC机的通信是采用串行通信方式。表24JW3201N0台式光功率计的技术指标规格型号JW3201N0校准波长NM850，980，1300，1310，1480，1490，1550，1625波长范围NM8501700探头类型INGAAS测量范围（DBM）575不确定度3显示分辨率（DB）001工作温度1040存储温度2570工作电源AC90260V，50HZ重量KG275外观尺寸MM260190120222光功率采集子VI串口硬件连接，如图213，JW3201N0波长计串口与PC机串口示意图。13TXDRXDGN
30、D功率计串口TXDRXDGND微机串口图213JW3201N0波长计串口与PC机串口示意图JW3201N0波长计串口通讯协议1、发送数据格式首字节字节1字节2字节3字节4字节5校验字0XAAS1S2S3S4S5字节15的异或2、接收数据格式首字节字节1字节2字节3字节4字节5字节6字节7校验字0X55R1R2R3R4R5R6R7字节17的异或发送0XAA0X010X000X000X000X000X01；接收0X550X01R2R3R4R5R6R7XOR；功率值DBMFLOATR4,R5,R6,R7；波长NMR2256R3。根功率生产商提供的串口通信协议可进行LABVIEW编程。这个子VI的名称
31、是POWERFROMJM3201N0。这个子VI分成3个帧，第一帧图214，主要是串口发送和串口接收，发送了0XAA0X010X000X000X000X000X01这组指令，可以返回功率值。接收指令后截取字符串转换为数组。图214POWERFROMJM3201N0第一帧第二帧图215是数组有效数据的提取和计算。14图215POWERFROMJM3201N0第二帧数组分解和计算波长第三帧图216是功率值计算。功率值根据公式DBMFLOATR4,R5,R6,R7进行编程。如下图所示图216POWERFROMJM3201N0第三帧功率计算和功率单位选择显示23创建激光器参数对照表由于每台激光器的参数
32、都有很大差异，人工测量往往要消耗大量的时间。在前面两小节介绍了功率计和波长计的使用及其子VI的编写一个激光器参数测量名称GETLASERPARAMETER的VI。这个VI调用POWERFROMJM3201N0和WAVELENGTHFORMWA7000C两个子VI，读取实用的功率和波长，调节TEC温度值和控制恒流源电流值达到预期的波长值和功率值，通过仪器读取到这些点时就把这个温度值和电流值保存下来。153LABVIEW软件开发环境31LABVIEW软件设计概述上一节已经提到LABVIEW的编程，实现了读取波长计和功率计返回的波长值和功率值的读取。使用LABVIEW功能强大的图形化编程相比于VB及
33、VC等文本语言能够大大提高编程效率，使用文本语言编写一个工程运用程序往往需要花费几周几月的时间，而用LABVIEW在几天内就能完成，而且LABVIEW编写应用程序运行效率不亚于文本语言写的程序。LABVIEW拥有庞大的函数和子程序库，库可以帮助用户完成编程中的大部分任务，使用LABVIEW编程用户可以避免传统编程语言的中指针、内存分配以及其他未知的编程问题。本节将更加详细地介绍LABVIEW的开发环境和界面编程技术以及调试技巧。32LABVIEW应用程序的构成完整的LABVIEW应用程序中都包括前面板、程序框图（流程图）以及图标或者连结器三部分。只有正确地开发出3个主要部件就会拥有一个独立的V
34、I或可在另一个框图中应用的子VI。以下将分别介绍这三个部分。321LABVIEW的前面板启动LABVIEW新建VI首先弹出的窗口就是前面板窗口，作为用户输入输出数据的一个平台。前面板主要有输入控件和输出（显示）空间组成。输入空间模拟典型的输入对象，比如旋钮、按钮、仪表盘、开关等。输入控件的主要作用是输入数据，向VI的程序框图提供数据。输出控件主要显示后面板运行输出的数据信息。如图31所示，用户可以根据工程的要求可调整控件的大小、颜色、位子等属性。窗口中包含主选菜单栏和快捷工具栏。用户制作虚拟仪器前面板是用工具选板中相应的工具去选取控件选板上的相关控件，并拖入到窗口中的适当位置。图31前面板开发
35、窗口322LABVIEW的后面板（程序框图）16LABVIEW的程序框图即为程序代码，是可执行代码。程序框图主要有三部分组成端子、节点和连线。LABVIEW中的连线是数据流编程的基础，对于节点，当所有输入端子的数据全部到达时才能执行，执行完成后，检点所计算好的数据送到所有的输出端，并立即从原端子传送的目地端子。数据流的概念与文本编程语言中的控制流方法相似，控制流指按照指令编写的顺序执行。图32所示为程序框图编辑窗口，一个典型的事件等待结构。后面板包括了住菜单栏和调试栏。图32事件等待结构323LABVIEW的图标及连接器用户可以用图标连接器把一个VI程序设置为VI子程序，在不同的程序中像子程序
36、一样地调用子VI。图标表示在其他程序中被调用的子程序，而接线端口则表示图标的输入输出口，在缺省的情况下，一个VI的连接器提供了12个端口6个输入对应6个输出。可以根据实际需求自行选择合适的模式，LABVIEW中连接器的端口最多28个，要注意的是连线板的接线端一般不要超过16个，接线端较多时，但是连线将会比较困难，若有大量参数需要传递，可以用簇解决。33LABVIEW的操作选板在LABVIEW的用户界面上，工具选板、控件选板和函数选板反映了LABVIEW的功能与特征。331LABVIEW的工具选板工具选板提供了各种用于创建、修改和调试VI程序的工具，包括字体、取色、连线、断点、探针和调色等工具，
37、如图33所示,该提供了各种用于创建、修改和调试VI程序的工具。图33LABVIEW工具选板332LABVIEW的控件选板17控件选板用来给前面板的设置各种所需的输出显示对象和输入控件对象。控件选板如图34所示，主要包括新式控件和经典控件和系统控件以及用户自定义控件。图34控件选板333LABVIEW的函数选板函数选板是创建流程图程序的工具函数选板主要包括了基本编程函数、仪器I/O、信号处理、数学计算等函数如图35所示。图35函数选板34LABVIEW的程序调试技术341错误列表18LABVIEW在编辑过程中有一个自动编译的过程，若出现错误就是立即提示。无错误的情况下运行按钮正常，如程序存在错误
38、的地方，则运行按钮会断裂显示。单击断开的运行按钮，或者按下CTRLR,LABVIEW会弹出错误列表窗口。错误项指明发生错误VI，错误与警告框显示该VI存在错误和警告。双击错误和警告列表中的项会自动跟踪到程序框图发生该错误或者警告的位置，这样就能快速发现问题所在3。342检查未定义数据NAN和INF是LABVIEW中两种未定义的数据。NAN表示非数据一般是由无效数学运算得到。INF是表示无穷大，一般有浮点运算得到。343检查簇顺序检查簇的各个元素的顺序是否与目标端口一样。LABVIEW在编辑状态下检查数据类型和簇的大小是否匹配，但无法检查出相同的数据类型的成员是否匹配。344检查函数端口的默认值
39、当函数的参数可以选择时，在使用中若不连接，则使用默认值作为参数传递。如一个函数的布尔类型参数的输入端口默认值为真时，如VI中没有为该参数连线，却让该参数的端口值为假进行设计将会得到错误结果。345检查子VI连线使用LABVIEW层次结构结构窗口检查是否连线不适当的子程序。LABVIEW允许程序中有不连线的子VI，并以并行处理机制来运行此VI，除非子VI的某一个输入参数端口设置为必须连接类型。346检查共享变量、局部变量、全局变量和值属性节点共享变量、局部变量、全局变量和值属性节点会破坏LABVIEW的数据流结构，无法辨别变量合适改变值。这些变量往往分布与循环体内外，对于值的读取就更加令人难以辨
40、别。在程序调试是遇到这方面的问题需要在多个地方设置探针，对每个变量进行及时的观察和分析以便调整程序。在应用中应尽量避免使用这些会引起竞争的变量。194激光器控制界面在LABVIEW中实现41界面功能简介本系统的只要目的是通过控制界面上可以调节激光器输出波长和功率，开启激光器和关闭激光器以及选择通信端口等操作，界面上可以显示激光器的工作状态和系统运行信息。42前面板界面设计在LABVIEW中进行用户界面设计通常先是做前面板设计，文献1LABVIEW虚拟仪器开发环境广泛地应用于测控领域，在测试系统任务繁多，不能采用一个用户界面来实现时，可将一个完整的测试系统按完成的具体任务不同分成几个功能模块，每
41、个功能模块分别设计成为不同的子VI,用户控制界面设计如图41所示。图41用户控制界面421LABVIEW的函数选板图41所示的可执行程序在运行后首先对界面和激光器进行初始化操作，具有串口自动搜索功能。界面和激光器有一个建立连接的过程，在连接过程中SYSTEMINFORMATION消息框显示“正在建立连接请等待。”，如果连接建立成功后指示灯COMMON会发亮。在程序运行过程中，整个硬件系统和软件系统的运行信息可以实时显示在SYSTEMINFORMATION消息框中。若是通信没有问题，SYSTEMINFORMATION消息框中会显示”通信正常”。看到有这条消息后才可进行激光器参数设置。可以参照界面
42、提供ITU通道进行波长波段选择也可用ITUCHANNEL旋钮选择需要的波段。WAVELENGTHOFFSET旋钮可以设置波长偏置值。LASERPOWER表盘可以选择功率值。如果设置完成后可以保存本次设置好的20参数，下次开机按下LOAD后就直接运行上次保存设置值，可直接开启激光器。如果不要默认值则须要按下LASERPARAMETERSETTING键，运行当前设置值。按下ON/OFF键后开启激光器，运行过程中WARMINGUP指示灯一直闪烁，SYSTEMINFORMATION消息框显示“正在开启激光器。请等待”。如果成功打开激光器，LASER指示灯会变亮。SYSTEMINFORMATION消息框
43、显示“激光器已开启”。若开启不成功则显示“激光器未开启。请检查”。关闭激光器只需再按下ON/OFF键。若直接按下EXIT键也可关闭激光器并退出程序。激光器开启后可以选择波长锁定运行和自由运行两种模式。激光器可以有内外两种调制模式可供选择。422操作说明激光器的参数设置和操作应遵照以下步骤A运行程序，同时观察测试通讯是否连接。“COMMON”灯亮绿色，表示串口通信已连接，否则，请检查串口连接是否正常。B设置VREF值（默认值为195）。C依据对照表选择相应的波长或测试通道（15）。D选择功率值（5MW35MW）。E设置激光器工作模式,“W/OFREQUENCYLOCKING”或“W/FREQUE
44、NCYLOCKING”F参数设置完毕后，“SAVETHEABOVEPRAMMETERS”或“SAVEASDEFAULT”或“LOADTHEDEFAULT”。之后，关闭激光器出光开关“LASERON/OFF”，激光器参数初始化，“LASEROFF”显示灯显示黄色。G开启激光器出光开关“LASERON/OFF”。开关打开后，激光器需要稳定35分钟。运行程序时，“WARMINGUP”显示灯会闪烁，直到“LASERW/OLOCKING”或“LASERW/LOCKING”显示灯显示红色，同时“WARMINGUP”显示灯会关掉，否则显示灯会一直闪烁。在打开激光器的过程中，“SYSTEMINFORMATIO
45、N”会提示当前的运行状态。H设置激光器调频模式，只有在W/OLOCKING模式运行完毕后，才可继续频率0100KHZ和幅度（01700MHZ）调制，点击“OK”,可以观察调制后的波形。频率调制分为内部和外部调制，当选择外部调制时，调制幅度和频率是处于禁用状态。I关闭激光器“LASERON/OFF”。激光器关闭时“LASEROFF”显示灯显示黄色，表示激光器已经关闭。J测试期间，如需更改测试通道或功率值，首先关闭激光器开关，然后重复上述（AH）操作步骤。43常用子VI设计431串口搜索这个子VI用于自动查找串口，程序框图见图42，该程序的主要功能特点是通过自动搜索到CH341芯片的串口号。用一个
46、WHILE循环，并启用移位寄存器，并且设置停止条件为执行次数大于16次即输出的串口通信端口号最大为COM16，当然这个这个数值可以随意改变以满足不同的设计21需求。移位寄存器可以具有记忆功能，正是由于这样的巧妙这样才不会搜索重复的端口号，节省操作时间。完成串口自动搜索是通过动态链接库文件调用实现的，在LABVIEW编程环境下改变“调用库函数节点”函数，双击这个图标即可对其进行相关配置。这个函数的路径选择框中浏览找到CH341PTDLL路径,本机此文件位于C盘WCHCN文件夹下，然后在在下拉列表框中找到NAME函数，在线程选项中选择在UI线程中运行项，然配置完的“调用库函数节点”可以返回数值类型
47、的“0”或“1”和查询到的端口名称，这个数值可以转化为布尔类型用于判断从而判断是否找到CH341端口以及输出获得的端口号。图42程序是实现串口查找功能，并且具有最大值复位功能。图42串口识别432写R0指令写入R0指令的子VI用于读取激光器的8路AD的返回值AD0AD7。首先配置串口，写入R0命令，激光器返回AD0AD7的值，再用扫描字符串函数扫描出8路值，这样字符类型就转化为数值类型，可以方便进行计算。这个子VI名称是R0COMMANDVI，如图43所示。22图43R0COMMANDVI433读取数据表这个子VI用于读取第2章里提到过的激光器参数对照表。这个对照表里有35组数据，每组数据有T
48、EC1，TEC2，I三个参数。这三个参数将通过串口传送给激光器控制器。这个函数的是READDATVI，见图44。图44READDATVI23434串口通信测试这个VI用于串口通信测试，用于向激光控制器发送一组指令，返回数据，如果数据确认无误则认为通信正常。返回一个为”1”的布尔值。这个VI的名称是TCOMMUNICATIONTESTVI，见图45。这函数调用了串口识别VI。图45TCOMMUNICATIONTESTVI435写入温度值此VI用于写入TEC1和TEC2的温度值，通过串口发送到激光控制器，控制温度系统到给定的温度。这个VI的名称是TWRITETEMPVI，见图46。图46ATWRI
49、TETEMPVI第一帧24图46BTWRITETEMPVI第二帧图46CTWRITETEMPVI第三帧第三帧调用了TREADR0VI，只要功能是读取AD0AD7的，等待温度到达预设值。436写入电流命令这个VI用于写入电流值，用于激光器的功率的控制。函数名称是WRITECURRENTCOMMANDVI，见图47。图47WRITECURRENTCOMMANDVI25437打开激光器开关这个VI用于打开LD开光，写入一条打开开关的指令，这个VI的名称是TURNONLASERSWITCHVI，见图48。图48TURNONLASERSWITCHVI这个VI通过串口向激光器发送打开激光器开关的指令，然后再读回指令，检查命令是否发送正确。如果指令发送错误，会执行异常处理。438警告和过滤处理这个VI的用于ITU第10通道的有部分参数为空的异常处理。VI的名称是WARINGANDFILTERVI，见图49。图49WARINGANDFILTERVI439开启激光器设置参数这个VI用于设置激光器的波长和功率，调用上述VI，打开LD，设定波长和功率。VI的名称是WCURRENT_TONLASER_TESTVI，见图410。26图410WCURRENT_TONLASER_TESTVI4310关闭激光器命令此VI用于发送关闭激光器指令，VI的名称是TLASEROFF
