LabVIEW環(huán)境下的GPIB總線虛擬儀器開發(fā)
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數(shù)據(jù)采集、儀器控制和自動(dòng)化測試是實(shí)驗(yàn)室研究經(jīng)常遇到的實(shí)際任務(wù)。LabVIEW的出現(xiàn)使普通的實(shí)驗(yàn)室工作者也能在較短的時(shí)間內(nèi)構(gòu)建自己的測控系統(tǒng)。LabVIEW采用圖形化語言進(jìn)行編程，拋棄了傳統(tǒng)的文本編程方式，程序開發(fā)變得簡單直觀，開發(fā)時(shí)間大大減少。
盡管現(xiàn)有的測試測量儀器能提供很高程序上的測量自動(dòng)化操作，但有時(shí)仍然不能滿足實(shí)際測量的需要，因?yàn)閷?shí)際的測量要求往往隨實(shí)際的測量環(huán)境和測量目的不同而發(fā)生改變，但臺(tái)式儀器的功能一般是固定不變的。例如一些臺(tái)式儀器雖然能對某些物理量進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，但它并不能將整個(gè)測試過程的數(shù)據(jù)記錄下來，儀器本身僅僅相當(dāng)于一個(gè)物理量指標(biāo)器。為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測量分析并記錄其測量結(jié)果，必需進(jìn)行額外的工作。方法之一是利用儀器本身的模擬輸出接口，配一個(gè)數(shù)據(jù)采集卡對模擬輸出信號(hào)進(jìn)行采集并進(jìn)行相應(yīng)的后續(xù)分析處理。方法之二是利用儀器本身提供的編程接口，通過編程實(shí)現(xiàn)。與第一種方法相比，第二種方法不需要額外的硬件，使得測試系統(tǒng)變得簡單、方便。
GPIB(General Purpose Interface Bus)是儀器與各種控制器(最常見的是計(jì)算機(jī))之間的一種標(biāo)準(zhǔn)接口，許多儀器都帶有此接口。就編程語言而言，強(qiáng)大、靈活的儀器控制功能使LabVIEW成為開發(fā)虛擬儀器的首選編程語言，而且利用LabVIEW開發(fā)的虛擬儀器具有很好的外觀效果，其用戶界面可與實(shí)際儀器的操作面板相媲美。本文介紹了用LabVIEW開發(fā)基于GPIB接口的虛擬儀器的一般步驟，并給出了一個(gè)實(shí)際的開發(fā)實(shí)例。
GPIB總線虛擬儀器的硬件描述
GPIB接口是一種8位數(shù)字并行通訊接口，其數(shù)據(jù)傳輸速度為1Mbyte/s。GPIB設(shè)備分為聽者(Listeners)、說者(Talkers)和控制器(Controllers)。說者負(fù)責(zé)發(fā)出消息(數(shù)據(jù)或命令)，聽者負(fù)責(zé)接收消息(數(shù)據(jù)或命令)，控制器(通常是一臺(tái)計(jì)算機(jī))負(fù)責(zé)管理總線上的消息，并指定通訊連接和發(fā)送GPIB命令到指定的設(shè)備。有些GPIB設(shè)備在不同的時(shí)候可以扮演不同角色，有時(shí)充當(dāng)說者，有時(shí)充當(dāng)聽者，有時(shí)又作為控制器。GPIB接口的優(yōu)點(diǎn)在于通過一個(gè)接口可以將多個(gè)GPIB設(shè)備連接在一起，同時(shí)完成多種不同物理量的測量。GPIB的基地址共有31個(gè)，為了獲得較高的數(shù)據(jù)傳輸速度，連接設(shè)備一般超過15個(gè)，對于普通的測量這已經(jīng)足夠了。開發(fā)基于GPIB總線的虛擬儀器一般需如下硬件:計(jì)算機(jī)、帶有GPIB接口的測試儀器、GPIB接口卡和GPIB連接電纜。測試儀器的類型及數(shù)量取決于實(shí)際的測試要求，儀器本身還要有與之配套的傳感器。GPIB接口卡主要用于將儀器與計(jì)算機(jī)相連，各GPIB接口之間用GPIB連接電纜連接。
GPIB總線虛擬儀器的軟件要求
用LabVIEW開發(fā)一個(gè)基于GPIB總線的虛擬儀器的軟件包括:LabVIEW開發(fā)平臺(tái)、GPIB接口卡驅(qū)動(dòng)程序和儀器的LabVIEW驅(qū)動(dòng)程序(不是必需的)。當(dāng)然如果有儀器的LabVIEW驅(qū)動(dòng)程序，創(chuàng)建虛擬儀器就更加方便了。儀器的LabVIEW驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)儀器通信和控制的具體過程，里面封裝了復(fù)雜的儀器編程細(xì)節(jié)，為用戶使用儀器提供了簡單的函數(shù)接口，用戶不必對儀器硬件有專門的了解，就可以通過儀器驅(qū)動(dòng)程序來使用這些儀器。圖1為基于GPIB總線的虛擬儀器結(jié)構(gòu)示意圖。
開發(fā)實(shí)例
在此，結(jié)合開發(fā)實(shí)例介紹了用LabVIEW開發(fā)基于GPIB總線的虛擬儀器的全過程。實(shí)例為對一臺(tái)現(xiàn)有帶有GPIB接口的磁測量儀進(jìn)行二次開發(fā)，并開發(fā)出一個(gè)可完成磁場的實(shí)時(shí)采集測量，并將采集結(jié)果保存到文件，以供后續(xù)分析使用的磁測量虛擬儀器。實(shí)例中的GPIB接口儀器是一臺(tái)由美國Lake Shore CryotroNIcs公司生產(chǎn)的磁測量儀，可測量直流和交流磁場，交流頻率范圍為10～400Hz，測量范圍取決于Hall探頭，最高可達(dá)30T。它具有一個(gè)輸入通道，兩個(gè)模擬輸出通道(一個(gè)為修正輸出，一個(gè)為直接輸出)，提供兩種編程接口，GPIB接口和串行接口，其中GPIB接口的速率為每秒讀18次，串行接口的速率為每秒讀15次。該儀器能很方便的測量各種磁場，但是它不能對所測數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，而且也只具有一些最簡單的分析功能如最大值、相對值。
GPIB接口卡是美國國家儀器公司生產(chǎn)的GPIB-PCIIPIIA，該卡只支持Windows95或98，有兩種工作模式，GPIB-PCII模式和GPIB-PCIIA模式，公司推薦使用GPIB-PCII模式。另外，該卡不是即插即用設(shè)備，需要人工設(shè)置。實(shí)例中余下的硬件為一臺(tái)計(jì)算機(jī)和一條GPIB連接電纜。計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)為Windows98。首先，安裝LabVIEW開發(fā)平臺(tái)和GPIB接口卡驅(qū)動(dòng)程序。然后手動(dòng)添加GPIB接口卡，根據(jù)操作系統(tǒng)分配的資源，結(jié)合GPIB接口卡用戶手冊進(jìn)行相應(yīng)的跳線設(shè)置，實(shí)例中該卡工作于GPIB-PCII模式，I/O地址為H2B8，中斷為5，DMA通道設(shè)為1。最后關(guān)閉計(jì)算機(jī)，將此GPIB卡插入計(jì)算機(jī)內(nèi)的擴(kuò)展槽內(nèi)。至此，實(shí)例中的硬件設(shè)置及軟件安裝已經(jīng)完畢，接下來將利用LabVIEW來進(jìn)行虛擬儀器編程。
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