基于NI VlSA的儀器驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

特別是在儀器控制方面，NIVISA提供了方便的圖形化編程節(jié)點(diǎn)，可以讓用戶(hù)很快的根據(jù)自己所需儀器的特點(diǎn)編寫(xiě)相應(yīng)的儀器驅(qū)動(dòng)，然后在LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境中調(diào)用這些驅(qū)動(dòng)，編寫(xiě)需要的應(yīng)用程序，從而方便快捷的完成計(jì)算機(jī)對(duì)儀器的控制以及計(jì)算機(jī)與儀器之間的通信。

VlSA簡(jiǎn)介

計(jì)算機(jī)與儀器通信的實(shí)現(xiàn)是儀器發(fā)展史的一個(gè)里程碑?？删幊痰乜刂苾x器給儀器控制領(lǐng)域到來(lái)了極大的改進(jìn)和靈活性，并且可以不再依賴(lài)于具體的人工操作。LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境提供了強(qiáng)有力的編程支持，這就使得測(cè)試系統(tǒng)的主要任務(wù)轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)與儀器連接的接口和總線(xiàn)問(wèn)題上。這就需要一個(gè)既可以表示接口特性又可以詳細(xì)表示儀器性能的軟件體系，而且這個(gè)軟件體系應(yīng)具有很好的通用性。VISA驅(qū)動(dòng)很好地滿(mǎn)足了這些需求。VISAAPI(Application Programming Interface，應(yīng)用編程接口)可以通用于基于Ethernet，GPIB，GPIB―VXI，VXI，PXI和串口等多種總線(xiàn)的測(cè)試系統(tǒng)，使用者不必再研究各個(gè)接口總線(xiàn)特定的API。

作為儀器I／O函數(shù)庫(kù)，VISA編程與傳統(tǒng)的I／0軟件編程基本相同，主要是通過(guò)設(shè)備的端口讀寫(xiě)操作和屬性控制，實(shí)現(xiàn)與儀器的命令與數(shù)據(jù)交換。VISA函數(shù)按照功能基本上可以分為基本I，0、格式化I／O、內(nèi)存I／O、資源管理、共享內(nèi)存管理、事件處理和屬性控制等幾大類(lèi)。用戶(hù)可以在VISA中利用SCPI命令來(lái)控制基于消息基的儀器和帶有SCPI命令翻譯節(jié)點(diǎn)的基于寄存器級(jí)的儀器，對(duì)于不接收SCPI命令的儀器，也可以通過(guò)使用VISA的寄存器讀寫(xiě)節(jié)點(diǎn)直接訪(fǎng)問(wèn)儀器的底層寄存器的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的控制。VISA函數(shù)庫(kù)中的函數(shù)以VISA節(jié)點(diǎn)的形式出現(xiàn)。

VISA節(jié)點(diǎn)位于AllFunction>>Instrument I／O>>VISA目錄下， 基本的VISA節(jié)點(diǎn)有：VISA Write、VISARead、VISAClear、VISA Read STB．VISA Asserlt Trigger。

高級(jí)節(jié)點(diǎn)包含更多的函數(shù)：VISA Open(打開(kāi)一個(gè)儀器資源)，VISA Close(關(guān)閉一個(gè)一個(gè)資源)，VIsA Find Resource(尋找VISA資源)，VIsA write FromFile，VISA Read to File，VISALock Analy，VISA Unlock(VISA解鎖)，VISA Status I)escription(狀態(tài)描述)，VISA Set．Timeout，Property Node(屬性節(jié)點(diǎn))以及Interface Specific(指定接口)子模板、Event Handling(事件處理)子模板、High Level RegisterAccess(高級(jí)寄存器讀寫(xiě))子模板、Low Level Register Access(低級(jí)寄存器讀寫(xiě))子模板等幾個(gè)部分。LabVIEw的幫助文檔給出了這些VISA節(jié)點(diǎn)的具體用法和詳細(xì)介紹。

1673G系列邏輯分析儀

1673G具有34通道的邏輯分析系統(tǒng)，150MHz狀態(tài)速率，500MHz定時(shí)速率，64k標(biāo)準(zhǔn)采集內(nèi)存，使用選項(xiàng)001(選項(xiàng)001表示當(dāng)前使用的是系統(tǒng)級(jí)的命令)時(shí)256k內(nèi)存，使用選項(xiàng)002(選項(xiàng)002表示當(dāng)前使用的是選件邏輯分析儀)時(shí)2M內(nèi)存。選項(xiàng)003(選項(xiàng)003表示當(dāng)前使用的是選件示波器)示波器：2通道，500MHz，2GSa／s，32k內(nèi)存；選項(xiàng)004碼型發(fā)生器：32通道，100M矢量／秒，256k矢量深。1673G具有2GB硬驅(qū)和l-44 MB：DOS軟驅(qū)；配有VGA分辨率的彩色平板顯示器，幫助用戶(hù)迅速找到信息；可以選擇鼠標(biāo)操作或前面板操作，使用簡(jiǎn)便設(shè)計(jì)良好的用戶(hù)界面；支持可選的PC式鍵盤(pán)；支持ASCII數(shù)據(jù)和PCX／TIFF／EPS屏幕快照等文件格式，配有Centronics打印機(jī)端口，GPIB和RS－232編程能力；可以通過(guò)x－windows實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)遠(yuǎn)程操作，通過(guò)FTP／NFs實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送；提供23種預(yù)先定義的觸發(fā)功能，支持圖形表示和普通語(yǔ)言描述，簡(jiǎn)便地設(shè)置強(qiáng)大的測(cè)量功能。

驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

儀器驅(qū)動(dòng)是用來(lái)控制可編程儀器的一組函數(shù)的集合，包含對(duì)儀器的各種操作：配置，讀出、寫(xiě)入和觸發(fā)等。儀器驅(qū)動(dòng)函數(shù)的工作流程是：讀取前面板上對(duì)儀器的控制命令一把命令格式化為儀器能夠解析的命令字符串→讀取儀器返回的響應(yīng)結(jié)果→根據(jù)讀取的結(jié)果更新前面板上的顯示。儀器驅(qū)動(dòng)已具有交互性，可編程性和通用性。儀器驅(qū)動(dòng)一般通用于某一類(lèi)的儀器。對(duì)于某個(gè)儀器的特殊的性能，則另外編寫(xiě)相應(yīng)的函數(shù)。

儀器驅(qū)動(dòng)包含兩大類(lèi)的VIs，一類(lèi)是組件VIs(componentVIs)，一個(gè)函數(shù)控制儀器的一個(gè)特定的功能，另一類(lèi)是高級(jí)的應(yīng)用函數(shù)VIs(Application vIs)，一個(gè)函數(shù)由多個(gè)組件vIs組合而成，實(shí)現(xiàn)儀器的一個(gè)基本的測(cè)試或測(cè)量操作。其設(shè)計(jì)模型如圖1所示。

應(yīng)用函數(shù)VI位于儀器驅(qū)動(dòng)層次的最高級(jí)，通過(guò)調(diào)用組件級(jí)的VI來(lái)實(shí)現(xiàn)一般的儀器配置和測(cè)試操作。用戶(hù)只調(diào)用這些高級(jí)應(yīng)用VIs就可以實(shí)現(xiàn)單一的面向測(cè)量的儀器接口。

組件vIs是較低級(jí)的儀器驅(qū)動(dòng)函數(shù)。組件VIs是模塊化的VIs，它們包含了儀器所有的配置和測(cè)量功能，共分為六類(lèi)：初始化(Initialize)，配置(Configuration)，操作和狀態(tài)(Action／Status)， 數(shù)據(jù)(data)，功能(Utilitv)和結(jié)束(Close)。組件VIs與儀器的具體功能有關(guān)。在設(shè)計(jì)儀器驅(qū)動(dòng)時(shí)，根據(jù)儀器的功能將相應(yīng)的指令歸類(lèi)。

要對(duì)邏輯分析儀1673G編寫(xiě)儀器驅(qū)動(dòng)，首先熟練儀器的操作，研究其指令系統(tǒng)，然后確定要實(shí)現(xiàn)的VIs。表l給出了選件003示波器要實(shí)現(xiàn)的vIs。

1673G的指令包括普通的SCPI命令，系統(tǒng)級(jí)的設(shè)置和配置命令，以及針對(duì)各個(gè)選件 (邏輯分析儀，示波器和碼型產(chǎn)生器)的命令。文中的驅(qū)動(dòng)主要針對(duì)邏輯分析儀和示波器進(jìn)行編寫(xiě)，預(yù)達(dá)到可以對(duì)邏輯分析儀和示波器進(jìn)行儀器控制，并且可以得到邏輯分析儀和示波器的采集數(shù)據(jù)，可以得到示波器的測(cè)量數(shù)據(jù)。

以實(shí)現(xiàn)初始化函數(shù)AGl673GInitialize．vi為例， 先用VISAOPEN節(jié)點(diǎn)打開(kāi)一個(gè)儀器的Session，然后調(diào)用propertv nodtj識(shí)別儀器的接口類(lèi)型，建立計(jì)算機(jī)與儀器之間的通信。然后調(diào)用VIsA write向儀器發(fā)出％IDN?命令，接著調(diào)用vIsA 0PEN讀取儀器的響應(yīng)結(jié)果，對(duì)讀取到的字符串進(jìn)行分析，與儀器的標(biāo)識(shí)符進(jìn)行比較，若結(jié)果正確就輸出dupVIsA Session供以后的函數(shù)節(jié)點(diǎn)調(diào)用。程序調(diào)試成功后把程序制作成sutVI以備調(diào)用。具體流程如圖2所示。

然后根據(jù)表1的命令分類(lèi)，依據(jù)各種命令的功能，組合成各種(20mponent VIs和ApplicatioVIs功能，然后同上的方法調(diào)用VISA節(jié)點(diǎn)和LahvIEw對(duì)字符串和數(shù)據(jù)、數(shù)組之間轉(zhuǎn)換的節(jié)點(diǎn)(VI模板)編寫(xiě)所有的驅(qū)動(dòng)VI，并且在最后形成一個(gè)VI樹(shù)。VI樹(shù)中應(yīng)包含儀器驅(qū)動(dòng)所有的V!，如圖3所示。

基于VISA儀器驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)基本步驟：熟悉儀器的操作，熟悉儀器的變成指令，確定要實(shí)現(xiàn)的VIs，形成儀器驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)框架；調(diào)用VISA節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)組件VIs，并在組件VIs的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)需要的應(yīng)用VIs；把儀器驅(qū)動(dòng)中的VI制作成subVI以方便用戶(hù)調(diào)用；描述各個(gè)VI的功能和連接線(xiàn)用法。

文中的儀器驅(qū)動(dòng)成功實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)對(duì)安捷倫1673G的控制，并且可以把儀器采集到的數(shù)據(jù)讀人計(jì)算機(jī)中，利用LabVIEW強(qiáng)大的分析功能進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。而且文中使用的驅(qū)動(dòng)制作方法適用于其他支持的VISA的儀器。