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、儀器控制和自動化測試是實驗室研究經(jīng)常遇到的實際任務。LabVIEW的出現(xiàn)使普通的實驗室工作者也能在較短的時間內(nèi)構建自己的測控系統(tǒng)。LabVIEW采用圖形化語言進行編程，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化操作，但有時仍然不能滿足實際測量的需要，因為實際的測量要求往往隨實際的測量環(huán)境和測量目的不同而發(fā)生改變，但臺式儀器的功能一般是固定不變的。例如一些臺式儀器雖然能對某些物理量進行實時測量，但它并不能將整個測試過程的數(shù)據(jù)記錄下來，儀器本身僅僅相當于一個物理量指標器。為了實現(xiàn)實時測量分析并記錄其測量結果，必需進行額外的工作。方法之一是利用儀器本身的模擬輸出接口，配一個數(shù)據(jù)采集卡對模擬輸出信號進行采集并進行相應的后續(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(最常見的是計算機)之間的一種標準接口，許多儀器都帶有此接口。就編程語言而言，強大、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，并給出了一個實際的開發(fā)實例。
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設備分為聽者(Listeners)、說者(Talkers)和控制器(Controllers)。說者負責發(fā)出消息(數(shù)據(jù)或命令)，聽者負責接收消息(數(shù)據(jù)或命令)，控制器(通常是一臺計算機)負責管理總線上的消息，并指定通訊連接和發(fā)送GPIB命令到指定的設備。有些GPIB設備在不同的時候可以扮演不同角色，有時充當說者，有時充當聽者，有時又作為控制器。GPIB接口的優(yōu)點在于通過一個接口可以將多個GPIB設備連接在一起，同時完成多種不同物理量的測量。GPIB的基地址共有31個，為了獲得較高的數(shù)據(jù)傳輸速度，連接設備一般超過15個，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:計算機、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算機相連，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)一個基于GPIB總線的虛擬儀器的軟件包括:LabVIEW開發(fā)平臺、GPIB接口卡驅動程序和儀器的LabVIEW驅動程序(不是必需的)。當然如果有儀器的LabVIEW驅動程序，創(chuàng)建虛擬儀器就更加方便了。儀器的LabVIEW驅動程序負責儀器通信和控制的具體過程，里面封裝了復雜的儀器編程細節(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，就可以通過儀器驅動程序來使用這些儀器。圖1為基于GPIB總線的虛擬儀器結構示意圖。
開發(fā)實例
在此，結合開發(fā)實例介紹了用LabVIEW開發(fā)基于GPIB總線的虛擬儀器的全過程。實例為對一臺現(xiàn)有帶有GPIB接口的磁測量儀進行二次開發(fā)，并開發(fā)出一個可完成磁場的實時采集測量，并將采集結果保存到文件，以供后續(xù)分析使用的磁測量虛擬儀器。實例中的GPIB接口儀器是一臺由美國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30T。它具有一個輸入通道，兩個模擬輸出通道(一個為修正輸出，一個為直接輸出)，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備，需要人工設置。實例中余下的硬件為一臺計算機和一條GPIB連接電纜。計算機的操作系統(tǒng)為Windows98。首先，安裝LabVIEW開發(fā)平臺和GPIB接口卡驅動程序。然后手動添加GPIB接口卡，根據(jù)操作系統(tǒng)分配的資源，結合GPIB接口卡用戶手冊進行相應的跳線設置，實例中該卡工作于GPIB-PCII模式，I/O地址為H2B8，中斷為5，DMA通道設為1。最后關閉計算機，將此GPIB卡插入計算機內(nèi)的擴展槽內(nèi)。至此，實例中的硬件設置及軟件安裝已經(jīng)完畢，接下來將利用LabVIEW來進行虛擬儀器編程。
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