LabVIEW環(huán)境下的GPIB總線虛擬儀器開發(fā)
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在LabVIEW中為實(shí)現(xiàn)與GPIB儀器通信有兩種方式，一種是利用函數(shù)模板中Instrument I/O子模板下的GPIB相關(guān)函數(shù)，另一種是利用函數(shù)模板中Instrument I/O子模板下的VISA相關(guān)函數(shù)，實(shí)際上VISA相關(guān)函數(shù)不僅能與GPIB總線通信，還能與許多其他接口類型的儀器通信，如串口儀器、PXI接口儀器和TCPPIP接口儀器。本文采用VISA相關(guān)函數(shù)，每一個(gè)VISA函數(shù)都有一個(gè)VISA資源名稱參數(shù)，用來(lái)指明該函數(shù)對(duì)應(yīng)的硬件設(shè)備。本實(shí)例中的VISA資源名稱為GPIB:12，其中GPIB用于指明指口的類型，12是磁測(cè)量?jī)x器在GPIB總線上的地址(出廠設(shè)定值)。與磁測(cè)量?jī)x通信的第一步是建立計(jì)算機(jī)與儀器的連接，此任務(wù)可以通過(guò)VISA的OPEN函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，接著利用VISA的WRITE函數(shù)，可以根據(jù)需要向儀器發(fā)送各種命令，VISA的READ函數(shù)可以讀取儀器響應(yīng)的任何數(shù)據(jù)，完成所有測(cè)試任務(wù)后，借助于VISA的CLOSE函數(shù)斷開計(jì)算機(jī)與磁測(cè)量?jī)x的通信連接。值得注意的是，多數(shù)GPIB接口儀器基于字符串格式的，即使從儀器讀回的數(shù)字也是字符串格式的數(shù)字，為了進(jìn)行后續(xù)的分析處理必須將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字類型。
LabVIEW中的函數(shù)模板中String子模板下的Srting/Numbder Conversion下提供了一個(gè)專門從字符串中掃描數(shù)字的函數(shù)，利用此函數(shù)可以方便的將字符串格式的數(shù)字轉(zhuǎn)化成數(shù)字型。儀器的編程風(fēng)格有兩種方式:一種是非模塊化編程，即針對(duì)特定的需要編寫特定的程序以滿足需要，此方法直接，容易實(shí)現(xiàn)，但其可擴(kuò)充性差，不便于后續(xù)升級(jí)和更改。另一種是模塊化編程，即將儀器的各種功能模塊化，然后根據(jù)需要選擇相應(yīng)的模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)特定的要求，該方法前期工作投入大，但其后續(xù)工作簡(jiǎn)單，且便于升級(jí)和更改。本實(shí)例采用模塊編程風(fēng)格。
根據(jù)美國(guó)NI公司提出的“軟件就是儀器”的口號(hào)，一個(gè)LabVIEW就是一臺(tái)虛擬儀器，通常一個(gè)LabVIEW程序包括三個(gè)部分:前面板、框圖和圖標(biāo)。圖2為實(shí)例虛擬儀器的框圖。
如圖2所示，本框圖包括三個(gè)模塊，即儀器設(shè)置模塊(CONFIG模塊)、單位顯示模塊(UNITDISPLAY模塊)和數(shù)據(jù)采集測(cè)試模塊(TEST模塊)。其中設(shè)置模塊主要用來(lái)完成測(cè)試相關(guān)參數(shù)的設(shè)定，如儀器GPIB地址、單位設(shè)置、量程模式選擇(自動(dòng)或手動(dòng))、量程范圍(如果量程模式為自動(dòng)則不需指定量程范圍，儀器將根據(jù)外磁場(chǎng)自動(dòng)變化到相應(yīng)的量程)、磁場(chǎng)類型(交流或直流)，如果測(cè)量的是交流磁場(chǎng)，可通過(guò)PeakPRMS按鈕選擇測(cè)量其峰值或平均值。單位顯示模塊主要用來(lái)指示測(cè)試結(jié)果的單位，由于磁場(chǎng)存在兩種單位，高斯(Gauss)和特斯拉(Tesla)，而且對(duì)應(yīng)不同的量程有不同的單位，如T或mT、kG或G，所以專門編寫了一個(gè)單位顯示模塊，三個(gè)單位顯示分別為當(dāng)前讀數(shù)的單位及最大值和最小值的單位。數(shù)據(jù)采集測(cè)試模塊是該虛擬儀器的核心模塊，主要完成磁場(chǎng)的測(cè)試，根據(jù)實(shí)際測(cè)量需要任意指定磁場(chǎng)采樣間隔，并將磁場(chǎng)的測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)顯示，測(cè)試完成后可將全部測(cè)試結(jié)果以文件方式保存，以便后續(xù)分析處理。另外，本模塊只提供兩個(gè)最簡(jiǎn)單的分析功能，即測(cè)量結(jié)果的最大值和最小值。對(duì)于更復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析處理，如譜分析，可利用LabVIEW豐富分析函數(shù)庫(kù)編寫其他的模塊加以實(shí)現(xiàn)，本虛擬儀器暫不涉及。
此外，由圖2可以看出模塊化的編程，不僅使程序結(jié)構(gòu)變得十分簡(jiǎn)單，而且編程者可以不必了解儀器的底層通信協(xié)議，因?yàn)榕c儀器通信的底層編程已封裝在模塊內(nèi)部，從而進(jìn)一步簡(jiǎn)化了虛擬儀器的開發(fā)。圖3(略)為實(shí)例虛擬器的前面板，左邊為測(cè)試結(jié)果顯示區(qū)，包括當(dāng)前讀數(shù)、最大值、最小值和測(cè)試曲線;右邊是參數(shù)設(shè)置區(qū)，右下方的“停止P開始”開關(guān)用于停止和開始磁場(chǎng)的測(cè)試，“保存”按鈕用于將測(cè)試結(jié)果存盤。與臺(tái)式磁測(cè)量?jī)x相比，此虛擬儀器最大特點(diǎn)在于它能進(jìn)行實(shí)時(shí)采集測(cè)量，并將采集結(jié)果保存到文件，以供后續(xù)分析使用。嚴(yán)格意義上說(shuō)，基于臺(tái)式儀器的虛擬儀器不僅可以實(shí)現(xiàn)臺(tái)式儀器的所有功能，而且還可以實(shí)現(xiàn)臺(tái)式儀器所不具備的功能，尤其是測(cè)試結(jié)果后續(xù)分析與處理，因?yàn)闇y(cè)試結(jié)果的分析處理不依賴于硬件，完全取決于實(shí)際的要求。此外，虛擬儀器還具有易升級(jí)，易更改等優(yōu)點(diǎn)。
結(jié) 論
文中介紹了采用LabVIEW虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)開發(fā)基于GPIB總線的虛擬儀器的硬件及軟件要求。結(jié)合磁測(cè)量虛擬儀器開發(fā)實(shí)例，介紹了開發(fā)基于GPIB總線的虛擬儀器的全過(guò)程。實(shí)驗(yàn)證明該虛擬儀器能很好地完成磁場(chǎng)的實(shí)時(shí)采集測(cè)量，并將測(cè)試結(jié)果存盤以供后續(xù)分析使用，此功能是臺(tái)式磁測(cè)量?jī)x所不具備的功能，從而大大擴(kuò)充了臺(tái)式儀器的功能。
評(píng)論