基于ＬａｂＶＩＥＷ平臺(tái)和ＧＰＩＢ接口的測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用

摘要：介紹基于ＬａｂＶＩＥＷ平臺(tái)和ＧＰＩＢ接口的實(shí)用測(cè)試系統(tǒng)的組成、儀器控制方式及系統(tǒng)特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：ＧＰＩＢ接口 儀器控制 ＶＩＳＡ標(biāo)準(zhǔn) 測(cè)試系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)技術(shù)和大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了數(shù)字化儀器、智能化儀器的快速發(fā)展。與此同時(shí)，工程上也越來越希望將常用儀器設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接起來組成一個(gè)由計(jì)算機(jī)控制的智能系統(tǒng)。而工程中常用儀器設(shè)備種類繁多、功能各異、獨(dú)立性強(qiáng)，一個(gè)系統(tǒng)往往需要多臺(tái)不同類型的儀器協(xié)同工作，應(yīng)用一般串、并行接口難以滿足要求。為此，人們從６０年代就開始著手研究能夠?qū)⒁幌盗袃x器設(shè)備和計(jì)算機(jī)連成整體的接口系統(tǒng)。ＧＰＩＢ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐｕｒｐｏｓｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｂｕｓ）正是這樣的接口，它作為橋梁，把各種可編程儀器與計(jì)算機(jī)緊密地聯(lián)系起來，從此電子測(cè)量由獨(dú)立的、傳統(tǒng)的單臺(tái)儀器向組成大規(guī)模自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的方向發(fā)展。ＧＰＩＢ的用途十分廣泛，現(xiàn)已廣泛用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通訊，以及對(duì)掃描儀、圖像記錄儀、數(shù)字存儲(chǔ)示波器、頻譜儀等儀器的控制中。

１ 系統(tǒng)組成及特點(diǎn)

典型的ＧＰＩＢ測(cè)量系統(tǒng)由ＰＣ機(jī)、ＧＰＩＢ接口卡和若干臺(tái)（最多１４臺(tái)）ＧＰＩＢ儀器通過標(biāo)準(zhǔn)ＧＰＩＢ電纜連接而成，如圖１所示。系統(tǒng)具有以下四個(gè)顯著特點(diǎn)：

（１）ＧＰＩＢ接口編程方便，減輕了軟件設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)，可使用高級(jí)語言編程；

（２）提高了儀器設(shè)備的性能指標(biāo)。利用計(jì)算機(jī)對(duì)帶有ＧＰＩＢ接口的儀器實(shí)現(xiàn)操作和控制，可實(shí)現(xiàn)各種自動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)、多次測(cè)量平均等要求，從而提高了測(cè)量精度；

（３）便于將多臺(tái)帶有ＧＰＩＢ接口的儀器組合起來，形成較大的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，高效靈活地完成各種不同的測(cè)試任務(wù)，而且組建和拆散靈活，使用方便；

（４）便于擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的功能。由于儀器與計(jì)算機(jī)相聯(lián)，因此可在計(jì)算機(jī)的控制下對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行更加靈活、方便的傳輸、處理、綜合、利用和顯示，使原來儀器采用硬件邏輯很難解決或無法解決的問題迎刃而解。

基于上述研究，利用ＧＰＩＢ接口卡和帶有ＧＰＩＢ接口的存儲(chǔ)示波器組成了測(cè)試系統(tǒng)，如圖２所示。

２ 系統(tǒng)組態(tài)及功能

２．１ ＧＰＩＢ接口性能

ＧＰＩＢ是一個(gè)數(shù)字化２４腳（扁型接口插座）并行總線，其中１６根線為ＴＴＬ電平信號(hào)線，包括８根雙向數(shù)據(jù)線、５根控制線、３根握手線，另８根為地線和屏蔽線。ＧＰＩＢ使用８位并行、字節(jié)串行、異步通迅方式，所有字節(jié)通過總線順序傳送。

２．２系統(tǒng)連接方式

圖３所示為ＧＰＩＢ總線與兩個(gè)獨(dú)立設(shè)備之間的連接圖。系統(tǒng)采用ＮＩ ＡＴ－ＧＰＩＢ／ＩＮＴ接口卡，它是ＮＩ公司配備的符合ＶＩＳＡ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）標(biāo)準(zhǔn)的ＧＰＩＢ接口，在ＬａｂＶＩＥＷ平臺(tái)上，利用ＮＩ提供的ＧＰＩＢ接口驅(qū)動(dòng)程序和ＴＤＳ４２０存儲(chǔ)示波器的驅(qū)動(dòng)程序即可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)與編程控制。系統(tǒng)中每個(gè)設(shè)備（包括接口卡），須有一個(gè)０到３０之間的ＧＰＩＢ地址。ＧＰＩＢ接口卡設(shè)置為地址０，儀器的ＧＰＩＢ地址從１ 到３０。ＧＰＩＢ由一個(gè)控者（ＰＣ機(jī)）控制總線，在總線上傳送儀器命令和數(shù)據(jù)，控者尋址一個(gè)講者，一個(gè)或多個(gè)聽者，數(shù)據(jù)串在總線上從講者向聽者傳送。ＬａｂＶＩＥＷ的ＧＰＩＢ軟件包自動(dòng)處理尋址和其他的總線管理功能。

２．３ 系統(tǒng)應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)

測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用軟件分為三類：與ＧＰＩＢ設(shè)備通訊的子ＶＩ；信號(hào)采集與處理子ＶＩ；處理各層界面和實(shí)現(xiàn)多媒體技術(shù)的子ＶＩ。

在ＬａｂＶＩＥＷ平臺(tái)上的ＧＰＩＢ編程有兩種方式，即傳統(tǒng)的ＧＰＩＢ方式和針對(duì)即插即用協(xié)議（ＶＸＩ ｐｌｕｇ ＆ ｐｌａｙ）的ＶＩＳＡ方式。本系統(tǒng)采用ＶＩＳＡ方式編程。ＶＩＳＡ是虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)體系的簡(jiǎn)稱，它是在ＬａｂＶＩＥＷ工作平臺(tái)上控制ＶＸＩ、ＧＰＩＢ、ＲＳ－２３２以及其他種類儀器的單接口程序庫。采用了ＶＩＳＡ標(biāo)準(zhǔn)，就可以不考慮時(shí)間及儀器Ｉ／Ｏ選擇項(xiàng)，驅(qū)動(dòng)軟件可以相互兼容使用。大多數(shù)ＶＩＳＡ功能模塊使用了ＶＩＳＡ ｓｅｓｓｉｏｎ參數(shù)，ＶＩＳＡ ｓｅｓｓｉｏｎ是每次程序操作過程的唯一邏輯標(biāo)識(shí)符。它標(biāo)識(shí)了與之通訊的設(shè)備名稱以及進(jìn)行Ｉ／０操作必需的配置信息。

ＰＣ機(jī)通過ＡＴ－ＧＰＩＢ／ＩＮＴ接口卡與ＴＤＳ４２０存儲(chǔ)示波器通訊的框圖程序如圖４所示。ＰＣ機(jī)通過ＧＰＩＢ接口卡給ＴＤＳ４２０以命令，而ＴＤＳ４２０又通過它把控者（ＰＣ機(jī)）要求的數(shù)據(jù)反饋給控者。通訊子ＶＩ包括ＶＩＳＡ Ｏｐｅｎ（打開通訊過程）、ＶＩＳＡ Ｗｒｉｔｅ（把數(shù)據(jù)串寫入指定設(shè)備）、ＶＩＳＡ Ｒｅａｄ（從指定設(shè)備中讀入數(shù)據(jù)）、ＶＩＳＡ Ｃｌｏｓｅ（關(guān)閉由ＶＩＳＡ Ｓｅｓｓｉｏｎ指定設(shè)備的通訊過程，釋放系統(tǒng)資源）等功能模塊，使用ＶＩＳＡ功能模塊向指定設(shè)備（泰克ＴＤＳ４２０數(shù)字存儲(chǔ)示波器ＧＰＩＢ接口）讀寫數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)通訊。

信號(hào)采集與處理及各層界面設(shè)計(jì)均在ＬａｂＶＩＥＷ平臺(tái)上，利用其各種強(qiáng)有力的功能模塊可以快速靈活地實(shí)現(xiàn)各種功能。

２．４ 測(cè)試系統(tǒng)功能

測(cè)試系統(tǒng)的具體功能如下：

（１）系統(tǒng)可直接讀?。裕模樱矗玻笆静ㄆ鞯臅r(shí)域測(cè)量數(shù)據(jù)。ＴＤＳ４２０示波器可進(jìn)行十七項(xiàng)時(shí)域指標(biāo)測(cè)量，主要包括信號(hào)周期、頻率、峰—峰值、幅值、均值、有效值、時(shí)延、正負(fù)脈沖寬度等等；

（２）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。本系統(tǒng)可同時(shí)對(duì)兩路隨機(jī)噪聲信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，并可根據(jù)信號(hào)頻率設(shè)置采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)；

（３）利用ＬａｂＶＩＥＷ的Ａｄｖａｎｃｅｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ軟件庫進(jìn)行信號(hào)的動(dòng)態(tài)分析與處理。本系統(tǒng)利用其互相關(guān)分析模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)兩路隨機(jī)信號(hào)的互相關(guān)分析， 從而找到時(shí)延τ，并確定固體表面速度：Ｖ＝ｄ／τ；

（４）在軟面板上輸出顯示信號(hào)的時(shí)域波形、互相關(guān)函數(shù)波形及信號(hào)的頻譜，同時(shí)實(shí)時(shí)給出固體表面速度Ｖ的測(cè)試結(jié)果。

測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行界面如圖５所示。圖中通道１、２所示時(shí)域波形為經(jīng)ＧＰＩＢ接口卡通訊的實(shí)測(cè)隨機(jī)相關(guān)信號(hào)波形；經(jīng)互相關(guān)處理后的互相關(guān)函數(shù)波形如圖所示；圖中渡越時(shí)間測(cè)試值為ＴＤＳ４２０存儲(chǔ)示波器實(shí)測(cè)兩時(shí)域信號(hào)的延時(shí)值（單位：ｍｓ）并回送給控者（ＰＣ機(jī)）；計(jì)算值則為在ＬａｂＶＩＥＷ平臺(tái)上經(jīng)信號(hào)分析計(jì)算后所得的兩時(shí)域信號(hào)間的延時(shí)值（單位：ｍｓ）。

基于ＬａｂＶＩＥＷ平臺(tái)的測(cè)試系統(tǒng)有兩個(gè)顯著特點(diǎn)：（１）采用ＮＩＡＴ－ＧＰＩＢ／ＩＮＴ接口卡實(shí)現(xiàn)對(duì)ＴＤＳ４２０示波器的控制，從而完成實(shí)時(shí)測(cè)試；（２）采用ＶＩＳＡ標(biāo)準(zhǔn)編程。作為通用Ｉ／０標(biāo)準(zhǔn)，ＶＩＳＡ具有與儀器硬件接口無關(guān)的特性，ＶＩＳＡ資源管理層是應(yīng)用與儀器之間的橋梁，所有對(duì)儀器的操作都需要它來管理，從而保證測(cè)試系統(tǒng)有條不紊地運(yùn)作，控制器對(duì)儀器的訪問都通過指針實(shí)現(xiàn)，這種面向?qū)ο蟮募夹g(shù)使獨(dú)立的系統(tǒng)很容易擴(kuò)展成分布式系統(tǒng)，以適應(yīng)各種測(cè)試領(lǐng)域的要求。