LabVIEW环境下的GPIB总线虚拟仪器开发

2013-02-05 16:19:39来源: 21IC
     前 言 

     数据采集、仪器控制和自动化测试是实验室研究经常遇到的实际任务。LabVIEW的出现使普通的实验室工作者也能在较短的时间内构建自己的测控系统。LabVIEW采用图形化语言进行编程,抛弃了传统的文本编程方式,程序开发变得简单直观,开发时间大大减少。 

     尽管现有的测试测量仪器能提供很高程序上的测量自动化操作,但有时仍然不能满足实际测量的需要,因为实际的测量要求往往随实际的测量环境和测量目的不同而发生改变,但台式仪器的功能一般是固定不变的。例如一些台式仪器虽然能对某些物理量进行实时测量,但它并不能将整个测试过程的数据记录下来,仪器本身仅仅相当于一个物理量指标器。为了实现实时测量分析并记录其测量结果,必需进行额外的工作。方法之一是利用仪器本身的模拟输出接口,配一个数据采集卡对模拟输出信号进行采集并进行相应的后续分析处理。方法之二是利用仪器本身提供的编程接口,通过编程实现。与第一种方法相比,第二种方法不需要额外的硬件,使得测试系统变得简单、方便。

        GPIB(General Purpose Interface Bus)是仪器与各种控制器(最常见的是计算机)之间的一种标准接口,许多仪器都带有此接口。就编程语言而言,强大、灵活的仪器控制功能使LabVIEW成为开发虚拟仪器的首选编程语言,而且利用LabVIEW开发的虚拟仪器具有很好的外观效果,其用户界面可与实际仪器的操作面板相媲美。本文介绍了用LabVIEW开发基于GPIB接口的虚拟仪器的一般步骤,并给出了一个实际的开发实例。 

        GPIB总线虚拟仪器的硬件描述 

        GPIB接口是一种8位数字并行通讯接口,其数据传输速度为1Mbyte/s。GPIB设备分为听者(Listeners)、说者(Talkers)和控制器(Controllers)。说者负责发出消息(数据或命令),听者负责接收消息(数据或命令),控制器(通常是一台计算机)负责管理总线上的消息,并指定通讯连接和发送GPIB命令到指定的设备。有些GPIB设备在不同的时候可以扮演不同角色,有时充当说者,有时充当听者,有时又作为控制器。GPIB接口的优点在于通过一个接口可以将多个GPIB设备连接在一起,同时完成多种不同物理量的测量。GPIB的基地址共有31个,为了获得较高的数据传输速度,连接设备一般超过15个,对于普通的测量这已经足够了。开发基于GPIB总线的虚拟仪器一般需如下硬件:计算机、带有GPIB接口的测试仪器、GPIB接口卡和GPIB连接电缆。测试仪器的类型及数量取决于实际的测试要求,仪器本身还要有与之配套的传感器。GPIB接口卡主要用于将仪器与计算机相连,各GPIB接口之间用GPIB连接电缆连接。
 
        GPIB总线虚拟仪器的软件要求 

        用LabVIEW开发一个基于GPIB总线的虚拟仪器的软件包括:LabVIEW开发平台、GPIB接口卡驱动程序和仪器的LabVIEW驱动程序(不是必需的)。当然如果有仪器的LabVIEW驱动程序,创建虚拟仪器就更加方便了。仪器的LabVIEW驱动程序负责仪器通信和控制的具体过程,里面封装了复杂的仪器编程细节,为用户使用仪器提供了简单的函数接口,用户不必对仪器硬件有专门的了解,就可以通过仪器驱动程序来使用这些仪器。图1为基于GPIB总线的虚拟仪器结构示意图。



        开发实例 

        在此,结合开发实例介绍了用LabVIEW开发基于GPIB总线的虚拟仪器的全过程。实例为对一台现有带有GPIB接口的磁测量仪进行二次开发,并开发出一个可完成磁场的实时采集测量,并将采集结果保存到文件,以供后续分析使用的磁测量虚拟仪器。实例中的GPIB接口仪器是一台由美国Lake Shore CryotroNIcs公司生产的磁测量仪,可测量直流和交流磁场,交流频率范围为10~400Hz,测量范围取决于Hall探头,最高可达30T。它具有一个输入通道,两个模拟输出通道(一个为修正输出,一个为直接输出),提供两种编程接口,GPIB接口和串行接口,其中GPIB接口的速率为每秒读18次,串行接口的速率为每秒读15次。该仪器能很方便的测量各种磁场,但是它不能对所测数据进行保存,而且也只具有一些最简单的分析功能如最大值、相对值。

        GPIB接口卡是美国国家仪器公司生产的GPIB-PCIIPIIA,该卡只支持Windows95或98,有两种工作模式,GPIB-PCII模式和GPIB-PCIIA模式,公司推荐使用GPIB-PCII模式。另外,该卡不是即插即用设备,需要人工设置。实例中余下的硬件为一台计算机和一条GPIB连接电缆。计算机的操作系统为Windows98。首先,安装LabVIEW开发平台和GPIB接口卡驱动程序。然后手动添加GPIB接口卡,根据操作系统分配的资源,结合GPIB接口卡用户手册进行相应的跳线设置,实例中该卡工作于GPIB-PCII模式,I/O地址为H2B8,中断为5,DMA通道设为1。最后关闭计算机,将此GPIB卡插入计算机内的扩展槽内。至此,实例中的硬件设置及软件安装已经完毕,接下来将利用LabVIEW来进行虚拟仪器编程。 
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关键字:LabVIEW  GPIB总线  虚拟仪器

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/0205/article_6805.html
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