LabVIEW環(huán)境下的GPIB總線虛擬儀器開發(fā)
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數據采集、儀器控制和自動化測試是實驗室研究經常遇到的實際任務。LabVIEW的出現使普通的實驗室工作者也能在較短的時間內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據記錄下來，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，配一個數據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。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位數字并行通訊接口，其數據傳輸速度為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(數據或命令)，聽者負責接收消息(數據或命令)，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，為了獲得較高的數據傳輸速度，連接設備一般超過15個，對于普通的測量這已經足夠了。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據進行保存，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卡插入計算機內的擴展槽內。至此，實例中的硬件設置及軟件安裝已經完畢，接下來將利用LabVIEW來進行虛擬儀器編程。
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