LabVIEW與USB的直接數(shù)據(jù)通信

引 言

LabVIEW是一種基于圖形程序的虛擬儀器編程語言，在測試與測量、數(shù)據(jù)采集、儀器控制、數(shù)字信號分析、工廠自動化等領域獲得了廣泛的應用。LabVIEW程序采用方框圖編程，具有友好的人機界面，在前面板中有用于模擬真實儀器面板的控件可供調用，可用于設置輸入數(shù)值、觀察輸出值以及實現(xiàn)圖表、文本等顯示。實現(xiàn)LabVIEW對數(shù)據(jù)的采集和處理，傳統(tǒng)的是采用數(shù)據(jù)采集卡，但是這些數(shù)據(jù)采集設備存在安裝不便、價格昂貴、受計算機插槽數(shù)量、地址、中斷資源的限制，可擴展性差，同時在一些電磁干擾性強的測試現(xiàn)場，可能無法專門對其做電磁屏蔽，從而導致采集的數(shù)據(jù)失真。在LabVIEW下使用USB總線，可以同樣實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，并且彌補了采集卡的不足。

傳統(tǒng)的用LabVIEW讀寫USB設備的方法是：先用VC++或Delphi編寫動態(tài)鏈接庫DLL文件，在DLL中通過調用WIN API函數(shù)讀寫USB設備的數(shù)據(jù)，并存在緩沖區(qū)中，在LabVIEW中通過對DLL文件的調用提取緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)。介紹了在LabVIEW下，通過調用NI-VISA子程序控件，實現(xiàn)與USB設備的直接通信，避免了二次編程的麻煩和數(shù)據(jù)的中轉。

2 USB底層驅動程序設計

USB底層驅動開發(fā)工具有Windows DDK和第三方開發(fā)工具，如Driver studio和 Win driver等，但是使用這些工具開發(fā)驅動難度大、效率底。在這里，介紹如何借用LabVIEW的NI-VISA子程序控件作為USB的底層驅動。

VISA(Virtual Instrument Software Architecture，ni.corn/visa)是一個用來與各種儀器總線進行通訊的高級應用編程接口(API)。他不受平臺、總線和環(huán)境的限制。通用串行總線(USB)是一個基于信息的通訊總線。這表示PC機與USB設備通過發(fā)送指令和數(shù)據(jù)進行通訊，而這些指令和數(shù)據(jù)是通過總線以文本或二進制數(shù)據(jù)的形式發(fā)送的。每個USB設備都有各自的指令集?？梢允褂肗I-VISA的讀寫功能向儀器發(fā)送這些指令，并讀取儀器的反饋。

NI-VISA從3.0版開始支持USB通訊，他有2種VISA類函數(shù)(Resource Class)，可以控制2類USB設備：USB INSTR設備與USB RAW設備。符合USB測試和測量類(USBTMC)協(xié)議的USB設備可以通過使用USB INSTR類函數(shù)控制，他們使用488.2標準通訊。對于這些設備，只需以與GPIB儀器通訊同樣的方式，使用VISA Open，VISA Close，VISA Read和VISAWrite功能。USBTMC設備符合VISA USB INSTR類函數(shù)能夠理解的協(xié)議。USBTMC設備相對來說控制較為復雜，因為每個設備可以使用各自的通信協(xié)議，而這些通信協(xié)議一般都是由設備的生產廠家自定的。

為了使用NI-VISA，必須先讓Windows將NI-VI-SA作為設備的缺省驅動程序使用。在Windows環(huán)境中，可以通過INF文檔做到這一點。INF文件是系統(tǒng)硬件設備配置文件，USB驅動程序通過INF文件中的PID(產品識別號)和VID(廠商識別號)識別USB設備。NI-VISA 3.0中包含的VISA Driver Development Wizard(DDW)可以為USB設備創(chuàng)建一個INF文檔。下面簡單介紹創(chuàng)建INF文檔的過程：

(1)在安裝了NI-VISA后，啟動VISA Driver Devel-opment Wizard程序，出現(xiàn)了為PXI/PCI或USB設備創(chuàng)建一個INF文檔的向導，選擇USB設備，點NEXT，出現(xiàn)VI-SA DDW基本設備信息窗口。

(2)進行這一步時，需要清楚USB的PID和VID。這些數(shù)字可以在安裝USB設備的時候對其進行確認，并在想要與設備通訊的時候，尋找他的地址。依據(jù)USB的規(guī)格，兩個數(shù)字都是16位16進制數(shù)字，并應該由設備制造商提供。例如在后面介紹基于USB的虛擬示波器用到USB接口芯片PDIUSBD12的PID和VID分別是0x0471和0x0666;這一步設置完成后，點擊NEXT，進行最后一步的設置。

(3)USB Instrument Prefix(USB儀器前綴)只是一個描述符，可以用他來識別本設備所用的相關文檔。在USB Instrument Prefix中輸入相應信息，并在output file directory中選擇存放這些文檔的目錄，然后點擊Finish。INF文檔就被建好并保存至指定的位置。

這時候，只要復制生成的INF文件夾到系統(tǒng)盤Win-dows文件夾下INF文件夾，點擊右鍵，安裝即可。這時，插上USB設備，Windows系統(tǒng)就能探測到，并根據(jù)INF硬件配置文件選擇NI-VISA作為底層驅動程序。在Lab-VIEW中，只需調用NI-VISA的相關控件，即可實現(xiàn)對USB設備的讀寫操作。

3 LabVIEW驅動程序編寫

強大、靈活的儀器控制功能是LabVIEW區(qū)別于其他編程語言的主要特點。LabVIEW不僅提供數(shù)百種不同接口測試儀器的驅動程序，而且還支持VISA，SCPI和IVI等最新的程控軟件標準，為用戶設計開發(fā)先進的測試系統(tǒng)提供了軟件支持。VISA是用于儀器編程的標準I/O函數(shù)庫及相關規(guī)范的總稱，一般稱之為VISA庫。VISA庫駐留于計算機系統(tǒng)中，是計算機與儀器之間的軟件層連接，用以實現(xiàn)對儀器的程控。對軟件開發(fā)者來說，他是一個可調用的操作函數(shù)集，他本身不提供儀器編程能力，只是一個高層API(應用程序接口)，通過調用底層的驅動程序來控制儀器設備。

NI-VISA支持3種類型的USB管道：控制、批量和中斷。NI-VISA探測到USB儀器時，他會對儀器進行自動掃描，尋找各種類型的最低可用端點。如使用NI-VI-SA中的VISA USB Control In和VISA USB Control Out來通過控制型管道傳輸數(shù)據(jù)，使用VISA Read和VISAWrite來通過批量型管道傳輸數(shù)據(jù)。

作為儀器I/O函數(shù)庫，VISA編程與傳統(tǒng)的I/O軟件編程基本相同，主要通過設備I/O端口的讀寫操作和屬性控制，實現(xiàn)與儀器的命令與數(shù)據(jù)交換。LabVIEW中所有的VISA節(jié)點均在Function模板→All Functions子模板→Instrument I/O子模板→VISA子模板中。在這里，只用到了VISA Open，VISA Close，VISA Write和VISARead四個節(jié)點即可實現(xiàn)和USB設備的雙向通信。當完成對USB設備的INF硬件配置后，就可以用VISA Open節(jié)點打開該資源，建立計算機與這些VISA資源的通信管道;與VISA Open節(jié)點相反，VISA Close節(jié)點用于將打開的VISA資源關閉;VISA Write節(jié)點的功能是將writebuffer端口輸入字符串數(shù)據(jù)發(fā)送到儀器中;VISA Read節(jié)點的功能是從儀器中讀出數(shù)據(jù);