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VISA函數(shù)都有一個VISA資源名稱參數(shù)，用來指明該函數(shù)對應(yīng)的硬件設(shè)備。本實例中的VISA資源名稱為GPIB:12，其中GPIB用于指明指口的類型，12是磁測量儀器在GPIB總線上的地址(出廠設(shè)定值)。與磁測量儀通信的第一步是建立計算機與儀器的連接，此任務(wù)可以通過VISA的OPEN函數(shù)來實現(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)，完成所有測試任務(wù)后，借助于VISA的CLOSE函數(shù)斷開計算機與磁測量儀的通信連接。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。儀器的編程風格有兩種方式:一種是非模塊化編程，即針對特定的需要編寫特定的程序以滿足需要，此方法直接，容易實現(xiàn)，但其可擴充性差，不便于后續(xù)升級和更改。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)的模塊來實現(xiàn)特定的要求，該方法前期工作投入大，但其后續(xù)工作簡單，且便于升級和更改。本實例采用模塊編程風格。
根據(jù)美國NI公司提出的“軟件就是儀器”的口號，一個LabVIEW就是一臺虛擬儀器，通常一個LabVIEW程序包括三個部分:前面板、框圖和圖標。圖2為實例虛擬儀器的框圖。
如圖2所示，本框圖包括三個模塊，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)采集測試模塊(TEST模塊)。其中設(shè)置模塊主要用來完成測試相關(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(自動或手動)、量程范圍(如果量程模式為自動則不需指定量程范圍，儀器將根據(jù)外磁場自動變化到相應(yīng)的量程)、磁場類型(交流或直流)，如果測量的是交流磁場，可通過PeakPRMS按鈕選擇測量其峰值或平均值。單位顯示模塊主要用來指示測試結(jié)果的單位，由于磁場存在兩種單位，高斯(Gauss)和特斯拉(Tesla)，而且對應(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單位顯示模塊，三個單位顯示分別為當前讀數(shù)的單位及最大值和最小值的單位。數(shù)據(jù)采集測試模塊是該虛擬儀器的核心模塊，主要完成磁場的測試，根據(jù)實際測量需要任意指定磁場采樣間隔，并將磁場的測量結(jié)果實時顯示，測試完成后可將全部測試結(jié)果以文件方式保存，以便后續(xù)分析處理。另外，本模塊只提供兩個最簡單的分析功能，即測量結(jié)果的最大值和最小值。對于更復(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)庫編寫其他的模塊加以實現(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)變得十分簡單，而且編程者可以不必了解儀器的底層通信協(xié)議，因為與儀器通信的底層編程已封裝在模塊內(nèi)部，從而進一步簡化了虛擬儀器的開發(fā)。圖3(略)為實例虛擬器的前面板，左邊為測試結(jié)果顯示區(qū)，包括當前讀數(shù)、最大值、最小值和測試曲線;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的測試，“保存”按鈕用于將測試結(jié)果存盤。與臺式磁測量儀相比，此虛擬儀器最大特點在于它能進行實時采集測量，并將采集結(jié)果保存到文件，以供后續(xù)分析使用。嚴格意義上說，基于臺式儀器的虛擬儀器不僅可以實現(xiàn)臺式儀器的所有功能，而且還可以實現(xiàn)臺式儀器所不具備的功能，尤其是測試結(jié)果后續(xù)分析與處理，因為測試結(jié)果的分析處理不依賴于硬件，完全取決于實際的要求。此外，虛擬儀器還具有易升級，易更改等優(yōu)點。
結(jié) 論
文中介紹了采用LabVIEW虛擬儀器開發(fā)平臺開發(fā)基于GPIB總線的虛擬儀器的硬件及軟件要求。結(jié)合磁測量虛擬儀器開發(fā)實例，介紹了開發(fā)基于GPIB總線的虛擬儀器的全過程。實驗證明該虛擬儀器能很好地完成磁場的實時采集測量，并將測試結(jié)果存盤以供后續(xù)分析使用，此功能是臺式磁測量儀所不具備的功能，從而大大擴充了臺式儀器的功能。
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