基于LabVIEW平臺和GPIB接口的測試系統開(kāi)發(fā)及應用

計算機技術(shù)和大規模集成電路技術(shù)的發(fā)展,促進(jìn)了數字化儀器、智能化儀器的快速發(fā)展。與此同時(shí),工程上也越來(lái)越希望將常用儀器設備與計算機連接起來(lái)組成一個(gè)由計算機控制的智能系統。而工程中常用儀器設備種類(lèi)繁多、功能各異、獨立性強,一個(gè)系統往往需要多臺不同類(lèi)型的儀器協(xié)同工作,應用一般串、并行接口難以滿(mǎn)足要求。為此,人們從60年代就開(kāi)始著(zhù)手研究能夠將一系列儀器設備和計算機連成整體的接口系統。GPIB正是這樣的接口,它作為橋梁,把各種可編程儀器與計算機緊密地聯(lián)系起來(lái),從此電子測量由獨立的、傳統的單臺儀器向組成大規模自動(dòng)測試系統的方向發(fā)展。GPIB的用途十分廣泛,現已廣泛用于計算機與計算機之間的通訊,以及對掃描儀、圖像記錄儀、數字存儲示波器、頻譜儀等儀器的控制中。

1 系統組成及特點(diǎn)

典型的GPIB測量系統由PC機、GPIB接口卡和若干臺(最多14臺)GPIB儀器通過(guò)標準GPIB電纜連接而成,如圖1所示。系統具有以下四個(gè)顯著(zhù)特點(diǎn)：

(1)GPIB接口編程方便,減輕了軟件設計負擔,可使用高級語(yǔ)言編程;

(2)提高了儀器設備的性能指標。利用計算機對帶有GPIB接口的儀器實(shí)現操作和控制,可實(shí)現各種自動(dòng)標準、多次測量平均等要求,從而提高了測量精度;

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

(4)便于擴展傳統儀器的功能。由于儀器與計算機相聯(lián),因此可在計算機的控制下對測試數據進(jìn)行更加靈活、方便的傳輸、處理、綜合、利用和顯示,使原來(lái)儀器采用硬件邏輯很難解決或無(wú)法解決的問(wèn)題迎刃而解。

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

2 系統組態(tài)及功能

2.1 GPIB接口性能

GPIB是一個(gè)數字化24腳(扁型接口插座)并行總線(xiàn),其中16根線(xiàn)為T(mén)TL電平信號線(xiàn),包括8根雙向數據線(xiàn)、5根控制線(xiàn)、3根握手線(xiàn),另8根為地線(xiàn)和屏蔽線(xiàn)。GPIB使用8位并行、字節串行、異步通迅方式,所有字節通過(guò)總線(xiàn)順序傳送。

2.2系統連接方式

圖3所示為GPIB總線(xiàn)與兩個(gè)獨立設備之間的連接圖。系統采用NIAT-GPIB/INT接口卡,它是NI公司配備的符合VISA標準的GPIB接口,在LabVIEW平臺上,利用NI提供的GPIB接口驅動(dòng)程序和TDS420存儲示波器的驅動(dòng)程序即可對系統進(jìn)行組態(tài)與編程控制。系統中每個(gè)設備(包括接口卡),須有一個(gè)0到30之間的GPIB地址。GPIB接口卡設置為地址0,儀器的GPIB地址從1到30。GPIB由一個(gè)控者(PC機)控制總線(xiàn),在總線(xiàn)上傳送儀器命令和數據,控者尋址一個(gè)講者,一個(gè)或多個(gè)聽(tīng)者,數據串在總線(xiàn)上從講者向聽(tīng)者傳送。LabVIEW的GPIB軟件包自動(dòng)處理尋址和其他的總線(xiàn)管理功能。

2.3 系統應用軟件結構

測試系統應用軟件分為三類(lèi)：與GPIB設備通訊的子VI;信號采集與處理子VI;處理各層界面和實(shí)現多媒體技術(shù)的子VI。

在LabVIEW平臺上的GPIB編程有兩種方式,即傳統的GPIB方式和針對即插即用協(xié)議的VISA方式。本系統采用VISA方式編程。VISA是虛擬儀器軟件結構體系的簡(jiǎn)稱(chēng),它是在LabVIEW工作平臺上控制VXI、GPIB、RS-232以及其他種類(lèi)儀器的單接口程序庫。采用了VISA標準,就可以不考慮時(shí)間及儀器I/O選擇項,驅動(dòng)軟件可以相互兼容使用。大多數VISA功能模塊使用了VISA session參數,VISA session是每次程序操作過(guò)程的唯一邏輯標識符。它標識了與之通訊的設備名稱(chēng)以及進(jìn)行I/0操作必需的配置信息。

PC機通過(guò)AT-GPIB/INT接口卡與TDS420存儲示波器通訊的框圖程序如圖4所示。PC機通過(guò)GPIB接口卡給TDS420以命令,而TDS420又通過(guò)它把控者(PC機)要求的數據反饋給控者。通訊子VI包括VISA Open(打開(kāi)通訊過(guò)程)、VISA Write(把數據串寫(xiě)入指定設備)、VISA Read(從指定設備中讀入數據)、VISA Close(關(guān)閉由VISA session指定設備的通訊過(guò)程,釋放系統資源)等功能模塊,使用VISA功能模塊向指定設備(泰克TDS420數字存儲示波器GPIB接口)讀寫(xiě)數據以實(shí)現通訊。

信號采集與處理及各層界面設計均在LabVIEW平臺上,利用其各種強有力的功能模塊可以快速靈活地實(shí)現各種功能。

2.4 測試系統功能

測試系統的具體功能如下：

(1)系統可直接讀取TDS420示波器的時(shí)域測量數據。TDS420示波器可進(jìn)行十七項時(shí)域指標測量,主要包括信號周期、頻率、峰—峰值、幅值、均值、有效值、時(shí)延、正負脈沖寬度等等;

(2)實(shí)時(shí)數據采集。

本系統可同時(shí)對兩路隨機噪聲信號進(jìn)行實(shí)時(shí)數據采集,并可根據信號頻率設置采樣頻率和采樣點(diǎn)數;

(3)利用LabVIEW的Advanced Analysis軟件庫進(jìn)行信號的動(dòng)態(tài)分析與處理。本系統利用其互相關(guān)分析模塊實(shí)現對兩路隨機信號的互相關(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的時(shí)域波形、互相關(guān)函數波形及信號的頻譜,同時(shí)實(shí)時(shí)給出固體表面速度V的測試結果。

測試系統運行界面如圖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)測隨機相關(guān)信號波形;經(jīng)互相關(guān)處理后的互相關(guān)函數波形如圖所示;圖中渡越時(shí)間測試值為T(mén)DS420存儲示波器實(shí)測兩時(shí)域信號的延時(shí)值(單位：ms)并回送給控者(PC機);計算值則為在LabVIEW平臺上經(jīng)信號分析計算后所得的兩時(shí)域信號間的延時(shí)值(單位：ms)。