基于LabVIEW的測試系統設計

虛擬儀器技術是將測試技術和計算機技術相結合，以計算機為基礎，配以相應測試功能的硬件和接口，通過虛擬儀器軟件開發平臺在計算機上虛擬出儀器的面板并實現相應的功能，使得使用者通過操作計算機完成相應的測試工作，提高測試效率[1]。虛擬儀器包括硬件和軟件兩個基本要素，硬件功能是獲取被測的物理信號，提供信號傳輸的通道；軟件則是實現數據采集、分析、處理、顯示等功能，并將其集成為儀器操作與運行的一體化環境。總體而言，虛擬儀器硬件以GPIB、VXI、PXI等計算機接口總線發展為標志，而軟件技術則是以VISA、SCPI、IVA等標準和LabVIEW、LabWindows/CVI等先進開發平臺為核心，構成一個完整的虛擬儀器技術體系。

一、測試系統設計

本測試系統在NI LabVIEW虛擬儀器平臺基礎上開發，由儀器硬件平臺和系統軟件平臺組成，其功能框圖如圖 1。硬件平臺以GPIB/RS232總線為基礎，基于工業控制計算機為處理平臺，以信號源、頻譜分析儀、網絡分析儀等程控測試儀器完成信號參量和網絡參量的測試功能；應用軟件基于NI LabVIEW為平臺，使用圖形化編程語言LabVIEW設計開發，處理特點既采用面向對象程序設計方法，又保持面向過程的靈活性。從設備底層到高層界面表述、數據庫處理，充分利用LabVIEW的優點，完成軟件設計和代碼編寫。

圖 1 測試系統功能組成框圖

（一）軟件開發工具NI LabVIEW

測試系統的軟件設計基于虛擬儀器開發平臺NI LabVIEW實現，NI LabVIEW具有圖形化的儀器編程環境，采用“畫流程圖式”的編程方法進行程序設計和調試，每個方框圖代表一個功能模塊即子VI，程序執行的過程是條件滿足方式，當一個功能模塊的所有輸入都齊備后，此功能模塊產生輸出，傳送給下一個模塊。程序的動態流程可以通過點亮程序框圖工具欄上的“高亮顯示執行過程”小燈泡看到[2]。測試程序的設計包括3部分：程序前面板、框圖程序和圖標/連接器。程序前面板模擬真實儀表的前面板，用于輸入信號各項參數的設置和輸出信號的顯示，每一個程序前面板都對應著相應的程序框圖；框圖程序用LabVIEW圖形編程語言編寫，由端口、節點、圖框和連線構成。其中端口被用來同程序前面板的控制和顯示傳遞數據，節點被用來實現函數和功能調用，圖框被用來實現結構化程序控制命令，而連線代表程序執行過程中的數據流，定義了框圖內的數據流動方向；圖標/連接器是子VI被其它VI程序調用的接口。圖標是子VI在其他程序框圖中被調用的節點表現形式；而連接器則表示節點數據的輸入/輸出口，就象函數的參數。用戶必須指定連接器端口與前面板的控制和顯示一一對應。

（二）測試系統子模塊設計

為簡化設計和調試流程，將測試系統中各個模塊分類并進行子程序設計，包括電源子程序設計和測試儀器子程序設計。測試系統的電源采用DPS6333L，其程控指令通過RS232總線傳輸；測試儀器的程控是通過GPIB總線實現的，其程控指令集均符合SCPI規范。儀器的GPIB接口與計算機的連接通過NI公司的USB轉GPIB接口卡完成，安裝完相應的I/O接口庫以及VISA驅動包后，就可以完成各儀器的程序控制。

以電源“工作模式設置”子VI程序設計為例，因其程控指令通過RS232總線傳輸，應首先對串口進行初始化配置：波特率為默認值9600、8位數據位、1位停止位、無校驗位、串口號為1，并設置I/O接收和發送緩沖區；然后通過VISA Write.vi向電源發送“O2/O3/O4/O5”等工作模式選擇指令，以確定電源的輸出模式，即串聯/并聯/正常/跟蹤模式；由于LabVIEW的串行通信子VI只允許對字符串的讀寫，因此在數據處理時，須進行數字與字符串之間的轉換，在此通過調用一個“數值至十進制字符串轉換”子VI來實現；調用“清空I/O緩沖區”子VI后，發送指令“rm”檢查并輸出此時電源的工作模式，對整個“設置電源工作模式”的程序進行封裝，電源工作模式設置的框圖程序如圖 2。按同樣方法進行設置電壓/電流、電源保護、電源輸出等子VI程序的設計，最后連接電源模塊的所有子VI程序，對電源的前面板配置參數界面進行設計并對電源模塊的子程序進行封裝，最終完成電源設計。電源的前面板圖與程序框圖分別如圖 3和圖 4。

圖 2 電源工作模式設置的框圖程序

圖 3 直流程控電源DPS6333L前面板圖

圖 4 直流程控電源DPS6333L程序框圖

依次進行信號源、頻譜儀、網絡分析儀等模塊的子程序設計，連接其框圖程序，完成測試系統主程序的的開發。圖 5是某放大器的部分設計程序。

圖 5 放大器測試程序前面板圖

二、測試結果

在系統搭建完成之后，進行了放大器的測試，測試時通過按下窗口左上角的“運行”按鈕，等待兩分鐘后，便可得到放大器的頻率特性的曲線和記錄數據。測試結果如圖 6。

圖 6 放大器頻率特性曲線測試結果

三、結論

實際開發中，在程序設計和調試方面，LabVIEW表現了很好的靈活性。本文中的設計是基于LabVIEW的測試儀器控制系統，該自動測試系統基本涵蓋了基本的信號參量測試、網絡參量測試；具有自動化、高效化、準確化的特點，大大縮短了測試時間，提高了測試效率，完善了測試數據的存儲和處理能力[3]。鑒于虛擬儀器開放性好、智能化程度高、界面友好以及可根據自己的需求設計儀器系統的優勢，正在被越來越多的工程測試人員所采用，而且隨著未來測控技術的發展，虛擬儀器必將會在更多的領域發揮重要作用。

參考文獻

[]梁秋明，田夢君.基于LabVIEW的虛擬示波器的設計與實現[J].電子測量技術，2009，34（3）.

[]趙振華，馮涓.基于LabVIEW的單片機溫度自動測試系統[J].現代電子技術，2007，15.

[]楊井勝.基于Labview的雷達接收自動測試系統設計[J].四川兵工學報，2009，30（7）.

（作者單位：青島海盾船舶電子技術研究所）