基于虛擬儀器的程控信號源遠程控制

摘 要： 為了實現(xiàn)對GPIB程控信號源遠程控制的目的，組建一個虛擬測試系統(tǒng)。該測試系統(tǒng)，采用虛擬儀器技術(shù)，以LabWindows/CVI作為軟件開發(fā)平臺，以GPIB標準總線儀器與計算機作為硬件平臺，使用裝有GPIB接口卡計算機，將計算機與程控信號源通過總線連接起來，組成程控信號源為主的虛擬儀器模塊，儀器模塊的硬件功能通過軟件開發(fā)實現(xiàn)；采用VISA方式編程，直接用VISA語句編寫程控儀器指令，脫離儀器驅(qū)動程序，對GPIB總線設(shè)備可以相互兼容使用。該測試系統(tǒng)實現(xiàn)了對程控信號源的數(shù)據(jù)遠程收發(fā)和功能設(shè)置。

關(guān)鍵詞： 虛擬儀器； LabWindows/CVI； GPIB總線； 程控信號源

中圖分類號： TN98?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）02?0156?03

虛擬儀器（Virtual Instrument，VI）是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在儀器領(lǐng)域的一種應(yīng)用。它由計算機、儀器模塊和軟件三部分組成。儀器模塊的硬件功能由軟件實現(xiàn)。

虛擬測試系統(tǒng)根據(jù)其儀器模塊硬件平臺的不同，而有多種組建方式[1?4]：

（1） PC?DAQ測試系統(tǒng)：是以數(shù)據(jù)采集卡、信調(diào)理電路及計算機為儀器硬件平臺組成的測試系統(tǒng)。

（2） GPIB系統(tǒng)：是以GPIB標準總線儀器與計算機為硬件平臺組成的測試系統(tǒng)。

（3） VXI系統(tǒng)：是以VXI標準總線儀器與計算機為硬件平臺組成的測試系統(tǒng)。

（4） 串口系統(tǒng)：是以RS 232標準串行總線儀器與計算機為硬件平臺組成的測試系統(tǒng)。

（5） 現(xiàn)場總線系統(tǒng)：是以FieldBus標準總線儀器與計算機為硬件平臺組成的測試系統(tǒng)。

在組建某虛擬測試系統(tǒng)中，采用GPIB程控信號源作為專用測控設(shè)備。該程控信號源具有GPIB標準總線，擁有本地和遠地兩種工作方式。系統(tǒng)要求，通過軟件實現(xiàn)對程控信號源的GPIB遠程控制。

1 基于GPIB程控信號源的虛擬儀器模塊

使用裝有GPIB接口卡計算機，將計算機與程控信號源通過總線連接起來。組成以程控信號源為主的虛擬儀器模塊，儀器模塊的硬件功能通過軟件開發(fā)來實現(xiàn)[5?7]。典型基于GPIB總線儀器測試系統(tǒng)如圖1所示。

測試模塊的性能測試包括調(diào)制方式選擇、頻率設(shè)定、功率設(shè)定、脈寬選擇和脈沖延時設(shè)定。實現(xiàn)的基本功能包括：遠程連接、多種調(diào)制方式、參數(shù)設(shè)置、參數(shù)的文本輸入和顯示、參數(shù)的條形標輸入和顯示。

1.1 GPIB接口性能

GPIB接口是程控信號源與外界通信的關(guān)鍵部件。GPIB是一個數(shù)字化24腳并行總線，共有16條數(shù)據(jù)線，其中，8條DIO數(shù)據(jù)線，用來傳遞各種多線消息；3條掛鉤線，用以保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸；5條接口管理線，用以管理接口的工作方式；另8根為地線和屏蔽線。GPIB使用8位并行、字節(jié)串行、異步通信方式，所有字節(jié)通過總線順序傳送。

1.2 儀器模塊連接方式

程控信號源的GPIB地址設(shè)置為21。GPIB接口卡設(shè)置為地址0，GPIB由一個控者（PC機）控制總線，在總線上傳送儀器命令和數(shù)據(jù)，控者尋址一個講者，一個或多個聽者，數(shù)據(jù)串在總線上從講者向聽者傳送。

2 虛擬儀器模塊的實現(xiàn)

儀器模塊的核心是儀器控制和軟件開發(fā)。

2.1 儀器控制

程控儀器軟件的編寫，大致可分為兩種方式：一是對于提供儀器驅(qū)動程序的模塊，利用儀器提供的函數(shù)包，函數(shù)現(xiàn)成封裝可直接調(diào)用。二是直接用VISA語句編寫程控儀器指令[8?9]。利用VISA語言和底層的GPIB指令，脫離儀器驅(qū)動程序，實現(xiàn)對任意GPIB設(shè)備的遠程控制。

本系統(tǒng)采用VISA方式編程。自己封裝儀器指令。根據(jù)程控信號源的GPIB基地址發(fā)出聽地址碼，然后按照遠控命令格式發(fā)出其他命令碼。

VISA是虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)體系的簡稱，它是在LabWindows/CVI工作平臺上控制GPIB，VXI，RS 232以及其他種類儀器的單接口程序庫。采用了VISA標準，就可以不考慮時間及儀器I/O選擇項，驅(qū)動軟件可以相互兼容使用。

2.2 軟件開發(fā)

測試模塊采用LabWindows/CVI為軟件開發(fā)平臺。LabWindows/CVI是面向儀器與測控過程的交互式C/C++開發(fā)平臺。它將C語言平臺與用于數(shù)據(jù)采集、分析和顯示的工具庫有機地結(jié)合起來，具有集成開發(fā)平臺、交互式編程方法、圖形用戶界面和強大庫函數(shù)等特點，為測試系統(tǒng)的建立提供了理想的軟件開發(fā)環(huán)境[10]。

在現(xiàn)場實際測試中，儀器距離控制臺較遠，所以相應(yīng)制作儀器軟面板。在軟面板上，程控信號源控制由多個測試模塊組成。每個模塊都有控制單項測試的命令鍵并采用數(shù)字值和條形標復(fù)合顯示。測試所需的調(diào)制方式，頻率，功率，脈寬、脈沖延時等參數(shù)都可以用鼠標或按鍵進行設(shè)置。程控信號源虛擬面板如圖2所示。

以選擇外觸發(fā)調(diào)制方式，向信號源送功率設(shè)定的停掃命令為例，其程序如下：

在主程序中寫入：

#include //調(diào)用GPIB函數(shù)

#include //調(diào)用ansi_c函數(shù)

定義全程變量

int gpibaddr； //設(shè)置GPIB基地址

static int tiaozhiIds[5]={t1， t2， t3， t4， t5}； //定義調(diào)制方式的邏輯名

static int gonglvIds[5]={g1， g2， g3， g4， g5}； //定義功率衰減方式的邏輯名

在“調(diào)制方式模塊”的回調(diào)函數(shù)中寫入：

int i； //定義局部變量

for （i= 0； i<5； i++）

if （control==tiaozhiIds[i]） break； //調(diào)制方式邏輯選擇

gpibaddr=21；

switch（control）

{ ……

case t4：

{ SetCtrlVal （panelHandle， PANEL_T4，1）；

flagb=ibwrt（gpibaddr，\"S3\"，strlen（\"S3\"））；

//送外觸發(fā)調(diào)制方式指令

…} break；

……

} break；

在“功率設(shè)定模塊”的回調(diào)函數(shù)中寫入：

int i；

int flag；

int flagb；

char wrtstr[20]； //定義局部變量

char *rdstr；

char str[20]；

gpibaddr=21；

rdstr=\" \"；

ibwrt（gpibaddr，\"D1\"，strlen（\"D1\"））； //發(fā)出聽地址碼，講功率衰減

for （i=0； i<5；i++）

if （control==gonglvIds[i]） break； //功率衰減方式邏輯選擇

switch（control）

{ ……

caseg1：

{ SetCtrlVal （panelHandle， PANEL_G1，1）；

flagb=ibwrt（gpibaddr，\"A0\"，strlen（\"A0\"））；

//送功率衰減停掃指令

…

} break；

……

} break；

flag=ibrd（gpibaddr，rdstr，strlen（rdstr））；

sprintf（str，\"%.1d\"，flag）；

SetCtrlVal （panelHandle， PANEL_gonglv，str）； //顯示參數(shù)值

break；

3 結(jié) 語

本文以LabWindows/CVI作為軟件開發(fā)平臺，實現(xiàn)計算機對GPIB程控信號源的控制，測試系統(tǒng)是基于GPIB總線的測試系統(tǒng)，它以程控分立儀器為主，組建簡單，易擴展，通用性較好。這種由軟件對儀器硬件功能的控制，使測試系統(tǒng)具有硬件無關(guān)性，體現(xiàn)了虛擬儀器的“軟件即儀器”的特點。在此基礎(chǔ)上，可進一步開發(fā)各種虛擬儀器模塊的硬件功能，構(gòu)筑虛擬儀器更理想的平臺，增強虛擬儀器功能。

參考文獻

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