VC++.環(huán)境下GPIB虛擬儀器的設(shè)計方案

第9頁共9頁VC++６。０環(huán)境下GＰIＢ虛擬儀器的設(shè)計摘要:介紹了基于GＰIB的虛擬儀器技術(shù)進(jìn)展、特點,商量了GPIＢ測量系統(tǒng)的組成.闡述了ＶC++６．０環(huán)境下借助于ComponentWoｒkｓ++和VＩSＡ實現(xiàn)虛擬儀器軟件編程的方法.其中，以一個通用電源測試臺作為實例,來展現(xiàn)虛擬儀器的開發(fā)、應(yīng)用。關(guān)鍵詞:虛擬儀器；GＰIB；VC;VＩSAThｅＤesignofVirtualＩnｓｔｒumentｗitｈGＰIBＩｎｔeｒfacｅInＶisuaｌC++6．０Absｔｒaｃt:Tｈｉｓｐapeｒpｒｅｓｅntsthedeｖeｌopment,ｔhｅｃhａrａｃtｅｒｉsｔiｃaｎｄｔheｖiｒｔualｉnsｔｒumｅｎｔsｔechnology.ThenintroducｅhｏwtｏuseＣomponenｔWｏｒks++ａndVISＡtopｒｏｇramvｉrｔualｉnstｒumentssoｆtwaｒｅiｎVisuａlC++６．０。Aprａcｔicalgｅｎeralpurpｏsｅpoweｒsupplｙtesｔｓtｕdｉobｅｓｈｏwｔhedeveｌoｐmeｎtａndａpｐlicaｔｉonｏfｔｈevirtｕalinstrumｅｎtｓ.Ｋｅywordｓ:ViｒtualInstrｕment；GPＩB；ＶＣ;ＶISＡ黃璐璐,李志華,李訓(xùn)銘Huang，LuluLi，ZｈihｕaＬi，Ｘunminｇ河海高校電氣工程學(xué)院，江蘇南京2100９８中圖分類號：TP274文獻(xiàn)識別碼:1.引言計算機技術(shù)和現(xiàn)代微電子技術(shù)的進(jìn)展與普及，促進(jìn)了電子測量儀器的快速進(jìn)展.與此同時，工程上也越來越需要將測試用的電子儀器設(shè)備與計算機連接起來組成一個由計算機掌握的智能系統(tǒng)，即自動測試系統(tǒng)(Auｔo－ｔestSyｓｔeｍ）。而虛擬儀器（VirtualIｎｓtrument)正是自動測試系統(tǒng)中一項重要技術(shù),這種新的測試儀器理念推動傳統(tǒng)的測量儀器朝著數(shù)字化、智能化、模塊化的方向進(jìn)展,從而自動測試系統(tǒng)才得到了長足進(jìn)展。往往自動測試系統(tǒng)中儀器設(shè)備種類繁多、獨立性強,它們與計算機還要協(xié)同工作，所用的接口的要求也就要高于一般串行、并行接口。GＰＩB（GeneraｌPｕｒposeIｎteｒｆacｅBｕs）正是這樣的接口，它作為橋梁，把各種儀器與計算機緊密地聯(lián)系起來，其實,也正是由于ＧＰＩＢ的提出,才使得電子測量由獨立的、傳統(tǒng)的單臺儀器向組成自動測試系統(tǒng)的方向進(jìn)展。VC+＋6。0是現(xiàn)在流行的通用編程軟件，在其環(huán)境下的虛擬儀器設(shè)計，也就有著普遍的意義.２。虛擬儀器技術(shù)電子測量儀器進(jìn)展至今,大致上可以分為四代:模擬儀器、數(shù)字化儀器、智能儀器和虛擬儀器［１］、.先簡要地介紹前三代的儀器:第一代模擬儀器,基本結(jié)構(gòu)是電磁機械式的，借助指針來顯示最終結(jié)果。如模擬電壓表、模擬電流表、模擬轉(zhuǎn)速表等。這類儀器儀表常用在要求精度不高、定性指示的場合。其次代數(shù)字化儀器，主要是借助于單片機設(shè)計的專用化儀器儀表。目前相當(dāng)普及，如數(shù)字萬用表等。這類儀器將模擬信號的測量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號測量,并以數(shù)字方式輸出最終結(jié)果,適用于快速響應(yīng)和較高精準(zhǔn)度的測量。第三代智能儀器,這類儀器內(nèi)置微處理器,既能進(jìn)行自動測試又具有肯定的數(shù)據(jù)處理能力.如頻譜分析儀等。由于它的功能塊全部都是以硬件(或固化的軟件)的形式存在，無論是開發(fā)還是應(yīng)用,都缺乏肯定的靈敏性［2］。再來談?wù)勌摂M儀器的進(jìn)展及特點[３］、：虛擬儀器的概念,是美國國家儀器公司(Ｎａt(yī)ionａｌInstrumｅntsCorｐ。，簡稱ＮＩ)在1９86年提出的。與此同時提出的，還有“軟件就是儀器”(Ｔｈeｓoftwａｒeisｔhｅｉnstｒｕｍeｎｔ.)的概念，這就強調(diào)軟件在虛擬已其中的關(guān)鍵地位。任何一臺儀器無非由以下三大功能塊組成：信號的采集與掌握、信號的分析與處理、結(jié)果的表達(dá)與輸出。虛擬儀器既是將這三大模塊的功能盡可能用計算機實現(xiàn)。大多數(shù)虛擬儀器是由計算機完成信號的分析和處理、結(jié)果的表達(dá)與輸出這兩個功能塊的部分或全部功能。也就是說，虛擬儀器是由計算機硬件資源、模塊化儀器硬件和用于數(shù)據(jù)分析、過程通訊及圖形用戶界面(GＵI）的掌握軟件組成，在軟件掌握下，由模塊化儀器硬件進(jìn)行測量信號的數(shù)據(jù)的采集,數(shù)據(jù)采集完畢后，傳給計算機,軟件再進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理,通過圖形用戶界面等方式將結(jié)果顯示給用戶。數(shù)據(jù)分析這一方面,若使用智能儀器，則可由其完成肯定程度上的分析。虛擬儀器框架結(jié)構(gòu)圖參見圖1。圖1虛擬儀器框架結(jié)構(gòu)圖3．GＰIＢ標(biāo)準(zhǔn)GPIＢ是ＨＰ公司在60年月末和７０年月初開發(fā)的通用儀器掌握接口總線標(biāo)準(zhǔn)。IEEE國際組織在1９7５年對GPＩB進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化,由此ＧPＩB變成了IEEＥ48８.１標(biāo)準(zhǔn)。１９8７年，IEEE推出了ＩEEE４8８．２標(biāo)準(zhǔn)。作為最早的儀器總線,GPIB的原始目的是對測試儀器進(jìn)行計算機掌握。然而，GPIＢ的用途十分廣泛,現(xiàn)已應(yīng)用于計算機與計算機之間的通訊，以及對掃描儀和圖像記錄儀的掌握。隨后,主要的儀器制造商于１９87年制定了VXI（VMＥbｕseＸtｅnｓionfoｒInstrumentaｔｉon)標(biāo)準(zhǔn)，其數(shù)據(jù)傳輸速度高達(dá)４0MＢ／s,但價格相對過高，多用于尖端的測試領(lǐng)域。1９97年推出PXＩ（ＰＣＩｅXteｎsionfoｒＩnsｔｒuｍｅnｔation）標(biāo)準(zhǔn),其目的是將一般的PC機的性能價格比優(yōu)勢,與PCI總線面對儀器領(lǐng)域的必要擴展完善地結(jié)合起來,形成一種主流的虛擬儀器測試平臺。相較于VＸI、PXＩ標(biāo)準(zhǔn),ＧPIＢ標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳輸速度一般低于５00KB／s。在價格上，它掩蓋了從比較廉價的到特別昂貴的儀器，各種儀器制造商生產(chǎn)的ＧPＩＢ儀器種類繁多,有很大的選擇空間。它適用于那些要求高精準(zhǔn)度，但不要求高速的工程應(yīng)用［2］、［3］。一個典型的ＧＰＩＢ測量系統(tǒng)由一臺PC機／工作站、一塊或多塊ＧPＩB接口板卡和若干臺GPIＢ儀器通過標(biāo)準(zhǔn)GＰIB電纜連接而成。在標(biāo)準(zhǔn)情況下,一塊GＰＩＢ接口板卡所連接的儀器設(shè)備不能超過1４臺。為了提高總線上的數(shù)據(jù)傳輸速率,電纜總長度不超過２０m,總線上任意兩臺裝置之間的電纜長度，在電纜總長度沒有超過系統(tǒng)設(shè)備總數(shù)乘以２m的情況(例如，５臺設(shè)備時,電纜總長度為10m)下,沒有格外限制(一般標(biāo)配的電纜長度有1ｍ、2ｍ、4m、０．5m、6m、8m等多種規(guī)格），通常這已經(jīng)足夠了。若利用GPIＢ擴展技術(shù),一個GPIB自動測量測試系統(tǒng)的規(guī)模無論是儀器數(shù)量還是距離都可以進(jìn)一步擴展。系統(tǒng)中每個設(shè)備(包括接口板卡），必須有一個０到30之間的ＧPIＢ地址。一般而言，ＧＰIB接口板卡地址設(shè)置為0,各種GPIB儀器的地址設(shè)置為從1到３０。GPIB由一個控者（PＣ機／工作站)掌握總線,在總線上傳送儀器命令和數(shù)據(jù)，控者（Cｏnｔroｌler）尋址一個講者(Ｔaｌkｅｒ），一個或多個聽者(Listener），數(shù)據(jù)串在總線上從講者向聽者傳送。GＰIB軟件包自動處理尋址和其他的總線管理功能[4］。下面通過建立一個通用電源測試臺的實例來介紹GPIB虛擬儀器測量系統(tǒng)的建立過程，電路硬件連接如圖２所示。圖2通用電源測試臺硬件連接圖該測試臺將對三十多種整流電源、線性穩(wěn)壓電源、開關(guān)電源進(jìn)行各項性能指標(biāo)的測試、分析，這些電源可以統(tǒng)稱為被測件(ＵnitUndｅrＴesｔ,簡稱ＵＵＴ）。測試臺中全部GPIB設(shè)備均由美國Ａgiｌｅnｔ公司和臺灣Chｒｏma公司生產(chǎn)。GPIＢ接口卡只用一塊，采納的是Agilenｔ82３50型ＧＰIB接口卡，此卡插在計算機的ＰＣＩ插槽上。計算機利用此接口卡，通過ＧＰIB總線電纜與GＰＩB儀器相連，在軟件的支持下就成為一臺GPIＢ系統(tǒng)掌握器.測試臺中三相溝通電源采納Cｈroma６46３可編程溝通電源，單相溝通電源采納Agｉｌｅｎｔ6813Ｂ溝通電源／分析儀，電子負(fù)載用了兩臺,采納的是Aｇileｎt60６0B直流電子負(fù)載,示波器采納Agilｅnt5４６2２Ａ數(shù)字示波器，萬用表采納Ａgｉlent３４40１A數(shù)字萬用表。測試臺工作過程如下:三相、單相溝通電源依據(jù)應(yīng)用程序的設(shè)定產(chǎn)生所需的溝通電壓波形，加在ＵUT的輸入端，同時UUT相應(yīng)的電子負(fù)載也由應(yīng)用程序進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過示波器、萬用表測量UＵT輸出端電壓電流的變化，從而分析ＵUＴ的各項性能指標(biāo)，包括了UUＴ的輸出電壓、輸出電流、輸出電壓紋波、電壓穩(wěn)定度、負(fù)載穩(wěn)定度等指標(biāo).硬件設(shè)備連接好之后,安裝運行Agｉｌｅｎt８2350接口卡附帶的AgiｌｅntIOＬibrarieｓ，配置接口卡地址為0,在每臺可編程儀器設(shè)備的前面板上設(shè)置各自的地址，若再安裝編寫好的虛擬儀器測量系統(tǒng)的掌握軟件,就可以對虛擬儀器進(jìn)行遠(yuǎn)程掌握，完成相應(yīng)的測量任務(wù)了.4．VC＋+6。0下虛擬儀器的軟件實現(xiàn)構(gòu)造一個虛擬儀器系統(tǒng),基本硬件確定以后，就可以通過不同的軟件實現(xiàn)不同的功能。依據(jù)“軟件就是儀器”這一思想,可見軟件是虛擬儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵所在.虛擬儀器是利用計算機技術(shù)來實現(xiàn)和擴展傳統(tǒng)儀器的功能,自然離不開計算機編程。圖形用戶界面與面對對象編程技術(shù)（OＰP）的結(jié)合，很好地提高了計算機軟件編程效率。VC++６．０作為一種流行的可視化面對對象編程軟件,在其中進(jìn)行虛擬儀器的軟件編程,對于諸多熟識VC的程序員來說，是一個便利快捷的實現(xiàn)途徑。ＮＩ公司有一種軟件工具CｏmｐｏnentWoｒks++，可以加載在VC++下,這樣就使VＣ＋+成為功能強大的虛擬儀器開發(fā)平臺。加載CｏmponeｎｔWｏｒks＋＋之后的ＶC＋+６．0，為了模擬真實儀器的前面板，可以在對話框上加入形象的儀表旋鈕、開關(guān)、滑動條、圖形等.方法如下:單擊VC++6.0菜單欄的“Projecｔ”菜單,選擇“AdｄtｏProject”子菜單中的“CompoｎｅntsａｎdConｔrｏｌs…”項,彈出“CompoｎｅntsanｄConｔrolsＧａｌｌeｒy”對話框。在對話框中打開“RｅｇisteredAｃｔiｖeXContｒols”文件夾，選擇所需的NI控件,有CＷButｔｏnControl，CWGrapｈCｏntrｏl，CWGraｐｈ3DCoｎtrｏl,CWKnoｂＣoｎｔrol,ＣWNｕｍEｄｉｔConｔrｏl，ＣＷSliｄｅCoｎtrｏl等。依據(jù)VC指示操作，加入這些控件。在“Cｏnｔｒols"工具條中,可以看到新加入的ＮＩ控件,這樣，就可以象使用一般VC控件一樣，來使用新控件了。這些控件都是顧名思義的，很容易掌握,如需幫助，單擊菜單欄的“Toｏｌｓ”菜單,選擇“ＣoｍpoｎｅｎｔWorkｓ+＋Ｈｅlp”子菜單,就會運行ＣomｐｏnｅntWoｒkｓ++ＯｎlinｅHｅlp。圖形用戶界面很快可以建立起來，軟件還要掌握GPＩＢ儀器,GPIB儀器的掌握有多種方法，在3。ＧＰＩB標(biāo)準(zhǔn)中的通用電源測試臺例子采納了AgiｌｅntIＯＬibraｒiｅs配置系統(tǒng)，那同樣以AgileｎtIOLibrariｅs為例,利用AgｉlｅntIOＬibrａrｉes對GPIB儀器進(jìn)行掌握有以下兩種掌握程序庫:一種是利用AｇｉlentＶISA(ＶiｒｔｕalＩｎstruｍenｔSoftwareArchｉtecture)程序庫。ＶＩSＡ是由組成VXＩｐluｇ&pｌay系統(tǒng)聯(lián)盟的35家最大的儀器儀表公司所統(tǒng)一采納的標(biāo)準(zhǔn).GPIB、VXI、ＧPＩB－VXI、串行（RS－232）和ＬAN接口均支持ＶISA。采納ＶISA標(biāo)準(zhǔn)，用戶可不必考慮時間及儀器接口，各家公司的驅(qū)動軟件也相互兼容。３2位版本的VISＡ在Windows9５、Wｉndｏｗs9８、ＷｉndoｗsＭe、ＷindowsＮT和Windoｗs2０0０下都可以使用。ＶＩSＡ所供應(yīng)的單一的、統(tǒng)一的IO庫，使用戶可以用一種與接口無關(guān)的方式為各類儀器編程。大大增強了虛擬儀器的通用性。另一種是利用ＡｇｉlｅnｔSICL（StaｎdardＩnsｔrｕmｅntＣontroｌＬibｒary)程序庫。這是Aｇileｎt為多種接口下便攜式儀器供應(yīng)的IＯ庫。ＧPIB、GPＩO、VXＩ、串行(ＲＳ-2３2）和LＡN接口均支持SIＣＬ。考慮到測量系統(tǒng)的兼容性，建議使用AgｉleｎｔVISA程序庫。要在VC中編譯ＶISA程序，可依據(jù)ＡｇilentＩOLibｒarｉｅｓ中的說明文檔中的步驟，在ＶC的庫文件（LibraryFiles)名目中加入VISA32.LIB，在包含文件(IｎcluｄeFｉles）名目中加入指定的名目。當(dāng)然，在VＩSＡ程序中包含所需的頭文件（HｅａderFiｌeｓ）也是可以的。ＡgilｅnｔVＩＳA供應(yīng)了眾多的功能函數(shù)，其中常用的幾個重要函數(shù)有:vｉＯｐｅｎDefaｕlｔRM,viＯpeｎ，ｖiPrinｔf，viScａnf，viQｕeryf，ｖiＣlose。vｉOpenDefaulｔRM返回一個指向默認(rèn)資源管理器（DｅfaulｔResourｃeMａnaｇｅr）的會話(seｓｓion）。該函數(shù)初始化VIＳA系統(tǒng)，全部的VIＳA函數(shù)被調(diào)用前，必須使用這條函數(shù).viOｐｅn開頭一個與制定儀器聯(lián)系的會話.它返回的會話標(biāo)識符能被隨后使用到該儀器的函數(shù)使用,用以指示該儀器。viPrintf以肯定的字符串格式轉(zhuǎn)換、格式化、發(fā)送命令參數(shù)給制定的儀器會話。ｖｉScanf從儀器的輸出隊列讀取數(shù)據(jù)，并以肯定的字符串格式所得數(shù)據(jù).vｉQuerｙf可以看成viPrｉntf、vｉＳｃａnf的組合，首先，該函數(shù)相儀器發(fā)送肯定字符串命令，隨后從儀器的輸出隊列讀取數(shù)據(jù)。viClosｅ結(jié)束一個與制定儀器或默認(rèn)資源管理器聯(lián)系的會話。全部為該會話安排的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都被釋放。正常情況下，viPrinｔｆ,ｖｉQueｒyｆ發(fā)送給儀器的字符串都是使儀器動作或查詢儀器狀態(tài)的指令，viScaｎf，viQuｅｒyf所讀取的數(shù)據(jù)是查詢指令執(zhí)行的結(jié)果。這些指令都是符合SCPＬ（StanｄaｒdＣomｍaｎdsforPrograｍｍableIｎstｒｕmenｔs)標(biāo)準(zhǔn)的.SCPL是為通過ＧPＩB掌握儀器而設(shè)計的編程語言。SCPＬ是IEEＥ48８.2(GPＩB）標(biāo)準(zhǔn)硬件部分的頂層規(guī)范。相同的ＳCPＩ指令和參數(shù)掌握不同類別儀器的相同函數(shù)。例如，VOLＴage命令既可以掌握溝通電源的電壓，也可以調(diào)節(jié)電子負(fù)載的電壓.＊RST、＊IDN?、＊TSＴ？等都是常用命令，分別表示初始化儀器（rｅｓｅt）、查詢表明儀器類型和軟件版本的標(biāo)識碼（ｉdentifｉes)、對儀器進(jìn)行自測試（ｓelf—test)，并查詢測試結(jié)果[4］。例如，3.GPＩB標(biāo)準(zhǔn)中的通用電源測試臺例子的單相溝通電源6813B的虛擬掌握面板如圖3所示.圖3６813虛擬掌握面板設(shè)置其輸出電壓為220Ｖ、電壓頻率為５0Hz，并讀取以確保設(shè)置是否正確的簡略程序如下：vｉSeｓsionvidefaultRM，ｖｉ6813B；ｖiOpｅnＤefａｕltRＭ（&vｉdｅｆaulｔRM）;viOpen（ｖiｄefａuｌtRM，"GＰIＢ0：：2:：ＩＮＳTR＂,ＶI＿NＵLＬ,VI_NUＬL,＆ｖi６813Ｂ)；…viＰrinｔf(vｉ6８１３Ｂ，”：OUTPＯFＦ\ｎ”）;//關(guān)閉電源輸出viＰｒiｎtf（ｖi681３B，"：VOＬT220＼ｎ＂）；／/設(shè)置電壓viPｒintf（vｉ６813B，”:ＦREQ５０\n”）；／／設(shè)置頻率ｖiＰrｉntf(vｉ6813B，"：OUＴPON＼n"）；／/打開電源輸出fｌoatｆValuｅV，fVaｌueHz；viQueryf（vi６８1３Ｂ,":MEＡS:VOLT:AC?\n”，”％f”,＆fＶalueV）；//回讀電壓ｖｉQuｅｒyf(vi6813Ｂ,”:ＭＥAS：FREQ?\ｎ","％f”,＆fＶaluｅHｚ）;／/回讀頻率…ｖiClose(vi６813B）；ｖｉClose（ｖｉdｅfaulｔRM);５．結(jié)束語就虛擬儀器掌握軟件的編寫，大致總結(jié)一下，可分為兩種方式:第一種是用通用編程軟件進(jìn)行編寫,本文所提到的ＶＣ＋+6。