第5章InstrumentIO子模板与IO接口设备的软件驱动

第5章InstrumentI/O子模板与I/O接口设备的软件驱动5.1概述5.2GPIB总线简述5.3VXI总线简述5.4串口(RS-232/485)简述5.5VISA简述5.6应用举例本章小结5.1概述计算机的发展不仅给人们的生活、工作带来了很多方便，同时也带动了别的行业的发展，测量领域也不例外。在测量领域，计算机已经成为测量系统的核心，彻底改变了传统的测量模式。测量系统已经从松散结合的、常常不兼容的、独立的仪器发展成紧密结合的测量系统。回顾测量领域的每一次飞跃，都和计算机的发展有关。通用仪器总线GPIB于1978年问世，实现了计算机与测量系统的首次结合。它标志着测量仪器从独立的手工操作单台仪器走向程控多台仪器的自动测试系统，是虚拟仪器技术发展的第一阶段。虚拟仪器技术沿着两条主线发展：GPIB→VXI→PXI；PCI→标准串口→IEEE1394通用高速串行总线。1987年GPIB仪器总线与VME微机总线结合，诞生了VXI标准仪器总线。发展至今，由于总线类型的不同，形成了目前虚拟仪器的五种构成方式。因此，软、硬件体系结构各不相同的总线仪器如何兼容成为一个突出的问题。所以，仪器标准化程度也在不断的推行与增强，在1993年成立了VXI即插即用系统联盟(VXIPlug&Play，简称VPP)之后，1998年美国一些仪器厂家又成立了可互换虚拟仪器(IVI)基金会，提出了以计算机系统中即插即用为基础的可互换虚拟仪器思想。推行标准化以期实现不同厂商生产的产品或不同体系结构(如GPIB、VXI、标准串口、PCI、CompactPCI / PXI等)产品相互兼容，在相互取代时不必重新编写驱动程序，这就带来了VISA技术的发展。在第4章已介绍了采用PCI计算机总线的PC–DAQ/PCI插卡式虚拟仪器系统及PXI虚拟仪器系统I/O接口设备的软件驱动方法，本章重点介绍GPIB、VXI、标准串口总线虚拟仪器系统I/O接口设备的软件驱动方法。LabVIEW在InstrumentI/O子模板上提供了多种图标可对NI公司生产的GPIB、VXI、标准串口I/O仪器设备进行驱动。对于非NI公司生产的上述I/O接口仪器设备，可用InstrumentI/O子模板上提供的VISA图标来进行驱动。5.2GPIB总线简述计算机技术和大规模集成电路技术的发展，促进了数字化仪器、智能化仪器的快速发展。与此同时，工程上也越来越希望将常用仪器设备与计算机连接起来组成一个由计算机控制的智能系统。目前工程中用到的仪器设备种类繁多，功能各异，独立性强，一个系统往往需要多台不同类型的仪器协同工作，而一般串、并口难以满足要求。为此，人们从20世纪60年代就开始着手研究能够将一系列仪器设备和计算机连成整体的接口系统。GPIB(GeneralPurposeInterfaceBus)正是这样的接口，它作为桥梁，把各种可编程仪器与计算机紧密地联系起来，从此电子测量由独立的、传统的单台仪器向组成大规模自动测试系统的方向发展。GPIB的硬件规范和软件协议先后被纳入两个国际工业标准：ANSI/IEEE488.1和ANSI/IEEE488.2。今天，几百家厂商的数以万计的仪器都配置了遵循IEEE488的GPIB总线接口，应用遍及科学研究、工程开发、医药卫生、自动测试设备、射频、微波等各个领域。通过GPIB接口，可以将若干台基本仪器和计算机仪器搭成积木式的测试系统，在计算机的控制下完成复杂的测量。GPIB仪器系统的构成是迈向“虚拟仪器”的第一步，即利用计算机增强和扩展传统仪器的功能，组织大型柔性自动测试系统，技术易于升级，维护方便，仪器功能和面板自定义，开发和使用容易。5.2.1GPIB总线接口系统的特点典型的GPIB测量系统由PC机、GPIB接口卡和若干台(最多14台)GPIB仪器通过标准GPIB电缆连接而成。该系统具有以下四个显著特点：①GPIB接口编程方便，减轻了软件设计负担，可使用高级语言编程。②提高了仪器设备的性能指标。利用计算机对带有GPIB接口的仪器实现操作和控制，可实现系统的自校准、自诊断等要求，从而提高了测量精度。③便于将多台带有GPIB接口的仪器组合起来，形成较大的自动测试系统，高效灵活地完成各种不同的测试任务，而且组建和拆散灵活，使用方便。④便于扩展传统仪器的功能。由于仪器与计算机相连，因此可在计算机的控制下对测试数据进行更加灵活、方便的传输、处理、综合、利用和显示，使原来仪器采用硬件逻辑很难解决或无法解决的问题迎刃而解。5.2.2GPIB总线结构GPIB总线是一个数字化24脚(扁型接口插座)并行总线。其中16根线为TTL电平信号传输线，包括八根双向数据线、五根接口管理线、三根数据传输控制线；另八根为地线和屏蔽线。GPIB使用八位并行、字节串行、异步通信方式，所有字节通过总线顺序传送。1．八根双向数据线(DI01～DI08)双向数据线用来传递系统内的多线消息,如控制者发送的通令、专令、地址和向被控设备发送的程控指令，设备间发送和接收的数据及向控制者报告自己运行情况的状态数据等，是系统的命令、状态信息通道。2．三根数据传输控制线(DataByteTransferControl)由于各设备的工作速度可能相差悬殊，为保证多线消息能双向、异步、准确可靠地传递，GPIB系统中配备了三根数据字节传递控制母线，在我国叫三线挂钩控制传送，又简称为挂钩母线，用于控制数据字节的传送。三根数据传输控制线的具体含义如下：①DAV(DataValid)：数据有效信号线。当DAV=1(低电平)时表示数据有效。②NRFD(NotReadyforData)：未准备好接收数据信号线。当NRFD=1时表示未准备好接收数据；只有各接收设备均准备好接收数据，NRFD才会为零(高电平)。③NDAC(NotDataAccepted)：不(未)接收数据信号线。当NDAC=1时表示不接收数据或数据未接收；只有各接收设备都收到了数据时，NDAC才会为零(高电平)。3.五根接口管理线(GeneralInterfaceManagement)接口管理母线，简称管理母线，共有五条，其具体含义如下：①ATN(Attention)：注意。②SRQ(ServiceRequest)：服务请求。③EOI(EndorIdentify)：结束或识别。④REN(RemoteEnable)：远控使能。⑤IFC(InterfaceClear)：接口清除。它们专用于管理接口本身的工作，每条线都有自己的特殊用途。例如，SRQ线是系统中各设备向控制者请求服务用的，任何装有服务请求功能的设备都可以使这条线的电平变低，即请求控制者中断当前的工作来为它服务。5.2.3GPIB总线虚拟仪器测试系统I/O接口设备的组成GPIB总线虚拟仪器测试系统I/O接口设备由GPIB接口卡和具有GPIB接口的仪器组成。其中GPIB接口卡完成GPIB总线和PCI总线的连接。GPIB接口仪器是一个独立的仪器，它既可以构成一个GPIB总线虚拟仪器测试系统，也可以作为独立的单台仪器使用。5.2.4GPIB子模板简介1．调用路径FunctionsInstrumentI/OGPIBGPIB子模板如图5–1所示。图5–1GPIB子模板2．GPIB子模板简介GPIBRead.vi图标。从GPIB设备读取数据。GPIBWrite.vi图标。向GPIB设备写入数据或命令。GPIBClear图标。结束向GPIB设备的读写操作。GPIBInitialization图标。对GPIB设备进行初始化。5.2.5GPIB总线系统软件设计对GPIB总线的控制有许多命令，但是对于初学者以及工程设计人员来说，没有必要详细地学习这些命令。1．配置通道及仪器地址调用GPIBInitialization.vi图标配置通道及仪器地址。1)调用路径FunctionsInstrumentI/OGPIBGPIBInitialization.vi执行上述操作后，出现GPIBInitialization.vi图标及其端口图，如图5–2(a)、(b)所示。(a)(b)图5–2GPIBInitialization.vi图标及其端口图(a) GPIBInitialization.vi图标；(b) GPIBInitialization.vi图标与其端口2)输入端口及参数设置addressstring：GPIB设备的地址号。requirere-addressing：如果该项为真，则GPIB仪器在每次读写完毕后，都要重新发地址号；如果为假，则在每次读写完毕后，仍保留地址号。systemcontroller：如果该项为真，则它起着系统控制器的作用。assertRENwithIFC：如果该项为真，并且控制器是系统控制器时，则GPIB设备发送一个远程控制信号。errorin：输入端错误代码。3)输出端口及参数设置errorout：输出端错误代码。2．对GPIB仪器进行读/写操作对GPIB仪器进行了设置后，对其进行读写操作，需调用GPIBRead.vi图标或GPIBWrite.vi图标。1) GPIBRead.vi图标的调用执行FunctionsInstrumentI/OGPIBGPIBRead.vi操作。其图标及其端口图如图5–3(a)、(b)所示。图5–3GPIBRead.vi图标及其端口图(a) GPIBRead.vi图标；(b) GPIBRead.vi图标与其端口2)对GPIB的写操作对GPIB进行写操作，需调用GPIBWrite.vi图标。GPIBWrite.vi图标的调用路径：FunctionsInstrumentI/OGPIBGPIBWrite.vi执行上述操作后，GPIBWrite.vi图标及其端口如图5–4(a)、(b)所示。图5–4GPIBWrite.vi图标及其端口图(a) GPIBWrite.vi图标；(b) GPIBWrite.vi图标与其端口5.3VXI总线简述VXI是一种高速计算机总线——VME(VMEbusExtensionforInstrumentation)总线在仪器领域的扩展，是公认的21世纪仪器总线系统和自动测试系统的优秀平台。由于它的标准开放，结构紧凑，具有数据吞吐能力强，定时和同步精确，模块可重复利用等优点，因此在近10年时间内VXI规范不断完善和发展，并迅速在仪器测量和工业控制等领域得到应用，表现出很强的发展潜力。1993年由多家公司组成VPP系统联盟，致力于来自各厂商的VXI模块的规范化以来，由于以VXI总线为平台的虚拟仪器软件和硬件都具有开放性、模块化、可重复使用以及互换性等特点，VXI系统的发展更为迅速，被国内外专家誉为“跨世纪的仪器总线”、“划时代的技术成果”，并被认为是电子仪器和自动测试领域的“第三次革命”。今天，VXI系统已经在世界范围内得到越来越广泛的应用。我国也积极跟踪和消化这一先进技术，已在航空航天测控、军事科研和标准计量等项目中成功地建立了VXI系统，通信、飞机制造、工业自动化等测控领域的VXI仪器应用方兴未艾，并有迅速普及应用的势头。5.3.1VXI总线接口系统的特点VXI总线系统具有标准化、通用化、系列化、模块化的显著优点，它集测量、计算、通信功能于一体，是国际上20世纪90年代的一项高新科技。它不仅继承了GPIB智能仪器和VME总线的特点，还具有高速、模块化、易于使用等优势。VXI的具体特点如下：①VXI是国际上最早推出的开放式总线仪器系统。VXI的标准统一，易于同其它总线兼容，系统组建灵活方便。用户购买VXI总线产品之后，在组建系统时能真正做到“即插即用”(Plug&Play)，立竿见影。VXI的人机界面良好，接近于“傻瓜”照相机的灵活程度。②VXI总线仪器系统由传统的“多机箱堆放式”发展成“单机箱多模块式”。VXI具有安装密度高、体积小、重量轻、易于携带等优点。因其外形尺寸小，故可提高被测信号的保真度，能减小仪器与被测装置的引线长度，降低系统噪声和改善屏蔽效果。③采用模块化的严密设计与工艺保证。VXI采用了优良性能的机箱，机箱提