虚拟仪器技术-虚拟仪器基础实验

《虚拟仪器技术》第1页8、仪器驱动器设计8.1虚拟仪器软件结构VISA8.2VPP仪器驱动程序8.3基于lVl规范的互换型驱动器8.4VPP仪器驱动程序设计8.5LabVIEW仪器驱动程序《虚拟仪器技术》第2页8.1虚拟仪器软件结构VISAVISA的基本概念1、什么是VISAVISA是虚拟仪器软件结构(VirtualInstrumentSoftwareArchitectuere)的简称，是由VXIplug&play系统联盟所统一制定的I/O接口软件标准及其相关规范的总称。一般称这个I/O函数库为VISA库（用于仪器编程的标准I/O函数库）。VISA函数库驻留于计算机系统中，是计算机与仪器之间的标准软件通信接口，用以实现对仪器的控制。《虚拟仪器技术》第3页VISA的结构模型图VISA采用这种金字塔型的结构模型，为各种虚拟仪器系统软件提供了一个形式统一的I/O操作函数库，VISA将不同厂商的仪器软件统一于同一平台。《虚拟仪器技术》第4页2、为什么要使用VISAVISA的内部结构是一个先进的面向对象的结构，这一结构使得VISA与在它之前的I/O控制软件相比，接口无关性有很大提高。VISA的可扩展性使它远远超出了一般I/O控制软件的范畴，而且由于VISA内部结构的灵活性，使得VISA在功能和灵活性上也超过了其它I/O控制库。尽管VISA的API函数却比其它具有类似功能的I/O库少得多，因此，VISA很容易被初学者掌握。另外，VISA高度的可访问性和可配置性又使得熟练的用户可以利用VISA的许多独有特性，使得VISA的应用范围大大超过了传统的I/O软件。VISA不仅为将来的仪器编程提供了许多新特性，而且兼容过去已有的仪器软件。总之，VISA具有与仪器硬件接口无关的特性，是理想的仪器I/O软件。《虚拟仪器技术》第5页3、VISA的特点1）VISA的I/O控制功能适用于各种仪器类型2）VISA的I/O控制功能适用于各种仪器硬件接口方式3）VISA的I/O控制功能适用于多种计算机平台4）VISA能适应未来发展的需要4、VISA的发展现状VISA规范是VPP规范的核心内容，其中《VPP4.3：VISA库》规定了VISA库的函数名、参数定义及返回代码等。《VPP4.3.2：文本语言的VISA实现规范》和《VPP4.3.3：图形语言的VISA实现规范》分别对文本语言（C/C++和VisualBasic）和图形语言（LabVIEW）实现VISA时的VISA数据类型与各种语言特定数据类型的对应关系、返回代码、常量等进行了定义。《虚拟仪器技术》第6页VISA的组成原理1、VISA的内部结构VISA的内部结构简化图《虚拟仪器技术》第7页1）资源管理器VISA资源管理器是用于管理所有资源的一种系统资源（控制设备资源），执行管理、控制和分配VISA资源的操作。2）资源VISA的资源类概念类似于面向对象程序设计方法中类的概念，它是一个实例的外观和行为的描述，是一种抽象化的设备特点的功能描述，是对资源精确描述的专用术语。3)会话（连接）。会话（Sessions）是指与任何已存在资源的连接，包括默认资源管理器的连接。《虚拟仪器技术》第8页2、VISA资源描述1）资源描述格式《虚拟仪器技术》第9页2）资源类型定义《虚拟仪器技术》第10页3）VISA的资源结构《虚拟仪器技术》第11页4）VISA机制需要用到VISA的3种机制：属性机制、锁定机制和事件机制。以写资源为例，3种机制的作用如图应用程序锁定机制资源通道捕获事件回调事件处理写资源属性机制：设置写的方式仪器图8-4VISA中的3种机制的作用事件机制《虚拟仪器技术》第12页（1）属性机制属性机制用来控制资源的各种属性，这些属性分为两种：只读属性和可读可写属性。（2）锁定机制锁定机制可以设置通道对资源的访问模式。应用程序能同时对资源开辟多个通道，并能通过不同的通道对资源进行访问。（3）事件处理机制VISA中还定义了一种常见的机制提醒应用程序注意某种特殊情况，这些特殊情况成为事件。有了事件就可以使VISA的资源和它的应用程序之间传递消息。应用程序有两种不同的方式获得事件通知，它们分别是：队列机制和回调机制。《虚拟仪器技术》第13页VISA编程及应用实例1、VISA编程概要在VISA编程过程中，面向仪器的所有操作都必须首先进行打开VISA资源通信通道（Session）的操作。用户可以打开两种类型的通信通道：资源管理器通信通道（ResourceManagerSession）和器件通信通道（DeviceSession）。2、应用实例本节通过分别调用非VISA的I/O接口软件库与VISA库函数，对GPIB器件与VXI消息基器件进行简单的读/写操作（向器件发送查询器件标识符命令，并从器件读回响应值），从而进行VISA与其他I/O接口软件的异同点比较。《虚拟仪器技术》第14页【实例1】用非VISA与其他I/O接口软件库（NI公司的NI-488）实现GPIB仪器的读/写操作《虚拟仪器技术》第15页【实例2】用非VISA的I/O接口软件库（NI公司的NI-VXI）实现对VXI消息基仪器的读/写操作。《虚拟仪器技术》第16页【实例3】用VISA的I/O接口软件库实现对GPIB仪器与VXI消息的读/写操作《虚拟仪器技术》第17页【实例4】对于用户来说，只需了解VISA函数的格式与参数就可以编写仪器的驱动程序，而不必关心VISA库与仪器如何沟通的细节。对VISA函数的调用一般可以分为声明、开启、器件I/O和关闭4部分，下面以一段简单的C语言程序为例进行说明。该程序是由计算机向一台GPIB器件发出“*IDN？”的IEEE-488.2公用命令，并从该器件回读其响应字符串。《虚拟仪器技术》第18页VISA在LabVIEW中的实现1.VISA子模板简介VISA功能模块位于InstrumentI/O→VISA→VISAAdvanced子模板中如图。《虚拟仪器技术》第19页2.VISA总线系统软件设计VISA子模板中各个函数的端口图和功能如表《虚拟仪器技术》第20页VISA高级选项子模板中部分函数及子函数的简单介绍《虚拟仪器技术》第21页3.VISA属性节点LabVIEW提供了VISA属性节点（位于VISAAdvanced子模板），在程序中通过属性节点可读取设置VISA资源的属性值。VISA属性节点如图将VISA属性节点放到流程图上以后，可设置VISA属性。设置属性有两种方法：（1）把VISA会话通道连接到属性节点的reference输入端子，VISA就会变成与这个会话相关联的类。《虚拟仪器技术》第22页（2）在属性节点弹出选单，选择SelectClass→VISA→I/OSession选项，如图8-7所示，在此选项的下列选单包含各种不同的VISA类，选择VISA类后进行属性设置。《虚拟仪器技术》第23页4.实例【例8-1】VISA锁定机制的运用VISA锁定机制允许优先通过独立的操作访问资源。前面板及流程图程序设计《虚拟仪器技术》第24页【例8-2】VISA属性应用实例:串口写和读。VISA属性应用.vi框图程序如图所示。该VI打开一个与串口COM1的会话通道，通过属性节点对串口初始化为19200波特，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验位。而后将一个字符串写入writebuffer端口，经10s延时后，通过VISA的另一个属性端子BytesatPort返回从串口设备读取的字节数，这些字节在VISARead模块的readbuffer端口获取。通信结束由VISAClose模块关闭与串口的会话连接。《虚拟仪器技术》第25页VISA属性应用.VI框图程序《虚拟仪器技术》第26页8.2VPP仪器驱动程序仪器驱动器概述1、仪器驱动器的由来1）问题的提出2）标准仪器命令集的控制方式3）仪器驱动器的控制方式总之，在虚拟仪器系统中，驱动程序起着非常重要的作用，它将仪器硬件和计算机有机地组合成为一个仪器系统，完整地实现虚拟仪器内部的数据采集、分析处理、显示输出的全部功能。随着仪器硬件，计算机和软件的复杂性越来越高，驱动程序的重要性与价值已经越来越被人们所重视。《虚拟仪器技术》第27页2、关于驱动器的基本概念仪器驱动程序是完成对某一特定仪器的控制与通信的软件程序集合。它负责处理与某一专门仪器通信和控制的具体过程，将底层的复杂的硬件操作隐蔽起来，通过封装复杂的仪器编程细节，为了使用户使用仪器提供了简单的函数调用接口。仪器驱动程序是连接上层应用软件与底层输入/输出软件的纽带和桥梁。每个仪器模块均由自己的驱动程序，并且仪器厂商将其原码以动态链接库（DLL）的形式提供给用户。《虚拟仪器技术》第28页3、VPP仪器驱动器的特点（1）仪器驱动程序一般由仪器供应厂家提供（2）所有仪器驱动程序必须提供程序源代码，而不是只提供可调用的函数（3）仪器驱动程序结构的模块化与层次化（4）仪器驱动程序设计与实现的一致性（5）仪器驱动程序的兼容性与开放性《虚拟仪器技术》第29页VPP仪器驱动器的结构模型1、仪器驱动器外部接口模型外部接口模型分为以下5个部分，如图《虚拟仪器技术》第30页（1）函数体。它是仪器驱动程序的主体，为仪器驱动程序的实际源代码。（2）交互式开发接口。它提供了一个图形化的功能面板，用户可以在这个图形接口上实施各种控制，改变每一功能调用的参数值。（3）编程开发者接口。它是应用程序调用驱动程序的软件接口，通过此接口可方便地调用仪器驱动程序中所定义的所有功能函数。（4）VISAI/O接口。它通过本接口调用VISA这一标准的I/O接口程序库，提供了仪器驱动器与仪器硬件的通信能力。（5）子程序接口。它使得仪器驱动器在运行时能调用其它所需要的软件模块（如数据库、FFT等），而提供的软件接口。《虚拟仪器技术》第31页2、仪器驱动程序内部设计模型仪器驱动器的第二个模型是内部设计模型《虚拟仪器技术》第32页仪器驱动程序函数体由两大部分组成：第一部分是一组部件函数，它们是一些控制仪器特定功能的软件模块；第二部分是一组应用函数，它们使用一些部件函数共同实现完整的测试和测量操作。1）部件函数（1）初始化函数（2）配置函数（3）激活/状态函数（4）数据函数（5）实用函数（6）关闭函数《虚拟仪器技术》第33页2）应用函数应用函数是以源代码形式提供的一种面向测试任务的高级编程函数。通常情况下，应用函数通过设置、启动、从仪器读取测量数据等动作来完成一次完整的测试操作。根据测试任务的不同，将虚拟仪器粗分为3种类型：即测量仪器、源仪器及开关仪器。它们分别完成测量任务、源激励任务及开关选通任务。在VPP系统仪器驱动程序规范中，将配置函数、动作/状态函数及数据函数统称为功能类别函数，对应以上的3种仪器类型，分别定义了3种功能类别函数的结构，即测量类函数、源类函数及开关类函数。《虚拟仪器技术》第34页仪器驱动程序函数简介1、通用函数（1）初始化函数建立驱动程序与仪器的通信联系。VPP规范对参数返回的状态值作了规定《虚拟仪器技术》第35页（2）复位函数将仪器置为默认状态（3）自检函数对仪器进行自检。（4）错误查询函数。完成仪器错误的查询。（5）错误消息函数将错误代码转换为错误消息。（6）版本查询函数对仪器驱动程序的版本与固有版本进行查询。（7）关闭函数终止软件与仪器的通信联系，并释放系统资源。《虚拟仪器技术》第36页2、特定函数1）测量类功能类别函数。2）源类功能类别函数。3）开关类功能类别函数。《虚拟仪器技术》第37页仪器驱动程序功能面板1、功能面板的结构功能面板文件最小树结构《虚拟仪器技术》第38页2、功能面板的部件函数功能面板树结构《虚拟仪器技术》第39页在功能面板中，每一个层次的部件都必须包括各自的帮助文档，帮助文档可分为如下5部分：（1）功能面板帮助文档对应于仪器节点，描述了整个仪器的功能及功能面板所含的类节点与函数节点概念。（2）功能类帮助文档对应于类节点，