基于LabVIEW構(gòu)建電子儀器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

李海明，朱保安，王雙記

（91388部隊(duì)96分隊(duì)，廣東 湛江 524022）

1 引 言

隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)在計(jì)量領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)省去了重復(fù)而繁雜的手工操作和計(jì)算，檢測(cè)效率大大提高，而且避免了人為誤差，但是由于被測(cè)電子儀器種類繁多，配備的通信接口和控制命令各不相同，自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)往往只能針對(duì)某些具體型號(hào)被測(cè)儀器，極大制約了自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的使用和推廣。利用LabVIEW構(gòu)建自動(dòng)測(cè)試模塊，為用戶提供了定制被測(cè)儀器的平臺(tái)，解決了自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的瓶頸問(wèn)題。

2 常見(jiàn)儀器通信接口

目前，集成在電子儀器上的標(biāo)準(zhǔn)通信接口主要有RS-232串行接口、RS-485、GPIB和USB總線接口等[1]。LabVIEW提供具有可擴(kuò)展性的、開(kāi)放性的虛擬儀器接口，支持VXI總線、PXI總線、GPIB總線、VISA總線、串行通訊總線等多種類型的儀器，LabVIEW平臺(tái)不限制包含的儀器數(shù)目，所有符合VXI即插即用規(guī)范的虛擬儀器均可在平臺(tái)中進(jìn)行操作與控制[2]。

3 構(gòu)建自動(dòng)測(cè)試模塊

3.1 設(shè)計(jì)思路

計(jì)算機(jī)通過(guò)電子儀器各自的控制命令完成讀寫(xiě)操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的控制。構(gòu)建自動(dòng)測(cè)試模塊的目的是在自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)中為用戶提供定制被測(cè)儀器的平臺(tái)，所謂“定制”就是用戶根據(jù)測(cè)試流程將所要用到的控制命令組合在一起，形成相應(yīng)的測(cè)量命令集，測(cè)試時(shí)執(zhí)行命令集來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試。

3.2 自動(dòng)測(cè)試模塊的組成

自動(dòng)測(cè)試模塊由建集模塊、執(zhí)行模塊和命令集數(shù)據(jù)庫(kù)組成，如圖1所示。建集模塊形成的測(cè)量命令集存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，測(cè)試時(shí)由執(zhí)行模塊從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)用命令序列。

3.3 建集模塊設(shè)計(jì)

3.3.1 建集流程

不同的儀器擁有各自的控制命令，通過(guò)查詢儀器使用手冊(cè)可以得到?？刂泼畎凑帐褂脮r(shí)機(jī)分為測(cè)量前設(shè)置、測(cè)量時(shí)讀數(shù)和測(cè)量后復(fù)位三類，按照功能又劃分為讀取、寫(xiě)入和延時(shí)三類。建集模塊根據(jù)測(cè)試流程將所要用到的控制命令組合在一起，形成相應(yīng)的測(cè)量命令集，建集流程如圖2所示。

圖1 自動(dòng)測(cè)試模塊的組成

圖2 建集流程圖

儀器接口類型包括GPIB、RS-232和USB。在建集流程圖中虛框?yàn)榭蛇x過(guò)程，其中“輸入儀器地址”適用于GPIB接口的儀器；“設(shè)置命令變量”用于根據(jù)實(shí)際參數(shù)對(duì)儀器進(jìn)行設(shè)置的場(chǎng)合，例如對(duì)信號(hào)源的設(shè)置包括頻率、幅度、衰減等，根據(jù)命令集的需要，可以設(shè)置“頻率”、“幅度”和“衰減”三個(gè)變量，在書(shū)寫(xiě)命令內(nèi)容的時(shí)候用變量表示具體的參數(shù)。

3.3.2 測(cè)量命令集實(shí)例

測(cè)量命令集與被測(cè)儀器、參數(shù)有關(guān)，以實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明，其中表1列出的是數(shù)字多用表34401A測(cè)量命令集，被測(cè)參數(shù)為直流電壓，接口類型為GPIB和RS-232；表2列出的是信號(hào)發(fā)生器33220A測(cè)量命令集，被測(cè)參數(shù)為輸出頻率，接口類型為GPIB和USB。

3.4 執(zhí)行模塊設(shè)計(jì)

執(zhí)行模塊是自動(dòng)測(cè)試模塊的核心部分，采用LabVIEW語(yǔ)言開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。LabVIEW是一種基于G語(yǔ)言的圖形化開(kāi)發(fā)平臺(tái)，主要用于數(shù)據(jù)的采集、分析、處理和表達(dá)，總線接口、VXI儀器、PXI儀器以及GPIB與串口儀器的驅(qū)動(dòng)程序編制和驅(qū)動(dòng)虛擬儀器，由于其強(qiáng)大、靈活的儀器控制功能使LabVIEW成為開(kāi)發(fā)虛擬儀器的首選編程語(yǔ)言[3]。

表1 數(shù)字多用表34401A測(cè)量命令集

表2 信號(hào)發(fā)生器33220A測(cè)量命令集

在LabVIEW中為實(shí)現(xiàn)與儀器通信有兩種方式，一種是利用函數(shù)模板中Instrument I/O子模板下的相關(guān)函數(shù)，如GPIB函數(shù)，另一種是利用函數(shù)模板中Instrument I/O子模板下的VISA函數(shù)[4]，實(shí)際上VISA函數(shù)能與各種接口類型的儀器通信，所以采用VISA函數(shù)實(shí)現(xiàn)各種接口的儀器測(cè)試。

3.4.1 NI-VISA簡(jiǎn)介[5]

NI-VISA（Virtual Instrument Software Architecture，以下簡(jiǎn)稱為“VISA”）是美國(guó)國(guó)家儀器NI（National Instrument）公司開(kāi)發(fā)的一種用來(lái)與各種儀器總線進(jìn)行通信的高級(jí)應(yīng)用編程接口。VISA總線I/O軟件是一個(gè)綜合軟件包，不受平臺(tái)、總線和環(huán)境的限制，可用來(lái)對(duì) USB、GPIB、串口、VXI、PXI和以太網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行配置、編程和調(diào)試。VISA是虛擬儀器系統(tǒng)I/O接口軟件，基于自底向上結(jié)構(gòu)模型的VISA創(chuàng)造了一個(gè)統(tǒng)一形式的I/O控制函數(shù)集。一方面，對(duì)初學(xué)者或是簡(jiǎn)單任務(wù)的設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，VISA提供了簡(jiǎn)單易用的控制函數(shù)集，在應(yīng)用形式上相當(dāng)簡(jiǎn)單；另一方面，對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的組建者來(lái)說(shuō)，VISA提供了非常強(qiáng)大的儀器控制功能與資源管理。

3.4.2 常用VISA函數(shù)[6]

（1）ViOpen，打開(kāi)并指定 VISA resource name的設(shè)備的連接。

（2）ViProperty，VISA 設(shè)備的屬性子節(jié)點(diǎn)，可以設(shè)置端點(diǎn)或傳輸方式。

（3）ViWrite，向 VISA resource name指定的設(shè)備寫(xiě)入數(shù)據(jù)。

（4）ViRead，從VISA resource name指定的設(shè)備讀出數(shù)據(jù)。

（5）ViClose，結(jié)束設(shè)備讀寫(xiě)并關(guān)閉與指定設(shè)備的連接。

3.4.3 通過(guò)VISA控制儀器

每一個(gè)VISA函數(shù)都有一個(gè)VISA資源名稱參數(shù)，用來(lái)指明該函數(shù)對(duì)應(yīng)的硬件設(shè)備，使用不同接口類型的儀器由程序自動(dòng)更換VISA資源名稱參數(shù)。如用GPIB接口測(cè)量數(shù)字多用表34401A[4]，其GPIB地址為 22，則其VISA資源名稱為GPIB∶22，其中GPIB用于指明接口的類型。與被測(cè)量?jī)x器通信的第一步是建立計(jì)算機(jī)與儀器的連接，此任務(wù)可以通過(guò)ViOpen函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，接著利用ViWrite函數(shù)根據(jù)需要向儀器發(fā)送各種命令，ViRead函數(shù)讀取儀器響應(yīng)的任何數(shù)據(jù)，完成所有測(cè)試任務(wù)后，使用ViClose函數(shù)斷開(kāi)計(jì)算機(jī)與儀器的通信連接。

圖3 儀器測(cè)量流程圖

圖4 執(zhí)行模塊流程圖

3.4.4 儀器測(cè)量流程

儀器測(cè)量按照測(cè)量前設(shè)置、測(cè)量時(shí)讀數(shù)、測(cè)量后復(fù)位的時(shí)序進(jìn)行，流程如圖3所示。在測(cè)量的每個(gè)時(shí)機(jī)，均通過(guò)執(zhí)行模塊檢索并執(zhí)行數(shù)據(jù)庫(kù)中相應(yīng)的命令序列，實(shí)現(xiàn)儀器的設(shè)置、讀數(shù)及復(fù)位等功能，完成儀器的自動(dòng)測(cè)量，執(zhí)行模塊流程如圖4所示。

3.4.5 執(zhí)行模塊程序

圖5是執(zhí)行模塊的LabVIEW程序，輸入?yún)?shù)有VISA資源名稱、命令集數(shù)組、錯(cuò)誤輸入，輸出參數(shù)為VISA資源名稱輸出、讀取數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤輸出。其中VISA資源名稱根據(jù)不同的儀器通信接口類型而改變，命令集數(shù)組是從命令集數(shù)據(jù)庫(kù)中根據(jù)測(cè)量時(shí)機(jī)檢索而生成，命令格式為功能：命令內(nèi)容，如讀?。?0字符、寫(xiě)入：*cls。

圖5 執(zhí)行模塊程序

4 結(jié)束語(yǔ)

介紹了利用LabVIEW構(gòu)建自動(dòng)測(cè)試模塊的思路及方法，該方法在“通用儀器儀表綜合檢定系統(tǒng)”中得到了實(shí)際應(yīng)用?；贚abVIEW構(gòu)建的自動(dòng)測(cè)試模塊準(zhǔn)確可靠、可移植性強(qiáng)、用途廣泛，任意接口儀器的測(cè)試工作均可順利開(kāi)展，大大提高了測(cè)試能力。

[1] 葉文生，王思華.基于虛擬儀器技術(shù)的USB接口儀器通信軟件設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2006，32（10）：86-88.

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[5] 余志榮，楊 莉.基于NI-VISA與LabVIEW的USB接口應(yīng)用設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2007（1）：66-69.

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[7] 陳錫輝，張銀鴻.LabVIEW 8.20程序設(shè)計(jì)從入門(mén)到精通[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.