基于LabVIEW 的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)研究

姬 翔

（中國電子科技集團公司 第二十七研究所，河南 鄭州 450047）

1 引言

LabVIEW (Laboratory Virtual Instruments Engineering Workbench)是由美國國家儀器公司開發(fā)的專業(yè)測試軟件，與傳統(tǒng)的使用C 語言、C＋＋語言等編程語言不同， 它使用圖形化編程環(huán)境，具有強大的數(shù)據(jù)處理功能，以及完備的儀器驅(qū)動程序和強大的網(wǎng)絡(luò)功能。LabVIEW 編程具有簡單易學(xué)、編程效率高、通用性好、交叉平臺交互性好等優(yōu)點，是虛擬儀器開發(fā)快捷、方便和功能強大的軟件工具。 本文介紹了使用LabVIEW 開發(fā)的基于GPIB 總線儀器網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。[1][2]

2 系統(tǒng)綜述

在本系統(tǒng)中， 使用了以下設(shè)備： 工控機、GPIB 接口卡、Agilent 34970A 型數(shù)據(jù)采集器和GPIB 連接線。 硬件連接示意如圖1 所示。

圖1 硬件連接簡圖

2.1 GPIB 總線描述

GPIB(General Purpose Interface Bus)總線是目前最常用的儀器總線之一，它于1978 年由美國的HP 公司提出，后被美國電氣及電子工程師協(xié)會(IEEE)和國際電工委員會(IEC)接受為程控儀器和自動測控系統(tǒng)的標準接口。 因此，也被稱為IEE488 或HPIB。 GPIB 總線是一個數(shù)字24 腳并行總線， 其中16 根線為TTL 電平信號傳輸線，包括8 根雙向數(shù)據(jù)線、5 根接口管理線、3根數(shù)據(jù)傳輸控制線。另外8 根為地線和屏蔽線。使用GPIB 母線電纜互相連接的設(shè)備最多14 臺， 母線電纜的長度不超過20米。[3]

GPIB 總線設(shè)備包括聽者(Listeners)、講者(Talkers)和控者(Controllers)。 “聽者”是接收數(shù)據(jù)的設(shè)備；“講者”是向總線發(fā)送數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息的設(shè)備；“控者”是對系統(tǒng)進行控制的設(shè)備。 一個系統(tǒng)中，可以有若干個“聽者”在工作，但是“控者”只有一個?！翱卣摺笔鼓堋爸v者”，然后“講者”將數(shù)據(jù)通過總線傳給“聽者”。利用計算機對帶有GPIB 接口的儀器進行操作和控制， 能夠有效的提高測量精度。

2.2 SCPI 命令介紹

SCPI (Standard Commands for Programmable Instruments)是架構(gòu)在IEEE488.2 上的可程控儀器標準命令集。 一個SCPI 命令可以分為兩部分： 一是IEEE488.2 公用命令； 另一部分是SCPI 儀器特定控制命令。公用命令是IEEE488.2 規(guī)定的儀器必須執(zhí)行的命令，其句法和語義遵循IEEE488.2 規(guī)定，用來控制設(shè)置、 自我測試和狀態(tài)操作；SCPI 儀器特定控制命令是與儀器相關(guān)的，不同的儀器擁有不同的命令子集。

SCPI 命令格式是樹狀層次結(jié)構(gòu)，可分為多個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)由一個根命令和一個或者多個層次命令構(gòu)成。 命令格式為：關(guān)鍵字<參數(shù)>：關(guān)鍵字<參數(shù)>：……<參數(shù)>，<參數(shù)>，……。

例如：CONFigure:VOLTage:DC10，MIN

此命令的語義為：設(shè)置為直流電壓測量，量程為10V，分辨率為最大。

2.3 UDP 協(xié)議介紹

目前應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)通信方式是基于以太網(wǎng)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，傳輸控制協(xié)議（TCP）和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP）是模型傳輸層中的兩個并列協(xié)議。 UDP 是一種簡單的連接協(xié)議，傳輸數(shù)據(jù)之前源端和終端不建立連接，進行網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)倪^程中，UDP 僅通過端口號指明發(fā)送程序端口和接受程序端口，只負責(zé)數(shù)據(jù)傳輸，不保證數(shù)據(jù)一定到達目的地，接收方收到數(shù)據(jù)后不發(fā)送到達確認信息。 因此，UDP 提供的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)為無連接、不可靠的用戶數(shù)據(jù)包服務(wù)。 但是本系統(tǒng)應(yīng)用在專屬局域網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境質(zhì)量優(yōu)良，可靠性較好，比較適合采用UDP 協(xié)議。

2.4 LabVIEW 軟件介紹

NI 公司提出“軟件就是儀器”。根據(jù)此觀點，虛擬儀器必須具有這三點特征：數(shù)據(jù)采集、分析和重現(xiàn)。 LabVIEW 是美國NI公司推出的一種通用虛擬儀器開發(fā)軟件，它包含了豐富的功能函數(shù)庫和完備的總線設(shè)備驅(qū)動程序。LabVIEW 的最大特點是其基于圖形(Graphics)的編程方式，即采用了框圖而非傳統(tǒng)的文本方式的編程方法。 這種編程方式強調(diào)信號處理的實際過程，編程簡單，調(diào)試方便。 一個LabVIEW 分為二個部分：儀器控制前面板、功能模塊流程圖。 前面板由用戶自己定義，用來模擬真實儀器的前面板；功能模塊流程圖使用圖形語言(G 語言)對前面板上的控件對象進行控制，實現(xiàn)了儀器的內(nèi)部設(shè)計。

3 軟件設(shè)計

在本系統(tǒng)中， 基于VISA (Virtual Instrument Software Architecture)函數(shù)庫和SCPI 程控儀器標準命令集，對數(shù)據(jù)采集器進行操作。 VISA 是由VXI Plug&Play 聯(lián)盟制定的。 它是一種用于儀器編程的標準I/O 接口， 包括GPIB、VXI 和串行總線接口。 從底層到頂層， 虛擬儀器的軟件系統(tǒng)構(gòu)架包含三個部分：VISA 庫、儀器驅(qū)動程序和應(yīng)用軟件虛擬儀器的軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

LabVIEW 提供了VISA 函數(shù)庫。 調(diào)用此函數(shù)庫，就能夠通過GPIB 總線對儀器進行控制。

圖2 虛擬儀器的軟件結(jié)構(gòu)

Agilent 34970A 型示波器帶有GPIB 總線接口， 其GPIB總線地址出廠設(shè)置為“17”。 數(shù)據(jù)采集子VI 前面板能夠選擇數(shù)據(jù)采集器的GPIB 總線地址，采集該儀器的測量數(shù)據(jù)。并且將數(shù)據(jù)傳遞到主VI 中。 數(shù)據(jù)采集子VI 代碼如圖3 所示。

圖3 數(shù)據(jù)采集子VI 代碼圖

主VI 使用UDP 協(xié)議將數(shù)據(jù)采集子VI 傳遞上來的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給上位機。 主VI 前面板能夠顯示由數(shù)據(jù)采集子傳遞上來數(shù)據(jù)信息，并且能夠指定上位機的IP 地址和端口號，并且設(shè)置時間間隔。 主VI 代碼如圖4 所示。

圖4 主VI 代碼圖

4 結(jié)束語

將數(shù)據(jù)采集器采集到的數(shù)據(jù)信息與上位機接收到的數(shù)據(jù)信息進行比對，結(jié)果完全一致。 綜上所述，使用LabVIEW 編程能夠控制儀器測量，避免了人為操作帶來的誤差，并簡化了操作過程。通過工控機將帶有GPIB 總線接口的儀器控制起來，并將測試結(jié)果通過UDP 協(xié)議發(fā)送到上位機， 具有一定的實用價值。

[1]National Instrument Corporation. .2003

[2]劉君華.《基于LabVIEW 的虛擬儀器工程設(shè)計》.電子工業(yè)出版社.2003

[3]National Instrument Corporation. .2000