《虛擬儀器測試技術》單元7儀器控制_第1頁
《虛擬儀器測試技術》單元7儀器控制_第2頁
《虛擬儀器測試技術》單元7儀器控制_第3頁
《虛擬儀器測試技術》單元7儀器控制_第4頁
《虛擬儀器測試技術》單元7儀器控制_第5頁
已閱讀5頁,還剩45頁未讀 繼續免費閱讀

下載本文檔

版權說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內容提供方,若內容存在侵權,請進行舉報或認領

文檔簡介

單元7儀器控制7.1儀器控制概述7.2儀器總線技術7.3LabVIEW中的儀器控制7.4綜合案例7:控制TEK示波器返回7.1儀器控制概述利用軟件LabVIEW設計的虛擬儀器,可以實現許多傳統儀器的功能,然而在測試系統中,虛擬儀器并不能完全取代傳統儀器,傳統儀器仍然有著非常重要的作用,LabVIEW可以與這些儀器通信,實現對這些儀器的控制。儀器控制是指通過PC上的軟件遠程控制總線上的一臺或多臺儀器。它比單純的數據采集要復雜得多。它需要將儀器或設備與計算機連接起來協同工作,同時還可以根據需要延伸和拓展儀器的功能。通過計算機強大的數據處理、分析、顯示和存儲能力,可以極大地擴充儀器的功能,這就是虛擬儀器的基本含義。下一頁返回7.1儀器控制概述采用PC自動化測試系統時,可控制的儀器類型不受限制。許多不同類型的儀器可以混合使用,也可以相互配合使用。最常見的儀器接口類別包括GPIB、串口、模塊化儀器和PXI模塊化儀器。其他類型的儀器包括圖像采集、運動控制、USB、以太網、并行接口、NI-CAN和其他設備。通過PC控制儀器時,需要先了解儀器的屬性,如所使用的通信協議。關于儀器屬性的更多信息請參考儀器的說明文檔。上一頁返回7.2儀器總線技術7.2.1GPIB總線標準GPIB(General?PurposeInterfaceBus)是獨立儀器上一種最通用的I/O接口。使用一臺計算機,通過GPIB控制卡可以實現和一臺或多臺儀器的連接,并組成儀器系統,使測試和測量工作變得快捷、簡便、精確和高效,如圖7-1所示。GPIB是一種工程控制用的協議,最初由HP公司提出,目前已成為一種國際標準,遵守的協議為IEEE488,描述了來自不同供應商的儀器和控制器之間的標準通信接口。通用接口總線(GPIB)儀器為測試和制造工程師提供了最大的供應商和儀器選擇范圍,以便用于特定縱向市場的測試應用程序。GPIB儀器常用作獨立的臺式儀器,在這類儀器上進行的測量是手動完成的。使用PC控制GPIB儀器,可以使這些測量自動完成。下一頁返回7.2儀器總線技術GPIB是一種8位數字并行通信接口,它的數據轉換率為1MB/s甚至更高,使用的是三線握手協議。這種總線支持一個系統控制器,通常情況下是一臺計算機連接最多14臺其他儀器。GPIB協議將設備分為控制器、通話器和偵聽器,以確定哪一個設備擁有總線的控制權。每臺設備都有一個唯一的GPIB物理地址,范圍在0~30內。控制器定義了通信鏈接,對需要服務的設備作出響應,發送GPIB命令和傳遞/接收總線控制權。控制器指示通話器發話,并將數據放在GPIB上。每次只能有一臺設備通話。控制器選定偵聽器偵聽,從GPIB讀取數據,可令幾臺設備同時偵聽。PC本身很少帶有GPIB。實際上,用戶通常使用一個插卡(如PCI-GPIB)或一個外部轉換器(如GIB-USB)在自己的PC中增加GPIB儀器控制功能。上一頁下一頁返回7.2儀器總線技術7.2.2串行總線串口通信在一臺計算機和一臺外圍設備(如一臺可編程儀器或另一臺計算機)間傳輸數據。串口通信使用發送器每次向接收器發送一位數據,數據經過一條通信線到達接收器,如圖7-2所示。如數據傳輸率較低,或數據傳輸的距離較長,應使用這種方法。波特率是對使用串口通信時數據在儀器間傳送速度的測量。根據已知的通信設置,將波特率除以每個字符幀的位數,可以計算出每秒最大的字符傳輸率。如每個字符幀共有11位。如果設置傳輸率為9600波特,那么每秒可以獲取9600/11=872個字符。注意這是最大的字符傳輸率。連接在串口兩端的硬件可能會因為種種原因而達不到這個速率。上一頁下一頁返回7.2儀器總線技術數據位是倒置和反向傳輸的,即數據位使用的是反向邏輯,而傳輸的順序是從最低有效位(LSB)到最高有效位(MSB)。解析字符幀中的數據位時,必須從右到左讀取,在負電壓時讀取1,正電壓時讀取0。字符幀中,數據位之后緊隨一個可選的奇偶校驗位。奇偶校驗位如果存在,也遵循反邏輯。校驗位是檢查錯誤的方法之一,事先指定傳輸的奇偶性。如果奇偶性選為奇性,那么設置奇偶校驗位,使包括數據位和奇偶校驗位在內的所有數位,1的個數合計為奇數。一個字符幀的最后部分包含了1、1.5或者2個總是用負電壓表示的停止位。如果沒有其他字符傳輸進來,數據線就停留在負(MARK)狀態。如果還有字符傳輸進來,那么下一個字符幀的傳輸就從正(SPACE)電壓的起始位開始。上一頁下一頁返回7.2儀器總線技術7.2.3無線作為一種連接設備的便利方式,無線技術在市場上正快速涌現。最廣泛可用的商用技術是無線以太網(IEEE802.11,也常稱為Wi-Fi或WirelessFidelity)。IEEE802.11包含若干個子標準,即802.11a、802.11b和802.11g,它們定義了工作頻段、工作距離以及無線連接的傳輸速度。雖然無線技術存在一些和以太網相同的安全問題(以及其他一些和連接的無線特性有關的問題),但是它確實提供了不必布線就可以實現遠程控制的便利,所以無線技術一般可以用于儀器控制,市場上可用的或正在開發中的其他的無線技術包括藍牙、ZigBee和無線USB等。上一頁下一頁返回7.2儀器總線技術7.2.4PCIPCI總線在20世紀90年代初期首次提出。其目標之一便是統一當時PC上可用的眾多I/O總線,如VESA局部總線、EISA、ISA和微通道等。PCI的首次實現是作為芯片間的互連和分段ISA總線的替代。與先前的總線實現相比,PCI總線帶來許多之前總線沒有實現的優點,最重要的特性包括獨立于處理器、帶緩沖隔離、總線主控和真正的即插即用操作。帶緩沖隔離從電氣和時鐘域把CPU局部總線與PCI總線基本分開。通過總線主控,PCI設備能夠通過一個仲裁進程。上一頁下一頁返回7.2儀器總線技術7.2.5PXIPXI(面向儀器的PCI擴展)是一個用于測量和自動化系統的堅固的基于PC的平臺。PXI將PCI電氣總線特性與堅固的、模塊化的、歐洲卡機械封裝的CompactPCI相結合,并增加了專門的同步總線和關鍵的軟件特性。這使得PXI成為一個高性能的、低成本的、適用測量和自動化系統的布置平臺。這些測量和自動化系統服務于如制造測試、軍用和航空、機器監測、汽車和工業測試等應用。在1997年完成開發,并于1998年投入使用,PXI是作為一項開放的工業標準提出的,以滿足對復雜測量系統日益增長的需求。上一頁下一頁返回7.2儀器總線技術7.2.6VXIVXI(面向儀器的VME擴展)總線是儀器專用的多廠商業界標準的第一次嘗試。如名所示,VXI基于VME總線和VME背板。VXI在1987年定義,后來并行成標準IEEE1155。其目標是提高互換性、減小尺寸、增加系統吞吐量和更低成本等。VXI保留了GPIB通信方法,超過80%的VXI儀器采用基于消息的通信。VXI總線在實現一些目標中確實取得了相當大的成果。VXI系統的物理尺寸確實減小不少。VXI在各廠商間實現了更好的互操作性,并定義了電氣規范,以提供更精確的定時和同步。VXI總線也存在一些不足,包括缺乏軟件標準,無法顯著提高系統吞吐量,用PC技術,從而無法降低系統成本。上一頁下一頁返回7.2儀器總線技術7.2.7使用其他接口有些設備可以通過Ethernet、USB或者IEEE1394(FireWire)端口與串口或GPIB儀器通信,因此計算機上可以沒有串口或GPIB設備。使用這些設備時,就按照使用串口或GPIB設備的情況對它們進行編程。USB和Ethernet接口將USB端口或Ethernet端口轉換為異步串口,以便與串口儀器通信。在已有的應用程序中,可以安裝這些接口,并將它們作為標準串口來使用。USB、Ethernet和IEEE1394控制器將帶有這些端口的計算機轉換為全功能、即插即用和能控制多達14臺可編程GPIB儀器的IEEE-488.2控制器。上一頁返回7.3LabVIEW中的儀器控制7.3.1儀器驅動程序LabVIEW為一些特殊儀器提供了驅動程序和操作函數節點,利用這些節點可以直接對相應的儀器進行操作。選擇Functions→InstrumentI/O→InstrumentDrivers選項,可在儀器驅動子選板中進行相應操作,如圖7-4所示。LabVIEW還為其他一些儀器提供了驅動程序,用戶可以根據需要選擇安裝不同的儀器驅動程序(InstrumentDrivers)。下一頁返回7.3LabVIEW中的儀器控制一個LabVIEW即插即用儀器驅動程序是一組用于控制一臺可編程儀器的VI。每一個VI對應于一項儀器操作,如配置、觸發和從儀器中讀取測量結果。儀器驅動程序幫助用戶直接通過PC來操作儀器,節省了開發時間和成本,用戶不需要學習每一臺儀器的編程協議。在儀器驅動查找工具中可以找到大部分LabVIEW即插即用儀器驅動程序。選擇Tools→Instrumentation→FindInstrumentDrivers選項,可以訪問儀器驅動查找工具。儀器驅動查找工具將連接到ni.com,查找儀器驅動程序。安裝了一個儀器驅動程序以后,一個使用驅動程序的程序范例就會被添加到NI范例查找器中。上一頁下一頁返回7.3LabVIEW中的儀器控制圖7-5中的程序框圖先初始化了Agilent34401數字萬用表(DMM),然后使用一個配置VI來選擇分辨率和電壓范圍,選擇函數,啟用或禁用自動電壓范圍,再使用一個數據VI讀取一個測量結果,最后關閉儀器和檢查錯誤狀態。每一個使用儀器驅動程序的應用程序都有相似的事件序列:初始化、配置、獲取數據和關閉。上一頁下一頁返回7.3LabVIEW中的儀器控制7.3.2IVI儀器驅動根據IVI基金會定義的儀器規范,LabVIEW提供了8種不同類型的IVI儀器驅動程序(IVIClassDrivers),分別為示波器(WIOscilloscope)、數字萬用表(IVIDigitalMultimeter)、波形/函數發生器(IVIFunctionGenerator)、電源(IVIDCPowerSupply)、開關(IVISwitch)、功率計(IVIPowerMeter)、射頻信號發生器(IVIRFSignalGenerator)和頻譜分析儀(IVISpectrumAnalyzer)。IVI驅動子選板位于函數選板的InstrumentI/O→IVIClassDrivers,如圖7-6所示。上一頁下一頁返回7.3LabVIEW中的儀器控制與一般儀器驅動操作類似,IVI儀器驅動操作包括初始化儀器、配置儀器參數、讀取測量數據等。下面以IVI示波器為例,IVI示波器子選板如圖7-7所示。配置步驟如下。1.初始化儀器使用IviScpoeInitialize.vi對示波器進行初始化,也可以使用IviScpoeInitializeWithOptions.vi初始化示波器,同時指定儀器一些屬性,包括仿真(Simulate)、范圍檢查(RangeCheck)、狀態查詢(QueryInstruStatus)、高速緩沖(Cache)。上一頁下一頁返回7.3LabVIEW中的儀器控制2.配置儀器參數使用Configuration子模塊對示波器參數進行配置,包括采樣方式(Acquisition)、垂直坐標(VerticalSubsystem)、水平坐標(HorizontalSubsystem)、觸發方式(Trigger)等。3.測量使用Measurement子模塊將示波器測得的波形和數據讀取到計算機中供LabVIEW程序使用。4.系統操作使用Utility子模塊對示波器進行系統操作,包括錯誤查詢、檢測、中斷、重置等操作。可以在測量之前進行系統操作,也可以不進行系統操作。上一頁下一頁返回7.3LabVIEW中的儀器控制5.關閉儀器使用“Close.vi”關閉LabVIEW對示波器的控制。7.3.3儀器I/O助手儀器I/O助手(InstrumentI/OAssistant)就是一個LabVIEWExpressVI,用于與基于消息的儀器通信,并將響應從原始數據轉化為用ASCII表示。通過儀器I/O助手可以和帶有串口、Ethernet或者GPIB接口的設備通信。沒有可用的儀器驅動程序時,請使用儀器I/O助手。上一頁下一頁返回7.3LabVIEW中的儀器控制儀器I/O助手將儀器通信歸納為有序的幾個步驟。使用儀器I/O助手之前,先將步驟放置在一個序列中。向序列中添加步驟時,它們會出現在步驟序列窗口中。在步驟中查看并配置儀器I/O。要打開儀器I/O助手,將該ExpressVI放在程序框圖中即可。函數選板的儀器I/O類別中包含了InstrumentI/OAssistantExpressVI。這時將出現儀器I/O助手配置對話框。如對話框沒有出現,雙擊儀器I/O助手的圖標,按以下步驟配置儀器I/O助手。(1)選擇一個儀器。MAX中已配置完畢的儀器會出現在選擇儀器下拉菜單中。上一頁下一頁返回7.3LabVIEW中的儀器控制(2)選擇一個代碼生成類型。VISA代碼生成與GPIB代碼生成相比更加靈活,模塊化功能更為強大。(3)通過添加步驟按鈕,從以下通信步驟中選擇。①查詢并解析,向儀器發送一個查詢命令,如?IDN?,并解析返回的字符串。這個步驟合并了“寫入”命令和“讀取并解析”命令。②寫入,向儀器發送一個命令。③讀取并解析,讀取儀器中的數據并進行解析。(4)添加了指定數量的步驟以后,單擊“運行”按鈕來測試為ExpressVI配置的通信序列。(5)單擊“確定”按鈕,退出儀器I/O助手配置對話框。上一頁下一頁返回7.3LabVIEW中的儀器控制7.3.4VISAVISA是與驅動軟件通信的LabVIEW儀器驅動VI中的底層函數。VISA本身不提供儀器編程功能。VISA是一個調用低層驅動程序的高層API。VISA能夠控制VXI、GPIB、串口或者基于計算機的儀器,并能根據所用儀器的類型來調用合適的驅動程序。調試和VISA相關的問題時,請注意一個表面上看來和VISA有關的問題,也可能是VISA調用的任意一個驅動程序的安裝問題。上一頁下一頁返回7.3LabVIEW中的儀器控制在LabVIEW中,VISA是用于與GPIB、串口、VXI和基于計算機的儀器通信的單一函數庫。無須使用獨立的I/O選板,對某臺儀器編程。例如,有的儀器有接口類型可供選擇,如LabVIEW儀器驅動程序是通過選擇Functions→InstrumentI/O→GPIB選板選項完成函數編寫的,那些儀器驅動VI就不能用于帶有串口的儀器。VISA通過提供一組用于任何接口類型的函數解決了這個問題。所以,許多LabVIEW儀器驅動程序將VISA用作I/O語言。表7-1列出了儀器描述符的正確語法。上一頁下一頁返回7.3LabVIEW中的儀器控制“VISA配置串口”VI將VISA資源名稱識別的端口初始化為指定設置。Timeout設置了串口通信的超時值。波特率、數據比特、奇偶和流控制指定了特定的串口參數。錯誤輸入和錯誤輸出簇用來管理該VI的錯誤狀態。圖7-16顯示了如何發送識別查詢命令?IDN?到和COM2串口相連的儀器上。VISA配置串口VI啟動了與COM2的通信,并設置參數值分別為9600波特、8個數據字節、奇性校驗、一個終止位和XON/XOFF軟件握手協議。然后,“VISA寫入”函數發送命令。“VISA讀取”函數最多可讀取200個字節,并存入讀取緩存中,而“簡易錯誤處理器”VI則檢查錯誤狀態。上一頁下一頁返回7.3LabVIEW中的儀器控制7.3.5GPIB使用MAX配置和測試GPIB接口,MAX可以與安裝驅動程序時附帶安裝的各種分析和配置工具進行交互,也可以與Windows注冊表和設備管理器進行交互。驅動級的軟件以DLL的形式存在,并包含直接與GPIB接口通信的所有函數。儀器I/OVI和函數可以直接調用驅動軟件。雙擊桌面上的圖標或通過在LabVIEW中選擇Tools→Measurement&AutomationExplorer選項都可以打開MAX。圖7-22顯示了在MAX中單擊工具欄上的ScanForInstruments按鈕后出現的一個GPIB接口。上一頁下一頁返回7.3LabVIEW中的儀器控制7.3.6串口串行通信是指設備和計算機間使用一根數據信號線,數據在一根數據線上按位進行傳輸,每一位數據都占據一個固定的時間長度。串行通信方式使用的數據線少,在遠距離通信中可以節約通信成本。在數據通信、計算機網絡以及分布式工業控制系統中,經常采用串行通信來交換數據和信息。上一頁下一頁返回7.3LabVIEW中的儀器控制在外部設備采用串行通信時,計算機內部仍然采用并行的通信方式,外設和計算機通過串行端口(serial)實現轉換。當數據從計算機經過串行端口發送出去時,字節數據轉換為串行的位;在接收數據時,串行的位被轉換為字節數據。在Windows環境下,串行端口是系統資源的一部分。應用程序要使用串行端口進行通信,必須在使用之前向操作系統提出資源申請要求(打開串行端口),通信完成后必須釋放資源(關閉串行端口)。選擇InstrumentI/O→Serial選項,可以在函數選板中找到串行端口通信節點,如圖7-25所示。上一頁返回7.4綜合案例7:控制TEK示波器7.4.1任務描述用TEK示波器測量波形,并將波形和測量結果返回到PC。7.4.2任務實施(1)研究例程序。打開例程序TEK_TDS1012B_AcquireContinuousWaveform.vi,運行并討論,前面板如圖7-26所示。(2)按照圖7-27所示編寫TEK示波器測控程序前面板。(3)按照圖7-28所示編寫TEK示波器測控程序框圖。①與示波器的通信部分。a.設置示波器的通信格式,如圖7-29(a)所示。下一頁返回7.4綜合案例7:控制TEK示波器b.交直流耦合選擇,如圖7-29(b)所示。c.將示波器設置為“連續采樣”,如圖7-29(c)所示。d.初始化示波器,相當于將示波器恢復到初始狀態,如圖7-29(d)所示

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯系上傳者。文件的所有權益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網頁內容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經權益所有人同意不得將文件中的內容挪作商業或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內容的表現方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內容負責。
  • 6. 下載文件中如有侵權或不適當內容,請與我們聯系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論