基于Labview的自動化精密阻抗分析系統(tǒng)

0 引言
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各類實(shí)驗(yàn)研究的對象和方法也越來越復(fù)雜，相對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)平臺的復(fù)雜度也成幾何增長。傳統(tǒng)的人工操作在精確度及重復(fù)性上已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。于是儀器設(shè)備的高度可集成化和可自動化已成為當(dāng)代儀器必不可少的特性。但不同實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所要求的測量參數(shù)和步驟均不同，因此所需要的實(shí)驗(yàn)儀器系統(tǒng)同時(shí)也應(yīng)該是可模塊化并且可自主集成的。虛擬儀器(VIs)概念的提出使得可以利用傳統(tǒng)的儀器設(shè)備來搭建不同的實(shí)驗(yàn)平臺。并且由于VI是可編程和可程控的，這樣可以依據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)要求來改變實(shí)驗(yàn)平臺的設(shè)計(jì)。基于VI的平臺相比較于商業(yè)化的集成平臺有著顯著的優(yōu)勢：a．利用各類傳統(tǒng)儀器即可搭建復(fù)雜的系統(tǒng)；b．平臺的功能可以通過程序的改變而簡單地變換；c．在避免復(fù)雜的重復(fù)性測量工作的同時(shí)，實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性也得到了顯著的提高。

1 精密阻抗分析系統(tǒng)的搭建
Agilent 4294A精密阻抗分析儀主要應(yīng)用于測量材料的各類電阻、電抗、電容等參數(shù)。其高精度、可多次掃描和多參數(shù)設(shè)置使得其被廣泛應(yīng)用于各類半導(dǎo)體薄膜材料、納米材料和工程材料的特性測試。然而他在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的搭建中很難被集成，其主要原因是：a．缺乏方便的儲存載體；b．掃描測量需要人工進(jìn)行大量反復(fù)的數(shù)據(jù)記錄；c．單次掃描無法自動重復(fù)進(jìn)行。但4294A內(nèi)部已集成HP公司開發(fā)的IBASIC語言系統(tǒng)以及多個(gè)移位寄存器來進(jìn)行狀態(tài)儲存和識別，同時(shí)配備有GPIB接口，因此可以利用PCI轉(zhuǎn)接GPIB卡來使4294A同個(gè)人電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)通信及存儲。

在對于VI的設(shè)計(jì)上，選用NI公司開發(fā)的Labview軟件。作為NI公司推出的第一款VI設(shè)計(jì)軟件，由于其高度的通用性以及高效的人機(jī)交互界面，Labview已被廣泛應(yīng)用于各類實(shí)驗(yàn)儀器平臺的搭建和設(shè)計(jì)。利用Labview 8．0來進(jìn)行GPIB口地址選擇、指令輸送接收、儀器參數(shù)設(shè)定、測量指令觸發(fā)、波形繪制以及數(shù)據(jù)存儲功能的實(shí)現(xiàn)。
在連接上，利用ADLINK PXI-3488 GPIB卡以及GPIB專用通信數(shù)據(jù)線來實(shí)現(xiàn)。因此實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的搭建如圖1所示。

2 Labview實(shí)驗(yàn)程序的編寫
需要利用Labview來完美實(shí)現(xiàn)Agi lent 4294A的各個(gè)功能。利用GPIB口可以將PC同4294A連接起來，并利用SCPI(Standard Commands for Programmable Instruments)指令來對儀器進(jìn)行狀態(tài)查詢和程序控制。4294A擁有儲存儀器狀態(tài)的一套完整的狀態(tài)寄存器。因此通過調(diào)用查詢寄存器不同位的數(shù)值就可以判斷測量參數(shù)設(shè)定是否完畢，掃描是否啟動或停止，以及數(shù)據(jù)是否讀入。4294A的寄存器結(jié)構(gòu)是一個(gè)典型的層級結(jié)構(gòu)，如圖2所示。通過對事件寄存器以及狀態(tài)位寄存器相應(yīng)位的查詢即可知道儀器詳細(xì)的操作狀態(tài)。

對于儀器控制部分的程序編寫，主要分為以下幾個(gè)部分：a．儀器參數(shù)設(shè)定部分；b．圖形繪制和數(shù)據(jù)顯示部分；c．?dāng)?shù)據(jù)記錄及儲存部分。