基于ＬａｂＶＩＥＷ平臺和ＧＰＩＢ接口的測試系統開發及應用

摘要：介紹基于ＬａｂＶＩＥＷ平臺和ＧＰＩＢ接口的實用測試系統的組成、儀器控制方式及系統特點。

關鍵詞：ＧＰＩＢ接口 儀器控制 ＶＩＳＡ標準 測試系統

計算機技術和大規模集成電路技術的發展，促進了數字化儀器、智能化儀器的快速發展。與此同時，工程上也越來越希望將常用儀器設備與計算機連接起來組成一個由計算機控制的智能系統。而工程中常用儀器設備種類繁多、功能各異、獨立性強，一個系統往往需要多臺不同類型的儀器協同工作，應用一般串、并行接口難以滿足要求。為此，人們從６０年代就開始著手研究能夠將一系列儀器設備和計算機連成整體的接口系統。ＧＰＩＢ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐｕｒｐｏｓｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｂｕｓ）正是這樣的接口，它作為橋梁，把各種可編程儀器與計算機緊密地聯系起來，從此電子測量由獨立的、傳統的單臺儀器向組成大規模自動測試系統的方向發展。ＧＰＩＢ的用途十分廣泛，現已廣泛用于計算機與計算機之間的通訊，以及對掃描儀、圖像記錄儀、數字存儲示波器、頻譜儀等儀器的控制中。

１ 系統組成及特點

典型的ＧＰＩＢ測量系統由ＰＣ機、ＧＰＩＢ接口卡和若干臺（最多１４臺）ＧＰＩＢ儀器通過標準ＧＰＩＢ電纜連接而成，如圖１所示。系統具有以下四個顯著特點：

（１）ＧＰＩＢ接口編程方便，減輕了軟件設計負擔，可使用高級語言編程；

（２）提高了儀器設備的性能指標。利用計算機對帶有ＧＰＩＢ接口的儀器實現操作和控制，可實現各種自動標準、多次測量平均等要求，從而提高了測量精度；

（３）便于將多臺帶有ＧＰＩＢ接口的儀器組合起來，形成較大的自動測試系統，高效靈活地完成各種不同的測試任務，而且組建和拆散靈活，使用方便；

（４）便于擴展傳統儀器的功能。由于儀器與計算機相聯，因此可在計算機的控制下對測試數據進行更加靈活、方便的傳輸、處理、綜合、利用和顯示，使原來儀器采用硬件邏輯很難解決或無法解決的問題迎刃而解。

基于上述研究，利用ＧＰＩＢ接口卡和帶有ＧＰＩＢ接口的存儲示波器組成了測試系統，如圖２所示。

２ 系統組態及功能

２．１ ＧＰＩＢ接口性能

ＧＰＩＢ是一個數字化２４腳（扁型接口插座）并行總線，其中１６根線為ＴＴＬ電平信號線，包括８根雙向數據線、５根控制線、３根握手線，另８根為地線和屏蔽線。ＧＰＩＢ使用８位并行、字節串行、異步通迅方式，所有字節通過總線順序傳送。

２．２系統連接方式

圖３所示為ＧＰＩＢ總線與兩個獨立設備之間的連接圖。系統采用ＮＩ ＡＴ－ＧＰＩＢ／ＩＮＴ接口卡，它是ＮＩ公司配備的符合ＶＩＳＡ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）標準的ＧＰＩＢ接口，在ＬａｂＶＩＥＷ平臺上，利用ＮＩ提供的ＧＰＩＢ接口驅動程序和ＴＤＳ４２０存儲示波器的驅動程序即可對系統進行組態與編程控制。系統中每個設備（包括接口卡），須有一個０到３０之間的ＧＰＩＢ地址。ＧＰＩＢ接口卡設置為地址０，儀器的ＧＰＩＢ地址從１ 到３０。ＧＰＩＢ由一個控者（ＰＣ機）控制總線，在總線上傳送儀器命令和數據，控者尋址一個講者，一個或多個聽者，數據串在總線上從講者向聽者傳送。ＬａｂＶＩＥＷ的ＧＰＩＢ軟件包自動處理尋址和其他的總線管理功能。

２．３ 系統應用軟件結構

測試系統應用軟件分為三類：與ＧＰＩＢ設備通訊的子ＶＩ；信號采集與處理子ＶＩ；處理各層界面和實現多媒體技術的子ＶＩ。

在ＬａｂＶＩＥＷ平臺上的ＧＰＩＢ編程有兩種方式，即傳統的ＧＰＩＢ方式和針對即插即用協議（ＶＸＩ ｐｌｕｇ ＆ ｐｌａｙ）的ＶＩＳＡ方式。本系統采用ＶＩＳＡ方式編程。ＶＩＳＡ是虛擬儀器軟件結構體系的簡稱，它是在ＬａｂＶＩＥＷ工作平臺上控制ＶＸＩ、ＧＰＩＢ、ＲＳ－２３２以及其他種類儀器的單接口程序庫。采用了ＶＩＳＡ標準，就可以不考慮時間及儀器Ｉ／Ｏ選擇項，驅動軟件可以相互兼容使用。大多數ＶＩＳＡ功能模塊使用了ＶＩＳＡ ｓｅｓｓｉｏｎ參數，ＶＩＳＡ ｓｅｓｓｉｏｎ是每次程序操作過程的唯一邏輯標識符。它標識了與之通訊的設備名稱以及進行Ｉ／０操作必需的配置信息。

ＰＣ機通過ＡＴ－ＧＰＩＢ／ＩＮＴ接口卡與ＴＤＳ４２０存儲示波器通訊的框圖程序如圖４所示。ＰＣ機通過ＧＰＩＢ接口卡給ＴＤＳ４２０以命令，而ＴＤＳ４２０又通過它把控者（ＰＣ機）要求的數據反饋給控者。通訊子ＶＩ包括ＶＩＳＡ Ｏｐｅｎ（打開通訊過程）、ＶＩＳＡ Ｗｒｉｔｅ（把數據串寫入指定設備）、ＶＩＳＡ Ｒｅａｄ（從指定設備中讀入數據）、ＶＩＳＡ Ｃｌｏｓｅ（關閉由ＶＩＳＡ Ｓｅｓｓｉｏｎ指定設備的通訊過程，釋放系統資源）等功能模塊，使用ＶＩＳＡ功能模塊向指定設備（泰克ＴＤＳ４２０數字存儲示波器ＧＰＩＢ接口）讀寫數據以實現通訊。

信號采集與處理及各層界面設計均在ＬａｂＶＩＥＷ平臺上，利用其各種強有力的功能模塊可以快速靈活地實現各種功能。

２．４ 測試系統功能

測試系統的具體功能如下：

（１）系統可直接讀取ＴＤＳ４２０示波器的時域測量數據。ＴＤＳ４２０示波器可進行十七項時域指標測量，主要包括信號周期、頻率、峰—峰值、幅值、均值、有效值、時延、正負脈沖寬度等等；

（２）實時數據采集。本系統可同時對兩路隨機噪聲信號進行實時數據采集，并可根據信號頻率設置采樣頻率和采樣點數；

（３）利用ＬａｂＶＩＥＷ的Ａｄｖａｎｃｅｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ軟件庫進行信號的動態分析與處理。本系統利用其互相關分析模塊實現對兩路隨機信號的互相關分析， 從而找到時延τ，并確定固體表面速度：Ｖ＝ｄ／τ；

（４）在軟面板上輸出顯示信號的時域波形、互相關函數波形及信號的頻譜，同時實時給出固體表面速度Ｖ的測試結果。

測試系統運行界面如圖５所示。圖中通道１、２所示時域波形為經ＧＰＩＢ接口卡通訊的實測隨機相關信號波形；經互相關處理后的互相關函數波形如圖所示；圖中渡越時間測試值為ＴＤＳ４２０存儲示波器實測兩時域信號的延時值（單位：ｍｓ）并回送給控者（ＰＣ機）；計算值則為在ＬａｂＶＩＥＷ平臺上經信號分析計算后所得的兩時域信號間的延時值（單位：ｍｓ）。

基于ＬａｂＶＩＥＷ平臺的測試系統有兩個顯著特點：（１）采用ＮＩＡＴ－ＧＰＩＢ／ＩＮＴ接口卡實現對ＴＤＳ４２０示波器的控制，從而完成實時測試；（２）采用ＶＩＳＡ標準編程。作為通用Ｉ／０標準，ＶＩＳＡ具有與儀器硬件接口無關的特性，ＶＩＳＡ資源管理層是應用與儀器之間的橋梁，所有對儀器的操作都需要它來管理，從而保證測試系統有條不紊地運作，控制器對儀器的訪問都通過指針實現，這種面向對象的技術使獨立的系統很容易擴展成分布式系統，以適應各種測試領域的要求。