LabVIEW儀器控制管理

1、第9章 儀器控制第第9 9章章 儀器控制儀器控制9.1 串行通信串行通信 9.2 GPIB總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)(IEEE 488) 9.3 VISA編程編程 9.4 VXI和和PXI總線(xiàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介總線(xiàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 9.5 LabVIEW儀器驅(qū)動(dòng)程序儀器驅(qū)動(dòng)程序 習(xí)題習(xí)題9 第9章 儀器控制在使用LabVIEW開(kāi)發(fā)虛擬儀器時(shí)，儀器控制是非常重要的內(nèi)容。儀器控制的功能是把實(shí)際儀器設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接起來(lái)一起工作，同時(shí)還可以根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展。要順利實(shí)現(xiàn)儀器控制，要求儀器與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)正確的通信，存在正確的通路，并在計(jì)算機(jī)上安裝儀器控制的程序。儀器與計(jì)算機(jī)之間的常見(jiàn)接口有串口和GPIB等。LabVIEW中儀器控制節(jié)點(diǎn)

2、如圖9-1所示。第9章 儀器控制圖9-1 儀器I/O子模板第9章 儀器控制9.1 串串 行行 通通 信信串行通信是一種常用的數(shù)據(jù)傳輸方法，它用于計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳輸，例如一臺(tái)可編程儀器與另外一臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的通信。串行通信中發(fā)送方通過(guò)一條通信線(xiàn)，一次一個(gè)字節(jié)地把數(shù)據(jù)傳送到接收方。串行通信系統(tǒng)的組成如圖9-2所示。由于大多數(shù)電腦都有一至兩個(gè)串行通信接口，因此串行通信非常流行。許多GPIB儀器也都有串行接口。然而，串行通信的缺陷是一個(gè)串行接口只能與一個(gè)設(shè)備進(jìn)行通信。一些外設(shè)需要用特定字符來(lái)結(jié)束傳送給它們的數(shù)據(jù)串。常用的結(jié)束字符是回車(chē)符、換行符或分號(hào)，具體可以查閱設(shè)備使用手冊(cè)，以決定是否需要一個(gè)

3、結(jié)束符。第9章 儀器控制圖9-2 串行通信系統(tǒng)組成第9章 儀器控制在LabVIEW功能模板的Instrument I/OSerial程序庫(kù)中包含進(jìn)行串行通信操作的一些功能模塊：(1) Serial port init VI模塊用于初始化所選擇的串行口。其中，F(xiàn)low control設(shè)置握手方式的參數(shù)；Buffer size設(shè)置程序分配的輸入/輸出緩沖區(qū)的大小；Port number決定通信接口地址；Baud rate、data bits、stop bits和parity等設(shè)置通信參數(shù)。(2) Serial port write VI模塊用于把String to write中的數(shù)據(jù)寫(xiě)到port

4、number指定的串行接口中。(3) Serial port read VI模塊用于從Port number指定的串行接口中讀取requested byte count指定的字符個(gè)數(shù)。(4) Bytes at serial port VI模塊用于計(jì)算由Port number指定的串行接口的輸入緩沖區(qū)中存放的字節(jié)個(gè)數(shù)，并將該數(shù)值存放于Byte count中。第9章 儀器控制9.2 GPIB總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)(IEEE 488)9.2.1 GPIB概念概念惠普公司在20世紀(jì)60年代末和70年代初開(kāi)發(fā)了GPIB通用儀器控制接口總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE國(guó)際組織在1975年對(duì)GPIB進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，由此，GPIB

5、變成了IEEE 488標(biāo)準(zhǔn)。術(shù)語(yǔ)GPIB、HP-IB和IEEE 488都是同義詞。GPIB的原始目的是對(duì)測(cè)試儀器進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制。然而，GPIB的用途十分廣泛，現(xiàn)在已廣泛用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信，以及對(duì)掃描儀和圖像記錄儀的控制。9.2.2 GPIB總線(xiàn)的結(jié)構(gòu)和工作方式總線(xiàn)的結(jié)構(gòu)和工作方式GPIB是一個(gè)數(shù)字化的24線(xiàn)并行總線(xiàn)，它包括8條數(shù)據(jù)線(xiàn)、5條控制線(xiàn)(ATN、EOI、IFC、REN和SRQ)、3條握手線(xiàn)和8條第9章 儀器控制地線(xiàn)。GPIB使用8位并行、字節(jié)串行的異步通信方式。也就是說(shuō)，所有字節(jié)都是通過(guò)總線(xiàn)順序傳送，傳送速度由最慢部分決定。由于GPIB的數(shù)據(jù)單位是字節(jié)(8位)，數(shù)據(jù)一般以AS

6、CII碼字符串方式傳送。標(biāo)明傳送數(shù)據(jù)結(jié)束的方式有三種。通常，GPIB包括一根連接線(xiàn)(EOI)，用來(lái)傳送數(shù)據(jù)完畢信號(hào)，也可以在數(shù)據(jù)串結(jié)束處放入一個(gè)特定結(jié)束符(EOS)；有些儀器用EOS方法代替EOI信號(hào)線(xiàn)方法，或者兩種方法一起使用；還有一種方法，聽(tīng)者(數(shù)據(jù)接收方)可以計(jì)數(shù)已傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)，當(dāng)達(dá)到限定的字節(jié)數(shù)時(shí)停止讀取數(shù)據(jù)。只要EOI、EOS和限定字節(jié)數(shù)的邏輯“或”值為真，數(shù)據(jù)傳送就停止。一般字節(jié)計(jì)數(shù)法作為缺省的傳送結(jié)束方法，典型的字節(jié)數(shù)限定值等于或大于需要讀取的數(shù)據(jù)值。第9章 儀器控制每個(gè)設(shè)備，包括計(jì)算機(jī)接口卡，必須有一個(gè)030之間的GPIB地址。一般GPIB接口板設(shè)置為地址0，儀器的GPIB地

7、址為130。GPIB由一個(gè)控者來(lái)控制總線(xiàn)。在總線(xiàn)上傳送儀器命令和數(shù)據(jù)，控者尋址一個(gè)講者，一個(gè)或者多個(gè)聽(tīng)者。數(shù)據(jù)串在總線(xiàn)上從講者向聽(tīng)者傳送。LabVIEW的GPIB程序包自動(dòng)處理尋址和大多數(shù)其他的總線(xiàn)管理功能。9.2.3 GPIB子模板簡(jiǎn)介子模板簡(jiǎn)介GPIB子模板位于Instrument I/O子模板下，如圖9-3所示。該子模板包含10個(gè)傳統(tǒng)的GPIB子模塊和488.2GPIB命令模塊。這些模塊在工作平臺(tái)上可以調(diào)用低層的488.2驅(qū)動(dòng)軟件。大多數(shù)的GPIB應(yīng)用程序只需要從儀器讀寫(xiě)數(shù)據(jù)串。下面討論常用的子模塊、具體常用節(jié)點(diǎn)及其功能(如表9.1所示)。第9章 儀器控制圖9-3 GPIB子模板 第9章

8、 儀器控制表表9.1 GPIB子模塊子模塊第9章 儀器控制9.2.4 GPIB 儀器應(yīng)用舉例儀器應(yīng)用舉例【例9.1】 使用GPIB子程序模塊與GPIB設(shè)備通信。建立一個(gè)與任何GPIB儀器通信的程序。本例采用傳統(tǒng)的GPIB子程序與指定儀器進(jìn)行GPIB讀/寫(xiě)操作。命令行參數(shù)“*idn?”適用于大多數(shù)IEEE 488.2兼容儀器，它要求儀器返回其標(biāo)識(shí)符。GPIB儀器通信VI前面板如圖9-4所示。1前面板的建立前面板的建立(1) 從File菜單中選擇NEW打開(kāi)一個(gè)新面板。(2) 建立上圖所示的控制和顯示(請(qǐng)記住，從程序框圖(見(jiàn)圖9-5)中選擇相應(yīng)的功能模塊，再選擇Create Control或者Cre

9、ate Indicator，可以產(chǎn)生所有的控制和顯示)。(3) 從“寫(xiě)入數(shù)據(jù)”控制欄中輸入“*idn?”，在“字節(jié)計(jì)數(shù)”中輸入數(shù)值100，如圖9-4所示。第9章 儀器控制圖9-4 GPIB儀器通信VI前面板第9章 儀器控制圖9-5 GPIB儀器通信VI框圖程序第9章 儀器控制2程序框圖的建立程序框圖的建立(1) 打開(kāi)框圖編程窗口。(2) 創(chuàng)建圖9-5所示的框圖子程序模塊。GPIB Write功能模塊(在Instrument I/O GPIB子模板)用于將字符串寫(xiě)入GPIB儀器。GPIB Read功能模塊(在Instrument I/O GPIB子模板)用于從GPIB儀器中讀取數(shù)據(jù)字符串。Gen

10、eral Error Handler功能模塊(在TIME & DIALOG子模板)用于檢查出錯(cuò)報(bào)告字符串，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則顯示一個(gè)對(duì)話(huà)框。(3) 返回前面板，并運(yùn)行該程序。在“讀出數(shù)據(jù)”顯示欄中將顯示儀器的標(biāo)識(shí)字符串，如果無(wú)數(shù)據(jù)返回，而接收到一個(gè)GPIB出錯(cuò)信息“EABO”(或者“error=6”)，則表示儀器不能讀命令參數(shù)“*idn?”，需查閱儀器的使用手冊(cè)以找出合適的相應(yīng)命令。(4) 將上述程序以GPIB.vi的名字保存，然后關(guān)閉。第9章 儀器控制9.3 VISA 編編 程程9.3.1 VISA的基本概念的基本概念VISA是虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)體系(Virtual Instrument

11、 Software Architecture)的簡(jiǎn)稱(chēng)，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(xiàn)進(jìn)行通信的高級(jí)應(yīng)用編程接口。VISA總線(xiàn)I/O軟件是一個(gè)綜合軟件包，不受平臺(tái)、總線(xiàn)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。VISA是由組成VXI plug&play系統(tǒng)聯(lián)盟的35家最大的儀器儀表公司所統(tǒng)一采用的標(biāo)準(zhǔn)。采用了VISA標(biāo)準(zhǔn),第9章 儀器控制就可以不考慮時(shí)間及儀器I/O選擇項(xiàng)

12、，驅(qū)動(dòng)軟件可以相互兼容。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；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。LabVIEW在I/O控制子模板中提供了VISA Resource name 控件，如圖9-6所示。9.3.2 VISA子模塊簡(jiǎn)介子模塊簡(jiǎn)介VISA的功能模塊位于Instrument I/OVISAVISA Advanced 子模板中，如圖9-7所示。該模板中包括基本節(jié)點(diǎn)、指定接口、事件處理、高層寄存器讀/寫(xiě)、低層寄存器讀/寫(xiě)等幾個(gè)部分，本節(jié)僅介紹常用的幾個(gè)部分。第9章 儀器控制圖9-6 VISA Resourc

13、e name 控件 第9章 儀器控制圖9-7 VISA子模塊 第9章 儀器控制1VISA Write 函數(shù)函數(shù) VISA Write 節(jié)點(diǎn)的圖標(biāo)及其端口連接定義如圖9-8所示。該節(jié)點(diǎn)把write buffer 中的字符串(或其他數(shù)據(jù))寫(xiě)入VISA Resource name端參數(shù)指定的設(shè)備。Dup VISA Resource name傳送相同的Resource name值。2VISA Read 函數(shù)函數(shù)VISA Read 節(jié)點(diǎn)的圖標(biāo)及其端口連接定義如圖9-9所示。該節(jié)點(diǎn)讀取VISA Resource name指定設(shè)備中的數(shù)據(jù)。Dup VISA Resource name傳送相同的session

14、值。第9章 儀器控制圖9-8 VISA Write 節(jié)點(diǎn)的圖標(biāo)及其端口第9章 儀器控制圖9-9 VISA Read 節(jié)點(diǎn)的圖標(biāo)及其端口第9章 儀器控制3打開(kāi)會(huì)話(huà)通道打開(kāi)會(huì)話(huà)通道打開(kāi)儀器前面板之前，先應(yīng)該打開(kāi)兩種類(lèi)型的會(huì)話(huà)通道，即資源管理器會(huì)話(huà)通道和器件會(huì)話(huà)通道，而且應(yīng)先打開(kāi)資源管理器會(huì)話(huà)通道。VISA Open節(jié)點(diǎn)的圖標(biāo)及其端口如圖9-10所示。4關(guān)閉會(huì)話(huà)通道關(guān)閉會(huì)話(huà)通道為了節(jié)省計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源，當(dāng)VISA程序結(jié)束時(shí)，必須關(guān)閉所有打開(kāi)的會(huì)話(huà)通道。VISA Open節(jié)點(diǎn)的圖標(biāo)及其端口如圖9-11所示。該函數(shù)關(guān)閉由VISA Resource name端參數(shù)指定的設(shè)備通信過(guò)程，釋放VISA連接占用的

15、計(jì)算機(jī)資源。第9章 儀器控制圖9-10 VISA Open節(jié)點(diǎn)的圖標(biāo)及其端口 第9章 儀器控制圖9-11 VISA Close節(jié)點(diǎn)的圖標(biāo)及其端口第9章 儀器控制9.3.3 VISA 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例【例9.2】 用VISA模塊與GPIB設(shè)備或者串行設(shè)備通信。使用VISA功能模塊向指定設(shè)備(GPIB或者串行設(shè)備)讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)。命令參數(shù)“*idn?”適用于大多數(shù)儀器，無(wú)論是GPIB通信或是串行通信。它返回儀器的標(biāo)識(shí)字串?！?idn?”查詢(xún)可以得到代表被查詢(xún)儀器的內(nèi)部標(biāo)識(shí)符，如廠(chǎng)家、型號(hào)等。1前面板的建立前面板的建立(1) 打開(kāi)一個(gè)新的前面板，并且照?qǐng)D9-12建立控制和指示件。VISA session

16、控制件可以在CONTROLS模板中的Path&Refnum子模板中找到，也可以通過(guò)VISA Open功能模塊創(chuàng)建。第9章 儀器控制圖9-12 VISA 通信的前面板第9章 儀器控制(2) Resource Name控制件應(yīng)包含下列值：對(duì)于地址=2的GPIB儀器：“GPIB:2:0:INSTR”；對(duì)于COM1上的串行儀器：“ASRL 1:INSTR”。(3) 在Write Buffer字串控制欄中輸入“*idn?”，在Byte Count控制欄中輸入100。2程序框圖的建立程序框圖的建立(1) 打開(kāi)框圖窗口，如圖9-13所示。(2) 按照?qǐng)D9-13所示選擇創(chuàng)建框圖對(duì)象并連接線(xiàn)，圖中調(diào)用了

17、下面的模塊：VISA Open功能模塊(在Instrument I/O:VISA子模板中)用于打開(kāi)通信過(guò)程，并產(chǎn)生VISA session參數(shù)。第9章 儀器控制VISA Write功能模塊(在Instrument I/O:VISA子模板中)用于把數(shù)據(jù)串寫(xiě)入指定設(shè)備。VISA Read功能模塊(在Instrument I/O:VISA子模板中)用于從指定設(shè)備中讀入數(shù)據(jù)。VISA Close功能模塊(在Instrument I/O:VISA子模板中)用于關(guān)閉VISA Session。(3) 返回前面板并運(yùn)行該程序。VISA session控制件保持為設(shè)置值INSTR。如果要修改此參數(shù)，可以打開(kāi)VI

18、SA session控制件，選擇VISA Class值。根據(jù)Resource name的設(shè)置值，可以選擇與GPIB或者串行設(shè)備進(jìn)行通信。(4) 以VISA.vi文件名保存該程序，并關(guān)閉程序。第9章 儀器控制圖9-13 VISA 通信的框圖面板第9章 儀器控制9.4 VXI和和PXI總線(xiàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介總線(xiàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介9.4.1 VXI總線(xiàn)系統(tǒng)總線(xiàn)系統(tǒng)20世紀(jì)80年代后期，儀器制造商發(fā)現(xiàn)GPIB總線(xiàn)和VME總線(xiàn)產(chǎn)品無(wú)法再滿(mǎn)足軍用測(cè)控系統(tǒng)的需求。在這種情況下，HP、Tekronix等五家國(guó)際著名的儀器公司成立了VXIbus聯(lián)合體，并于1987年發(fā)布了VXI規(guī)范的第一個(gè)版本。幾經(jīng)修改和完善，于1992年被IEE

19、E接納為IEEE-1155-1992標(biāo)準(zhǔn)。VXIbus規(guī)范是一個(gè)開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，其主要目標(biāo)是使VXIbus器件之間、VXIbus器件與其他標(biāo)準(zhǔn)的器件(計(jì)算機(jī))之間能夠以明確的方式開(kāi)放地通信，使系統(tǒng)體積更小，通過(guò)使用高帶寬的吞吐量，為開(kāi)發(fā)者提供高性能的測(cè)試設(shè)備。VXIbus采用通用的接口來(lái)實(shí)現(xiàn)相似的儀器功能，使系統(tǒng)集成軟件成本進(jìn)一步降低。 第9章 儀器控制VXIbus規(guī)范發(fā)布后，由于軍方對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的大量需求，許多儀器生產(chǎn)廠(chǎng)商都加入到VXIplug&play(VXI即插即用)聯(lián)盟。該聯(lián)盟是VXIbus聯(lián)合體的固有補(bǔ)充機(jī)構(gòu)。聯(lián)盟通過(guò)規(guī)定連接器的統(tǒng)一方法，UUT接口和測(cè)試夾具，共享存儲(chǔ)器通

20、信的儀器協(xié)議，可選VXI特性的統(tǒng)一使用方法以及統(tǒng)一文件的編制方法來(lái)增加硬件的兼容性，并開(kāi)發(fā)一種統(tǒng)一的校準(zhǔn)方法。聯(lián)盟還通過(guò)規(guī)定和推廣標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)軟件框架來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件的“plug&play”互換性。 1VXI總線(xiàn)系統(tǒng)規(guī)范簡(jiǎn)介總線(xiàn)系統(tǒng)規(guī)范簡(jiǎn)介VXI總線(xiàn)系統(tǒng)或者其子系統(tǒng)由一個(gè)VXIbus主機(jī)箱、若干VXIbus器件、一個(gè)VXIbus資源管理器和主控制器組成，零槽模塊完成系統(tǒng)背板管理，包括提供時(shí)鐘源和背板總線(xiàn)仲裁等，第9章 儀器控制當(dāng)然它也可以同時(shí)具有其他的儀器功能。資源管理器在系統(tǒng)上電或者復(fù)位時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行配置，以使系統(tǒng)用戶(hù)能夠從一個(gè)確定的狀態(tài)開(kāi)始系統(tǒng)操作。在系統(tǒng)正常工作后，資源管理器就不再起作用

21、。主機(jī)箱容納VXIbus儀器，并為其提供通信背板、供電和冷卻。 VXIbus不是設(shè)計(jì)來(lái)替代現(xiàn)存標(biāo)準(zhǔn)的，其目的只是提高測(cè)試和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體性能提供一個(gè)更先進(jìn)的平臺(tái)。因此，VXIbus規(guī)范定義了幾種通信方法，以方便VXIbus系統(tǒng)與現(xiàn)存的VMEbus產(chǎn)品、GPIB儀器以及串口儀器的混合集成。2VXI總線(xiàn)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)總線(xiàn)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu) VXIbus規(guī)范定義了4種尺寸的VXI模塊。較小的尺寸A和B第9章 儀器控制是VMEbus模塊定義的尺寸，并且從任何意義上來(lái)說(shuō)，它們都是標(biāo)準(zhǔn)的VEMbus模塊。較大的C和D尺寸模塊是為高性能儀器所定義的，它們?cè)龃罅四K間距，以便對(duì)包含用于高性能測(cè)量場(chǎng)合的敏感電路的模

22、塊進(jìn)行完全屏蔽。A尺寸模塊只有P1、P2和P3連接器。 目前市場(chǎng)上最常見(jiàn)的是C尺寸的VXIbus系統(tǒng)，這主要是因?yàn)镃尺寸的VXIbus系統(tǒng)體積較小，成本相對(duì)較低，又能夠發(fā)揮VXIbus作為高性能測(cè)試平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)。 3VXI總線(xiàn)系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)總線(xiàn)系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu) VXIbus完全支持32位VME計(jì)算機(jī)總線(xiàn)。除此之外，VXIbus還增加了用于模擬供電和ECL供電的額外電源線(xiàn)，用于測(cè)量同步和觸發(fā)的儀器總線(xiàn)，模擬相加總線(xiàn)以及用于模塊之間通信的本地總線(xiàn)。第9章 儀器控制9.4.2 PXI總線(xiàn)系統(tǒng)總線(xiàn)系統(tǒng)PXI (PCI eXtensions for Instrumentation，面向儀器系統(tǒng)的PCI擴(kuò)展)是一

23、種堅(jiān)固的基于PC的測(cè)量和自動(dòng)化平臺(tái)。PXI結(jié)合了PCI的電氣總線(xiàn)特性與CompactPCI的堅(jiān)固性、模塊化及Eurocard機(jī)械封裝的特性，并增加了專(zhuān)門(mén)的同步總線(xiàn)和主要軟件特性。這使它成為測(cè)量和自動(dòng)化系統(tǒng)的高性能、低成本運(yùn)載平臺(tái)。這些系統(tǒng)可用于制造測(cè)試、軍事和航空、機(jī)器監(jiān)控、汽車(chē)生產(chǎn)及工業(yè)測(cè)試等各種領(lǐng)域中。PXI于1997年完成開(kāi)發(fā)，并在1998年正式推出，它是為滿(mǎn)足日益增加的對(duì)復(fù)雜儀器系統(tǒng)的需求而推出的一種開(kāi)放式工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。如今，PXI標(biāo)準(zhǔn)由PXI系統(tǒng)聯(lián)盟(PXISA)所管理。該聯(lián)盟由60多家有公司組成，共同推廣PXI標(biāo)準(zhǔn),確保PXI的互換性， 第9章 儀器控制并維護(hù)PXI規(guī)范。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，PX

24、I是以PCI(Peripheral Component Interconnect)及CompactPCI為基礎(chǔ)，再加上一些PXI特有的信號(hào)組合而成的一個(gè)架構(gòu)。PXI繼承了PCI的電氣信號(hào)，使得PXI擁有如PCI bus的極高傳輸數(shù)據(jù)的能力，因此能夠有高達(dá)132528 Mb/s的傳輸性能，在軟件上是完全兼容的。另一方面，PXI采用和CompactPCI一樣的機(jī)械外型結(jié)構(gòu)，因此也能同樣享有高密度、堅(jiān)固外殼及高性能連接器的特性。一個(gè)PXI系統(tǒng)由幾項(xiàng)組件所組成，包含了一個(gè)機(jī)箱、一個(gè)PXI背板(backplane)、系統(tǒng)控制器(System controller module)以及數(shù)個(gè)外設(shè)模塊(Peri

25、pheral modules)。在此以一個(gè)高度為3U的八槽PXI系統(tǒng)為例，如圖9-14所示。系統(tǒng)控制器，也就是CPU第9章 儀器控制模塊，位于機(jī)箱的左邊第一槽，其左方預(yù)留了三個(gè)擴(kuò)充槽位給系統(tǒng)控制器使用，以便插入因功能復(fù)雜而體積較大的系統(tǒng)卡。由第二槽開(kāi)始至第八槽稱(chēng)為外設(shè)槽，可以讓用戶(hù)依照本身的需求而插上不同的儀器模塊。其中，第二槽又可稱(chēng)為星形觸發(fā)控制器槽(Star Trigger Controller Slot)。3U PXI機(jī)箱外形小巧、緊湊，對(duì)于狹小的環(huán)境測(cè)試來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)重要的特性，PXI的背板提供了一些專(zhuān)為測(cè)試和測(cè)量工程設(shè)計(jì)的獨(dú)特特性。專(zhuān)用系統(tǒng)時(shí)鐘用于模塊的同步；8條獨(dú)立的總線(xiàn)可以精確同步兩

26、個(gè)或多個(gè)模塊；槽間的局部總線(xiàn)可以節(jié)省PCI總線(xiàn)的線(xiàn)寬。第9章 儀器控制圖9-14 3U PXI系統(tǒng)的機(jī)械配置 第9章 儀器控制PXI的信號(hào)包含了以下幾種：(1) 10 MHz參考時(shí)鐘(10 MHz reference clock)。PXI規(guī)格定義了一個(gè)低歪斜(Low skew)的10 MHz參考時(shí)鐘。此參考時(shí)鐘位于背板上，并且分布至每一個(gè)外設(shè)槽(Peripheral slot)，其特色是由時(shí)鐘源(Clock source)開(kāi)始至每一槽的布線(xiàn)長(zhǎng)度都是等長(zhǎng)的，因此每一外設(shè)槽所接收的clock都是同一相位的，這對(duì)多個(gè)儀器模塊的同步來(lái)說(shuō)是一個(gè)很方便的時(shí)鐘來(lái)源。(2) 局部總線(xiàn)(Local Bus)。在

27、每一個(gè)外設(shè)槽上，PXI定義了局部總線(xiàn)以及連接其相鄰的左方及右方外設(shè)槽，左方或右方局部總線(xiàn)各有13條，這個(gè)總線(xiàn)除了可以傳送數(shù)字信號(hào)外，也允許傳送模擬信號(hào)。比如3號(hào)外設(shè)槽上的左方局部總線(xiàn)可以與2號(hào)外設(shè)槽上的右方局部總線(xiàn)連接，3號(hào)外設(shè)槽上的右方局部第9章 儀器控制總線(xiàn)則與4號(hào)外設(shè)槽上的左方總線(xiàn)連接。而外設(shè)槽3號(hào)上的左方局部總線(xiàn)與右方局部總線(xiàn)在背板上是不互相連接的，除非插在3號(hào)外設(shè)槽的儀器模塊將這兩方信號(hào)連接起來(lái)。(3) 星形觸發(fā)(Star Trigger)。前面說(shuō)到外設(shè)槽2號(hào)的左方局部總線(xiàn)在PXI的定義下，被作為另一種特殊的信號(hào)，叫做星形觸發(fā)。這13條星形觸發(fā)線(xiàn)被依序分別連接到另外的13個(gè)外設(shè)槽(如

28、果背板支持到另外13個(gè)外設(shè)槽的話(huà))，且彼此的走線(xiàn)長(zhǎng)度都是等長(zhǎng)的。也就是說(shuō)，若在2號(hào)外設(shè)槽上同一時(shí)間在這13條星形觸發(fā)在線(xiàn)送出觸發(fā)信號(hào)，那么其他儀器模塊都會(huì)在同一時(shí)間收到觸發(fā)信號(hào)(因?yàn)槊恳粭l觸發(fā)信號(hào)的延遲時(shí)間都相同)。也因?yàn)檫@一項(xiàng)特殊的觸發(fā)功能只有在外設(shè)槽2號(hào)上才有，因此定義了外設(shè)槽2號(hào)叫做星形觸發(fā)控制器槽(Star Trigger Controller Slot)。第9章 儀器控制(4) 觸發(fā)總線(xiàn)(Trigger Bus)。觸發(fā)總線(xiàn)共有8條線(xiàn)，在背板上從系統(tǒng)槽(Slot 1)連接到其余的外設(shè)槽，為所有插在PXI背板上的儀器模塊提供了一個(gè)共享的溝通管道。這個(gè)8 bit寬度的總線(xiàn)可以讓多個(gè)儀器模塊

29、之間傳送時(shí)鐘信號(hào)、觸發(fā)信號(hào)以及特訂的傳送協(xié)議。 第9章 儀器控制9.5 LabVIEW儀器驅(qū)動(dòng)程序儀器驅(qū)動(dòng)程序儀器的驅(qū)動(dòng)軟件是專(zhuān)門(mén)控制某種儀器的軟件。LabVIEW因?yàn)榫哂忻姘蹇刂频母拍?，特別適合于創(chuàng)建儀器的驅(qū)動(dòng)程序。軟件的前面板部分可以模擬儀器的前面板操作。軟件的框圖部分可以傳送前面板指定的命令參數(shù)到儀器以執(zhí)行相應(yīng)的操作。當(dāng)建立了一個(gè)儀器的驅(qū)動(dòng)程序后，就不必再記住儀器的控制命令，而只要從前面板輸入簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)即可。僅僅擁有控制單臺(tái)儀器的軟件意義并不大，其真正意義在于可以把儀器驅(qū)動(dòng)程序作為子程序調(diào)用，與其他子程序一道組成一個(gè)大控制程序，從而控制整個(gè)系統(tǒng)。第9章 儀器控制在LabVIEExample

30、sInstrINSTTMPL.LLB程序庫(kù)中，有許多VISA儀器驅(qū)動(dòng)程序模板程序。這些模板程序是適用于大多數(shù)儀器的驅(qū)動(dòng)程序，并且是LabVIEW儀器驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)。這些模板程序符合儀器驅(qū)動(dòng)程序的標(biāo)準(zhǔn)，并且每個(gè)程序都有指導(dǎo)幫助指令以便修改程序以適應(yīng)某種儀器。9.5.1 驗(yàn)證儀器驅(qū)動(dòng)軟件驗(yàn)證儀器驅(qū)動(dòng)軟件驗(yàn)證HP 34401A萬(wàn)用表驅(qū)動(dòng)軟件。如果有一只HP 34401A萬(wàn)用表，就可以運(yùn)行該程序，否則只能學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)方法。從LabVIEWExamplesInstrHP34401A.LLB中打開(kāi)HP34401A Getting Started VI程序，如圖9-15所示。第9章 儀器控制圖9-15

31、HP34401A Getting Started VI程序前面板第9章 儀器控制該程序是一個(gè)儀表驅(qū)動(dòng)應(yīng)用程序，其前面板模仿儀表的前面板。從Help菜單中的Show Help可以打開(kāi)幫助窗口，然后把光標(biāo)指向程序前面板的各個(gè)控制件或指示件，就會(huì)出現(xiàn)前面板上鼠標(biāo)所指對(duì)象的描述信息。當(dāng)編寫(xiě)或使用這些儀器驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，檔案資料是非常重要的，這些程序可以用來(lái)設(shè)置儀器參數(shù)和讀取儀器數(shù)據(jù)。本程序是采用低層的儀器驅(qū)動(dòng)模塊子程序編寫(xiě)的。這些低層子程序用到了前面的VISA功能子模塊?？驁D程序如圖9-16所示，該程序使用了如下的子程序：(1) HP34401A Initialize VI子程序。這個(gè)子程序用于與儀器建立通信并產(chǎn)生一個(gè)VISA session標(biāo)識(shí)字串。(2) HP34401A Application Example VI子程序。這個(gè)子程序完成儀器的設(shè)置、觸發(fā)、測(cè)量等功能。(3) HP34401A Close VI子程序。這個(gè)子程序關(guān)閉VISA s