基于ＬａｂＶＩＥＷ平台和ＧＰＩＢ接口的测试系统开发及应用

    摘要：介绍基于ＬａｂＶＩＥＷ平台和ＧＰＩＢ接口的实用测试系统的组成、仪器控制方式及系统特点。

    关键词：ＧＰＩＢ接口 仪器控制 ＶＩＳＡ标准 测试系统

    计算机技术和大规模集成电路技术的发展，促进了数字化仪器、智能化仪器的快速发展。与此同时，工程上也越来越希望将常用仪器设备与计算机连接起来组成一个由计算机控制的智能系统。而工程中常用仪器设备种类繁多、功能各异、独立性强，一个系统往往需要多台不同类型的仪器协同工作，应用一般串、并行接口难以满足要求。为此，人们从６０年代就开始着手研究能够将一系列仪器设备和计算机连成整体的接口系统。ＧＰＩＢ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐｕｒｐｏｓｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｂｕｓ）正是这样的接口，它作为桥梁，把各种可编程仪器与计算机紧密地联系起来，从此电子测量由独立的、传统的单台仪器向组成大规模自动测试系统的方向发展。ＧＰＩＢ的用途十分广泛，现已广泛用于计算机与计算机之间的通讯，以及对扫描仪、图像记录仪、数字存储示波器、频谱仪等仪器的控制中。

１ 系统组成及特点

    典型的ＧＰＩＢ测量系统由ＰＣ机、ＧＰＩＢ接口卡和若干台（最多１４台）ＧＰＩＢ仪器通过标准ＧＰＩＢ电缆连接而成，如图１所示。系统具有以下四个显著特点：

    （１）ＧＰＩＢ接口编程方便，减轻了软件设计负担，可使用高级语言编程；

    （２）提高了仪器设备的性能指标。利用计算机对带有ＧＰＩＢ接口的仪器实现操作和控制，可实现各种自动标准、多次测量平均等要求，从而提高了测量精度；

    （３）便于将多台带有ＧＰＩＢ接口的仪器组合起来，形成较大的自动测试系统，高效灵活地完成各种不同的测试任务，而且组建和拆散灵活，使用方便；

    （４）便于扩展传统仪器的功能。由于仪器与计算机相联，因此可在计算机的控制下对测试数据进行更加灵活、方便的传输、处理、综合、利用和显示，使原来仪器采用硬件逻辑很难解决或无法解决的问题迎刃而解。

    基于上述研究，利用ＧＰＩＢ接口卡和带有ＧＰＩＢ接口的存储示波器组成了测试系统，如图２所示。

２ 系统组态及功能

２．１ ＧＰＩＢ接口性能

    ＧＰＩＢ是一个数字化２４脚（扁型接口插座）并行总线，其中１６根线为ＴＴＬ电平信号线，包括８根双向数据线、５根控制线、３根握手线，另８根为地线和屏蔽线。ＧＰＩＢ使用８位并行、字节串行、异步通迅方式，所有字节通过总线顺序传送。

２．２系统连接方式

    图３所示为ＧＰＩＢ总线与两个独立设备之间的连接图。系统采用ＮＩ ＡＴ－ＧＰＩＢ／ＩＮＴ接口卡，它是ＮＩ公司配备的符合ＶＩＳＡ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）标准的ＧＰＩＢ接口，在ＬａｂＶＩＥＷ平台上，利用ＮＩ提供的ＧＰＩＢ接口驱动程序和ＴＤＳ４２０存储示波器的驱动程序即可对系统进行组态与编程控制。系统中每个设备（包括接口卡），须有一个０到３０之间的ＧＰＩＢ地址。ＧＰＩＢ接口卡设置为地址０，仪器的ＧＰＩＢ地址从１ 到３０。ＧＰＩＢ由一个控者（ＰＣ机）控制总线，在总线上传送仪器命令和数据，控者寻址一个讲者，一个或多个听者，数据串在总线上从讲者向听者传送。ＬａｂＶＩＥＷ的ＧＰＩＢ软件包自动处理寻址和其他的总线管理功能。

２．３ 系统应用软件结构

    测试系统应用软件分为三类：与ＧＰＩＢ设备通讯的子ＶＩ；信号采集与处理子ＶＩ；处理各层界面和实现多媒体技术的子ＶＩ。

    在ＬａｂＶＩＥＷ平台上的ＧＰＩＢ编程有两种方式，即传统的ＧＰＩＢ方式和针对即插即用协议（ＶＸＩ ｐｌｕｇ ＆ ｐｌａｙ）的ＶＩＳＡ方式。本系统采用ＶＩＳＡ方式编程。ＶＩＳＡ是虚拟仪器软件结构体系的简称，它是在ＬａｂＶＩＥＷ工作平台上控制ＶＸＩ、ＧＰＩＢ、ＲＳ－２３２以及其他种类仪器的单接口程序库。采用了ＶＩＳＡ标准，就可以不考虑时间及仪器Ｉ／Ｏ选择项，驱动软件可以相互兼容使用。大多数ＶＩＳＡ功能模块使用了ＶＩＳＡ ｓｅｓｓｉｏｎ参数，ＶＩＳＡ ｓｅｓｓｉｏｎ是每次程序操作过程的唯一逻辑标识符。它标识了与之通讯的设备名称以及进行Ｉ／０操作必需的配置信息。

    ＰＣ机通过ＡＴ－ＧＰＩＢ／ＩＮＴ接口卡与ＴＤＳ４２０存储示波器通讯的框图程序如图４所示。ＰＣ机通过ＧＰＩＢ接口卡给ＴＤＳ４２０以命令，而ＴＤＳ４２０又通过它把控者（ＰＣ机）要求的数据反馈给控者。通讯子ＶＩ包括ＶＩＳＡ Ｏｐｅｎ（打开通讯过程）、ＶＩＳＡ Ｗｒｉｔｅ（把数据串写入指定设备）、ＶＩＳＡ Ｒｅａｄ（从指定设备中读入数据）、ＶＩＳＡ Ｃｌｏｓｅ（关闭由ＶＩＳＡ Ｓｅｓｓｉｏｎ指定设备的通讯过程，释放系统资源）等功能模块，使用ＶＩＳＡ功能模块向指定设备（泰克ＴＤＳ４２０数字存储示波器ＧＰＩＢ接口）读写数据以实现通讯。

    信号采集与处理及各层界面设计均在ＬａｂＶＩＥＷ平台上，利用其各种强有力的功能模块可以快速灵活地实现各种功能。

２．４ 测试系统功能

    测试系统的具体功能如下：

    （１）系统可直接读取ＴＤＳ４２０示波器的时域测量数据。ＴＤＳ４２０示波器可进行十七项时域指标测量，主要包括信号周期、频率、峰—峰值、幅值、均值、有效值、时延、正负脉冲宽度等等；

    （２）实时数据采集。本系统可同时对两路随机噪声信号进行实时数据采集，并可根据信号频率设置采样频率和采样点数；

    （３）利用ＬａｂＶＩＥＷ的Ａｄｖａｎｃｅｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ软件库进行信号的动态分析与处理。本系统利用其互相关分析模块实现对两路随机信号的互相关分析， 从而找到时延τ，并确定固体表面速度：Ｖ＝ｄ／τ；

    （４）在软面板上输出显示信号的时域波形、互相关函数波形及信号的频谱，同时实时给出固体表面速度Ｖ的测试结果。

    测试系统运行界面如图５所示。图中通道１、２所示时域波形为经ＧＰＩＢ接口卡通讯的实测随机相关信号波形；经互相关处理后的互相关函数波形如图所示；图中渡越时间测试值为ＴＤＳ４２０存储示波器实测两时域信号的延时值（单位：ｍｓ）并回送给控者（ＰＣ机）；计算值则为在ＬａｂＶＩＥＷ平台上经信号分析计算后所得的两时域信号间的延时值（单位：ｍｓ）。

    基于ＬａｂＶＩＥＷ平台的测试系统有两个显著特点：（１）采用ＮＩＡＴ－ＧＰＩＢ／ＩＮＴ接口卡实现对ＴＤＳ４２０示波器的控制，从而完成实时测试；（２）采用ＶＩＳＡ标准编程。作为通用Ｉ／０标准，ＶＩＳＡ具有与仪器硬件接口无关的特性，ＶＩＳＡ资源管理层是应用与仪器之间的桥梁，所有对仪器的操作都需要它来管理，从而保证测试系统有条不紊地运作，控制器对仪器的访问都通过指针实现，这种面向对象的技术使独立的系统很容易扩展成分布式系统，以适应各种测试领域的要求。