基于LabVIEW平台和GPIB接口的测试系统开发及应用

　　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着特点：

　　（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NIAT-GPIB/INT接口卡，它是NI公司配备的符合VISA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。[page]

    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着特点：（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。