LabVIEW儀器控制課件

儀器控制技術(shù)儀器控制技術(shù)概述儀器驅(qū)動(dòng)程序、VISA實(shí)例——iwanttofly儀器控制技術(shù)儀器控制技術(shù)概述1儀器的發(fā)展模擬式：指針式電流表、電壓表數(shù)字式：數(shù)字萬(wàn)用表、數(shù)字頻率計(jì)智能儀器：綜測(cè)儀、分析儀虛擬儀器：由計(jì)算機(jī)控制，有各種各樣的形式，是一種創(chuàng)新的儀器設(shè)計(jì)思想，而非一種具體的儀器。儀器的發(fā)展模擬式：指針式電流表、電壓表2虛擬儀器技術(shù)1986年NI提出虛擬儀器概念（VI—VirtualInstruments）——軟件即儀器同年，NI推出LabVIEW1.0特點(diǎn)：1，軟硬件具有開放性、模塊化和互換性2，儀器功能由用戶通過軟件定義。虛擬儀器技術(shù)1986年NI提出虛擬儀器概念3虛擬儀器內(nèi)部功能劃分采集與控制插入式數(shù)據(jù)采集板GPIB儀器VXI儀器RS232儀器數(shù)據(jù)分析數(shù)字信號(hào)處理數(shù)字濾波統(tǒng)計(jì)數(shù)字分析數(shù)據(jù)輸出網(wǎng)絡(luò)硬拷貝輸出文件IO圖形用戶接品虛擬儀器內(nèi)部功能劃分采集與控制插入式數(shù)據(jù)采集板GPIB儀器V4虛擬儀器系統(tǒng)框圖測(cè)控對(duì)象數(shù)據(jù)采集GPIB儀器RS232儀器/PLCVXI儀器現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備其它計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)虛擬儀器系統(tǒng)框圖測(cè)數(shù)據(jù)采集GPIB儀器RS232儀器/PLC5自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)ATS發(fā)展階段：1，第一代：專用型，缺點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)化和接口2，第二代：積木型，建立在標(biāo)準(zhǔn)總線上3，第三代：模塊集成型，基于VXI、PXI總線，使用模塊化儀器設(shè)備。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)ATS6儀器控制簡(jiǎn)介儀器控制是指通過PC上的軟件遠(yuǎn)程控制總線上的一臺(tái)或多臺(tái)儀器。它比單純的數(shù)據(jù)采集要復(fù)雜的多。它需要將儀器或設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接起來協(xié)同工作，同時(shí)還可以根據(jù)需要延伸和拓展儀器的功能。通過計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、分析、顯示和存儲(chǔ)能力，可以極大的擴(kuò)充儀器的功能，這就是虛擬儀器的基本含義。儀器控制簡(jiǎn)介儀器控制是指通過PC上的軟件遠(yuǎn)程控制總線上的一臺(tái)7儀器控制簡(jiǎn)介一個(gè)完整的儀器控制系統(tǒng)除了包括計(jì)算機(jī)和儀器外，還必須建立儀器與計(jì)算機(jī)的通路以及上層應(yīng)用程序。通路包括總線和針對(duì)不同儀器的驅(qū)動(dòng)程序上層應(yīng)用程序用于發(fā)送控制命令、儀器的控制面板顯示以及數(shù)據(jù)的采集、處理、分析、顯示和存儲(chǔ)等。儀器控制簡(jiǎn)介一個(gè)完整的儀器控制系統(tǒng)除了包括計(jì)算機(jī)和儀器外，還8儀器控制簡(jiǎn)介基于LabVIEW的儀器控制系統(tǒng)構(gòu)架

LabVIEW圖形化開發(fā)環(huán)境InstrumentDriversDirectI/O(InstrumentI/OAssistant)GPIB串口以太網(wǎng)PXIVXIUSBOPC，ActiveX，DLL，SharedVariableCANModBus無(wú)線InstrumentsInstrumentsInstrumentsInstrumentsPCIPCIExpress火線…儀器控制簡(jiǎn)介基于LabVIEW的儀器控制系統(tǒng)構(gòu)架LabVI9總線總線——一組信號(hào)線的集合，在系統(tǒng)各部件之間進(jìn)行信息傳輸?shù)墓餐ǖ??？偩€總線——一組信號(hào)線的集合，在系統(tǒng)各部件之間進(jìn)行信息傳輸?shù)?0選擇合適的總線獨(dú)立總線，用于架式和堆式儀器的通信。獨(dú)立總線包括T&M專用總線（如GPIB）和PC標(biāo)準(zhǔn)總線（如串行總線RS-232、以太網(wǎng)、USB、無(wú)線和IEEE1394）。一些獨(dú)立總線可用作其他獨(dú)立總線的中介，如USB到GPIB的轉(zhuǎn)換器。模塊化總線，將接口總線合并到儀器中。模塊化總線包括PCI、PCIExpress、VXI和PXI。這些總線也可用作為不包括該總線的PC增加一個(gè)獨(dú)立總線的中介，如PCI-GPIB控制卡。選擇合適的總線獨(dú)立總線，用于架式和堆式儀器的通信。獨(dú)立總線包11獨(dú)立總線1.GPIB通用接口總線（GPIB－GeneralPurposeInterfaceBus）是獨(dú)立儀器上一種最通用的I/O接口。GPIB是專為測(cè)試測(cè)量和儀器控制應(yīng)用設(shè)計(jì)的。GPIB是一種數(shù)字的、8位并行通信接口，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)8M字節(jié)/秒。該總線可為一個(gè)系統(tǒng)控制器提供多達(dá)15臺(tái)儀器連接，連線長(zhǎng)度小于20米。PC本身很少帶有GPIB。實(shí)際上，用戶通常使用一個(gè)插卡（如PCI-GPIB）或一個(gè)外部轉(zhuǎn)換器（如GPIB-USB）在自己的PC中增加GPIB儀器控制功能。獨(dú)立總線1.GPIB12獨(dú)立總線2.串行總線（RS-232和RS-485）RS-232是串行通信規(guī)范，是傳統(tǒng)意義上的“串行”總線的最為常見的規(guī)范。RS-232也是一個(gè)相對(duì)較慢的接口，典型的數(shù)據(jù)速率低于20k字節(jié)/秒，雖然有些產(chǎn)品能夠達(dá)到更高的數(shù)據(jù)吞吐量。由于RS-232連線長(zhǎng)度最長(zhǎng)只能達(dá)到15米，而且只能點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊，不適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。因此出現(xiàn)了RS-485來解決這些問題，它采用差分的信號(hào)傳輸方式，最長(zhǎng)距離可以達(dá)到1200米。PC上都不帶RS-485的接口，因此在接入電腦前需要通過485-232轉(zhuǎn)換器或485-USB轉(zhuǎn)換器才能接入PC。獨(dú)立總線2.串行總線（RS-232和RS-485）13獨(dú)立總線3.USB通用串行總線（USB-UniversalSerialBus）的設(shè)計(jì)主要用于將PC的外圍設(shè)備（如鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀和移動(dòng)硬盤等）連接到PC。USB是一項(xiàng)即插即用技術(shù)最初的USB1.1規(guī)范定義了兩種數(shù)據(jù)傳輸模式和速度：低速模式（Low-Speed）（最大吞吐量可達(dá)1.5Mbits/s或200Kbytes/s）和全速模式（Full-Speed）（最大吞吐量可達(dá)12Mbits/s或1.5Mbytes/s）。最新的USB規(guī)范——USB2.0完全后向兼容低速和全速設(shè)備，同時(shí)也定義了一種新的高速模式（Hi-Speed），該模式下數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)480Mbits/s。獨(dú)立總線3.USB14獨(dú)立總線4.以太網(wǎng)5.CAN6.IEEE1394(火線)7.無(wú)線獨(dú)立總線4.以太網(wǎng)15模塊化總線1.PCIPCI總線是當(dāng)今使用最廣泛的計(jì)算機(jī)內(nèi)部總線之一。

一般的計(jì)算機(jī)都有3個(gè)或更多的PCI插槽。PCI提供了高速的傳輸，理論帶寬達(dá)到1056Mbits/s。模塊化總線1.PCI16模塊化總線2.PCIExpress當(dāng)PC應(yīng)用需要更大量帶寬時(shí)，PCI總線在許多情況下達(dá)到了其物理極限?；疚锢韺佑捎米饕粋€(gè)發(fā)送對(duì)和一個(gè)接收對(duì)的一對(duì)單工通道構(gòu)成。每個(gè)方向的最初速率2.5Gbits/s為該方向提供了一個(gè)200MBytes/s的通信信道，這接近標(biāo)準(zhǔn)PCI數(shù)據(jù)速率的四倍。

類似PCI，PCIExpress的典型應(yīng)用不是直接用于儀器控制，而是作為外圍總線將GPIB設(shè)備連接到PC以用于儀器控制。但由于其很高的速率，PCIExpress可用作模塊化儀器的通信總線。此外，PCIExpress還支持熱交換和熱插拔功能。模塊化總線2.PCIExpress17模塊化總線3.PXI/CompactPCI

——PCI總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展PXI將PCI電氣總線特性與堅(jiān)固的、模塊化的、歐洲卡機(jī)械封裝的CompactPCI相結(jié)合，并增加了專門的同步總線和關(guān)鍵的軟件特性，從而能夠承受常常存在于工業(yè)應(yīng)用中的惡劣環(huán)境。這使得PXI成為一個(gè)高性能的、低成本的、適用測(cè)量和自動(dòng)化系統(tǒng)的布置平臺(tái)。

模塊化總線3.PXI/CompactPCI18模塊化總線4.VXI——VME總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展5.PCMCIA模塊化總線4.VXI19比較總線速度價(jià)格應(yīng)用領(lǐng)域GPIB低低低PXI高中中VXI中高高比較總線速度價(jià)格應(yīng)用領(lǐng)域GPIB低低低PXI高中中VXI中高20休息休息與提問休息休息與提問21儀器控制命令SCPI可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令非SCPI命令。儀器控制命令SCPI可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令22可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令SCPI

對(duì)于采用基于消息的通信方式，理論上來說消息的格式可以任意。不同的儀器可以采用不同的消息解析方式，譬如儀器A發(fā)送“A”表示讀回儀器名稱，儀器B可以發(fā)送“B”表示讀回儀器名稱。SCPI聯(lián)盟推出了可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令SCPI(StandardCommandsforProgrammableInstruments)旨在規(guī)范一套標(biāo)準(zhǔn)的命令集。該命令集只是一個(gè)規(guī)范，和硬件無(wú)關(guān)。無(wú)論是基于GPIB，串口還是VXI的任何儀器都可以采用符合SCPI標(biāo)準(zhǔn)的命令集。可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令SCPI對(duì)于采用基于消息的通信方式，理論23可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令SCPISCPI命令與編程語(yǔ)言無(wú)關(guān)。LabVIEW提供的MAX和儀器I/O助手都可以向指定儀器發(fā)送命令?？删幊虄x器標(biāo)準(zhǔn)命令SCPISCPI命令與編程語(yǔ)言無(wú)關(guān)。Lab24SCPI命令結(jié)構(gòu)圖通用命令*+命令[+？]程控命令SCPI命令結(jié)構(gòu)圖通用命令25

:AFGEN2:Freq50KHz

26可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令SCPI例如TektronixTDS220示波器的SCPI命令集的例子：（1）*IDN?——返回儀器標(biāo)識(shí)，采用IEEE488.2標(biāo)記法；（2）CH<x>:PRObe?——查詢通道x的探頭衰減；:FREQ:CENT1.5GHz—設(shè)置信號(hào)源的中心頻率為1.5GHz（等價(jià)于:FREQence:CENTer1.5GHz）可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令SCPI例如TektronixTDS2227非SCPI指令很多舊機(jī)器生產(chǎn)時(shí)還沒有SCPI標(biāo)準(zhǔn)，大多按自定義的指令格式進(jìn)行通信。例如：CF1.5GHz表示設(shè)置信號(hào)發(fā)生器的中心頻率為1.5GHzCF?表示查詢當(dāng)前的中心頻率，返回值一般是“1500000000”非SCPI指令很多舊機(jī)器生產(chǎn)時(shí)還沒有SCPI標(biāo)準(zhǔn)，大多按自定28儀器驅(qū)動(dòng)程序?qū)x器控制與通信的軟件程序集。將需求翻譯成儀器指令。儀器驅(qū)動(dòng)程序?qū)x器控制與通信的軟件程序集。29儀器驅(qū)動(dòng)程序一個(gè)儀器驅(qū)動(dòng)程序是一個(gè)包括高層函數(shù)的庫(kù)，這些高層函數(shù)支持控制某個(gè)儀器或某個(gè)儀器簇。一個(gè)儀器驅(qū)動(dòng)程序是一個(gè)軟件例程集合，該集合對(duì)應(yīng)于一個(gè)計(jì)劃的操作，如配置儀器、從儀器讀取、向儀器寫入和觸發(fā)儀器等。它將底層的通信命令或寄存器配置等封裝起來，用戶只需要調(diào)用封裝好的函數(shù)庫(kù)就能輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)于該儀器的任何功能。儀器驅(qū)動(dòng)程序一個(gè)儀器驅(qū)動(dòng)程序是一個(gè)包括高層函數(shù)的庫(kù)，這些高層30儀器驅(qū)動(dòng)程序?yàn)榱藵M足儀器控制和測(cè)試應(yīng)用不同需求，存在兩種不同類型的儀器驅(qū)動(dòng)程序:即插即用（VPP）驅(qū)動(dòng)程序可互換的虛擬儀器（IVI）驅(qū)動(dòng)程序直接I/O儀器驅(qū)動(dòng)程序?yàn)榱藵M足儀器控制和測(cè)試應(yīng)用不同需求，存在兩種不同31儀器驅(qū)動(dòng)程序

IVI、Plug&Play和DirectI/O三種方式比較

儀器驅(qū)動(dòng)程序IVI、Plug&Play和DirectI/32VPP儀器驅(qū)動(dòng)VXIPlug&Play標(biāo)準(zhǔn)——VXI即插即用系統(tǒng)聯(lián)盟，開發(fā)新一代程控儀器I/O軟件規(guī)范——虛擬儀器軟件規(guī)范VISAVPP儀器驅(qū)動(dòng)VXIPlug&Play標(biāo)準(zhǔn)33VISA

虛擬儀器軟件架構(gòu)（VISA——VirtualInstrumentsSoftwareArchitecture）的目的是通過減少系統(tǒng)的建立時(shí)間來提高效率。隨著儀器類型的不斷增加和測(cè)試系統(tǒng)復(fù)雜化的提高，人們不希望為每一種硬件接口都要編寫不同的程序，因此I/O接口無(wú)關(guān)性對(duì)于I/O控制軟件來說變得至關(guān)重要。VISA虛擬儀器軟件架構(gòu)（VISA——VirtualIn34VISA通過VISA用戶能與大多數(shù)儀器總線連接，包括GPIB、USB、串口、PXI、VXI和以太網(wǎng)。而無(wú)論底層是何種硬件接口，用戶只需要面對(duì)統(tǒng)一的編程接口——VISAVISA通過VISA用戶能與大多數(shù)儀器總線連接，包括GPIB35VISAVISA函數(shù)面板VISAVISA函數(shù)面板36IVI——可互換的虛擬儀器驅(qū)動(dòng)程序雖然VISA實(shí)現(xiàn)了程序與硬件接口的不相關(guān)性，但是并沒有實(shí)現(xiàn)儀器的可交換性。IVI驅(qū)動(dòng)程序是更為復(fù)雜的儀器驅(qū)動(dòng)程序，它的特點(diǎn)在于為那些需要可互換性、狀態(tài)緩存或儀器仿真的更為復(fù)雜的測(cè)試應(yīng)用提高了性能和靈活性。IVI驅(qū)動(dòng)是NI測(cè)試系統(tǒng)中一個(gè)完整的組件。它基于VISA并被集成在NI提供的應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境中。IVI——可互換的虛擬儀器驅(qū)動(dòng)程序雖然VISA實(shí)現(xiàn)了程序與硬37IVI——可互換的虛擬儀器驅(qū)動(dòng)程序IVI構(gòu)架將傳統(tǒng)的儀器驅(qū)動(dòng)程序分為兩部分：儀器專用驅(qū)動(dòng)通用類驅(qū)動(dòng)IVI——可互換的虛擬儀器驅(qū)動(dòng)程序IVI構(gòu)架將傳統(tǒng)的儀器驅(qū)動(dòng)38IVI——可互換的虛擬儀器驅(qū)動(dòng)程序

IVI整體構(gòu)架IVI——可互換的虛擬儀器驅(qū)動(dòng)程序IVI整體構(gòu)架39IVI——可互換的虛擬儀器驅(qū)動(dòng)程序IVI儀器驅(qū)動(dòng)技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：高性能儀器仿真能力儀器互換能力開發(fā)靈活性IVI——可互換的虛擬儀器驅(qū)動(dòng)程序IVI儀器驅(qū)動(dòng)技術(shù)具有如下40IVI——可互換的虛擬儀器驅(qū)動(dòng)程序目前為止，IVI基金會(huì)已經(jīng)制定了八類儀器規(guī)范（IVI基金會(huì)的目標(biāo)是支持某一確定類儀器中95%的儀器），基本上涵蓋了測(cè)試系統(tǒng)中常用的儀器類型。IVI示波器類（Scope——IVIOscilloscope）IVI數(shù)字萬(wàn)用表類（DMM——IVIDigitalMultimeter）IVI函數(shù)發(fā)生器類(FGen——IVIFunctionGenerator)IVI直流電源類（DCPwrSupply——IVIDCPowerSupply）IVI開關(guān)類（Switch——IVISwitch）IVI功率計(jì)類（PowerMeter——IVIPowerMeter）IVI射頻信號(hào)發(fā)生器類（RFSigGen——IVIRFSignalGenerator）IVI頻譜分析儀類（SpecAn——IVISpectrumAnalyzer）IVI——可互換的虛擬儀器驅(qū)動(dòng)程序目前為止，IVI基金會(huì)已經(jīng)41IVI——可互換的虛擬儀器驅(qū)動(dòng)程序IVI儀器驅(qū)動(dòng)函數(shù)面板

IVI——可互換的虛擬儀器驅(qū)動(dòng)程序IVI儀器驅(qū)動(dòng)函數(shù)面板42IVI——可互換的虛擬儀器驅(qū)動(dòng)程序舉例：通過IVI示波器類驅(qū)動(dòng)寫一個(gè)仿真示波器程序IVI——可互換的虛擬儀器驅(qū)動(dòng)程序舉例：通過IVI示波器類驅(qū)43IVI——可互換的虛擬儀器驅(qū)動(dòng)程序通過IVI儀器驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的示波器界面

IVI——可互換的虛擬儀器驅(qū)動(dòng)程序通過IVI儀器驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的示44直接I/O（DirectI/O）如果沒有儀器的VISA或IVI驅(qū)動(dòng)可得，那么你就需要利用集成至軟件開發(fā)環(huán)境中的交互式、直接I/O功能。直接I/O（DirectI/O）如果沒有儀器的VISA或I45儀器I/O助手（InstrumentI/OAssistant）儀器I/O助手提供了一個(gè)用戶界面來交互式地向一個(gè)設(shè)備寫入命令、讀取設(shè)備以及指定如何將響應(yīng)解析成與應(yīng)用相關(guān)的格式。

儀器I/O助手（InstrumentI/OAssista46儀器I/O助手（InstrumentI/OAssistant）

讀取數(shù)據(jù)并解析

儀器I/O助手（InstrumentI/OAssista47儀器I/O助手（InstrumentI/OAssistant）通過儀器I/O助手實(shí)現(xiàn)的測(cè)試程序儀器I/O助手（InstrumentI/OAssista48PortI/O儀器I/O助手是針對(duì)基于消息格式通信的儀器。對(duì)于基于寄存器通信格式的儀器，你只需要向指定的寄存器地址寫入數(shù)據(jù)或讀出數(shù)據(jù)。LabVIEW提供了兩個(gè)簡(jiǎn)單的PortI/O函數(shù)用于讀寫寄存器端口。

PortI/O儀器I/O助手是針對(duì)基于消息格式通信的儀器。49PortI/O

通過PortI/O函數(shù)讀寫LPT并口

PortI/O通過PortI/O函數(shù)讀寫LPT并口50NISpy——調(diào)試驅(qū)動(dòng)的好幫手NISpy——調(diào)試驅(qū)動(dòng)的好幫手51MAX中讀寫儀器MAX中讀寫儀器52在MAX中讀寫儀器在MAX中讀寫儀器53儀器地址串口編程時(shí)以串口與區(qū)分GPIB編程儀器地址串口編程時(shí)以串口與區(qū)分54GPIB編程連接方式GPIB地址實(shí)例GPIB編程連接方式55GPIB連接方式GPIB連接方式56GPIB地址GPIB板卡號(hào)GPIB地址：0~30主地址、次地址GPIB地址GPIB板卡號(hào)57修改儀器的GPIB地址舊儀器：硬件修改修改儀器的GPIB地址舊儀器：硬件修改58修改儀器的GPIB地址在儀器面板上修改Config/System/Remote/HP-IPAdress通過GPIB指令修改修改儀器的GPIB地址在儀器面板上修改59GPIB連接線GPIB連接線60休息休息與提問休息休息與提問61儀器編程實(shí)例/devzone/idnet/zhs/各儀器廠家網(wǎng)站不使用驅(qū)動(dòng)程序編程使用驅(qū)動(dòng)程序編程GPIB與串口編程比較儀器編程實(shí)例/devzon62完畢謝謝大家完畢謝謝大家63儀器控制技術(shù)儀器控制技術(shù)概述儀器驅(qū)動(dòng)程序、VISA實(shí)例——iwanttofly儀器控制技術(shù)儀器控制技術(shù)概述64儀器的發(fā)展模擬式：指針式電流表、電壓表數(shù)字式：數(shù)字萬(wàn)用表、數(shù)字頻率計(jì)智能儀器：綜測(cè)儀、分析儀虛擬儀器：由計(jì)算機(jī)控制，有各種各樣的形式，是一種創(chuàng)新的儀器設(shè)計(jì)思想，而非一種具體的儀器。儀器的發(fā)展模擬式：指針式電流表、電壓表65虛擬儀器技術(shù)1986年NI提出虛擬儀器概念（VI—VirtualInstruments）——軟件即儀器同年，NI推出LabVIEW1.0特點(diǎn)：1，軟硬件具有開放性、模塊化和互換性2，儀器功能由用戶通過軟件定義。虛擬儀器技術(shù)1986年NI提出虛擬儀器概念66虛擬儀器內(nèi)部功能劃分采集與控制插入式數(shù)據(jù)采集板GPIB儀器VXI儀器RS232儀器數(shù)據(jù)分析數(shù)字信號(hào)處理數(shù)字濾波統(tǒng)計(jì)數(shù)字分析數(shù)據(jù)輸出網(wǎng)絡(luò)硬拷貝輸出文件IO圖形用戶接品虛擬儀器內(nèi)部功能劃分采集與控制插入式數(shù)據(jù)采集板GPIB儀器V67虛擬儀器系統(tǒng)框圖測(cè)控對(duì)象數(shù)據(jù)采集GPIB儀器RS232儀器/PLCVXI儀器現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備其它計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)虛擬儀器系統(tǒng)框圖測(cè)數(shù)據(jù)采集GPIB儀器RS232儀器/PLC68自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)ATS發(fā)展階段：1，第一代：專用型，缺點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)化和接口2，第二代：積木型，建立在標(biāo)準(zhǔn)總線上3，第三代：模塊集成型，基于VXI、PXI總線，使用模塊化儀器設(shè)備。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)ATS69儀器控制簡(jiǎn)介儀器控制是指通過PC上的軟件遠(yuǎn)程控制總線上的一臺(tái)或多臺(tái)儀器。它比單純的數(shù)據(jù)采集要復(fù)雜的多。它需要將儀器或設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接起來協(xié)同工作，同時(shí)還可以根據(jù)需要延伸和拓展儀器的功能。通過計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、分析、顯示和存儲(chǔ)能力，可以極大的擴(kuò)充儀器的功能，這就是虛擬儀器的基本含義。儀器控制簡(jiǎn)介儀器控制是指通過PC上的軟件遠(yuǎn)程控制總線上的一臺(tái)70儀器控制簡(jiǎn)介一個(gè)完整的儀器控制系統(tǒng)除了包括計(jì)算機(jī)和儀器外，還必須建立儀器與計(jì)算機(jī)的通路以及上層應(yīng)用程序。通路包括總線和針對(duì)不同儀器的驅(qū)動(dòng)程序上層應(yīng)用程序用于發(fā)送控制命令、儀器的控制面板顯示以及數(shù)據(jù)的采集、處理、分析、顯示和存儲(chǔ)等。儀器控制簡(jiǎn)介一個(gè)完整的儀器控制系統(tǒng)除了包括計(jì)算機(jī)和儀器外，還71儀器控制簡(jiǎn)介基于LabVIEW的儀器控制系統(tǒng)構(gòu)架

LabVIEW圖形化開發(fā)環(huán)境InstrumentDriversDirectI/O(InstrumentI/OAssistant)GPIB串口以太網(wǎng)PXIVXIUSBOPC，ActiveX，DLL，SharedVariableCANModBus無(wú)線InstrumentsInstrumentsInstrumentsInstrumentsPCIPCIExpress火線…儀器控制簡(jiǎn)介基于LabVIEW的儀器控制系統(tǒng)構(gòu)架LabVI72總線總線——一組信號(hào)線的集合，在系統(tǒng)各部件之間進(jìn)行信息傳輸?shù)墓餐ǖ馈？偩€總線——一組信號(hào)線的集合，在系統(tǒng)各部件之間進(jìn)行信息傳輸?shù)?3選擇合適的總線獨(dú)立總線，用于架式和堆式儀器的通信。獨(dú)立總線包括T&M專用總線（如GPIB）和PC標(biāo)準(zhǔn)總線（如串行總線RS-232、以太網(wǎng)、USB、無(wú)線和IEEE1394）。一些獨(dú)立總線可用作其他獨(dú)立總線的中介，如USB到GPIB的轉(zhuǎn)換器。模塊化總線，將接口總線合并到儀器中。模塊化總線包括PCI、PCIExpress、VXI和PXI。這些總線也可用作為不包括該總線的PC增加一個(gè)獨(dú)立總線的中介，如PCI-GPIB控制卡。選擇合適的總線獨(dú)立總線，用于架式和堆式儀器的通信。獨(dú)立總線包74獨(dú)立總線1.GPIB通用接口總線（GPIB－GeneralPurposeInterfaceBus）是獨(dú)立儀器上一種最通用的I/O接口。GPIB是專為測(cè)試測(cè)量和儀器控制應(yīng)用設(shè)計(jì)的。GPIB是一種數(shù)字的、8位并行通信接口，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)8M字節(jié)/秒。該總線可為一個(gè)系統(tǒng)控制器提供多達(dá)15臺(tái)儀器連接，連線長(zhǎng)度小于20米。PC本身很少帶有GPIB。實(shí)際上，用戶通常使用一個(gè)插卡（如PCI-GPIB）或一個(gè)外部轉(zhuǎn)換器（如GPIB-USB）在自己的PC中增加GPIB儀器控制功能。獨(dú)立總線1.GPIB75獨(dú)立總線2.串行總線（RS-232和RS-485）RS-232是串行通信規(guī)范，是傳統(tǒng)意義上的“串行”總線的最為常見的規(guī)范。RS-232也是一個(gè)相對(duì)較慢的接口，典型的數(shù)據(jù)速率低于20k字節(jié)/秒，雖然有些產(chǎn)品能夠達(dá)到更高的數(shù)據(jù)吞吐量。由于RS-232連線長(zhǎng)度最長(zhǎng)只能達(dá)到15米，而且只能點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊，不適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。因此出現(xiàn)了RS-485來解決這些問題，它采用差分的信號(hào)傳輸方式，最長(zhǎng)距離可以達(dá)到1200米。PC上都不帶RS-485的接口，因此在接入電腦前需要通過485-232轉(zhuǎn)換器或485-USB轉(zhuǎn)換器才能接入PC。獨(dú)立總線2.串行總線（RS-232和RS-485）76獨(dú)立總線3.USB通用串行總線（USB-UniversalSerialBus）的設(shè)計(jì)主要用于將PC的外圍設(shè)備（如鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀和移動(dòng)硬盤等）連接到PC。USB是一項(xiàng)即插即用技術(shù)最初的USB1.1規(guī)范定義了兩種數(shù)據(jù)傳輸模式和速度：低速模式（Low-Speed）（最大吞吐量可達(dá)1.5Mbits/s或200Kbytes/s）和全速模式（Full-Speed）（最大吞吐量可達(dá)12Mbits/s或1.5Mbytes/s）。最新的USB規(guī)范——USB2.0完全后向兼容低速和全速設(shè)備，同時(shí)也定義了一種新的高速模式（Hi-Speed），該模式下數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)480Mbits/s。獨(dú)立總線3.USB77獨(dú)立總線4.以太網(wǎng)5.CAN6.IEEE1394(火線)7.無(wú)線獨(dú)立總線4.以太網(wǎng)78模塊化總線1.PCIPCI總線是當(dāng)今使用最廣泛的計(jì)算機(jī)內(nèi)部總線之一。

一般的計(jì)算機(jī)都有3個(gè)或更多的PCI插槽。PCI提供了高速的傳輸，理論帶寬達(dá)到1056Mbits/s。模塊化總線1.PCI79模塊化總線2.PCIExpress當(dāng)PC應(yīng)用需要更大量帶寬時(shí)，PCI總線在許多情況下達(dá)到了其物理極限?；疚锢韺佑捎米饕粋€(gè)發(fā)送對(duì)和一個(gè)接收對(duì)的一對(duì)單工通道構(gòu)成。每個(gè)方向的最初速率2.5Gbits/s為該方向提供了一個(gè)200MBytes/s的通信信道，這接近標(biāo)準(zhǔn)PCI數(shù)據(jù)速率的四倍。

類似PCI，PCIExpress的典型應(yīng)用不是直接用于儀器控制，而是作為外圍總線將GPIB設(shè)備連接到PC以用于儀器控制。但由于其很高的速率，PCIExpress可用作模塊化儀器的通信總線。此外，PCIExpress還支持熱交換和熱插拔功能。模塊化總線2.PCIExpress80模塊化總線3.PXI/CompactPCI

——PCI總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展PXI將PCI電氣總線特性與堅(jiān)固的、模塊化的、歐洲卡機(jī)械封裝的CompactPCI相結(jié)合，并增加了專門的同步總線和關(guān)鍵的軟件特性，從而能夠承受常常存在于工業(yè)應(yīng)用中的惡劣環(huán)境。這使得PXI成為一個(gè)高性能的、低成本的、適用測(cè)量和自動(dòng)化系統(tǒng)的布置平臺(tái)。

模塊化總線3.PXI/CompactPCI81模塊化總線4.VXI——VME總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展5.PCMCIA模塊化總線4.VXI82比較總線速度價(jià)格應(yīng)用領(lǐng)域GPIB低低低PXI高中中VXI中高高比較總線速度價(jià)格應(yīng)用領(lǐng)域GPIB低低低PXI高中中VXI中高83休息休息與提問休息休息與提問84儀器控制命令SCPI可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令非SCPI命令。儀器控制命令SCPI可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令85可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令SCPI

對(duì)于采用基于消息的通信方式，理論上來說消息的格式可以任意。不同的儀器可以采用不同的消息解析方式，譬如儀器A發(fā)送“A”表示讀回儀器名稱，儀器B可以發(fā)送“B”表示讀回儀器名稱。SCPI聯(lián)盟推出了可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令SCPI(StandardCommandsforProgrammableInstruments)旨在規(guī)范一套標(biāo)準(zhǔn)的命令集。該命令集只是一個(gè)規(guī)范，和硬件無(wú)關(guān)。無(wú)論是基于GPIB，串口還是VXI的任何儀器都可以采用符合SCPI標(biāo)準(zhǔn)的命令集?？删幊虄x器標(biāo)準(zhǔn)命令SCPI對(duì)于采用基于消息的通信方式，理論86可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令SCPISCPI命令與編程語(yǔ)言無(wú)關(guān)。LabVIEW提供的MAX和儀器I/O助手都可以向指定儀器發(fā)送命令?？删幊虄x器標(biāo)準(zhǔn)命令SCPISCPI命令與編程語(yǔ)言無(wú)關(guān)。Lab87SCPI命令結(jié)構(gòu)圖通用命令*+命令[+？]程控命令SCPI命令結(jié)構(gòu)圖通用命令88

:AFGEN2:Freq50KHz

89可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令SCPI例如TektronixTDS220示波器的SCPI命令集的例子：（1）*IDN?——返回儀器標(biāo)識(shí)，采用IEEE488.2標(biāo)記法；（2）CH<x>:PRObe?——查詢通道x的探頭衰減；:FREQ:CENT1.5GHz—設(shè)置信號(hào)源的中心頻率為1.5GHz（等價(jià)于:FREQence:CENTer1.5GHz）可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令SCPI例如TektronixTDS2290非SCPI指令很多舊機(jī)器生產(chǎn)時(shí)還沒有SCPI標(biāo)準(zhǔn)，大多按自定義的指令格式進(jìn)行通信。例如：CF1.5GHz表示設(shè)置信號(hào)發(fā)生器的中心頻率為1.5GHzCF?表示查詢當(dāng)前的中心頻率，返回值一般是“1500000000”非SCPI指令很多舊機(jī)器生產(chǎn)時(shí)還沒有SCPI標(biāo)準(zhǔn)，大多按自定91儀器驅(qū)動(dòng)程序?qū)x器控制與通信的軟件程序集。將需求翻譯成儀器指令。儀器驅(qū)動(dòng)程序?qū)x器控制與通信的軟件程序集。92儀器驅(qū)動(dòng)程序一個(gè)儀器驅(qū)動(dòng)程序是一個(gè)包括高層函數(shù)的庫(kù)，這些高層函數(shù)支持控制某個(gè)儀器或某個(gè)儀器簇。一個(gè)儀器驅(qū)動(dòng)程序是一個(gè)軟件例程集合，該集合對(duì)應(yīng)于一個(gè)計(jì)劃的操作，如配置儀器、從儀器讀取、向儀器寫入和觸發(fā)儀器等。它將底層的通信命令或寄存器配置等封裝起來，用戶只需要調(diào)用封裝好的函數(shù)庫(kù)就能輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)于該儀器的任何功能。儀器驅(qū)動(dòng)程序一個(gè)儀器驅(qū)動(dòng)程序是一個(gè)包括高層函數(shù)的庫(kù)，這些高層93儀器驅(qū)動(dòng)程序?yàn)榱藵M足儀器控制和測(cè)試應(yīng)用不同需求，存在兩種不同類型的儀器驅(qū)動(dòng)程序:即插即用（VPP）驅(qū)動(dòng)程序可互換的虛擬儀器（IVI）驅(qū)動(dòng)程序直接I/O儀器驅(qū)動(dòng)程序?yàn)榱藵M足儀器控制和測(cè)試應(yīng)用不同需求，存在兩種不同94儀器驅(qū)動(dòng)程序

IVI、Plug&Play和DirectI/O三種方式比較

儀器驅(qū)動(dòng)程序IVI、Plug&Play和DirectI/95VPP儀器驅(qū)動(dòng)VXIPlug&Play標(biāo)準(zhǔn)——VXI即插即用系統(tǒng)聯(lián)盟，開發(fā)新一代程控儀器I/O軟件規(guī)范——虛擬儀器軟件規(guī)范VISAVPP儀器驅(qū)動(dòng)VXIPlug&Play標(biāo)準(zhǔn)96VISA

虛擬儀器軟件架構(gòu)（VISA——VirtualInstrumentsSoftwareArchitecture）的目的是通過減少系統(tǒng)的建立時(shí)間來提高效率。隨著儀器類型的不斷增加和測(cè)試系統(tǒng)復(fù)雜化的提高，人們不希望為每一種硬件接口都要編寫不同的程序，因此I/O接口無(wú)關(guān)性對(duì)于I/O控制軟件來說變得至關(guān)重要。VISA虛擬儀器軟件架構(gòu)（VISA——VirtualIn97VISA通過VISA用戶能與大多數(shù)儀器總線連接，包括GPIB、USB、串口、PXI、VXI和以太網(wǎng)。而無(wú)論底層是何種硬件接口，用戶只需要面對(duì)統(tǒng)一的編程接口——VISAVISA通過VISA用戶能與大多數(shù)儀器總線連接，包括GPIB98VISAVISA函數(shù)面板VISAVISA函數(shù)面板99IVI——可互換的虛擬儀器驅(qū)動(dòng)程序雖然VISA實(shí)現(xiàn)了程序與硬件接口的不相關(guān)性，但是并沒有實(shí)現(xiàn)儀器的可交換性。IVI驅(qū)動(dòng)程序是更為復(fù)雜的儀器驅(qū)動(dòng)程序，它的特點(diǎn)在于為那些需要可互換性、狀態(tài)緩存或儀器仿真的更為復(fù)雜的測(cè)試應(yīng)用提高了性能和靈活性。IVI驅(qū)動(dòng)是NI測(cè)試系統(tǒng)中一個(gè)完整的組件。它基于VISA并被集成在NI提供的應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境中。IVI——可互換的虛擬儀器驅(qū)動(dòng)程序雖然VISA實(shí)現(xiàn)了程序與硬100IVI——可互換的虛擬儀器驅(qū)動(dòng)程序IVI構(gòu)架將傳統(tǒng)的儀器驅(qū)