LabVIEW中多台GPIB接口仪器实现波形和数据采样技术

摘要：实现多台数字化仪器与计算机的连接是研究试验工作中常遇到的问题。本文以两台泰克公司的TDS210示波器与计算机连接为例，介绍了在虚拟仪器平台上如何设置GPIB地址，利用GPIB接口实现多台示波器波形和数据采样的方法，并通过实验证明了用虚拟技术实现波形和数据采样的方法是成功的。

关键词：GPIB地址；LabVIEW；数据采样

引 言

在科学研究和实验工作中将数据、波形或图像等信息从采集设备送到计算机进行分析处理是我们经常遇到的问题。实现采集设备与计算机相连接的总线中GPIB总线是其中最常用的。GPIB总线能够把一系列仪器设备和计算机连成整体的接口系统，作为桥梁，可把各种可编程仪器与计算机紧密地联系起来，使电子测量由独立的、传统的单台仪器向大规模测试系统的方向发展。在当今许多的测量仪器都会配有GPIB接口。在工作中要同时使用多台不同型号的数字化测量仪器，如各种型号的波形数字化仪、时间间隔测量仪等。本文将介绍如何利用这一接口建立多台采集设备与计算机的连接，以及实现波形与数据采样的虚拟仪器技术，现首先介绍一下虚拟仪器平台和GPIB总线。

虚拟仪器开发平台LabVIEW
所谓虚拟仪器，就是在通用计算机平台上，用户根据自己的需求定义和设计仪器的测试功能，其实质是充分利用最新计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能。目前国际上应用最广的虚拟仪器开发环境首推美国N I公司LabVIEW，这是一种图形编程语言的开发环境，主要用于仪器控制、数据采集、数据分析、数据显示等领域，其功能强大、灵活方便。用其编程无需太多编程经验，界面非常直观形象。一个LabVIEW程序分三部分：前面板、框图程序、图标/接线端口。前面板是用于模拟真实仪器的前面板；框图程序则是利用图形语言对前面板上的控件对象(分为控制量和指示量两种) 进行控制；图标/接线端口用于把LabVIEW程序定义成一个子程序，从而实现模块化编程。LabVIEW可以实现对多种仪器的控制。此处只介绍对GPIB仪器的控制。其中最直接的方法是在计算机中安装插入式GPIB卡，并用GPIB电缆将仪器和接口卡相连。

GPIB简介及其地址设置

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、异步通讯方式，所有字节通过总线顺序传送。GPIB总线具有两种标准：IEEE-48811和IEEE-48812。GPIB接口包括三种基本的接口功能要素，它们是“控者”、“讲者”和“听者”。“控者”是对系统进行控制的设备；“讲者”是向总线发送测量数据和状态信息的设备；“听者”是接收数据的设备。一个系统中，可以有若干个“听者”在工作，“控者”只有一个，“控者”寻址一个“讲者”，然后数据串在总线上从“讲者”向“听者”传送。在一个系统中，三者不是固定不变的，三者的角色在数据传输的过程中是可以相互转变的。

GPIB接口有两个突出的优点：( 1) 它便于将多台带有GPIB接口的仪器组合起来，每块GPIB卡可连接最多14台设备，每台计算机可装配32块GPIB板卡，所以可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。( 2) 它便于扩展传统仪器的功能。由于仪器与计算机相连，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。

LabVIEW中GPIB地址分为两部分：一个0～30之间的GPIB接口板卡地址、一个1～30之间的被测设备的地址。当在系统中安装有多块GPIB卡时，就需要指出板卡的地址。例如：系统中安装有两块GPIB卡，其中一块设为GPIB0，另一块则为GPIB1。

如果只有一块GPIB卡，则默认为GPIB0；在一条总线上所有设备必须具有各不相同的仪器地址。仪器地址是在硬件上设定的，不同的仪器有不同的设置仪器地址的方法：一种是通过拨动仪器内部或后面的微型开关，另一种是通过菜单选择来设置GPIB地址。以泰克公司的TDS210为例，它就是通过菜单选择来设置GPIB地址的，在UTILITY菜单下的系统状态里，我们可以看到默认的GPIB设置是1；若要修改GPIB地址，需再返回到UTILITY菜单下，按下选件菜单，出现GPIB设置，然后按下，地址菜单出现，此时按旁边对应的按键，每按下一次，GPIB地址就加1，也就是改变了GPIB的地址。在每次工作中要使用的仪器台数和型号是各不相同的，因此整个系统具体的硬件设备配置需要经常改变。但是要使系统软件能够适应不同的设备配置情况，只要一条总线上的设备没有发生地址冲突即可。因此正确地设置仪器地址是很重要的，本文使用的是一块IEEE-48812的GPIB总线和两台泰克公司的TDS210数字示波器，把其中一台仪器地址设为2。

因为只有一块GPIB卡，所以其板卡地址默认为0。设置地址之后，打开桌面上的“Measurement & Automation”，扫描GPIB接口设备，则可以得到如图1所示界面。



LabVIEW中多台仪器波形和数据采样技术的实现

本文中所设计的系统由四个部分组成：初始化模块、通道选择和面板控制模块、波形显示和数据处理模块以及仪器的关闭模块，能够从计算机中实时读取到在指定的GPIB仪器中所测得的信号的波形以及对信号进行分析处理所得到的最大值、最小值等数据。本实验中所用的GPIB仪器为泰克公司的TDS210示波器。本系统的仪器控制前面板如图2所示。

主要的控制对象有：
(1) Resource Name。通过设置地址来控制指定的GPIB仪器。此处我们用的是两台数字化示波器，VISA 类为INSTR；如上所述，一台示波器可设为GPIB0：：1：：INSTR，另一台示波器为GPIB0：：2：：INSTR，因为只有一块GPIB卡，所以0可以省略，也可设为GPIB：：1：：INSTR和GPIB：：2：：INSTR。



(2) Source。用来控制示波器的通道选择，默认为通道1。

(3) Parity。用来控制奇偶校验，默认为0(无奇偶性) 。

(4) Baud Rate。各种波特率选择，默认为9600B/ s。

(5) Start Point。用来选择波形采集的起始点。

(6) StoPPoint。用来选择读取点的数量。

(7) Stop。用来控制程序的开始和结束。

主要显示对象有：

(1) Number of Rd Points。显示波形读取点的数量；

(2) Waveform Points。显示采集的波形输出的各个点；

(3) Error in。显示程序开始时的出错信息；

(4) Error out。当程序运行过程中出现错误时，显示出错信息；

(5) Location。显示从示波器中输出波形的当前峰值点的位置；

(6) AmPlitudes。显示从示波器中输出波形的当前峰值点的幅值；

(7) Min value。显示从示波器中输出的数据的最小值；

(8) Max value。显示从示波器中输出的数据的最大值；

(9) Waveform Preamble data。显示波形始端数据的信息；

(10) Waveform。显示从示波器中传输过来的波形。

方框图如图3所示。
在方框图中使用了TKTS2XX 型示波器Initialize.vi 、Read waveform to Array .vi和Close.vi等子VI，Initialize.vi主要实现对此类型示波器的初始化并配置通道及仪器地址；Read waveform to Array.vi可将从TDS210示波器采集的波形以曲线图和数组的形式显示出来；Close.vi是关闭通讯，释放系统资源。



结束语
利用本文中所设计的波形和数据采集虚拟仪器技术，只需正确选择Resource Name和Source，就能将多台示波器的多个通道的波形准确地传送给计算机，从而实现了实时波形和数据的采样。实验结果表明设计是成功的。