基于LabVIEW 的网络通信技术研究

2013-11-07姬翔

河南科技 2013年18期

姬翔

（中国电子科技集团公司第二十七研究所，河南郑州 450047）

1 引言

LabVIEW (Laboratory Virtual Instruments Engineering Workbench)是由美国国家仪器公司开发的专业测试软件，与传统的使用C 语言、C＋＋语言等编程语言不同，它使用图形化编程环境，具有强大的数据处理功能，以及完备的仪器驱动程序和强大的网络功能。LabVIEW 编程具有简单易学、编程效率高、通用性好、交叉平台交互性好等优点，是虚拟仪器开发快捷、方便和功能强大的软件工具。本文介绍了使用LabVIEW 开发的基于GPIB 总线仪器网络通信系统。[1][2]

2 系统综述

在本系统中，使用了以下设备：工控机、GPIB 接口卡、Agilent 34970A 型数据采集器和GPIB 连接线。硬件连接示意如图1 所示。

图1 硬件连接简图

2.1 GPIB 总线描述

GPIB(General Purpose Interface Bus)总线是目前最常用的仪器总线之一，它于1978 年由美国的HP 公司提出，后被美国电气及电子工程师协会(IEEE)和国际电工委员会(IEC)接受为程控仪器和自动测控系统的标准接口。因此，也被称为IEE488 或HPIB。 GPIB 总线是一个数字24 脚并行总线，其中16 根线为TTL 电平信号传输线，包括8 根双向数据线、5 根接口管理线、3根数据传输控制线。另外8 根为地线和屏蔽线。使用GPIB 母线电缆互相连接的设备最多14 台，母线电缆的长度不超过20米。[3]

GPIB 总线设备包括听者(Listeners)、讲者(Talkers)和控者(Controllers)。 “听者”是接收数据的设备；“讲者”是向总线发送数据和状态信息的设备；“控者”是对系统进行控制的设备。一个系统中，可以有若干个“听者”在工作，但是“控者”只有一个。“控者”使能“讲者”，然后“讲者”将数据通过总线传给“听者”。利用计算机对带有GPIB 接口的仪器进行操作和控制，能够有效的提高测量精度。

2.2 SCPI 命令介绍

SCPI (Standard Commands for Programmable Instruments)是架构在IEEE488.2 上的可程控仪器标准命令集。一个SCPI 命令可以分为两部分：一是IEEE488.2 公用命令；另一部分是SCPI 仪器特定控制命令。公用命令是IEEE488.2 规定的仪器必须执行的命令，其句法和语义遵循IEEE488.2 规定，用来控制设置、自我测试和状态操作；SCPI 仪器特定控制命令是与仪器相关的，不同的仪器拥有不同的命令子集。

SCPI 命令格式是树状层次结构，可分为多个子系统，每个子系统由一个根命令和一个或者多个层次命令构成。命令格式为：关键字<参数>：关键字<参数>：……<参数>，<参数>，……。

例如：CONFigure:VOLTage:DC10，MIN

此命令的语义为：设置为直流电压测量，量程为10V，分辨率为最大。

2.3 UDP 协议介绍

目前应用最广泛的网络通信方式是基于以太网的TCP/IP网络体系结构，传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）是模型传输层中的两个并列协议。 UDP 是一种简单的连接协议，传输数据之前源端和终端不建立连接，进行网络传输的过程中，UDP 仅通过端口号指明发送程序端口和接受程序端口，只负责数据传输，不保证数据一定到达目的地，接收方收到数据后不发送到达确认信息。因此，UDP 提供的数据传输服务为无连接、不可靠的用户数据包服务。但是本系统应用在专属局域网，网络环境质量优良，可靠性较好，比较适合采用UDP 协议。

2.4 LabVIEW 软件介绍

NI 公司提出“软件就是仪器”。根据此观点，虚拟仪器必须具有这三点特征：数据采集、分析和重现。 LabVIEW 是美国NI公司推出的一种通用虚拟仪器开发软件，它包含了丰富的功能函数库和完备的总线设备驱动程序。LabVIEW 的最大特点是其基于图形(Graphics)的编程方式，即采用了框图而非传统的文本方式的编程方法。这种编程方式强调信号处理的实际过程，编程简单，调试方便。一个LabVIEW 分为二个部分：仪器控制前面板、功能模块流程图。前面板由用户自己定义，用来模拟真实仪器的前面板；功能模块流程图使用图形语言(G 语言)对前面板上的控件对象进行控制，实现了仪器的内部设计。

3 软件设计

在本系统中，基于VISA (Virtual Instrument Software Architecture)函数库和SCPI 程控仪器标准命令集，对数据采集器进行操作。 VISA 是由VXI Plug&Play 联盟制定的。它是一种用于仪器编程的标准I/O 接口，包括GPIB、VXI 和串行总线接口。从底层到顶层，虚拟仪器的软件系统构架包含三个部分：VISA 库、仪器驱动程序和应用软件虚拟仪器的软件结构如图2所示。

LabVIEW 提供了VISA 函数库。调用此函数库，就能够通过GPIB 总线对仪器进行控制。