基于VC的GPIB儀器遠程測量系統(tǒng)實現(xiàn)方法

0 引言

隨著數(shù)字化的智能化儀器的快速發(fā)展，工程上越來越希望將常用儀器設(shè)備與計算機連接起來組成一個由計算機控制的智能系統(tǒng)。而工程中常用的儀器設(shè)備種類繁多、功能各異、獨立性強，一個系統(tǒng)往往需要多臺不同類型的儀器協(xié)同工作。而基于通用接口總線GPIB則可以把各種可編程儀器與計算機緊密地聯(lián)系起來，使電子測量由獨立的、傳統(tǒng)的單臺儀器向大規(guī)模自動測試系統(tǒng)的方向發(fā)展。本文提出了一種在VC++6．0編程環(huán)境中利用SCPI對基于GPIB接口的儀器進行遠程測量的實現(xiàn)方法。

1 GPIB接口總線

GPIB主要是為臺式測量儀器(或裝置)組成自動測量系統(tǒng)而設(shè)計的。GPIB儀器系統(tǒng)主要利用GPIB接口卡將若干GPIB儀器連接起來，每個設(shè)備(包括計算機接口卡)必須有一個0～30之間的GPIB地址。一般GPIB接口卡設(shè)置為地址0，儀器的GPIB地址則從1到30。GPIB有一個控者(電腦)來控制總線。在總線上傳送儀器命令和數(shù)據(jù)，控者尋址一個講者以及一個或多個聽者。數(shù)據(jù)串在總線上從講者向聽者傳送。

GPIB系統(tǒng)的連接方式可以是線型、星型或者混合拓撲型。一般情況下，GPIB電纜的連接器都具有特殊的構(gòu)造，它都允許多個連接器堆疊連接在一起。對GPIB總線系統(tǒng)連接的基本配置要求主要有兩個：

第一種配置，其兩個設(shè)備之間的最大距離為4米，整個電纜的長度不得超過20米(第一個器件與最后一個器件之間的距離)；

在第二種配置下，GPIB母線上最多可掛15個器件，這主要是受TTL接口收發(fā)器驅(qū)動能力限制。當測試系統(tǒng)有必要使用多于15個器件時，只需在控制器上再添置一個GPIB接口，這樣可多拉一個母線，再多掛14個器件。該總線的最大數(shù)據(jù)傳輸速率為1 MB／s，在20米總線上，最高可工作于500 KB／s。

2 系統(tǒng)組成

基于VC++的GPIB儀器遠程測量系統(tǒng)組成如圖1所示。該系統(tǒng)主要包括計算機、GPIB電纜、USB-GPIB控制器、GPIB儀器等。

系統(tǒng)的主要優(yōu)勢表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)編程方便，可使用高級語言編程；

(2)提高儀器設(shè)備的性能指標�？衫�用計算機對帶有GPIB接口的儀器實現(xiàn)操作和控制，以實現(xiàn)各種自動標準、多次測量平均等功能，從而提高測量精度；

(3)便于將多臺帶有GPIB接口的儀器組合起來，以形成較大的遠程測量系統(tǒng)，從而高效、靈活地完成各種不同的測試任務(wù)；

(4)便于擴展傳統(tǒng)儀器的功能。由于儀器與計算機相聯(lián)，因此可在計算機的控制下對測試數(shù)據(jù)進行更加靈活和方便的傳輸、處理、綜合利用和顯示，從而使原來儀器采用硬件邏輯很難解決的問題迎刃而解。

3 系統(tǒng)軟件

本系統(tǒng)選用了可視化的Visual C++通用編程工具來開發(fā)測試軟件，該工具的主要特點為易學(xué)易用、開發(fā)高效率開發(fā)功能強大等。開發(fā)人員能在VC++環(huán)境下利用上述特點并使用Windows內(nèi)部的應(yīng)用程序接口(API)函數(shù)、動態(tài)鏈接庫(DLL)、對象的鏈接與嵌入(OLE)以及開放式數(shù)據(jù)庫連接(ODBC)等技術(shù)，來快速、方便地開發(fā)出圖形界面豐富、功能強大且工作于Windows平臺下的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。

與儀器進行通信的格式實際上有兩種：一種為基于寄存器的通信格式，另一種為基于消息的通信格式。此處的GPIB系統(tǒng)程序設(shè)計語言為可編程儀器的標準命令SCPI(Standard Commands for Programmable Instruments)，其通信格式屬于后者。

3．1 SCPI的儀器控制命令

SCPI可編程儀器標準命令是一種用來控制儀器的命令語言。它可用一種標準方式來描述各種各樣的儀器功能，其中規(guī)定了在控制器到儀器和儀器到控制器之間的信息交換層消息的構(gòu)造和內(nèi)容，因而使各類不同的儀器更容易被理解和使用。同時SCPI是一種“活”的標準，可以滿足新儀器和新技術(shù)的需要。SCPI命令可分為儀器公用命令和儀器特定控制命令兩個部分。SCPI把IEEE488．2要求儀器必須執(zhí)行的公用命令作為SCPI儀器公用命令，這些公用命令用于控制儀器的某些基本功能操作，其句法和語義遵循IEEE488．2規(guī)定。儀器特定控制命令是指每個程控儀器完成自身命令操作的特定命令。采用SCPI編程有以下幾方面優(yōu)點：

(1)SCPI是一個獨立于硬件的純粹軟件標準，SCPI字符串可以通過任何儀器接口發(fā)送，無論是GPIB、RS-232、VXIbus、還是局域網(wǎng)，都沒有問題；

(2)SCPI允許用相同的代碼來控制許多不同的儀器，而且語法簡單有力，方便易學(xué)。因此，在掌握了一種儀器的命令集之后，就很容易掌握其他儀器的命令集。這些命令集有很多的相似性，這種相似性體現(xiàn)在兩個層面：其一是在垂直層面上，同一類型的儀器命令集比較相似；其二是在水平層面上，不同類型儀器之間的同種功能的SCPI命令也一致；

(3) SCPI的獨特設(shè)計使得它可以不斷擴展而不會引起過多問題。隨著新型儀器的出現(xiàn)，新的命令集會不斷加入SCPI；

(4)SCPI的語句以ASCⅡ文本的方式存在，因此，可以加入到任何計算機測試編程語言之中，如BASIC、C或C++；也可以用于如LabWin-dows／CVI、LabVIEW或者Agilent VEE這樣的專用測試程序開發(fā)環(huán)境。

3．2 SCPI命令樹圖

命令樹圖用于定義SCPI的命令集，它描述了命令、命令之間的層次關(guān)系、相關(guān)的參數(shù)以及必要的注釋，SCPI命令樹如表l所列。

命令樹圖通常由三部分構(gòu)成：關(guān)鍵字(KEY－WORD)、參數(shù)形式(PARAMETER FORM)和注釋(NOTES)。其中關(guān)鍵字提供命令的名字，由于SCPI命令基于層次結(jié)構(gòu)，一個實際的命令通常由一個或多個關(guān)鍵字構(gòu)成，關(guān)鍵字之間用“；”分隔；參數(shù)形式用于指明命令的參數(shù)個數(shù)和順序，以及它們的合法取值；注釋通常命令的詢問形式可以由命令形式加上問號構(gòu)成，但不是所有的命令都有詢問形式，注釋部分的內(nèi)容通常用于指示必要的情況。