1、基于 GPIB接口的仪器与计算机之间的通讯- Page 1-第 27 卷 第 6 期 仪 器 仪 表 学 报 V o l. 27 N o. 6 2006 年 6 月 Ch in e se Jou rn a l o f Scien t ific In st rum en t J un. 2006 基于 GP IB 接口的仪器与计算机之间的通讯 罗光坤 张令弥 王 彤 (南京航空航天大学振动工程研究所 南京 2 100 16) 摘要 以 + + 60 作为开发平台, 基于 总线结构, 在 2000 系统下设计开发了 仪器控制系统。给出了 V isu a l C GP IB W IN GP IB 系
2、统的硬件组成及软件设计方法, 实现了 35670 和笔记本电脑通过 接口板两者之间的通讯。为数据的进一步分析 H P A GP IB 处理提供了一个良好的软件平台。 关键词 接口板 35670 计算机 虚拟仪器 GP IB H P A 中图分类号 274 文献标识码 国家标准学科分类代码 5 10 5025 T P A The Comm un ica t ion between In strum en t an d Com puter Ba sed on GP IB In terface L uo Gu an gkun Zh an g L in gm i W an g Ton g (I ns
3、titu te of V ibra tion E ng ineer ing , N anj ing U n iv ers ity of A eronau tics and A s tronau tics , N anj ing 2 10016, Ch ina) Abstract A n in st rum en tat ion con t ro l sy stem is de signed and im p lem en ted fo r in st rum en t s w ith GP IB in terface T h e sy stem is develop ed b a sed on
4、 GP IB by u sing V isua l C+ + 60 a s develop ing p latfo rm Com ponen t s of h ard w are and im p lem en t of softw are are de scr ib ed in deta il T h e con t ro l sy stem p rov ide s a conven ien t too l fo r lap top , 35670 to comm un icate w ith in st rum en t w ith GP IB i e H P A 35670 Key wo
5、rds GP IB comm un icat ion board H P A PC V ir tua l in st rum en t 象, 利用 CON T EC 公司的 GP IB 接口板开发了一套小 型的虚拟仪器系统, 实现了 35670 与计算机之间 1 引 言 H P A 的通讯控制, 为数据的进一步分析处理提供了一个 良 目前工程中用到的仪器种类繁多, 功能各异, 一个 好的软件平台。 系统往往需要多台不同类型的仪器工作, 而传统意义 ( ) 12 上的接口方式 如串、并口 难以满足要求 。在这种 2 GP IB 总线接口介绍 背景下, GP IB (Genera l Pu rpo
6、 se In terface B u s) 接 口的 总线方式于 1978 年应运而生, 实现了计算机与测量系 2 1 GP IB 总线结构 ( ) 统的首次结合。GP IB 接口作为桥梁, 把各种可编程仪 GP IB 总线是一个数字化的 24 脚 扁型接口插座 器与计算机紧密地联系起来, 测量和仪器领域也由独 并行总线。其中 16 根线为 T TL 电平信号传输线, 包括 立的、传统的单台仪器向组成大规模 自动测试系统方 8 根双向数据线、5 根接 口管理线、3 根数据传输控制 向发展。利用计算机强大的数据分析处理、结果的图形 线, 其余 8 根为地线和屏蔽线。 使用 8 位并行、字 GP
7、IB 显示等功能, 不仅可以对带有 GP IB 接口仪器的完全计 节串行、异步通讯方式, 所有字节通过总线顺序传送。 ( ) 算机控制, 而且也可实现对原仪器功能进行重新定义、 由于 的数据单位是字节 8 位 , 数据一般以 GP IB A SC 设计或扩展而构成一套先进的虚拟仪器系统。基于此, 码字符串方式传送。 文中以惠普公司的动态信号分析仪 35670 为对 系统设备有讲者、听者和控者 3 种属性。实 H P A GP IB ( ) ( ) 本文于 2005 年 2 月收到, 系航空科学基金 04 52065 和中国博士后科学基金 20040352 15 资助项 目。 I - Page
8、2-第 6 期 基于 GP IB 接口的仪器与计算机之间的通讯 635 际设备具有其中的一种、两种或全部具备。讲者能通过 ( 1) GP IB 接口编程方便, 减轻了软件设计负担, 可 总线向其它设备发送数据, 听者能从总线上接收讲者 使用高级语言编程; 发送的数据, 而控者可以通过寻址指定连到总线上具 (2) 提高了仪器设备性能的指标。利用计算机对带 有讲者属性的设备成为讲者和具有听者属性的设备作 有 GP IB 接口的仪器实现操作和控制, 可实现系统的自 为听者, 包括指定它 自己。一般来讲, 在 GP IB 系统中计 校准、自诊断等要求, 从而提高了测量精度; 算机是控者, 具有讲、听、
9、控 3 种属性。为避免总线冲 (3) 便于将多台带有 GP IB 接 口的仪器组合起来, 突, 一次只能有一个讲者, 但可以同时有几个听者。在 形成较大的测试系统, 高效灵活地完成各种不同的测 GP IB 系统中, 为保证多线消息能双向、异步、准确可靠 试任务, 而且组建和拆散灵活, 使用方便; 的传递, GP IB 母线中设置了三条握手线用于控制设备 (4) 便于扩展传统仪器的功能。由于仪器和计算机 之间消息字节的传送: DAV (DA TA VA L ID ) 数据 相连, 因此可在计算机的控制下对测试数据进行更加 有效线; N R FD (N O T R EA D Y FO R DA T
10、A ) 未准 灵活、方便的传输、处理、综合、利用和显示, 使原来仪 备 好 接 收 数 据 线; N DA C ( N O T DA TA 器采用硬件逻辑很难解决的问题迎刃而解。 A CCEP T ED ) 未收到数据线。 2 2 GP IB 总线特点 3 硬件组成及软件设计 GP IB 是计算机和仪器间的标准通讯协议, 它的硬 件规格和软件协议已纳入国际工业标准 IEEE 4881 和 3 1 硬件组成 IEEE 4882 中。GP IB 作为最早的仪器总线具有以下 文中用到的硬件示意图如图 1 所示, 主要有以下 3 特点: 个部分组成, 下面分别加以介绍。 图 1 硬件组成 311 日本
11、 CON T EC 公司的 GP IB (CB ) F 接口板 的采集与各种分析, 本文所做的研究通用于这两类仪 它是 类型接口板, 完成 仪器与笔 器。 35670 广泛适用于以下类型的测量: 转动机械 PCM C IA GP IB H P A 3 测量、结构测量、声学测量、频谱和网络测量以及控制 记本电脑之间的通讯 。其特点是: 符合 IEEE 4882 标准; 数据最大传速率是 15 ; 内置 2 系统测量。当配备了所有的选用件时, 其功能相当于频 M byte s kbyte F I FO 用于数据的传送和接收; 内置 GP IB 总线分析功 谱分析仪、网络分析仪、声级表、声学强度分析
12、仪、振动 能; 具有 自诊断功能。该卡附有驱动程序库 分析仪、音频示波器和幅度域分析仪等。它配备有下列 A P I ( 32) , 它提供了 32 格式的函数, 为各 仪器工作方式: 快速傅里叶变换(F F T ) 分析、相关分 PA C W W IN A P I 种常用编程语言提供使用方便、统一的软件接口, 能够 析、直方图时间分析、倍频程分析、阶次分析和扫描正 用于 、2000、 、98 等操作系统, 支持的编 弦等。 W indow s X P M e 程语言包括 、 + + 、 + + 、 35670 在前面板上通过各种功能软键来完成 L abV IEW V isua l C Bo l
13、and C H P A 、 、 等。当该卡驱动程序在笔 数据的采集、分析、结果的图形显示以及仪器的控制等 V isua l B a sic D elp h i B u ilder 记本电脑上成功安装以后, 在其属性页中可以对该板 功能, 后面板上配备有 GP IB 和 R S232 接口, 可与计算 卡的诸如板卡名称、板卡主、从地址、查询模式、超时间 机通讯或直接由计算机对其进行远程控制, 其控制指 隔、传输字符结束模式等各种常用属性进行配置, 同 ( ) 令完全符合 SCP I 可程控仪器标准命令 标准, 此外该 时, 在其属性设置中, 还包括该板卡的自诊断功能, 可 仪器也配有软驱通过磁盘
14、来存储数据。本文由计算机 以方便的检查板卡的启动和驱动程序是否正常, 并可 来控制 35670 采集和分析数据, 并且通过 接 H P A GP IB 以将诊断结果以文本方式输出。 口实现两者之间的数据交换以备后续各种处理。 312 惠普公司的动态信号分析仪 35670 H P A 313 笔记本电脑 4 35670 是一款高性能的动态信号分析仪 , 作 为系统 的“主控 者 ”, 通 过 接 口板 对 H P A GP IB 包括两种型号一双通道和四通道, 可以完成动态信号 35670 进行完全“软件”控制, 主要包括以下几个 H P A - Page 3-636 仪 器 仪 表 学 报 第
15、 2 7 卷 ( ) 方面: 仪器的控制 初始化、复位、仪器参数设置等 ; 各 址。 ( 种数据 采集的原始数据或由 35670 分析的结果 H P A ) 数据等 在仪器与计算机之间的传递; 通过特定软件 ( ) 如模态软件 根据不同的应用需求对 35670 的数 H P A ( ) 5 据进行后续处理 如模态分析 等 。 3 2 软件设计 软件部分设计主要用到的是 板卡的 32 GP IB W IN 函数驱动库以及 35670 自身的 命令库。 A P I H P A SCP I A P I 函数库封装了对 GP IB 板卡初始化、从 GP IB 设备 读取数据、向 GP IB 设备写入数
16、据或命令以及 GP IB 设 备的清除等各种控制操作。 35670 提供了几百种 H P A SCP I 命令, 可实现仪器的状态设置、数据的显示、文件 图 2 软件主界面 的管理以及前面板的控制等各种操作。本文采用可视 32 2 GP IB 的写、读控制 化编程环境 V isua l C + + 60 作 为开发平 台, 在 该部分主要完成发送仪器的控制命令以及接收数 W IN 2000 系统下开发了 GP IB 仪器控制程序, 界面如 据功能。 图 2 所示。其主要功能包括: 时域数据的存储、删除; 频 发送仪器控制命令函数原型为: DW O RD R et = ( ) 域数据 频响函数
17、的存储、删除; 当前图形上任意内容 Gp T a lk (Cm d, Sr len , Srbu f) 。Cm d 是包含三个元素的 数据的存储、删除; 仪器的初始化、控制权的转换以及 操作结果的状态显示等。 数组, Cm d 0 指讲者和听者的数 目总和, 本系统中只 有计算机和一个 仪器 35670 , 所以设定为 2; 32 1 仪器的初始化 GP IB H P A 主要包括板卡的初始化和 35670 的初始化。 Cm d 1 指讲者的地址; Cm d 2 指听者的地址。Sr len H P A 指发送命令字符串的长度。Srbu f 是字符串指针, 存放 在 GP IB 系统中, 每个设
18、备至少应具有一个 0 到 30 之间 要发送的控制命令。 的 GP IB 地址, 在同一系统中, 不同的设备应具有不同 接收数据函数原型为: DW O RD R et = GpL isten 的地址, 一般 GP IB 板卡设置地址 0, GP IB 仪器地址从 1 ( , , ) 。 参数意义同上。 到 30。板卡在计算机安装成功以后, 在其属性页中, 默 Cm d ; 前 一种工作模式, 在本文所涉及 的 GP IB 系统 中, CA L C F EED X T IM V OL T W A I DA TA ? 35670 作为被控者而计算机作为主控者, 因此, 其 H P A 1: : :
19、 2, 1 ; 工作模式必须要变为“ ” 。 CA L C F EED X FR POW RA T FO RM A DDR E SSBL ON L Y ; ; ? R EA L W A I DA TA 初始化函数原型为: ( ) 。当返 DW O RD Gp In i vo id 对于 35670 , 由于数据存储针对于当前图形 回值为 0 时, 初始化成功, 此时 35670 前面板上的 H P A H P A 进行操作, 因此在存储完毕以后要保证当前图形中显 各种功能软键除了“ ”外都失效, 系统的控 L oca l GP IB 示的内容前后一致, 此时需要在存储前读出当前图形 制权属于计
20、算机, 由计算机通过 GP IB 总线发送各种控 中的显示状态, 存储后据此即可恢复到原来的状态。 制命令对仪器进行操作。 35670 若再得到控制权 H P A 32 3 系统中的同步实现方法 有两种方式可以实现: 一种方法是通过软键“ L oca l 在 35670 执行命令的过程中, 后一种操作有 ”来得到, 另一种是通过程序来控制, 由图 2 中的 H P A GP IB 可能取决于前一种操作的执行结果, 而前一种操作可 “ ”按键来实现, 其实质是发送命令 ( ) GTL Gp Gt l Y radr 能要花上一段时间才能执行完毕。在这种执行情况下, 来使仪器得到控制权, 参数 指
21、35670 的地 Y radr H P A - Page 4-第 6 期 基于 GP IB 接口的仪器与计算机之间的通讯 637 必须要保证前一种操作执行完毕之后才能执行后一种 据, 而且可以在本系统中连结多台 GP IB 仪器, 由 GP IB 操作, 否则, 结果有可能出现错误。这就是同步问题。状 接口设备完成信号的采集、测量与调理, 利用计算机强 态和事件报告系统提供了几种方法, 如 W A I, O PC 大的软件功能实现信号数据的运算、分析、处理以及显 等控制命令。用 W A I 命令强制后一个命令必须等前 示等, 从而构成一套大型多功能的计算机仪器系统即 一个命令执行完之后才开始执
22、行, 它是最容易实现的 虚拟仪器系统, 由此可以充分利用计算机的软件和硬 一个方法。此外, 也可以通过软件延时来达到此 目的, 件资源, 使本来需要硬件或电路难以实现或根本无法 即在传输数据时, 两条指令之间根据实际情况加一个 实现的技术软件化和虚拟化, 最大限度的降低成本, 增 软件延时, 在延时时间段内确保上一条指令数据传输 强系统的功能和灵活性。 完毕即可。 参考文献 在文中, 主要采用的是 W A I 命令配合软件延 时, 以保证正确地实现 35670 与应用程序之间的 1 刘君华, 贾惠芹, 丁晖, 等 虚拟仪器图形化编程语言 H P A 数据交换。 L abV IEW 教程 西安:
23、 西安电子科技大学出版社, 32 4 数据文件的管理 200 1: 128130 由于从 GP IB 数据总线上接收到数据是字符串形 2 张易知, 肖啸, 张喜斌, 等 虚拟仪器的设计与实现 式, 而且数据之间有分割符以及结束符等, 需要对字符 西安: 西安电子科技大学出版社, 2002: 18 串数据进行管理以便对 35670 的数据根据特定需 3 GP IB (CB ) F u ser gu ide Con tec Co rpo rat ion , 2004 H P A 4 35670 , A op erato r s gu ide A g ilen t Co rpo rat ion 要后
24、续处理。本文将接收到的数据以 码方式存 A SC 2000 放, 可以新建一个文件或者是追加到原有文件, 该文件 5 张令弥 振动测试与动态分析 北京: 航空工业出版 格式可以由 或 等其它通用软件 M A TLA B L abV IEW 社, 1992: 238265 方便调用。 6 35670 GP IB p rogramm ing w ith th e A g ilen t A A g i len t Co rpo rat ion , 2000 4 结束语 作者简介 文中实现了基于 总线的 35670 仪器与 GP IB H P A 罗光坤 男 1978 年生 博士研究生 主要研究方向
25、笔记本电脑之间的通讯, 数据传输速度快, 操作方便, 为动态测试与虚拟仪器 不仅能够完全替代仪器 自身的软驱通过磁盘来传输数 : 00 11 163 E m a il luk e com (上接第 628 页) 10 孟军, 杨广林. 应用蒙特卡罗方法对黑龙江创业农场 13 张方仁, 张金通 测量误差的统计分布和检验 北京: 水稻单产变化的预测. 生物数学学报, 2003, 18 (2) : 中国计量出版社, 1992 229233 作者简介 11 张海滨, 王中宇, 刘智敏 最大残差法的蒙特卡洛模 拟研究 第五界海峡两岸计量与质量学术研讨会论 王中宇 男 1963 年生 博士 教授 博士生导师 文集, 2004: 337345 主要研究方向为光电测试技术及仪器 测量不确定的理论 12 刘智敏 不确定度及其实践 北京: 中国标准出版社, 与应用 2000 : E m a il m ew an buaa edu cn
