基于VC++ 6.0的GPIB仪器控制实现方法

基于VC++ 6.0的GPIB仪器控制实现方法
(2008-12-08 18:16:33)
标签：
分类：射频
gpib
labview
通信
it
引言
基于GPIB（Gerneral Purpose Interface Bus）的自动测试系统是计算机技术和自动测试技术相结合的产物，目前仍广泛地应用于众多领域。

GPIB标准接口总线是命令级兼容的外总线，主要用来连接各种仪器，组建由微机控制的自动测试系统。

各种仪器只要配备了这种接口，就可以按要求灵活组建自动测试系统[1]。

控制GPIB仪器的过程就是给仪器发送指令，然后从仪器接收数据的过程[2]。

在VC++ 6.0编程环境下，可以利用Agilent VISA transition library （VTL）直接对仪器的参数设置进行控制，程序直观、可读性较强。

由于不同的仪器回传的波形长度不同，且仪器回传的波形数据是ASCII码或二进制码，需通过算法进行波形数据解析，将其转换为十进制数组。

LABVIEW8.0作为一个图形化编程软件，为实现仪器编程
和数据采集系统提供便捷途径，其仪器I/O助手可以自动对波形长度和波形数据进行解析。

在VC++6.0环境下将Agilent VTL与LabVIEW 结合使用，即利用Agilent VTL直接对仪器的参数进行设置，利用LabVIEW生成的动态链接库（DLL）来读取仪器波形，这样可以节省时间，以便将更多的精力投入到优化测试算法、提高测试准确性上。

1 GPIB仪器控制的硬件平台
GPIB仪器控制的硬件平台由计算机、GPIB电缆、USB-GPIB控制器、GPIB仪器组成，如图1所示。

其中，USB-GPIB控制器是一个USB与GPIB的接口转换控制器。

使用USB-GPIB控制器时，不需要打开计算机主机箱，避免了计算机的内部噪声，且支持即插即用，使用起来较GPIB卡方便。

同时，无需GPIB电缆即可直接将USB-GPIB控制器与仪器相连。

图1 GPIB仪器控制的硬件平台
2 GPIB仪器控制的软件平台
GPIB仪器控制的软件平台为VC++ 6.0，其底层将Agilent VTL与LabVIEW生成的DLL相结合。

软件平台如图2 所示。

图2 GPIB仪器控制的软件平台
2.1 调用Agilent VTL
Agilent I/O Library中包含VISA transition library（VTL），只要安装I/O library就可通过VC++对仪器进行控制。

VISA（虚拟
仪器软件架构，Virtual Instrument System Architecture）是VXIplug&play系统联盟的35家最大的仪器仪表公司所统一采用的标准。

GPIB、VXI、RS-232、LAN等接口均支持VISA。

使用VISA编写仪器控制程序的好处在于，不需要了解底层的实际接口的类型是什么，无论对于GPIB还是其他接口，只需要掌握VISA I/O这一套函数库，程序在运行时VISA就会根据实际接口类型自动调用相应的接口驱动程序例程，完成与仪器间的通信操作[3]。

利用VISA接口库提供的丰富的函数指令来建立计算机与仪器之间的控制指令、测试参数的互传，主要用到下述几个VISA函数[4－5]：(1)viOpenDefaultRM(session)，用于初始化并定位VISA系统。

其中，session表示一个VISA库函数中专用的与仪器之间进行通讯的ViSession数据类型对象，在调用VISA库时，这是第一条必须使用的语句，表明VISA库函数已经启动。

（2）viOpen（*session，rsrcName，accessMode，timeout，*vi），用于建立计算机与仪器之间联系的会话。

本函数紧跟在viOpenDefaultRM（session）函数后，作为第二条命令使用，共有五个参数。

*session表示指向第一条语句中ViSession 数据类型对象的指针；rsrcName表示要控制的仪器的参数值，包括其总线结构样式、地址，使VISA库能定位此设备；accesssMode表示VISA系统对仪器的访问模式，有完全访问、命令只发不收、只收不发等几种方式，一般情况下，都直接取默认值为VINULL，表示对设备完全访问；timeout表示超时时间，表明当多少时间延迟后，仪
器无反应，则认为此次命令发送失败，单位为ms，一般取默认值
VI_NULL，表示不设超时控制；*vi是一个指针，指向与被控仪器相关的ViSession对象，访问它可随时获得设备任何时刻的被程控状态，一般预先定义一个vi与当前设备相关的ViSession对象，写为&vi。

（3）viPrintf（vi，writef rm），用于发送仪器控制指令，设置其初始参数值或指示其进行某项操作，使仪器动作或查询仪器状态。

其中，vi表示与当前控制设备相关的ViSession对象；writef rm，是字符串参数，表示对仪器发送命令的实际内容，是符合SCPI （Standard Commands for Programmable Instruments，可编程仪器标准）的。

SCPI是为开发计算机和测试系统间的通用接口语言，是IEEE488.2标准硬件部分的顶层规范，是一个独立于硬件的纯粹软件标准。

SCPI语句以ASCII文本的方式存在，因此可以加入到任何计算机测试编程语言之中，也可以通过任何仪器接口被发送，如GPIB、RS-232、LAN等。

（4）viScanf（vi，readf rm，params），与viPrintf函数相对，表示接收所程控仪器回送的信息，并将其储存起来。

其中，vi表示与当前控制设备相关的ViSession对象；readf rm定义用于保存从仪器接收来的数据的类型，常用的有字符串型（表示为%t）、整型（表示为%d）等；params表示一个readf rm类型的变量，存储程控仪器发送的信息。

(5)viClose(vi)，用于结束计算机与仪器之间联系的会话，所有为该会话分配的数据结构都被释放。

在程控过程，计算机需要不断地通过上述几个函数，将测试的相关参数发命令赋给仪器，并接收仪器回传的数据。

要在VC＋＋6.0中编译VISA程序，需要在VC＋＋6.0的库文件（Library Files）目录中加入visa32.lib，在包含文件（Include Files）目录中加入指定的目录。

2.2 调用LabVIEW生成的DLL
动态链接库（DLL）是基于Windows程序设计的一个重要组成部分，是一个位于应用程序外部的过程库，它可以从应用程序中调用，在运行时被动态链接，但并没有被绑定到EXE文件上。

DLL是可共享和重入的，它的代码执行速度很快[6]。

VC++调用LabVIEW生成的DLL的步骤如下：
第一，用LabVIEW仪器I/O助手编写读取波形数据程序。

在仪器I/O 助手里，对仪器的一次访问操作被划分为若干个预定义的步骤，可以在这些定义好的步骤的基础上进行合理的组织，以构建一次完整的仪器I/O会话。

预定义的步骤是：Select Instrument（选择仪器），用于选择要与之通信的目标仪器和定义基本的连接参数；Query and Parse（查询和解析），用于向仪器发送查询波形命令、读回仪器的响应结果，并利用Auto Parse功能自动解析波形数据。

在编写LabVIEW程序时一定要定义Connector（连接器），即定义参数形式和接口，使LabVIEW与VC++6.0能互相进行通信。

第二，在LabVIEW的Build Specifications中选择Shared Library (DLL)，可对DLL的输出路径、函数接口等进行设置，生成*.dll，*.h，*.lib等文件。

第三，在VC++中调用DLL，需要在工程中添加上述*.h，*.lib文件以及LabVIEW中的cintools文件夹路径。

如果要在脱离LabVIEW的环境下调用该DLL，则需要保存cintools文件夹内容，并且安装与LabVIEW版本相匹配的LabVIEW Run－time Engine。

3.在频谱仪中的应用[7-8]
下面举例说明上述方法在Agilent E4403B频谱仪中的应用。

将
E4403B的内部50MHz参考信号作为频谱仪的输入源。

在VC++中，对频谱仪的中心频率、跨度、参考电平、衰减等参数进行控制，使被
测波形能在频谱仪上显示，部分控制代码如下：
ViSession defaultRM，vi；
viOpenDefaultRM（&defaultRM）；
viOpen（defaultRM,“GPIB0::18::INSTR”,VI_NULL,VI_NULL，&vi）；viPrintf（vi,“:CAL:SOUR:STAT ON\n”）；//打开内部50MHz参
考信号
viPrintf（vi,“:FRE Q:CENT 50E6\n”）；//将中心频率设置为50MHz viPrintf（vi，“:FREQ:SPAN 80E6\n”）；//将跨度设置为80MHz viPrintf（vi，“:DISP:WIND:TRAC:Y:RLEV 0\n”）；//将参考电
平设置为0dBm
viPrintf（vi，“:POW:ATT 10\n”）；//将衰减设置为10dB
……
viClose（vi）；
viClose（defaultRM）；
在LabVIEW I/0仪器助手中向频谱仪发送查询示迹（Trace）1的波形命令“:TRAC:DATA? TRACE1”，利用Auto Parse功能自动解析波形数据，并生成DLL。

解析波形数据如图3所示。

因频谱仪测试窗口由401个水平像素点组成，所以得到的是波形长度为401的数据串。

Value窗口中给出了波形数据的预览，它是关于幅度电平与数据点之间的曲线。

根据开始频率、跨度与各个数据点间的关系，可以将上面的波形转化成幅度电平与频率的关系曲线，即频谱，其波形如图4所示。

图3 解析波形数据
图4 LabVIEW环境下的频谱波形
在VC++中的viClose语句前添加调用DLL的语句，将LabVIEW解析的幅度电平与频率数据串传递给VC++。

最终，VC++实现了频谱仪参数设置及波形读取的功能，其用户界面如图5所示。

图5 VC++环境下的测控界面
观察图4与图5所示的频谱波形，LabVIEW读取的波形数据与VC++调用的波形数据相同，说明LabVIEW与VC++之间数据传送正确，能够正常通信。

用户可根据测试需要，适当增减仪器参数设置控件。

4.结论
在VC++ 6.0环境下，将Agilent VTL与LabVIEW生成的DLL相结合共同对GPIB仪器进行控制，可以克服只调用Agilent VTL或只调用LabVIEW生成的DLL所存在的弊端，对于增加程序的可读性、优化设计、提高测试效率等有一定的益处。