【正文】 儀器及模塊化儀器進(jìn)行控制以實(shí)現(xiàn)各個(gè)儀器的基本功能，使同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)過程中了解到自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的工作原理，感受到自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠較好的指導(dǎo)同學(xué)們的理論學(xué)習(xí)，可以運(yùn)用到自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 2 頁 共 30頁 2 1 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)概述 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)稱 ATS（ Automatic Test System） 是以計(jì)算機(jī)為核心，在程控 指令的指揮下，能夠自動(dòng)完成某種測(cè)試任務(wù)而組合起來的測(cè)量?jī)x器和其它設(shè)備的有機(jī)整體。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的研究工作始于 1956 年美國(guó)的 SETE 計(jì)劃，以解決美國(guó)軍方在軍用電子設(shè)備（如航空電子系統(tǒng)和導(dǎo)彈系統(tǒng)等）的維護(hù)工作問題。經(jīng)過四十多年的發(fā)展，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)已經(jīng)具有功能強(qiáng)、精度高、測(cè)量速度快、自動(dòng)化程度高和良好人機(jī)界面等諸多優(yōu)點(diǎn)。 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 《自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)》課程詳細(xì)介紹了 VXI 總線規(guī)范、 VPP 規(guī)范、 VXI 儀器硬件模塊的設(shè)計(jì)、符合 VPP 規(guī)范的軟件設(shè)計(jì)（包括儀器驅(qū)動(dòng)程序、軟面板、 VISA 庫(kù)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)）、 VXI 系統(tǒng)的組建、 、 和 SCPI 標(biāo)準(zhǔn)，另外還對(duì) PXI 總線測(cè)試系統(tǒng)以及 IVI 規(guī)范做了介紹。 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)要求掌握 GPIB、 VXI 總線自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)成和工作機(jī)制，掌握常用 GPIB、 VXI 總線儀器模塊的使用和程控命令。能夠根據(jù)不同的測(cè)試對(duì)象，選擇適宜的 VXI、 GPIB 模塊或儀器，組建濾波器幅頻特性測(cè)試的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，利用軟件開發(fā)工具和 VISA 或儀器驅(qū)動(dòng)器開發(fā)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件，對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行測(cè)試，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行誤差分析和處理。 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)軟件結(jié)構(gòu) 根據(jù)硬件及其相 應(yīng)參數(shù)的測(cè)試要求，選擇合適的 VXI、 GPIB 模塊或儀器組建測(cè)試系統(tǒng)以后，可以選擇圖形化軟件開發(fā)工具 LabVIEW、 C、 C++等工具進(jìn)行虛擬儀器的開發(fā)。 本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是選用圖形化的開發(fā)工具 LabVIEW 進(jìn)行開發(fā)的。利用 LabVIEW 作為整個(gè)虛擬儀器程序的開發(fā)工具，同時(shí)要使開發(fā)環(huán)境能夠正常的工作還需包括： NIVISA NIICP Agilent IO Libraries Suite 儀器驅(qū)動(dòng)程序（ ag33xxx、 ag546xx、 hp33120a、 hp34401a） VISA（虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)） VISA（ Virtual Instrumentation Software Architecture） ，即虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)，是 VPP系統(tǒng)聯(lián)盟制定的 I/O 接口軟件標(biāo)準(zhǔn)及其相關(guān)規(guī)范的總稱。 VISA 是隨著虛擬儀器系統(tǒng)，特別是 VXI 總結(jié)技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的。對(duì)于驅(qū)動(dòng)程序、應(yīng)用程序開發(fā)而言， VISA 庫(kù)函數(shù)是一套可方便調(diào)用的函數(shù)，其中核心函數(shù)可以控制各種類型器件，而不用考慮器件的接口類型， VISA 也可以包含部分特定接口函數(shù)。 VXI 用戶可以用同 一套函數(shù)為 GPIB器件、 VXI 器件等各種類型器件編寫軟件，學(xué)習(xí)一次 VISA 就可以處理各種情況，而不 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 3 頁 共 30頁 3 必學(xué)習(xí)不同廠家、不同接口類型器件的不同 I/O 接口軟件的各種使用方法。本課題主要直接運(yùn)用 VISA 的寫入、讀取、設(shè)置超時(shí)等簡(jiǎn)單函數(shù)。 儀器驅(qū)動(dòng)程序 儀器驅(qū)動(dòng)程序是一套可以方便被用戶調(diào)用的程序，利用它就不必了解每一個(gè)儀器的編程協(xié)議和具體編程步驟，只須調(diào)用相應(yīng)的一些函數(shù)就可以完成對(duì)儀器各種功能的操作，并且對(duì)儀器驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)功能及接口開發(fā)等作了詳細(xì)規(guī)定。 儀器驅(qū)動(dòng)程序是由儀器供應(yīng)廠家提供的，而且所有 的儀器驅(qū)動(dòng)必須提供程序源代碼，而不是只提供給可調(diào)用的函數(shù)。用戶可以通過閱讀與理解儀器驅(qū)動(dòng)程序源代碼，根據(jù)自己的需要來修訂與優(yōu)化驅(qū)動(dòng)程序。同時(shí)儀器驅(qū)動(dòng)程序具有機(jī)構(gòu)化層次化，他不是 I/O級(jí)的底層操作，而是較抽象的儀器測(cè)試與控制。儀器驅(qū)動(dòng)程序的功能調(diào)用是多層次的，既有簡(jiǎn)單的操作，又有儀器的復(fù)合功能。所有儀器驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)都遵從外部接口模塊與內(nèi)部設(shè)計(jì)模塊的雙重結(jié)構(gòu)。儀器驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，包括其錯(cuò)誤處理方法、幫助消息的提供、相關(guān)文檔的提供以及所有修正機(jī)制都是統(tǒng)一的。用戶在理解了一個(gè)儀器驅(qū)動(dòng)程序之后，可以利用儀器驅(qū) 動(dòng)程序的一致性，方便而有效地理解另一個(gè)儀器驅(qū)動(dòng)。儀器驅(qū)動(dòng)程序具有兼容性與開放性，儀器驅(qū)動(dòng)程序遵從 VPP 規(guī)范的要求，不僅適用于 VXI儀器，也同樣適用于 GPIB 儀器、串行接口儀器。 在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)過程中使用的儀器驅(qū)動(dòng)程序主要有：任意波形發(fā)生器（ Agilent 33520A）儀器驅(qū)動(dòng)程序 ag33xxx，示波器 (Agilent 54622D)儀器驅(qū)動(dòng)程序 ag546xx，任意波形發(fā)生器模塊（ Agilent E1441A）儀器驅(qū)動(dòng)程序 hp33120a，萬用表模塊 (Agilent E1412A)儀器驅(qū)動(dòng)程序 hp34401a。這些儀器驅(qū)動(dòng)程序的部件函數(shù)包括：初始化函數(shù)、配置函數(shù)、動(dòng)作 /狀態(tài)函數(shù)、數(shù)據(jù)函數(shù)、實(shí)用函數(shù)和關(guān)閉函數(shù)。 圖形化軟件開發(fā)工具 LabVIEW LabVIEW 是由美國(guó) NI 公司開發(fā)的、優(yōu)秀的圖形化編程開發(fā)平臺(tái)，是 Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench 的簡(jiǎn)稱，即實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)，是目前應(yīng)用范圍最廣、功能最為強(qiáng)大的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)。 LabVIEW 集成了與滿足 GPIB、 VXI、RS232 和 RS485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能 。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/IP、 ActiveX 等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動(dòng)有趣。圖形化的程序語言，又稱為 “Ｇ ”語言。使用這種語言編程時(shí)，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此， LabVIEW 是一個(gè)面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí) 現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。利用 LabVIEW，可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，它是一個(gè)真正的 32 位編譯器。像許多重要的軟件一樣，LabVIEW 提供了 Windows、 UNIX、 Linux、 Macintosh 的多種版本。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 4 頁 共 30頁 4 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)硬件工具 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由主控計(jì)算機(jī)、網(wǎng)關(guān)、 GPIB 總線、 VXI 機(jī)箱及儀器、GPIB 儀器和被測(cè)對(duì)象等硬件組成。 主控計(jì)算機(jī)是自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的主控制端，通過運(yùn)行實(shí)驗(yàn)平臺(tái)軟件（虛擬儀器）對(duì)GPIB 儀器或 VXI 模塊化儀器進(jìn)行控制，完成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)各個(gè)項(xiàng)目。局域網(wǎng)上可以有多臺(tái)計(jì)算機(jī)共享實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的測(cè)試設(shè)備，每臺(tái)計(jì)算機(jī)可以通過局域網(wǎng)控制儀器或?qū)崿F(xiàn)對(duì)被測(cè)對(duì)象的測(cè)量，但是在同一時(shí)間同一臺(tái)儀器或模塊只能由一臺(tái)主控計(jì)算機(jī)控制，一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以同時(shí)控制多臺(tái)儀器或模塊。 網(wǎng)關(guān)是信息交換和管理中心，為自測(cè)試系統(tǒng)各個(gè)儀器模塊提供資源地址，同時(shí)按先后順序?qū)⒌竭_(dá)網(wǎng)關(guān)的指令排序并尋找對(duì)應(yīng)設(shè)備作出響應(yīng)。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使用的網(wǎng)關(guān)是 Agilent E5810。 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使用的 GPIB 電纜是 hp10833A 和 hp10631B。 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使用的是 Agilent E1421B 六槽主機(jī)箱，它保證 VXI 各個(gè)儀器模塊 恰當(dāng)?shù)剡B接到地板，而且提供冷卻、通風(fēng)設(shè)備和電源。機(jī)箱六個(gè)槽從左到右依次是 0 到 5，處于 0 槽的是 Agilent E1406A 零槽模塊，處于 1 槽的是 Agilent E1441A 任意波形發(fā)生器模塊，處于 2 槽的是 Agilent E1412A 萬用表模塊，這些模塊都是 C 尺寸模塊（ *340mm）的。零槽模塊即是 VXIbus 系統(tǒng)的資源管理器又提供 0 槽服務(wù)，它們兩者共同提供了系統(tǒng)的公共資源，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行都是至關(guān)重要的。資源管理器是系統(tǒng)配置的管理者，也是系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。 0 槽服務(wù)向系統(tǒng)提供共用資源，也是系統(tǒng)工作中 的重要部分。任意波形發(fā)生器模塊可以產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)平臺(tái)需要的任意信號(hào)，可以產(chǎn)生三角波、正弦波、方波等，也可以產(chǎn)生用戶自己編輯的波形。萬用表模塊為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供各種測(cè)量需要，可以測(cè)量直流電壓、交流電壓、直流電流、交流電流、電阻、頻率等。 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)有兩臺(tái)智能的 GPIB 儀器，一臺(tái)是 Agilent 33250A 任意波形發(fā)生器，一臺(tái)是 Agilent 54622D 示波器。 Agilent 33250A 主要是為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供各種信號(hào)，例如三角波、正弦波、方波等，以便實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完成不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的需要。 Agilent 54622D 主要作用是 采集并顯示信號(hào)，提供給用戶更好的觀察，并可以測(cè)量出波形的電壓、頻率、相位等參數(shù)。 被測(cè)對(duì)象在本設(shè)計(jì)中使用的是自主設(shè)計(jì)的多功能實(shí)驗(yàn)板，可以提供電壓、電流、電阻、周期、頻率和濾波器幅頻特性測(cè)試需要的硬件電路。 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由測(cè)試測(cè)試軟件和硬件系統(tǒng)組成，測(cè)試軟件是由每個(gè)儀器對(duì)應(yīng)的虛擬儀器和濾波器測(cè)試程序組件起來的，硬件系統(tǒng)由硬件工具在局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過網(wǎng)關(guān)和 GPIB 電纜有機(jī)的連接組建的。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 5 頁 共 30頁 5 主 控 計(jì) 算 機(jī) 1主 控 計(jì) 算 機(jī) 2主 控 計(jì) 算 機(jī) N? ? ? ?局域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)零槽任意波形發(fā)生器萬用表?示 波 器任 意 波 形 發(fā) 生器 被測(cè)對(duì)象 V X I 機(jī) 箱G P I B 電 纜探 針 / 夾 具G P I B 儀 器 圖 《自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) 》實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)框圖 局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)主控計(jì)算機(jī)對(duì) GPIB 儀器和 VXI 機(jī)箱及儀器模塊的共享局。局域網(wǎng)終端任意一臺(tái)計(jì)算機(jī)通過測(cè)試軟件發(fā)送指令，經(jīng)過局域網(wǎng)到網(wǎng)關(guān) E5810，網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)將這些命令排序并尋找指令對(duì)應(yīng)的儀器，相應(yīng)的儀器根據(jù)指令進(jìn)行測(cè)量或響應(yīng)，并將結(jié)果返回到主控計(jì)算機(jī)。 2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)軟件開發(fā) 基于 LabVIEW 的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)軟件開發(fā)主要采用 VISA 和儀器驅(qū)動(dòng)程序作為底層的開發(fā)工具，使用 LabVIEW 開發(fā)每一臺(tái)儀器或模塊的虛擬儀器以及用這些虛擬儀器有機(jī)組合成的具有新功能的虛擬儀器。 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)軟件開發(fā)環(huán)境的配置 LabVIEW 構(gòu)建自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的軟件開發(fā)環(huán)境要求正確的安裝并配置相關(guān)的軟件和儀器驅(qū)動(dòng)程序。相關(guān)的軟件有： Agilent I/O Libraries Suite 、 NIVISA 、 NIICP 。 Agilent I/O 可以更好的尋找儀器驅(qū)動(dòng)程序和快捷的配置 I/O。一般來說只要支持LabVIEW 的版本就可以了，本在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)的過程中選用的是 版本，當(dāng)然不一定要求這么高的版本。在使用 Agilent Connection Expert 配置 I/O 步驟為：?jiǎn)螕?I/O Configuration，在下拉菜單中選擇 Add Interface，在彈出對(duì)話框中選擇 Remote GPIB（ via E5810 or Remote IO Server） ，單擊 Add。值得注意的是在 I/O Configure 下拉菜單中，不要選擇 Add instrument 進(jìn)行配置，否則在 VXI 儀器的儀器驅(qū)動(dòng)程序的運(yùn)行時(shí)將無法找到相應(yīng)的 VISA 資源名。 NIVISA 中的 VISA 庫(kù)作為 I/O 接口軟件，它駐留在系統(tǒng)管理器（計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)）中實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與儀器之間命令與數(shù)據(jù)的傳輸。本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)使用的是 NIVISA ，一般來說只要 LabVIEW 支持的版本就可以了，沒必要選擇如此高版本的 VISA，但是實(shí)驗(yàn)平臺(tái)同時(shí)用到了 NI