《LabVIEW虚拟仪器程序设计及应用 教学课件 ppt 作者 吴成东 孙秋野 盛科 第11章 仪器控制与网络通信》由会员分享，可在线阅读，更多相关《LabVIEW虚拟仪器程序设计及应用 教学课件 ppt 作者 吴成东 孙秋野 盛科 第11章 仪器控制与网络通信（89页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第11章 仪器控制与网络通信,在进行虚拟仪器开发时，用户要组成一个完整的系统仅靠数据采集系统来虚拟仪器是远远不够的，必须还有一些实际存在的仪器与虚拟系统协同工作，这就需要虚拟仪器与外部仪器之间的通信和控制，仪器控制就是通过计算机上的虚拟软件来实现这些功能。,LabVIEW是NI（National Instruments）公司具有革命性的图形化虚拟仪器开发环境，它内置信号采集、测量分析与数据显示功能，集开发、调试和运行于一体。 LabVIEW 5.1及以后的版本充分考虑测控系统的网络化要求，集成了各种通信协议，提供丰富的网络化组件。,使用LabVIEW实现网络通信有4种方法： （1）无需具体协议
2、的远程桌面连接； （2）使用DataSocket技术进行网络通信； （3）实时发布测控程序的网页，异地使用浏览器（如Internet Explorer，Netscape Communicator等）进行监控； （4）使用TCP、UDP等传输控制协议编程进行网络通信。,11.1 常用总线及总线模块,实际的测量往往随实际的测量环境和测量目的不同而产生不同的要求，现有的测试测量仪器能提供很高程度的测量自动化操作，但有时仍然不能满足实际测量的需要，为了实现实时测量分析并记录其测量结果，必须增加一些额外的工作。,方法之一是利用仪器本身的模拟输出接口，配一个数据采集卡对模拟输出信号进行采集并进行相应的后续
3、分析处理；方法之二是利用仪器本身提供的编程接口，通过编程实现。与第一种方法相比，第二种方法不需要额外的硬件，使得测试系统变得简单、方便。,11.1.1 GPIB,GPIB（General Purpose Interface Bus，通用接口总线）是仪器与各种控制器（最常见的是计算机）之间的一种标准接口，许多仪器都带有此接口。,1GPIB总线虚拟仪器的硬件描述,GPIB使用8位并行、字节串行、异步通信方式，所有字节通过总线顺序传送，数据传输速率最高可达到8M/s。 GPIB接口是一种8位数字并行通讯接口，其数据传输速度为1Mbyte/s。 GPIB的基地址共有31个。,2GPIB总线虚拟仪器的软
4、件要求,用LabVIEW开发一个基于GPIB总线的虚拟仪器的软件包括：LabVIEW开发平台、GPIB接口卡驱动程序和仪器的LabVIEW驱动程序（不是必需的）。 在LabVIEW中为实现与GPIB仪器通信有两种方式，一种是利用函数选板中Instrument I/O子选板下的GPIB相关函数，另一种是利用函数选板中Instrument I/O子选板下的VISA相关函数。,11.1.2 VXI,1VXI技术的发展 VXI总线规范是一个开放的体系结构标准，其主要目标是：使VXI总线器件之间、VXI总线器件与其他标准的器件（计算机）之间能够以明确的方式开放地通信；使系统体积更小；通过使用高带宽的吞吐
5、量，为开发者提供高性能的测试设备；采用通用的接口来实现相似的仪器功能，使系统集成软件成本进一步降低。,2VXI技术特征,VXI技术是把计算机技术、数字接口技术和仪器测量技术有机的结合起来。 组建测试系统的主要目标是要降低测试成本、缩短测试系统的开发时间并且要把风险减少到最低限度，而VXI系统正是适应这一发展潮流。,VXI总线功能模块有： （1）VXI总线数字I/O （2）VXI-1210 64路数字量I/O模块 （3）VXI-1211 96路数字量I/O模块 （4）VXIbus信号源及信号调理模块 （5）VXI-1310 40MS/s 12Bits 4Ch任意波形发生器模块,（6）VXI-13
6、11 16Bits 16Ch D/A输出模快 （7）XI-1312 8通道程控放大滤波器 （8）VXIbus频率计数、时间间隔模块 （9）VXI-1410 8路高性能频率、周期、脉宽、时间间隔、计数带隔离模块 （10）VXI-1411 8路时间间隔分析模块 （11）VXIbus数据通信模块,（12）VXI-1510 8通道串口通信模块 （13）VXIbus开关模块 （14）VXI-1610 32路8A A型继电器开关模块 （15）VXI-1611 32路5A C型继电器开关模块,（16）VXI-1612 2组1648继电器开关阵列模块 （17）VXIbus开发套件 （18）VXI-1901 C
7、尺寸VXI总线开发模块 （19）VXI-1902 C尺寸VXI总线延伸卡 （20）VXI-1903 C尺寸VXI结构套件,3VXI总线系统规范简介,VXI总线系统或者其子系统由一个VXI总线主机箱、若干VXI总线器件、一个VXI总线资源管理器和主控制器组成。,VXI总线不是设计用来替代现存标准的，其目的只是为提高测试和数据采集系统的总体性能提供一个更先进的平台。因此，VXI总线规范定义了几种通信方法以方便VXI总线系统与现存的VME总线产品、GPIB仪器以及串口仪器的混合集成。 VXI总线规范详细规定了VXI总线兼容部件，如主机箱、背板、电源和模件的技术要求。,（1）VXI总线系统机械结构 V
8、XI总线规范定义了四种尺寸的VXI模块。 （2）VXI总线系统电气结构 VXI总线完全支持32位VME计算机总线。 （3）VXI总线控制方式 嵌入式VXI控制器 外接式控制器,常用的连接方式是嵌入式计算机，但成本过高。 典型的系统结构配置是：单CPU系统、多CPU系统、独立系统和分层式仪器系统。,11.1.3 PXI,PXI （PCI eXtensions for Instrumentation，面向仪器系统的PCI扩展）是一种坚固的基于PC的测量和自动化平台。 简单来说，PXI是以PCI（Peripheral Component Interconnect）及Compact PCI为基础再加上
9、一些PXI特有信号组合而成的一个架构。,一个PXI系统由几项组件所组成，包含了一个机箱、一个PXI背板（backplane）、系统控制器（System controller module）以及数个外设模块（Peripheral modules）。,1机械特性,（1）与Compact PCI共享的机械特性 与Compact PCI共享的机械特性包括：高性能IEC连接器以及Eurocard 机械封装和模块尺寸。 （2）新增加的电气封装规范 PXI规范包含Compact PCI规范中的所有机械规范之外，还增加了一些Compact PCI没有的要求。,（3）与Compact PCI的互操作性,PXI的
10、重要特性之一是保持了与标准Compact PCI产品互操作性。,2PXI总线的电气结构,（1）10MHz参考时钟（10MHz reference clock） （2）局部总线（Local Bus） （3）星形触发（Star Trigger） （4）触发总线（Trigger Bus）,3硬件构架,PXI系统由3个基本部分组成：机箱、系统控制器和外部模块。,4PXI外部模块,NI提供了100多种不同的PXI模块，自从PXI成为开放的工业标准以来，PXI系统联盟中的其他50多个厂商已提供近1000种模块。 （1）模拟输入和输出 （2）边界扫描 （3）总线接口和通信,（4）数字输入和输出 （5）数字信
11、号处理 （6）功能测试和诊断原型设计板卡 （7）仪器,（8）运动控制 （9）接收器内互连设备 （10）开关 （11）定时输入和输出,5软件构架,因为PXI硬件是基于标准PC技术（如PCI总线以及标准的CPU和外设）用户可以使用熟悉的标准Windows软件架构。,6系统配置,要规划并配置用户新的PXI系统，最快最简单的方法是使用在线PXI Advisor或 PXI/SCXI Advisor。 PXI模块化仪器为测量和自动化用户提供了一个坚固的计算机平台，使他们可以充分利用主流PC工业的技术进步。,PXI在中国成功的主要原因有： （1）标准化大势所趋 （2）成本优势 （3）技术性能优越 （4）适用
12、于多种行业,11.1.4 PCI技术,PCI有32位和64位两种，32位PCI有124引脚，64位有188引脚，目前常用的是32位PCI。32位PCI的数据传输率为133MB/s，大大高于ISA。 PCI总线的主要性能： （1）支持10台外设； （2）总线时钟频率33.3MHz/66MHz； （3）最大数据传输速率133MB/s；,（4）时钟同步方式； （5）与CPU 及时钟频率无关； （6）总线宽度 32 位（5V）/64 位（3.3V）； （7）能自动识别外设。,1基本概念,不同于ISA总线，PCI总线的地址总线与数据总线是分时复用的。,2即插即用的实现,所谓即插即用，是指当板卡插入系统时
13、，系统会自动对板卡所需资源进行分配，如基地址、中断号等，并自动寻找相应的驱动程序。,3中断共享的实现,PCI总线的中断共享由硬件与软件两部分组成。 （1）硬件上采用电平触发的办法 （2）软件上采用中断链的方法,11.1.5 总线平台的比较,基于GPIB总线、PCI总线、VXI总线和PXI总线的测试系统，因总线不同而各具特点与相应的应用范围。,表11-1 四种总线的比较表,11.2 仪器驱动程序,仪器驱动程序也是一个VI，它是一款用于控制特定仪器的软件。,LabVIEW为用户提供的可以在仪器驱动程序开发中使用的VI分为3类： （1）标准VISA I/O函数； （2）传统GPIB函数和由GPIB4
14、88.2添加的功能； （3）串口通信函数。,图11-1 仪器驱动程序选板,11.3 串 口 通 信,串口是计算机上一种通用设备通信的协议。 由于一个串口在某一时刻只能与一个设备进行通信，所以它的传输速度比并口通信慢，但是串口操作简单并且能够实现远距离通信。 对于两个进行串行通信的端口，它们的参数必须互相匹配。,（1）波特率 （2）数据位 （3）奇偶校验位 （4）停止位,图11-2 串口编程函数选板,1VISA写入,图11-3 VISA写入函数接线端子,2VISA读取,图11-4 VISA读取函数接线端子,3VISA关闭,图11-5 VISA关闭函数接线端子,4VISA设置I/O缓冲区大小,图1
15、1-6 VISA设置I/O缓冲区大小函数接线端子,5VISA配置串口,图11-7 VISA配置串口函数接线端子,11.4 VISA编程,VISA是Virtual Instruments Software Architecture的缩写，中文译为虚拟仪器软件架构或可视化仪器软件架构。 VISA的本质是用于控制GPIB、串口或VXI仪器以及根据仪器类型进行适当调用的VI库。VISA本身不具备编程能力，它通过调用低层的仪器驱动程序来实现对仪器的控制。,图11-8 VISA编程函数选板,图11-9 高级VISA编程函数选板,1VISA打开,图11-10 VISA打开函数接线端子,2VISA查找资源,图
16、11-11 VISA查找资源函数接线端子,3VISA读取设备并写入文件,图11-12 VISA读取设备并写入文件函数接线端子,4VISA读取文件并写入设备,图11-13 VISA读取文件并写入设备函数接线端子,11.5 TCP与UDP通信,11.5.1 TCP TCP/IP是一个通信协议族，是由美国国防部高级研究计划署（DARPA）开发的，TCP/IP从诞生以来已成为通用的通讯标准被广泛应用于大量的计算机系统。,尽管Labview提供了高效、易用的网络开发工具，但也提供了TCP、IP、UDP、ActiveX等功能模块板进行网络连接和进程通信，编程时摆脱了传统语言中烦琐的底层命令函数，只需从函数选板中选用有关的函数图标连线而成。 IP是网络层协议，实现的是不可靠无连接的数据包服务。,TCP/IP协议是一套把因特网上的各种系统互联起来的协议组，保证因特网上数据的准确快速传输。TCP/IP通常采用一种简化的四层模型，分别为：网络接口层、网间层、传输层、应用层。,它由控制同一物理网络上的不同机器间数据传送的底层协议组成，具体功能如下：
