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1、目 录摘要1关键词11前言21.1 课题的背景及意义21.2 设计目标及内容22系统的总体设计方案42.1 系统的总体结构42.2 GPIB概述42.2.1 GPIB标准接口系统的基本特性42.2.3 GPIB接口卡62.2.4 GPIB系统的特点72.3 LabWindows/CVI简介72.3.1 LabWindows/CVI下虚拟仪器软件的组成92.3.2 LabWindows/CVI软件的特点102.4 Q8384光谱仪112.5 小结123系统的软件设计方案123.1 软件界面设计123.2软件功能模块的实现153.2.1 主控模块153.2.2 数据采集模块173.2.3 数据分析
2、模块243.2.4 图形处理模块253.2.5 安装文件的生成264光谱仪控制软件的测试274.1 图表绘制274.2 数据显示部分274.3 离线画图284.4 图形截取与保存285总结29致谢30参考文献31Abstract32Key Words32I深圳大学本科毕业论文基于GPIB卡的光谱信息自动采集、控制系统设计基于GPIB卡的光谱信息自动采集、控制系统设计【摘要】：利用NI公司的GPIB数据采集卡建立虚拟仪器采集与控制系统，在自动测试领域得到了广泛的应用。此设计方案通过GPIB数据采集卡实现计算机与Q8384光谱仪的连接。基于LabWindows/CVI设计光谱仪的图形用户界面（GU
3、I）,使用LabWindows/CVI编程实现计算机对光谱仪的实时控制。这样可以充分利用LabWindows/CVI强大的测控功能，并实现大量实验数据的测量与保存，可以离线分析数据，操作方便，是对虚拟仪器技术的充分利用。 【关键词】：GPIB卡;光谱仪; LabWindows/CVI1前言1.1 课题的背景及意义本文的研究课题是“基于GPIB卡的光谱信息自动采集、控制系统设计”，来源于武器装备部某项目。在科学实验中，大量的数据测量与分析是非常必要的，而通过人工对这些数据进行记录分析显然是不现实的，智能化仪器可以有效地解决这个问题。智能仪器与传统仪器的最大区别是将仪器本身与计算机连接起来，再与相
4、应软件结合，这充分发挥了计算机的强大功能。本课题的主要目的是通过Q8384光谱仪分析光源的各种性能。光谱仪连接计算机是通过NI公司的GPIB接口卡。GPIB（General-Purpose Interface Bus通用接口总线）作为一种通用的接口总线以及在各种仪器、打印机等上大量应用。在进行科学实验时有时需对大量的实验数据进行处理，很多数据和图形需要保存，而仪器本身对数据的保存和分析功能是有限的，通过GPIB卡可以将仪器连接到计算机上。LabWindows/CVI是National Instruments公司推出的一套面向测控领域的软件开发平台。它以ANSI C为核心，将功能强大，使用灵活的
5、C语言平台与数据采集，分析和表达的测控专业工具有机地接和起来。它的集成化开发平台，交互式编程方法，丰富的控件和库函数大大增强了C语言的功能，为熟悉C语言的开发人员建立检测系统、自动测量环境、数据采集系统、过程监控系统等提供了一个理想的软件开发环境。在LabWindows/CVI平台上开发的软件可以实现对通过GPIB卡连接到计算机上的实验仪器进行控制，这就是虚拟仪器技术的实际应用。这样的软件不仅可以实现光谱仪的大部分功能，而且还可以实时自动保存实验数据，很适合光谱仪对大量数据的采集与分析。离线对保存的数据进行分析功能可以方便的对多次的实验数据进行分析。方便了实验的进行，缩短数据测量的周期，节省物
6、质资源。1.2 设计目标及内容在LabWindows/CVI开发平台上设计与Q8384光谱仪相对应的控制软件，实现的功能包括：建立计算机和光谱仪的连接；定时采集保存数据，如波长、峰值功率、带宽等；光谱仪显示界面上图形绘制；光谱仪操作界面上各个按钮功能；对绘制的数据图进行截屏；对保存数据进行离线画图等。本课题的主要目的是通过GPIB数据采集卡实现Q8384光谱仪与计算机连接，在LabWindows/CVI开发平台上设计光谱仪的图形用户界面(GUI)，编程并生成相应的安装软件。通过这个软件可以实现对光谱仪的控制并且可以采集光谱仪上的各种数据，绘制图形，保存数据，同时保存的数据也可再次用软件进行分析
7、。课题的完成过程包括Q8384光谱仪说明书的学习，LabWindows/CVI开发平台的熟悉，光谱仪界面的布局和相应软件的开发。基于以上设计目标，主要设计内容包括两项：1） 与Q8384光谱仪想对应的图形用户界面（GUI）的设计，包括光谱仪上的控制按钮,图表和数据显示窗口以及光谱仪与计算机连接按钮。2） 与图形用户界面项对应的回调函数程序的编译，通过编程对从光谱仪上读出的原始数据进行进一步处理，包括数据类型转换，显示和保存等。其中软件设计是本课题的重点。从及光谱仪读出来的数据是指数形式，每种数据前都有四个字母作为标识符且每个数据是用逗号分隔开的，这要求设计出最佳的算法去编程来处理相应的数据。1
8、.3 虚拟仪器概述在对大规模、集成化、智能化及数字化电子仪器需求愈加迫切的形势下，计算机技术、仪器技术和通信技术相结合，产生了具有里程碑意义的新一代仪器虚拟仪器（Virtual Instruments）。虚拟仪器技术是全新概念的最新一代测量仪器，自1987年诞生以来，与前几代测试仪器相比，以前所未有过的速度迅猛发展。以美国NI公司为代表的一批厂商已经在市场上推出了基于虚拟仪器技术而设计的产品话仪器产品。虚拟仪器技术是计算机硬件资源,仪器硬件，数据分析处理软件，通信软件及图形用户界面（GUI）的有效结合，具有传统仪器所具备的信号采集，信号处理分析，信号输出等功能。其基本构成包括计算机，虚拟仪器软
9、件，硬件接口和测控仪器等。与传统仪器相比，虚拟仪器的优点是显而易见的。.融合了计算机强大的硬件资源，有效的解决了传统仪器在数据处理，显示，储存等方面的受限的问题。大大增强了仪器的功能。.利用了计算机丰富的软件资源。实现了部分仪器硬件的软件化，节省了物质资源，可以实时，直接地对测试的数据进行各种分析和处理，图形用户界面(GUI)便于操作。.虚拟仪器技术具有方便，灵活的互联能力，广泛支持各种工业总线标准。因此，利用虚拟仪器技术可以方便地构建自动测试系统，实现测量控制过程的网络化。.虚拟仪器的硬，软件具有开放性，模块化，可以重复使用及互换性等特点，虚拟的功能由用户自己定义，这意味着可以自由的结合计算
10、机平台，硬件，软件以及各种实现应用系统所需要的附件。以上虚拟仪器的特点不仅推进了以虚拟仪器为基础的测控系统的改造，同时也影响了以数据采集为主的测控系统的传统构造方法的进行。虚拟仪器系统结构如图1-1。被测量控制的对象DAQ产品串口仪器GPIB仪器VXI仪器PXI模块控制计算机LabWindows/CVI软件 图1-1 虚拟仪器系统的结构示意图1.4 本文的主要内容本文的主要内容有：（1）说明了本课题的主要内容，介绍了虚拟仪器的基本状况。（2）介绍了设计的系统组成，包括光谱仪、GPIB卡、LabWindows软件等。（3）详细介绍整个软件系统设计过程。（4）用所设计的软件系统进行测试，分析光谱仪
11、上的数据并对结果进行分析。（5）对课题做出总结，找出系统可以进一步改进的地方。2系统的总体设计方案2.1 系统的总体结构如图2-1所示，本套系统主要由四部分组成。包括了待测光源，光谱仪，GPIB接口卡，LabWindows/CVI控制软件。其中LabWindows/CVI控制软件是本系统最关键的部分。光源光谱仪GPIB接口卡控制计算机LabWindows/CVI GPIB总线图2-1 本系统采用GPIB接口总线一般组成2.2 GPIB概述GPIB即通用接口总线（General Purpose Interface Bus） 是国际通用的仪器接口标准。目前生产的智能仪器几乎无例外地都配有GPIB标
12、准接口。国际通用的仪器接口标准最初由美国HP公司研制，称为HPIB标准。 1975年IEEE在此基础上加以改进，将其规范化为IEEE488标准予以推荐。1977年IEC又通过国际合作命名为IEC625国际标准。此后，这同一标准便在文献资料中使用了HPIB，IEEE488，GPIB，IECIB等多种称谓，但日渐普遍使用的名称是GPIB。 2.2.1 GPIB标准接口系统的基本特性 GPIB标准包括接口与总线两部分：接口部分是由各种逻辑电路组成，与各仪器装置安装在一起，用于对传输的信息进行发送、接收、编码和译码；总线部分是一条无源的多芯电缆，用做传输各种消息。将具有GPIB接口的仪器用GPIB总线
13、连接起来的标准接口总线系统如图2-1所示。 在一个GPIB标准接口总线系统中，要进行有效的通信联络至少有“讲者”、“听者”、“控者”三类仪器装置。讲者是通过总线发送仪器消息的仪器装置（ 如测量仪器、数据采集器、计算机等），在一个GPIB系统中，可以设置多个讲者， 但在某一时刻，只能有一个讲者在起作用。听者是通过总线接收由讲者发出消息的装置（如打印机、信号源等），在一个GPIB系统中，可以设置多个听者，并且允许多个听者同时工作。控者是数据传输过程中的组织者和控制者，例如对其他设备进行寻址或允许“讲者”使用总线等。控者通常由计算机担任，GPIB系统不允许有两个或两个以上的控者同时起作用。2.2.2
14、 GPIB标准接口的总线结构 GPIB总线是一条24芯电缆(如图2-2所示)，其中16条为信号线，其余为地线及屏蔽线。电缆两端是双列24芯叠式结构插头。图2-2 GPIB接口示意图16条信号线按功能可分为三组：1） 8条双向数据总线（DIO1DIO8）作用：传递仪器消息和大部分接口消息，包括数据、命令和地址。由于这一标准没有专门的地址总线和控制总线，因此必须用其余两组信号线来区分数据总线上信息的类型。2） 3条数据挂钩联络线（DAV，NRFD和NDAC）作用：控制数据总线的时序，以保证数据总线能正确、有节奏地传输信息，这种传输技术称为三线挂钩技术（见表2.1）。 表2.1 3条数据挂钩联络线名
15、称管理功能备注DAV数据线上有数据时有效，当DAV=1（低电平为真），表示母数据线（DIO）上载有的数据有效，收方可以接收；当DAV=0（高电平为伪），表示数据母线上没有数据，或者即使有数据，也无效，收方不应该接收。当控者发送指令时控者驱动DAV，当讲者发送指令时时讲者驱动DAVData valid有数据NRFD当NRFD=1时，表示所有收方中至少有一个收方未准备好接收数据，通知源方暂不能发送数据，并令数据无效；当NRFD=0时，表示收方已经准备好接收数据，这根线在接收指令时被所有设备所驱动，接收数据信息时被所有听者所驱动。Not ready for dada数据未准备好NDAC当NDAC=1时表示各收方中至少有一个尚未接收完数据；当NDAC=0时表示各方均已接收完数据，这根线在接收指令时被所有设备所驱动，接收数据信息时被所有听者所驱动。Not dada accepted数据未接收3） 5条接口管理控制线（ATN，IFC，REN，EOI和SRQ）作用：控制GPIB总线接口的状态表 2.2 5条接口管理
