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基于HPI/O库的虚拟仪器与实验平台

基于HPI/O库的虚拟仪器与实验平台 2011年12月10日 来源： 1　引　言

现代微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术高度发展及其在测量仪器上的应用，测试分析的新理论、新方法、新领域以及新的仪器结构不断出现，冲破了传统仪器的概念，从而建立了电子测量仪器新的里程碑——虚拟仪器。任何一台仪器、不外乎由信号的采集控制、信号的分析处理、结果的表达输出这三大功能构成。如果把计算机技术和仪器技术结合起来，实现这三大功能，将仪器的信号分析与处理、结果表达与输入让计算机来完成，这就是虚拟仪器。　　在虚拟仪器系统中、强调“软件构成仪器”的概念，硬件仅仅是为了解决信号的输入输出，软件才是整个仪器的关键，用户可以根据自己需要定义仪器的功能，通过修改软件的方法，很方便地改变、增减仪器系统的功能与规模，并可方便地同外设、网络及其他应用连接。

2　虚拟仪器的组成及工作方式

虚拟仪器[1]通常由个人计算机、模块化功能硬件和控制软件组成，即通过模块化功能硬件将要测量的信号或数据采集并传给计算机，然后由控制软件进行分析处理，传给用户；同时虚拟平台通过人机界面获取用户指令，再通过模块化功能硬件传给被控对象。虚拟仪器工作原理如图1所示。

图1 虚拟仪器工作原理图

2.1　模块化功能硬件

测控对象与计算机有以下几种接口方式：信号调理仪器、GPIB (General Purpose Interface Bus)仪器、串行端口仪器、VXI仪器。这些硬件由于采用了可编程仪器放大器技术、实时系统集成总线技术、高速数据采集的双缓冲区技术以及中断DMA等高新技术，为数据采集卡提供了技术支持，使其性能更灵活、精度更高。其中在精密测量中应用最广的控制仪器为GPIB接口仪器，即通用接口总线仪器。　　GPIB产品最直接的使用方法是在计算机中安装插入式GPIB接口卡，并用GPIB电缆将仪器和接口卡相连。GPIB程序包自动处理寻址和大多数其它的总线管理功能，它采用一个控制者(计算机)来控制总线，在总线上传送仪器命令和数据，控制者寻址一个或多个接受者，发出指令使数据串能在总线上传输。　　因而通过GPIB接口就把可编程仪器与计算机紧密地联系起来，使电子测量由独立的手工操作单台仪器，向组成大规模自动测试系统的方向发展。

2.2　控制软件

利用HP I/O库对GPIB仪器进行控制有以下几种控制程序库：其一是利用GPIB程序库。GPIB程序库是HP公司在70年代初开发的通用仪器控制接口总线标准。其二是利用VISA (Virtual Instrument Software Architecture)程序库。VISA在工作平台上控制GPIB以及其它种类仪器的单接口程序库。其三是利用SICL(Standard Instrument Control Library)程序库。应用SICL开发的程序支持HPIB、GPIB、VXI、RS-232和LAN等接口。其四是利用VXI程序库。它基于SCPI库的编程命令集，可在众多的编程环境下使用。　　根据连接的仪器设备的类型及接口卡的设置，可以选择以上四种不同的程序控制库。该实验平台采用的是基于GPIB程序库基础上的HPIB服务器连接被测量对象和数据采集接口。　　对HP仪器进行数据通信以及控制程序的编制，还需要了解HP-IB (Interface Bus)，即HP接口总线协议。该协议是建立在GPIB基础上的专为HP标准仪器设置的接口程序，因而具有更强的针对性和更完善量的功能。用户可以通过这个协议安装HP-IB DDE服务器，然后通过DDE服务器来添加仪器。

3　GPIB接口的连接及一个开关电源测试实验平台的建立　　下面通过建立一个开关电源测试平台的实例来介绍虚拟平台的建立过程，电路硬件连接如图2所示。

图2 虚拟测试平台硬件连接图

测试平台中交流电源采用的是HP 6813B AC交流源/分析仪；被测开关电源采用的是ASTEC Desktop ATX；电子负载采用的是HP 6050A电子负载；数据采集卡采用的是HP-IB 82335接口卡。　　实验平台工作过程如下：交流电源按照应用程序的设定产生所需的交流电压波形，加在被测对象的输入端，通过测量输入端电压电流的变化，从而分析开关电源的各项性能指标。开关电源的输出端则连在电子负载上，改变输入电压的同时也可改变电子负载的各项设定来测试开关电源的抗干扰性和稳定性。　　按照图2采用GPIB标准连线连接好硬件设备后，即可安装数据传输软件：HPIB DDE SERVER和HP I/O库。在接口卡中设置的SICL名和VISA名后在HPIB库中配置HPIB的地址。这时仪器就可以进行远程控制了，也就建立了虚拟实验室的基本配置。

3.1　图形用户界面GUI　　本文所建立的测试平台的GUI主要有：　　(1)HP交流电源/分析仪图形用户界面(HP Acsource GUI)。其优点主要是用快速、简便的方法为产品测试产生标准的或有干扰的交流源。　　(2)HP谐

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