基于GPIB接口总线的虚拟仪器详解

　　GPIB通用接口总线是一种设备和计算机连接的总线。大多数台式仪器是通过GPIB线以及GPIB接口与电脑相连。

　　本文介绍了虚拟仪器的GPIB总线接口技术。计算机通过GPIB接口卡控制带有GPIB总线接口的电流源和电压表，构成了I~V曲线虚拟仪器测试系统。在Labview环境下完成了虚拟仪器前面板以及后台框图程序的设计，与硬件系统一起完成虚拟仪器的测试任务。

　　1、引言

　　通过GPIB接口技术，不同厂家生产的各种不同的仪器设备可以很方便地与计算机一起组建成自动测试系统。以往实现仪器与计算机之间的通信，用户就必须要把大量时间和精力花费在熟悉各种仪器的编程上。近年来，虚拟仪器技术的迅猛发展，为GPIB自动测试系统的组建提供了良好的开发平台和仪器驱动程序。采用虚拟仪器的软件开发平台，从根本上消除了仪器编程的复杂性，使用户能够集中精力于仪器的使用而不是仪器的编程。

　　由于计算机内部采用与GPIB总线完全不同标准的总线，为使计算机作为GPIB系统控制器，必须在计算机的扩展槽上插一块与GPIB总线相连的接口卡。虚拟仪器软件Labview对GPIB接口卡的控制有两种方法：一种是利用Labview中提供的GPIB和GPIB488.2功能模板或VISA库，这种方法只能对NI公司自己生产的GPIB接口板或具有VISA库的GPIB488接口板进行控制，其价格比较昂贵；另一种方法是利用Labview本身提供的调用库函数（CallLibraryFunction），通过对GPIBDLL动态链接库的调用，实现对GPIB接口卡的控制。相对而言，这种方法价格便宜，而且更具有通用性，其它类似的硬件设备，只要它能够提供Windows环境下的动态链接库，而且又知道其函数原型后，都可以在Labview中得到应用。

　　本文采用广泛使用且价格相当便宜的AX5488接口板，通过Labview对其GPIBDLL的调用实现对GPIB接口卡的控制。在此基础上，通过对带有GPIB接口的电流源和电压表的控制，构成一个I~V曲线虚拟仪器测试系统。

　　2、基于GPIB总线的虚拟仪器

　　根据基于GPIB总线的虚拟仪器系统组成原则，我们建立了一套I~V曲线虚拟仪器测试系统，计算机通过GPIB接口卡对Keithley220电流源和Keithley2182纳伏表进行自动测试控制。测量采用四引线测量法，两根电流引线与恒流源相连，两根电压引线连至电压表用来测量样品的电压，由于电压测量回路的高输入阻抗特性，吸取的电流极小，因此能够避免引线及接点电阻给测量带来的影响。

　　要完成虚拟仪器的测试功能，软件的设计是关键。基于Labview的虚拟仪器测试软件设计包括前面板的设计及后台图形化控制程序的设计。前面板是图形化用户界面，模拟真实仪器，由控制、指示和修饰等部分组成。用户可以使用各种图标，如按钮、开关、实时趋势图和事后记录仪等，设置输入数值和观察输出量。

　　

　　图1为我们建立的I~V曲线虚拟仪器测试前面板，主要包括：

　　（1）启动按钮START：点击启动测试；

　　（2）停止按钮STOP：点击停止测试；

　　（3）电压表量程选择开关：根据测试精度要求选择电压表量程；

　　（4）电流源输出电流设定：包括起始电流、终点电流及每步步长值；

　　（5）电压电流数值显示：显示当前设定的电流值及测试的电压值；

　　（6）实时I~V曲线：实时趋势显示I~V曲线，而且可以实时调整；

　　（7）测试结果保存文件设定：设定测试结果以文本文件形式保存的路径及文件名；

　　（8）其它辅助指示：包括测试总点数、每点测试所需时间以及剩余测试时间等。

　　

　　前面板的后台对应的是一组框图程序，用图形化语言编写，由节点和数据连线组成。图2为I~V虚拟仪器测试的后台框图控制程序，包括对GPIBDLL的函数调用模块、波形显示模块、参数测量模块、数据存储和回放模块以及测试控制结构模块等，图中只能显示出部分框图程序。Labview程序对测试仪器的控制是通过GPIB总线进行的，实际上是通过Labview本身提供的调用库函数（CallLibraryFunction）对GPIB卡的GPIBDLL进行调用来实现的。在调用DLL之前，应了解如下信息：

　　（1）GPIBDLL在计算机中存放的路径；

　　（2）函数返回数据类型：Void、Numeric或String；

　　（3）传递给函数形式参数的数据类型及参数的传递程序；

　　（4）DLL使用的调用规程。可采用C和Stdcall（缺省值）两种调用，Win32API使用缺省的标准调用（Stdcall）规程。

　　所有后台各个控制程序模块都包括相应的功能函数、结构、代码接口和子程序等节点，节点之间、节点与前面板对象之间通过数据端口和数据连线来传递数据。在各个框图程序控制模块设计完成后，将这些模块在主程序中按照一定的逻辑关系有机地组合起来，就形成了I~V曲线虚拟仪器示波器，它与系统的硬件一起组成一个完整的虚拟仪器测试系统，充分体现了“软件就是仪器”的思想。

　　3、结束语

　　本文基于GPIB总线技术，计算机通过GPIB接口卡控制带有GPIB总线接口的电流源和电压表，建立了一套I~V曲线虚拟仪器测试系统。在Labview环境下完成了虚拟仪器前面板以及后台框图程序的设计，它与硬件系统一起完成虚拟仪器的测试任务，这也是基于GPIB总线的虚拟仪器系统的基本组成原则。