用LabVIEW控制你的仪器文档格式.docx

1、 安装结 束 后 会 提 示 重 启 电 脑, 但 是 这 不 是 必 须 的。 可 以 直 接 打 开 程 序, 不 过 有 些 工具打不开。看一下界面（图 4 ） 。2 计算 1 + 1 接 下 来 写 一 个 简 单 的 小 程 序, 实 现 1+12 的 功 能。 LabVIEW 的 程 序 或 子 程 序 叫 做 VI virtual instrumen t , 你 可 以 这 样 创 建 它: 在 菜 单 栏 里 选 择 File! New VI , 或 者 直 接 “ Ctrl + N ” 。 创 建 成 功 后 会 弹 出 一 灰 一 白 两 个 窗 口 （图 5 ） , 可

2、以 用 鼠 标 或 者 “ Ctrl + E ” 在 它 们 之 间 切 换。 就 像 标 题 栏 上 写 的 那 样, 灰 色 的 叫 F ron t P anel , 就 是 前 面 板, 作 为 VI 的 用 户 界 面;白 色 的 叫 Blo c k Diagram , 中 文 版 里 叫 程 序 框 图, 用 来 放 你 的 co de 。 像 不2 计算 1 + 1 3 图 4: 界面 图 5: 前面板（前）和程序框图（后）2 计算 1 + 1 4 a b 图 6: F unction P alette 和 Con trols P alette 像 VB ?每 个 VI 都 有 前

3、 面 板 和 程 序 框 图。 如 果 你 关 闭 了 程 序 框 图, 可 以 通 过 Windo w! Sho w F ron t P anel 或 “ Ctrl + E ” 来 重 新 打 开 它, 但 如 果 你 关 闭了前面板,那么整个 VI 就都被关闭了。切 换 到 程 序 框 图 , 在 F unction P alette 里 （图 6a , 若 找 不 到, 可 以 在 菜 单 栏 的 View 里, 或 者 空 白 处 右 键 来 调 出 它） 选 择 Programing!Numeric! A dd , 并 将 它 放 在 程 序 框 图 中。 这 时 若 将 鼠 标 移

4、 到 你 放 置 的 A dd 上, 还 可 以 看 到 三 个 橙 色 的 接 线 端 子 （图 7a ） 。 左 边 两 个 表 示 输 入 参 数, 右边一个表示返回值。 通过菜单栏的 Help! Sho w Con text Help 或者 “ Ctrl + H ” 可 以 调 出 即 时 帮 助, 实 时 显 示 鼠 标 所 指 元 素 的 帮 助 （图 7b ） 。进一步点击 Detailed help ,你可以看到更详细的说明,以及一些例子。这 时 候 我 们 回 到 前 面 板。 F unction P alette 不 见 了, 取 而 代 之 的 是 Con trols P

5、 alette （图 6b , 若 没 有 看 到, 可 以 在 菜 单 栏 的 View 里, 或 者 空 白 处 右 键 调 出） 。 找 到 Mo dern! Numeric! Numeric Con trol 和 Numeric Indicator , 在前面板上放置两个 Numeric Con trol 和一个 Numeric2 计算 1 + 1 5 图 7: A dd 函数和实时帮助 图 8: 放置 Numeric Con trol 和 Numeric Indicator Indicator （图 8a ） 。 在 中 文 版 中, Con trol 翻 译 成 输 入 控 件,

6、Indicator 翻 译成显示控件。这 时 程 序 框 图 上 会 有 3 个 对 应 的 图 标 出 现 8b , 在 某 个 图 标 上 双 击 或 者右键! Find Con trol Indicator 可以快速找到对应的前面板控件。 也可 以在前面板上的某个控件处双击或者右键! Find T erminal 反过来定位。继续看程序框图, 可以看到 Con trol 对应的图标在 “ 1.23 ” 字样的右侧 有 一 个 小 三 角, 表 示 数 据 可 以 从 这 里 流 出; Indicator 左 侧 有 一 个 小 三 角, 表 示 数 据 可 以 从 此 处 流 入。 三

7、个 图 标 都 是 橙 色 的, 表 示 它 们 是 浮 点 数, 可 以右键! Represen tation 将其改为别的数据类型。利 用 鼠 标 左 键 可 以 把 它 们 的 接 线 端 连 起 来。 如 果 无 法 连 线, 需 要 在 菜 单 栏 的 View 中 选 择 显 示 T o ol P alette （图 9 ） , 然 后 选 中 第 一 行 的2 计算 1 + 1 6 图 9: T o ol P alette 图 10: 1 + 1 2 “ A utomatic T o ol Selection ” （程 序 会 根 据 鼠 标 的 位 置 自 动 选 择 合 适

8、的 工 具） 或 者 直 接 选 择 第 三 行 第 一 个 Connect Wire （这 样 你 就 只 能 connect wire 而不能进行其它操作,比如移动图标了） 。按“ Ctrl + E ” 切换到前面板, 在两个输入控件中各输一个 1 , 然后点 工 具 栏 中 的 R un 按 钮 （图 8 左 上 角 Edit 下 方 的 按 钮, 在 该 图 中 它 是 一 个 断 开 的 箭 头, 说 明 程 序 无 法 运 行, 点 击 它 可 以 查 看 无 法 运 行 的 原 因, 但 实 际 情 况 是 像 图 10 这 样 的, 也 就 是 说 你 可 以 运 行 它） 或

9、 者 “ Ctrl + R ” , 然 后 在 第三个控件中你就可以看到输出的结果（图 10 ） 。需 要 指 出 的 是, 这 种 编 程 语 言 是 图 形 化 编 程, 也 叫 G 语 言。 各 个 函 数 之 间 执 行 顺 序 是 由 数 据 流 向 决 定 的 （例 如 上 面 这 个 例 子 中, A dd 函 数 要 等 到 两 个 输 入 端 的 数 据 都 流 入 后 才 开 始 工 作） , 如 果 两 个 函 数 之 间 没 有 数 据 流 动,那么无法判断哪个函数先执行。对于初学者, NI 提供了视频教程, 你可以在XX一下 “ lab view 101 ” 。当然,

10、 NI 官网和论坛上远不止这些资源,仔细看看可能会有惊喜。3 关于 GPIB 的一些概念 7 图 11: 通信接口（图片来自网络） 3 关于 GPIB 的一些概念 这一小节介绍 GPIB 的一些背景知识。一 台 仪 器 若 想 与 电 脑 或 其 它 仪 器 通 信, 那 么 它 必 须 配 有 通 信 接 口。 目 前 智 能 仪 器 的 主 流 通 信 接 口 有 四 种, 即 串 口 （ RS-232 ） 、 网 口、 USB 口、 GPIB 口 （ IEEE-488 ） , 比 如 图 11 中 的 这 台 Keithley 2611B 源 表, 它 的 背 面 板 上 同 时 有 这

11、 四 种 接 口, 此 外 还 配 备 了 两 个 该 公 司 特 有 的 TSP-Link 接 口。GPIB 全 称 叫 General Purp ose In terface Bus , 通 用 接 口 总 线 （一 个 比 较 类 似 的 名 字 是 USB , Univ ersal Serial Bus , 通 用 串 行 总 线） 。 它 最 初 由 惠 普 公 司 设 计, 至 今 已 近 50 年。 IEEE （美 国 电 气 和 电 子 工 程 师 协 会） 把 它 弄 成 了 一 个 标 准, 即 IEEE-488 标 准, 所 以 有 时 候 又 称 GPIB 接 口 为

12、IEEE-488 接 口。 其 实 GPIB 还 有 另 外 一 种 25 针 的 标 准, 叫 IEC-60625 , 但是比较少见,下面提到 GPIB ,指的就是 IEEE-488 。所 谓 的 标 准, 就 是 一 个 实 物 的 理 论 模 型, 规 定 了 各 种 各 样 的 细 节。 拿 螺丝举个例子吧, 例如 GB/T 70.1-2000 这个标准 （ GB 国标, T 推荐） , 是 内 六 角 圆 柱 头 螺 钉 的 国 家 标 准, 里 头 规 定 了 各 种 大 小 （ M1.6 - M64 ） 、性 能 等 级 的 内 六 角 圆 柱 头 螺 钉 的 各 种 指 标,

13、包 括 几 何 参 数、 机 械 性 能、 公 差 等, 只 要 大 家 都 按 照 这 个 标 准 来, 生 产 出 来 的 内 六 角 圆 柱 头 螺 钉 就 都 差 不 多,可以互相替换。所以标准对工业生产至关重要。所 谓 的 总 线, 就 是 bus , 可 以 理 解 为 数 据 传 输 的 通 道, 即 数 据 线。图 12 给 出 了 目 前 主 板 上 的 一 种 典 型 的 总 线 结 构。 需 要 指 出 的 是, 数 据 线 只 是 导 线 而 已, 总 线 要 实 现 其 功 能 还 需 要 配 备 一 块 特 定 的 芯 片, 这 些 芯 片 都 被 叫 做 控 制

14、器 （ Con troller ） 。比 如 说 我 们 熟 悉 的 USB 总 线 吧, 从 图 12 可 以3 关于 GPIB 的一些概念 8 图 12: 计算机总线（图片来自网络） 图 13: GPIB Con troller 和 Cable （图片来自网络） 看 到 它 是 从 南 桥 引 出 来 的 （一 直 到 你 机 箱 的 USB 端 口 上） , 而 它 的 控 制 器 也 在 南 桥 里 头。 如 果 USB 控 制 器 坏 了 或 者 驱 动 没 有 正 确 安 装, 那 么 你 在 机 箱 的 USB 端 口 上 插 的 U 盘 就 无 法 正 常 工 作 了。 USB

15、 控 制 器、 IDE 控 制 器 等设备,可以在 Windo ws 设备管理器里查看。现 在 看 一 下 GPIB 控 制 器 以 及 电 缆。 在 图 13 中, 从 左 到 右 分 别 是 用 于 PCIe 的 GPIB 控 制 器、 用 于 USB 的 GPIB 控 制 器 和 GPIB 电 缆。 GPIB 电 缆 上 的 接 头 一 般 是 “ double headed ” 结 构, 每 一 端 都 是 既 有 公 头 又 有 母 头, 所 以 可 以 方 便 地 像 图 14 那 样 连 成 网 络 （网 线、 USB 线、 串 口 线 不 能 这 样连） 。GPIB 的一些性质

16、如下:3 关于 GPIB 的一些概念 9 图 14: GPIB 连接示意图一根 GPIB 总线上最多接入 15 个设备 （包括控制器） , 这是电路负载 能 力 决 定 的。 设 备 主 地 址 的 取 值 范 围 有 31 个: 0-30 , （部 分 设 备 还 有 第 二 个 地 址, 即 次 地 址, 用 以 区 分 同 一 设 备 内 部 不 同 的 模 块） , 控 制 器也要占用一个地址（一般是 0 ） 。同 一 个 总 线 上 所 有 电 缆 长 度 之 和 不 能 超 过 20m , 平 均 电 缆 长 度 不 能 超 过 2m ,单根不能超过 4m 。要 突 破 前 面 两

17、 个 极 限, 可 以 使 用 Extender , 比 如 NI 的 GPIB-140A 可 以 把 设 备 数 提 高 到 26 个, 并 利 用 光 缆 把 传 输 距 离 延 长 到 1000 米。或者 Isolator/Expander , 如 NI GPIB-120B , 可以扩展个数到 28 。 我 不太清楚如何解释这个 26 和 28 。多 台 仪 器 可 以 连 成 链 式 结 构、 星 形 结 构 或 者 随 便 什 么 结 构, 但 是 同 一 个接口上不要连超过三个电缆,因为很重。GPIB 接 口 有 24 个 针 脚, 8 根 是 地 线 或 屏 蔽 线, 8 根 是

18、 数 据 线, 还 有 8 根控制和握手线。数据并行传输,最大速度不超过 2MB/s 。与其它总线的性能比较见图 15 。4 连接你的控制器,从仪器读取信息 10 图 15: 一些总线性能对比（数据来自 ni ） 图 16: 通过 USB-GPIB 控制器连接仪器（图片来自网络） 4 连接你的控制器,从仪器读取信息 这 一 小 节 介 绍 控 制 器 的 连 接 和 驱 动 的 安 装, 以 及 从 仪 器 读 取 信 息。 以 USB-GPIB 控制器为例,插卡式的道理是一样的。首先看一下效果图（图16 ） 我 手 头 有 一 块 NI 的 GPIB-USB-HS （图 13 中 左 边 那

19、 个 就 是） , 官 网 报 价 RMB 4290 不 含 税。 另 外 还 从 陈 老 师 组 借 了 一 块 （后 来 又 从 林 老 师 组 借 了 一 块） ADLINK 的 USB-3488A （图 16 中 那 个 连 接 电 脑 和 仪 器 的 设 备） , 不 知 道 价 格, 但 应 该 便 宜 些。 因 为 GPIB-USB-HS 是 NI 的 亲 生 的, 所 以 跟 LabVIEW 配合要默契些, ADLINK 的有点小问题,下面会讲。如 果 你 直 接 把 控 制 器 通 过 USB 接 口 连 到 电 脑 上, 它 是 不 能 正 确 识 别 的, 因 为 电 脑

20、 上 的 硬 件 是 需 要 驱 动 程 序 才 能 工 作 的。 常 见 硬 件 的 驱 动 操 作4 连接你的控制器,从仪器读取信息 11 图 17: NI 系 统 已 经 给 你 准 备 好 了, 不 必 手 动 安 装, 比 如 鼠 标、 键 盘。 然 而 操 作 系 统 不 可 能 包 含 世 间 全 部 硬 件 的 驱 动, 所 以 有 些 不 常 见 设 备 的 驱 动 需 要 手 动 安 装,比如 GPIB 控制器。起 初 我 发 现 即 使 安 装 驱 动, 正 确 识 别 以 后, ADLINK 的 控 制 器 在 LabVIEW 中 还 是 不 能 w ork , 后 来

21、 在 NI 的 论 坛 上 看 到 他 们 家 的 驱 动 不 支 持 64 位 LabVIEW , 于 是 又 重 装 了 32 位 的 LabVIEW 2013 。 （但 是 64 位 下可能还是有解决方法的? ） 驱 动 一 般 刻 在 CD 盘 里 随 产 品 发 售, ADLINK 的 控 制 器 驱 动 程 序 只 有 不 到 10MB 大 小, 我 先 装 的 它, 然 后 试 了 一 下 LabVIEW 编 程 （ 32 位） , 可 以 从 安 捷 伦 的 34410A 万 用 表 上 读 东 西。 然 后 我 又 装 了 NI 的 驱 动, 名 字 就叫 NI 488.2

22、（有几百兆） ,用来支持 NI 的控制器。装 完 之 后 把 控 制 器 连 到 电 脑 上 （可 能 需 要 重 启） , 就 可 以 在 windo ws 的 设 备 管 理 器, 以 及 各 自 的 设 备 管 理 工 具 （ NI 的 和 ADLINK 的 ADL-GPIB Utilit y ） 里 面 看 到 它 了。 再 把 控 制 器 的 另 一 头 连 到 仪 器 上 （插 拔 GPIB 接 口 前 最 好 把 总 线 上 所 有 仪 器 都 关 了, 不 然 容 易 烧 了 仪 器） , 打 开仪器, 就可 以在 （可能 要选 中 GPIB0 板卡 再点 一下 “扫描仪 器”

23、 ） 或 ADL-GPIB Utilit y （可能要按 F5 刷新）检测到仪器（图 17 ,图 18 ） 。4 连接你的控制器,从仪器读取信息 12 图 18: ADL-GPIB Utilit y 图 19: NI-488.2 通讯器 在 里 看 不 到 ADLINK 的 控 制 器, 在 ADL-GPIB Utilit y 里 看 不 到 NI 的 控 制 器。 不 知 道 能 否 显 示 安 捷 伦 或 者 惠 普 的 控 制 器。 在 两 个 软 件 中 可 以 看 到, 两 块 控 制 器 的 接 口 ID 都 是 0 （显 示 为 GPIB0 ） , 而 且 ADLINK 的 接

24、口 ID 似 乎 是 不 能 改 的, 不 知 道 这 样 是 否 会 有 冲 突, 反 正 同 时使用多个公司的控制器是比较麻烦的一件事情。如 果 不 管 这 个 麻 烦, 那 么 立 刻 就 可 以 试 一 下 从 仪 器 读 取 信 息 了。 在 里 选 中 仪 器, 点 “与 仪 器 通 信” , 会 弹 出 一 个 窗 口 （图 19 ） 。 可 以 发 现 它 的 发 送 字 符 串 一 栏 里 写 着 “ *IDN? ” , 点 一 下 下 面 的 “写” , 就 把 这 个 字 符 串 发 送 给 仪 器 了 （写 入 输 入 缓 存） , 然 后 仪 器 会 返 回 一 个

25、结 果 （到 仪 器 的 输 出 缓 存） , 再 点 一 下 “读” , 就 可 以 从 仪 器 里 把 这 个 结 果 读 出 来 （图 21 ） 。 “询 问” “写” + “读” 。 在 ADL-GPIB Utilit y 里 双 击 你 的 仪 器,弹出的窗口也有 W rite 和 Read 按钮（图 20 ） 。 Async 表示异步通信。再 说 说 图 20 中 的 指 令 “ *IDN? ” 。 IEEE-488.2 规 定 了 一 些 共 同 命 令4 连接你的控制器,从仪器读取信息 13 图 20: GPIB In teractiv e Con trol 图 21: 一个示

26、意图4 连接你的控制器,从仪器读取信息 14 图 22: GPIB 读写的 VI （ IEEE 488.2 Mandatory Common Commands ） , 都 以 “ * ” 打 头, 结 尾 带 “? ” 的 是 问 询 命 令, 表 示 有 返 回 值 （如 “ *IDN? ” ） , 不 带 的 是 设 置 命 令, 没 有 返 回 值 （如 “ *RST ” ） 。 “ *IDN? ” 表 示 iden ti?cation query , “ *RST ” 表 示 reset , “ *TST? ” 表 示 self-test query 。 具 体 的 指 令 可 以 在

27、 仪 器 的 手 册 中找。下面看看怎么在 LabVIEW 中实现这些功能。新 建 VI , 切 换 到 程 序 框 图, 在 F unction P alette （图 6a ） 左 上 角 的 searc h 里 头 输 “ gpib ” , 双 击 搜 到 的 第 一 个 左 边 带 文 件 夹 图 标 的 “ GPIB ” , 定 位 到 GPIB 函 数 文 件 夹, 可 以 看 到, 它 是 位 于 Instrumen t I/O 位 置 下, 里面有一个 GPIB Read 函数, 还有一个 GPIB W rite 函数, 把它们放到程 序 框 图 中, 并 放 置 它 们 需

28、要 的 参 数 （图 22 , 在 接 线 端 处 右 键! 创 建, 可 以 方 便 地 创 建 常 量、 输 入 控 件、 显 示 控 件, 也 可 以 在 编 程!字 符 串 （或 者 数 值） 里 找 到 对 应 的 常 量, 但 输 入 和 显 示 控 件 得 切 换 到 前 面 板 后 在 Con trol P alette （图 6b ） 里找） 。 注意图 6a 中粉红色的是字符串, 蓝色的是整数。22 表示 仪 器的 主 地 址,即 primary address , 在仪 器 中 设 置或 查 看, 也可 以 在 或 GPIB In teractiv e Con trol 里 查 看。 一 般 仪 器 是 没 有 次 地 址 的。那 个 64 是 指 从 缓 存 中 读 取 的 最 多 字 节 数, 函 数 在 三 种 情 况 下 可 能 （因 为 你 可以自定义, 所以是 “可能” ） 停止读取缓存: 1. 达到指定字节数。 2. 遇到 结 束 符。 3. EOI 上 的 电 压 变 成 0 （或 者 是 1 ? 我 忘 了） 。 然 后 点 运 行, 就 可 以读到结果了。大可不必关心 W rite 和 Read 函数在物理层面的动作。剩 下 的 事 情 就 是 好 好 看 说 明 书 和 好 好 熟 悉 LabVI