1目前工程中用到的儀器種類繁多，功能各異，一個(gè)系統(tǒng)往往需要多臺不同類型的儀器工作，而傳統(tǒng)意義上的接口方式（如串、并口）難以滿足要求。在這種背景下， GP IB接口的總線方式于1978年應(yīng)運(yùn)而生，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)與測量系統(tǒng)的首次結(jié)合。

　　GP IB接口作為橋梁，把各種可編程儀器與計(jì)算機(jī)緊密地聯(lián)系起來，測量和儀器領(lǐng)域也由獨(dú)立的、傳統(tǒng)的單臺儀器向組成大規(guī)模自動(dòng)測試系統(tǒng)方向發(fā)展。利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析處理、結(jié)果的圖形顯示等功能，不僅可以對帶有GP IB接口儀器的完全計(jì)算機(jī)控制，而且也可實(shí)現(xiàn)對原儀器功能進(jìn)行重新定義、設(shè)計(jì)或擴(kuò)展而構(gòu)成一套先進(jìn)的虛擬儀器系統(tǒng)。基于此，文中以惠普公司的動(dòng)態(tài)信號分析儀HP35670A為對象，利用CON TEC公司的GP IB接口板開發(fā)了一套小型的虛擬儀器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了HP35670A與計(jì)算機(jī)之間的通訊控制，為數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析處理提供了一個(gè)良好的軟件平臺。

　　2GPIB總線接口介紹

　　211GPIB總線結(jié)構(gòu)

　　GP IB總線是一個(gè)數(shù)字化的24腳（扁型接口插座）并行總線。其中16根線為TTL電平信號傳輸線，包括8根雙向數(shù)據(jù)線、5根接口管理線、3根數(shù)據(jù)傳輸控制線，其余8根為地線和屏蔽線。

　　GP IB使用8位并行、字節(jié)串行、異步通訊方式，所有字節(jié)通過總線順序傳送。

　　由于GP IB的數(shù)據(jù)單位是字節(jié)（8位） ，數(shù)據(jù)一般以A SC碼字符串方式傳送。

　　GP IB系統(tǒng)設(shè)備有講者、聽者和控者3種屬性。實(shí)際設(shè)備具有其中的一種、兩種或全部具備。講者能通過總線向其它設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，聽者能從總線上接收講者發(fā)送的數(shù)據(jù)，而控者可以通過尋址指定連到總線上具有講者屬性的設(shè)備成為講者和具有聽者屬性的設(shè)備作為聽者，包括指定它自己。一般來講，在GP IB系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)是控者，具有講、聽、控3種屬性。為避免總線沖突，一次只能有一個(gè)講者，但可以同時(shí)有幾個(gè)聽者。在GP IB系統(tǒng)中，為保證多線消息能雙向、異步、準(zhǔn)確可靠的傳遞， GP IB母線中設(shè)置了三條握手線用于控制設(shè)備之間消息字節(jié)的傳送： DAV （DA TA VAL ID ）―數(shù)據(jù)有效線； NRFD （NOT READY FOR DA TA ）―未準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)線； NDAC（ NOT DA TA ACCEPTED）―未收到數(shù)據(jù)線。

　　212GPIB總線特點(diǎn)

　　GP IB是計(jì)算機(jī)和儀器間的標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，它的硬件規(guī)格和軟件協(xié)議已納入國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IEEE488 11和IEEE488 1 2中。

　　GP IB作為最早的儀器總線具有以下特點(diǎn)：

　�。�1） GP IB接口編程方便，減輕了軟件設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)，可使用高級語言編程；（2）提高了儀器設(shè)備性能的指標(biāo)。利用計(jì)算機(jī)對帶有GP IB接口的儀器實(shí)現(xiàn)操作和控制，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自校準(zhǔn)、自診斷等要求，從而提高了測量精度；（3）便于將多臺帶有GP IB接口的儀器組合起來，形成較大的測試系統(tǒng)，高效靈活地完成各種不同的測試任務(wù)，而且組建和拆散靈活，使用方便；（4）便于擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的功能。由于儀器和計(jì)算機(jī)相連，因此可在計(jì)算機(jī)的控制下對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行更加靈活、方便的傳輸、處理、綜合、利用和顯示，使原來儀器采用硬件邏輯很難解決的問題迎刃而解。

　　3硬件組成及軟件設(shè)計(jì)

　　311硬件組成

　　文中用到的硬件示意圖如1所示，主要有以下3個(gè)部分組成，下面分別加以介紹。

　　日本CON TEC公司的GP 2 IB （CB） F接口板它是PCM C IA類型接口板，完成GP IB儀器與筆記本電腦之間的通訊。其特點(diǎn)是：符合IEEE 2488 12標(biāo)準(zhǔn)；數(shù)據(jù)最大傳速率是1 5M byte s；內(nèi)置2kbyte F I 2 FO用于數(shù)據(jù)的傳送和接收；內(nèi)置GP IB總線分析功能；具有自診斷功能。該卡附有驅(qū)動(dòng)程序庫― A P I2 PAC（W 32） ，它提供了W IN 32 A P I格式的函數(shù)，為各種常用編程語言提供使用方便、統(tǒng)一的軟件接口，能夠用于W indow s XP、2000、M e、98等操作系統(tǒng)，支持的編程語言包括L abV IEW、V isual C+ +、Boland C+ +、V isual Basic、Delphi、Builder等。當(dāng)該卡驅(qū)動(dòng)程序在筆記本電腦上成功安裝以后，在其屬性頁中可以對該板卡的諸如板卡名稱、板卡主、從地址、查詢模式、超時(shí)間隔、傳輸字符結(jié)束模式等各種常用屬性進(jìn)行配置，同時(shí)，在其屬性設(shè)置中，還包括該板卡的自診斷功能，可以方便的檢查板卡的啟動(dòng)和驅(qū)動(dòng)程序是否正常，并可以將診斷結(jié)果以文本方式輸出。

　　惠普公司的動(dòng)態(tài)信號分析儀HP35670A是一款高性能的動(dòng)態(tài)信號分析儀，包括兩種型號一雙通道和四通道，可以完成動(dòng)態(tài)信號的采集與各種分析，本文所做的研究通用于這兩類儀器。HP35670A廣泛適用于以下類型的測量：

　　轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械測量、結(jié)構(gòu)測量、聲學(xué)測量、頻譜和網(wǎng)絡(luò)測量以及控制系統(tǒng)測量。當(dāng)配備了所有的選用件時(shí)，其功能相當(dāng)于頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀、聲級表、聲學(xué)強(qiáng)度分析儀、振動(dòng)分析儀、音頻示波器和幅度域分析儀等。它配備有下列儀器工作方式：

　　快速傅里葉變換（FFT ）分析、相關(guān)分析、直方圖時(shí)間分析、倍頻程分析、階次分析和掃描正弦等。

　　HP35670A在前面板上通過各種功能軟鍵來完成數(shù)據(jù)的采集、分析、結(jié)果的圖形顯示以及儀器的控制等功能，后面板上配備有GP IB和RS 2 232接口，可與計(jì)算機(jī)通訊或直接由計(jì)算機(jī)對其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，其控制指令完全符合SCP I（可程控儀器標(biāo)準(zhǔn)命令）標(biāo)準(zhǔn)，此外該儀器也配有軟驅(qū)通過磁盤來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。本文由計(jì)算機(jī)來控制HP35670A采集和分析數(shù)據(jù)，并且通過GP IB接口實(shí)現(xiàn)兩者之間的數(shù)據(jù)交換以備后續(xù)各種處理。

　　筆記本電腦作為系統(tǒng)的“主控者”

　　，通過GP IB接口板對HP35670A進(jìn)行完全“軟件”控制，主要包括以下幾個(gè)方面：

　　儀器的控制（初始化、復(fù)位、儀器參數(shù)設(shè)置等）；各種數(shù)據(jù)（采集的原始數(shù)據(jù)或由HP35670A分析的結(jié)果數(shù)據(jù)等）在儀器與計(jì)算機(jī)之間的傳遞；通過特定軟件（如模態(tài)軟件）根據(jù)不同的應(yīng)用需求對HP35670A的數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)處理（如模態(tài)分析）等。

　　312軟件設(shè)計(jì)

　　軟件部分設(shè)計(jì)主要用到的是GP IB板卡的W IN 32 A P I函數(shù)驅(qū)動(dòng)庫以及HP35670A自身的SCP I命令庫。

　　A P I函數(shù)庫封裝了對GP IB板卡初始化、從GP IB設(shè)備讀取數(shù)據(jù)、向GP IB設(shè)備寫入數(shù)據(jù)或命令以及GP IB設(shè)備的清除等各種控制操作。

　　HP35670A提供了幾百種SCP I命令，可實(shí)現(xiàn)儀器的狀態(tài)設(shè)置、數(shù)據(jù)的顯示、文件的管理以及前面板的控制等各種操作。本文采用可視化編程環(huán)境V isual C + + 6 1 0作為開發(fā)平臺，在W IN 2000系統(tǒng)下開發(fā)了GP IB儀器控制程序，界面如2所示。其主要功能包括：

　　時(shí)域數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、刪除；頻域數(shù)據(jù)（頻響函數(shù)）的存儲(chǔ)、刪除；當(dāng)前圖形上任意內(nèi)容數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、刪除；儀器的初始化、控制權(quán)的轉(zhuǎn)換以及操作結(jié)果的狀態(tài)顯示等。

　　儀器的初始化主要包括板卡的初始化和HP35670A的初始化。

　　在GP IB系統(tǒng)中，每個(gè)設(shè)備至少應(yīng)具有一個(gè)0到30之間的GP IB地址，在同一系統(tǒng)中，不同的設(shè)備應(yīng)具有不同的地址，一般GP IB板卡設(shè)置地址0， GP IB儀器地址從1到30.板卡在計(jì)算機(jī)安裝成功以后，在其屬性頁中，默認(rèn)地址已設(shè)置為0。對于HP35670A ，其地址設(shè)置可以是1到30中的任意一個(gè)整數(shù)，但前提是程序中設(shè)置的地址必須與HP35670A中設(shè)置的GP IB地址一致，否則初始化會(huì)失敗。還有一點(diǎn)要注意的是， HP35670A儀器有兩種工作模式―“SYSTEM CON TROLLR”和“AD 2 DRESSBL ONL Y”，分別代表“主控制級”和“被控制級”，在默認(rèn)情況下（即不用GP IB總線控制的時(shí)候）是前一種工作模式，在本文所涉及的GP IB系統(tǒng)中，HP35670A作為被控者而計(jì)算機(jī)作為主控者，因此，其工作模式必須要變?yōu)椤癆DDRESSBL ONL Y”。

　　初始化函數(shù)原型為： DWORD Gp Ini（void）。當(dāng)返回值為0時(shí)，初始化成功，此時(shí)HP35670A前面板上的各種功能軟鍵除了“Local GP IB”外都失效，系統(tǒng)的控制權(quán)屬于計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)通過GP IB總線發(fā)送各種控制命令對儀器進(jìn)行操作。

　　HP35670A若再得到控制權(quán)有兩種方式可以實(shí)現(xiàn)：一種方法是通過軟鍵“Local GP IB”來得到，另一種是通過程序來控制，由2中的“GTL”按鍵來實(shí)現(xiàn)，其實(shí)質(zhì)是發(fā)送命令GpGtl（Yradr）來使儀器得到控制權(quán)，參數(shù)Yradr指HP35670A的地址。

　　GP IB的寫、讀控制該部分主要完成發(fā)送儀器的控制命令以及接收數(shù)據(jù)功能。

　　發(fā)送儀器控制命令函數(shù)原型為： DWORD Ret=GpTalk （Cm d， Srlen， Srbuf）。Cm d是包含三個(gè)元素的數(shù)組， Cm d<0>指講者和聽者的數(shù)目總和，本系統(tǒng)中只有計(jì)算機(jī)和一個(gè)GP IB儀器HP35670A ，所以設(shè)定為2；Cm d <1>指講者的地址； Cm d<2>指聽者的地址。

　　Srlen指發(fā)送命令字符串的長度。

　　Srbuf是字符串指針，存放要發(fā)送的控制命令。

　　接收數(shù)據(jù)函數(shù)原型為： DWORD Ret= GpL isten（Cm d， Srlen， SrBuffer）。

　　Cm d參數(shù)意義同上。

　　Srlen返回接收到的數(shù)據(jù)長度。

　　SrBuffer存放接收到的字符串?dāng)?shù)據(jù)。

　　本文主要是得到每次試驗(yàn)的時(shí)域和頻域數(shù)據(jù)，三個(gè)步驟即可實(shí)現(xiàn)此功能，首先設(shè)置當(dāng)前圖形要顯示的數(shù)據(jù)（時(shí)域、頻域） ，其次設(shè)置數(shù)據(jù)的顯示方式（實(shí)部、虛部、對數(shù)或者其它等） ，最后取出當(dāng)前圖形的數(shù)據(jù)。對應(yīng)的主要SCP I命令分別為：CALC1： FEED‘XT IM ： VOL T 1’；3 WA I； DA 2 TA CALC1： FEED‘XFR： POW ： RA T 2， 1’； FORM REAL；3 WA I；DA TA對于HP35670A ，由于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)針對于當(dāng)前圖形進(jìn)行操作，因此在存儲(chǔ)完畢以后要保證當(dāng)前圖形中顯示的內(nèi)容前后一致，此時(shí)需要在存儲(chǔ)前讀出當(dāng)前圖形中的顯示狀態(tài)，存儲(chǔ)后據(jù)此即可恢復(fù)到原來的狀態(tài)。

　　系統(tǒng)中的同步實(shí)現(xiàn)方法在HP35670A執(zhí)行命令的過程中，后一種操作有可能取決于前一種操作的執(zhí)行結(jié)果，而前一種操作可能要花上一段時(shí)間才能執(zhí)行完畢。在這種執(zhí)行情況下，必須要保證前一種操作執(zhí)行完畢之后才能執(zhí)行后一種操作，否則，結(jié)果有可能出現(xiàn)錯(cuò)誤。這就是同步問題。狀態(tài)和事件報(bào)告系統(tǒng)提供了幾種方法，如3 WA I，3 OPC等控制命令。用3 WA I命令強(qiáng)制后一個(gè)命令必須等前一個(gè)命令執(zhí)行完之后才開始執(zhí)行，它是最容易實(shí)現(xiàn)的一個(gè)方法。此外，也可以通過軟件延時(shí)來達(dá)到此目的，即在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，兩條指令之間根據(jù)實(shí)際情況加一個(gè)軟件延時(shí)，在延時(shí)時(shí)間段內(nèi)確保上一條指令數(shù)據(jù)傳輸完畢即可。

　　在文中，主要采用的是3 WA I命令配合軟件延時(shí)，以保證正確地實(shí)現(xiàn)HP35670A與應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)交換。

　　數(shù)據(jù)文件的管理由于從GP IB數(shù)據(jù)總線上接收到數(shù)據(jù)是字符串形式，而且數(shù)據(jù)之間有分割符以及結(jié)束符等，需要對字符串?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行管理以便對HP35670A的數(shù)據(jù)根據(jù)特定需要后續(xù)處理。本文將接收到的數(shù)據(jù)以A SC碼方式存放，可以新建一個(gè)文件或者是追加到原有文件，該文件格式可以由MA TLAB或L abV IEW等其它通用軟件方便調(diào)用。

　　4結(jié)束

　　文中實(shí)現(xiàn)了基于GP IB總線的HP35670A儀器與筆記本電腦之間的通訊，數(shù)據(jù)傳輸速度快，操作方便，不僅能夠完全替代儀器自身的軟驅(qū)通過磁盤來傳輸數(shù)據(jù)，而且可以在本系統(tǒng)中連結(jié)多臺GP IB儀器，由GP IB接口設(shè)備完成信號的采集、測量與調(diào)理，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能實(shí)現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析、處理以及顯示等，從而構(gòu)成一套大型多功能的計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)即虛擬儀器系統(tǒng)，由此可以充分利用計(jì)算機(jī)的軟件和硬件資源，使本來需要硬件或電路難以實(shí)現(xiàn)或根本無法實(shí)現(xiàn)的技術(shù)軟件化和虛擬化，最大限度的降低成本，增強(qiáng)系統(tǒng)的功能和靈活性。

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