基于LabVIEW 的网络通信技术研究

姬 翔

（中国电子科技集团公司 第二十七研究所，河南 郑州 450047）

1 引言

LabVIEW (Laboratory Virtual Instruments Engineering Workbench)是由美国国家仪器公司开发的专业测试软件，与传统的使用C 语言、C＋＋语言等编程语言不同， 它使用图形化编程环境，具有强大的数据处理功能，以及完备的仪器驱动程序和强大的网络功能。LabVIEW 编程具有简单易学、编程效率高、通用性好、交叉平台交互性好等优点，是虚拟仪器开发快捷、方便和功能强大的软件工具。 本文介绍了使用LabVIEW 开发的基于GPIB 总线仪器网络通信系统。[1][2]

2 系统综述

在本系统中， 使用了以下设备： 工控机、GPIB 接口卡、Agilent 34970A 型数据采集器和GPIB 连接线。 硬件连接示意如图1 所示。

图1 硬件连接简图

2.1 GPIB 总线描述

GPIB(General Purpose Interface Bus)总线是目前最常用的仪器总线之一，它于1978 年由美国的HP 公司提出，后被美国电气及电子工程师协会(IEEE)和国际电工委员会(IEC)接受为程控仪器和自动测控系统的标准接口。 因此，也被称为IEE488 或HPIB。 GPIB 总线是一个数字24 脚并行总线， 其中16 根线为TTL 电平信号传输线，包括8 根双向数据线、5 根接口管理线、3根数据传输控制线。另外8 根为地线和屏蔽线。使用GPIB 母线电缆互相连接的设备最多14 台， 母线电缆的长度不超过20米。[3]

GPIB 总线设备包括听者(Listeners)、讲者(Talkers)和控者(Controllers)。 “听者”是接收数据的设备；“讲者”是向总线发送数据和状态信息的设备；“控者”是对系统进行控制的设备。 一个系统中，可以有若干个“听者”在工作，但是“控者”只有一个。“控者”使能“讲者”，然后“讲者”将数据通过总线传给“听者”。利用计算机对带有GPIB 接口的仪器进行操作和控制， 能够有效的提高测量精度。

2.2 SCPI 命令介绍

SCPI (Standard Commands for Programmable Instruments)是架构在IEEE488.2 上的可程控仪器标准命令集。 一个SCPI 命令可以分为两部分： 一是IEEE488.2 公用命令； 另一部分是SCPI 仪器特定控制命令。公用命令是IEEE488.2 规定的仪器必须执行的命令，其句法和语义遵循IEEE488.2 规定，用来控制设置、 自我测试和状态操作；SCPI 仪器特定控制命令是与仪器相关的，不同的仪器拥有不同的命令子集。

SCPI 命令格式是树状层次结构，可分为多个子系统，每个子系统由一个根命令和一个或者多个层次命令构成。 命令格式为：关键字<参数>：关键字<参数>：……<参数>，<参数>，……。

例如：CONFigure:VOLTage:DC10，MIN

此命令的语义为：设置为直流电压测量，量程为10V，分辨率为最大。

2.3 UDP 协议介绍

目前应用最广泛的网络通信方式是基于以太网的TCP/IP网络体系结构，传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）是模型传输层中的两个并列协议。 UDP 是一种简单的连接协议，传输数据之前源端和终端不建立连接，进行网络传输的过程中，UDP 仅通过端口号指明发送程序端口和接受程序端口，只负责数据传输，不保证数据一定到达目的地，接收方收到数据后不发送到达确认信息。 因此，UDP 提供的数据传输服务为无连接、不可靠的用户数据包服务。 但是本系统应用在专属局域网，网络环境质量优良，可靠性较好，比较适合采用UDP 协议。

2.4 LabVIEW 软件介绍

NI 公司提出“软件就是仪器”。根据此观点，虚拟仪器必须具有这三点特征：数据采集、分析和重现。 LabVIEW 是美国NI公司推出的一种通用虚拟仪器开发软件，它包含了丰富的功能函数库和完备的总线设备驱动程序。LabVIEW 的最大特点是其基于图形(Graphics)的编程方式，即采用了框图而非传统的文本方式的编程方法。 这种编程方式强调信号处理的实际过程，编程简单，调试方便。 一个LabVIEW 分为二个部分：仪器控制前面板、功能模块流程图。 前面板由用户自己定义，用来模拟真实仪器的前面板；功能模块流程图使用图形语言(G 语言)对前面板上的控件对象进行控制，实现了仪器的内部设计。

3 软件设计

在本系统中， 基于VISA (Virtual Instrument Software Architecture)函数库和SCPI 程控仪器标准命令集，对数据采集器进行操作。 VISA 是由VXI Plug&Play 联盟制定的。 它是一种用于仪器编程的标准I/O 接口， 包括GPIB、VXI 和串行总线接口。 从底层到顶层， 虚拟仪器的软件系统构架包含三个部分：VISA 库、仪器驱动程序和应用软件虚拟仪器的软件结构如图2所示。

LabVIEW 提供了VISA 函数库。 调用此函数库，就能够通过GPIB 总线对仪器进行控制。

图2 虚拟仪器的软件结构

Agilent 34970A 型示波器带有GPIB 总线接口， 其GPIB总线地址出厂设置为“17”。 数据采集子VI 前面板能够选择数据采集器的GPIB 总线地址，采集该仪器的测量数据。并且将数据传递到主VI 中。 数据采集子VI 代码如图3 所示。

图3 数据采集子VI 代码图

主VI 使用UDP 协议将数据采集子VI 传递上来的数据信息发送给上位机。 主VI 前面板能够显示由数据采集子传递上来数据信息，并且能够指定上位机的IP 地址和端口号，并且设置时间间隔。 主VI 代码如图4 所示。

图4 主VI 代码图

4 结束语

将数据采集器采集到的数据信息与上位机接收到的数据信息进行比对，结果完全一致。 综上所述，使用LabVIEW 编程能够控制仪器测量，避免了人为操作带来的误差，并简化了操作过程。通过工控机将带有GPIB 总线接口的仪器控制起来，并将测试结果通过UDP 协议发送到上位机， 具有一定的实用价值。

[1]National Instrument Corporation. .2003

[2]刘君华.《基于LabVIEW 的虚拟仪器工程设计》.电子工业出版社.2003

[3]National Instrument Corporation. .2000