摘 要

近年来电子测量控制领域发生了深刻的变革，虚拟仪器技术越来越引得工程师和科学家的重视，在各个领域应用广泛。

本文讲述了利用LabVIEW虚拟环境实现对仪器控制的过程。受控仪器包括信号源E8267D和信号分析仪N9010A，根据选定的仪器功能确定方案，查找其对应的SCPI命令字符串。程序框图包括主程序和子程序，信号分析仪获取当前频点的功能封装在子VI中，LabVIEW编写控制程序采用VISA库实现，利用GPIB总线使计算机与受控仪器连接，将命令写入受控仪器，仪器执行完相应功能将结果返回前面板进行结果显示，程序运行完毕关闭VISA，释放仪器控制权。

本文的应用程序不仅可以实现扫频信号产生、不同方式的扫频和触发、显示频率和幅度的变化等仪器固有的功能，还可以进行表格显示结果、波形图绘制和文件保存，拓展了信号源的功能，并能在信号分析仪上同步显示数据变化的过程。可以根据需要增加仪器其他功能模块或删除不需要的功能程序，具有很好的重复性和可移植性。本文论述的LabVIEW仪器控制程序开发的一些方法具有参考的意义。

关键词：仪器控制 ；LabVIEW；E8267D；N9010A；VISA规范

Abstract

In recent years, The field of electronic measurement and control has undergone profound changes, virtual instrument technology increasingly attracted the attention of scientists and engineers, has been widely used in various fields.

This paper describes the use of LabVIEW virtual environment to realize the process of instrument control. The controlled instruments includes signal generator E8267D and signal analyzer N9010A,according to the selected instrument function to determine the program,and find the corresponding SCPI command string. Block diagram of the program includes the main program and subroutines,the function of the signal analyzer to obtain current frequency points encapsulated in the sub-vi , LabVIEW write control program using the VISA library implementation ,use GPIB bus to connect the computer and the controlled instrument and write the command to the instruments,When the instrument executed corresponding function,it will return the result to the front panel ,since the program completed, visa closed,and release the instrument control.

In this paper, the application can not only realize the inherent function,such as sweep signal generation, different ways of sweep and trigger and display frequency and amplitude changes of the instrument, but also can undertake the results display, waveform drawing and save the file, Which expand the function of the signal generator, and it can synchronously display the data changes in the signal analyzer, in the program ,it can add additional instrument modules or delete unwanted program functions as required,Which shows a good repeatability and portability.This article discusses some of the ways in LabVIEW instrument control program development has reference significance.

Key words:Instrument Control;LabVIEW;E8267D;N9010A;VISA Criterion

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 仪器控制简介 1

1.1.1 仪器控制的发展背景 1

1.1.2 基于虚拟平台仪器控制意义 1

1.2 虚拟仪器控制的特点 2

1.3 本文主要工作及文章结构 2

第2章 虚拟仪器概述 4

2.1 虚拟仪器发展历史 4

2.2 虚拟仪器系统概念 4

2.3 虚拟仪器系统的硬件和软件 5

2.3.1 虚拟仪器系统硬件部分 5

2.3.2 虚拟仪器系统软件部分 5

2.4 虚拟仪器系统的特点及应用前景 6

第3章 LabVIEW虚拟软件开发平台 7

3.1 LabVIEW简介 7

3.1.1 LabVIEW概述 7

3.1.2 LabVIEW的优势 8

3.2 LabVIEW应用程序的构成 9

3.3 LabVIEW的操作选板 10

3.4 在LabVIEW上创建应用程序的过程 12

3.5本文用到的LabVIEW控件和函数 13

第4章 系统软件设计和实现 17

4.1 LabVIEW虚拟仪器框架 17

4.2 VISA标准及SCPI命令简介 17

4.3 虚拟仪器应用程序设计 18

4.3.1 前面板界面设计 18

4.3.2 信号源程序框图设计 19

4.3.3 子VI程序设计 22

4.3.4 界面美化 24

4.4程序运行、调试及结果 25

4.4.1 运行和调试 25

4.4.2 运行结果 26

第5章 总结 29

参考文献 31

致 谢 32

第1章 绪论

1.1 仪器控制简介

1.1.1 仪器控制的发展背景

过去几十年，电子电路技术发生了巨大的转变，尤其微电子和半导体材料的使用，各种电子器件趋于小型化和多功能化，从模拟技术发展到数字技术，从小型模块发展到多功能集成电路模块^[1]，电子技术的发展也带动了计算机技术和电子仪器仪表等电子产品的进步，使得仪器类型和功能不断的增加及精密化，随之而来的就是这些改变使测控技术也愈加复杂，此时计算机技术与通用仪器结合的想法应运而生，渐渐成为一种潮流，它摆脱了完全依赖硬件的现状，进而演变到软件和硬件越来越多的结合使用甚至硬件系统软件化的趋势，上述电子技术领域的各种变化越来越明显的表明在电子测量仪器与测试领域发生的深刻变革。当前仪器测试领域的发展越来越趋于自动化测试，自动化技术已成为目前发展最迅速、在各领域应用也最为广泛的高新技术之一，逐步向智能化控制发展靠拢，这里NI公司开发的虚拟仪器平台一马当先，基于LabVIEW软件平台进行的虚拟仪器控制受到普遍欢迎，对不同速度的总线技术进行合适的选择，将这些总线技术、智能虚拟仪器驱动技术应用在虚拟仪器控制中，可以大大提高测试效率，很大程度上改变了传统仪器的性能^[1]，用户设计好程序后，只需要在虚拟机上设置参数和点击旋钮就可以控制仪器工作，非常方便且易操作，打破了必须手动操作仪器的常规，在仪器控制领域注定是一场变革。

1.1.2 基于虚拟平台仪器控制意义

 现代科技的发展非常迅猛，新技术、新科技层出不穷，电子产品更新迭代的周期迅速变短，导致测量领域的测量环境也越来越复杂，这就对仪器测量提出了更高的要求，对仪器功能的完善情况和精密度来说是一个很大的挑战，而传统单一的仪器在这些测量要求面前显得捉襟见肘，只靠仪器的硬件已经无法胜任测量要求，这时的虚拟仪器的出现无疑是一个革命性的转折，电子测量仪器注定向虚拟仪器过渡。虚拟仪器（Virtual Instruments），顾名思义并不是现实中实际的某一台仪器，而是一种创新的仪器设计思想^[2]，是建立在计算机平台基础上的自动化测试仪器系统，使用图形化界面编程技术模拟真实仪器的面板上的功能和操作界面，可以有各种各样的形式，生成能够完成所需功能的专用仪器。在美国NI公司推出LabVIEW之后，世界上陆续很多公司如美国惠普、Tektronix、Racal等也紧跟其步伐，陆续开发了多种类型的总线系统的虚拟仪器，在虚拟仪器的基础上又发展了虚拟实验室。自此虚拟仪器以其强大的开发效率被广泛应用在电子、测控、航空、通信等各个领域。由于虚拟仪器技术是基于计算机软硬件资源，与测试技术、仪器技术融合的产物，它充分利用了PC机的数字信号处理器运算、存储、分析、显示及文件管理等智能化功能，对应传统仪器的专业功能和面板界面均是由软件部分实现，基本上发展成为了“软件即仪器”的状态，这使得虚拟仪器有了鲜明的个性，并且在测试控制领域将逐步替代传统硬件仪器^[3]。

虚拟仪器控制即通过计算机上的软件对一台或多台仪器进行总线上的远程控制，用户通过软件将计算机与对应的仪器相互关联起来进行协同合作^[4]，实现一体化，从而可以充分的利用计算机强大的数据处理能力，根据自己的需求设计系统，对仪器功能通过软件定义实现虚拟机对仪器功能的控制并能同步的显示、存储及分析数据。虚拟仪器的使用在很大程度上减少了仪器的成本，并能够在当前仪器的基础上作进一步的软件开发，拓展和丰富了仪器整体的功能，使之能够被更广泛的应用。

1.2 虚拟仪器控制的特点

虚拟仪器包括硬件和软件部分，除了受控仪器和计算机还要连接总线设备，在PC机上的虚拟软件平台上模拟真实仪器的界面和操作、功能，它与传统仪器相比有以下特点：

1. 不强调物理上的实现形式：虚拟仪器中的物理功能如数据采集、数据处理分析、数据显示等都是通过软件功能实现的^[1]，它的数据显示均是在虚拟机的前面板显示，在基本的硬件资源支持下，通过软件程序编写达到控制仪器工作的目的。
2. 自定义仪器功能：用户可以根据自己的需要设计仪器的控制程序，而不用像传统仪器一样拘于厂家定义的仪器功能的形式^[2]，虚拟仪器的编程相对灵活，在仪器基本的功能上还可以延伸其他功能。
3. 图形化界面：虚拟仪器的界面非常直观友好，它利用虚拟平台强大的图形环境，采用可视化的图形编程语言，在计算机上模拟常规仪器的真实面板，有相似的旋钮、开关等其他控件，通过鼠标点击的形式模拟真实仪器的手动操作。
4. 可共用：在本地环境下，任何用户只要正确连接设备并设置相应参数都可以使用设计好的程序实现对仪器的控制。

1.3 本文主要工作及文章结构

本文介绍了基于虚拟仪器软件平台LabVIEW对仪器实现控制的编程方法，主要介绍了LabVIEW软件及与之编程相关的其他重要模块，包括实现PC机与仪器连接的独立总线模块、贯穿应用程序编程始末的IO接口标准架构VISA、仪器标准命令语言SCPI，综合这些模块和LabVIEW自身强大的图形编程环境，设计了对信号源E8267D和信号分析仪N9010A控制的前面板界面和控制程序的编写。成功实现了虚拟仪器程序对仪器的控制功能。