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8 、仪器驱动器设计

8 、仪器驱动器设计. 8.1 虚拟仪器软件结构 VISA 8.2 VPP 仪器驱动程序 8.3 基于 lVl 规范的互换型驱动器 8.4 VPP 仪器驱动程序设计 8.5 LabVIEW 仪器驱动程序. 8.1 虚拟仪器软件结构 VISA. VISA 的基本概念 1 、什么是 VISA

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8 、仪器驱动器设计

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  1. 8、仪器驱动器设计 8.1 虚拟仪器软件结构VISA 8.2 VPP仪器驱动程序 8.3 基于lVl规范的互换型驱动器 8.4 VPP仪器驱动程序设计 8.5 LabVIEW仪器驱动程序

  2. 8.1 虚拟仪器软件结构VISA • VISA的基本概念 • 1、什么是VISA VISA是虚拟仪器软件结构(Virtual Instrument Software Architectuere)的简称，是由VXI plug & play系统联盟所统一制定的I/O接口软件标准及其相关规范的总称。一般称这个I/O函数库为VISA库（用于仪器编程的标准I/O函数库）。VISA函数库驻留于计算机系统中，是计算机与仪器之间的标准软件通信接口，用以实现对仪器的控制。

  3. VISA的结构模型图 VISA采用这种金字塔型的结构模型，为各种虚拟仪器系统软件提供了一个形式统一的I/O操作函数库，VISA将不同厂商的仪器软件统一于同一平台。

  4. 2、为什么要使用VISA • VISA的内部结构是一个先进的面向对象的结构，这一结构使得VISA与在它之前的I/O控制软件相比，接口无关性有很大提高。VISA的可扩展性使它远远超出了一般I/O控制软件的范畴，而且由于VISA内部结构的灵活性，使得VISA在功能和灵活性上也超过了其它I/O控制库。 • 尽管VISA的API函数却比其它具有类似功能的I/O库少得多，因此，VISA很容易被初学者掌握。 • 另外，VISA高度的可访问性和可配置性又使得熟练的用户可以利用VISA的许多独有特性，使得VISA的应用范围大大超过了传统的I/O软件。VISA不仅为将来的仪器编程提供了许多新特性，而且兼容过去已有的仪器软件。 • 总之，VISA具有与仪器硬件接口无关的特性，是理想的仪器I/O软件。

  5. 3、VISA的特点 • 1）VISA的I/O控制功能适用于各种仪器类型 • 2）VISA的I/O控制功能适用于各种仪器硬件接口方式 • 3）VISA的I/O控制功能适用于多种计算机平台 • 4）VISA能适应未来发展的需要 • 4、VISA的发展现状 VISA规范是VPP规范的核心内容，其中《VPP4.3 ：VISA库》规定了VISA库的函数名、参数定义及返回代码等。《VPP4.3.2 ：文本语言的VISA实现规范》和《VPP4.3.3 ：图形语言的VISA实现规范》分别对文本语言（C/C++和Visual Basic）和图形语言（LabVIEW）实现VISA时的VISA数据类型与各种语言特定数据类型的对应关系、返回代码、常量等进行了定义。

  6. VISA的组成原理 1、VISA的内部结构 VISA的内部结构简化图

  7. 1）资源管理器 VISA资源管理器是用于管理所有资源的一种系统资源（控制设备资源），执行管理、控制和分配VISA资源的操作。 • 2）资源 VISA的资源类概念类似于面向对象程序设计方法中类的概念，它是一个实例的外观和行为的描述，是一种抽象化的设备特点的功能描述，是对资源精确描述的专用术语。 • 3) 会话（连接）。 会话（Sessions）是指与任何已存在资源的连接，包括默认资源管理器的连接。

  8. 2、VISA资源描述 1）资源描述格式

  9. 2）资源类型定义

  10. 3）VISA的资源结构

  11. 4）VISA机制 需要用到VISA的3种机制：属性机制、锁定机制和事件机制。以写资源为例，3种机制的作用如图

  12. （1）属性机制 属性机制用来控制资源的各种属性，这些属性分为两种：只读属性和可读可写属性。 （2）锁定机制 锁定机制可以设置通道对资源的访问模式。应用程序能同时对资源开辟多个通道，并能通过不同的通道对资源进行访问。 （3）事件处理机制 VISA中还定义了一种常见的机制提醒应用程序注意某种特殊情况，这些特殊情况成为事件。有了事件就可以使VISA的资源和它的应用程序之间传递消息。应用程序有两种不同的方式获得事件通知，它们分别是：队列机制和回调机制。

  13. VISA编程及应用实例 • 1、VISA编程概要 在VISA编程过程中，面向仪器的所有操作都必须首先进行打开VISA资源通信通道（Session）的操作。用户可以打开两种类型的通信通道：资源管理器通信通道（Resource Manager Session）和器件通信通道（Device Session）。 • 2、应用实例 本节通过分别调用非VISA的I/O接口软件库与VISA库函数，对GPIB器件与VXI消息基器件进行简单的读/写操作（向器件发送查询器件标识符命令，并从器件读回响应值），从而进行VISA与其他I/O接口软件的异同点比较。

  14. 【实例1】用非VISA与其他I/O接口软件库（NI公司的NI-488）实现GPIB仪器的读/写操作

  15. 【实例2】用非VISA的I/O接口软件库（NI公司的NI-VXI）实现对VXI消息基仪器的读/写操作。

  16. 【实例3】用VISA的I/O接口软件库实现对GPIB仪器与VXI消息的读/写操作

  17. 【实例4】对于用户来说，只需了解VISA函数的格式与参数就可以编写仪器的驱动程序，而不必关心VISA库与仪器如何沟通的细节。对VISA函数的调用一般可以分为声明、开启、器件I/O和关闭4部分，下面以一段简单的C语言程序为例进行说明。该程序是由计算机向一台GPIB器件发出“*IDN？”的IEEE-488.2公用命令，并从该器件回读其响应字符串。

  18. VISA在LabVIEW中的实现 • 1.VISA子模板简介 VISA功能模块位于Instrument I/O →VISA→VISA Advanced 子模板中如图。

  19. 2.VISA 总线系统软件设计 VISA子模板中各个函数的端口图和功能如表

  20. VISA高级选项子模板中部分函数及子函数的简单介绍

  21. 3 .VISA属性节点 LabVIEW提供了VISA属性节点（位于VISA Advanced 子模板），在程序中通过属性节点可读取设置VISA资源的属性值。VISA属性节点如图 将VISA属性节点放到流程图上以后，可设置VISA属性。设置属性有两种方法： （1）把VISA会话通道连接到属性节点的reference输入端子，VISA就会变成与这个会话相关联的类。

  22. （2）在属性节点弹出选单，选择Select Class→VISA→I/O Session 选项，如图8-7所示，在此选项的下列选单包含各种不同的VISA类，选择VISA类后进行属性设置。

  23. 4. 实例 【例8-1】VISA锁定机制的运用 VISA锁定机制允许优先通过独立的操作访问资源。 前面板及流程图程序设计

  24. 【例8-2】 VISA属性应用实例:串口写和读。 VISA属性应用.vi框图程序如图所示。该VI打开一个与串口COM1的会话通道，通过属性节点对串口初始化为19200波特，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验位。而后将一个字符串写入write buffer 端口，经10s延时后，通过VISA的另一个属性端子Bytes at Port返回从串口设备读取的字节数，这些字节在VISA Read 模块的read buffer端口获取。通信结束由VISA Close模块关闭与串口的会话连接。

  25. VISA属性应用.VI框图程序

  26. 8.2 VPP仪器驱动程序 • 仪器驱动器概述 • 1、仪器驱动器的由来 • 1）问题的提出 • 2）标准仪器命令集的控制方式 • 3）仪器驱动器的控制方式 总之，在虚拟仪器系统中，驱动程序起着非常重要的作用，它将仪器硬件和计算机有机地组合成为一个仪器系统，完整地实现虚拟仪器内部的数据采集、分析处理、显示输出的全部功能。随着仪器硬件，计算机和软件的复杂性越来越高，驱动程序的重要性与价值已经越来越被人们所重视。

  27. 2、关于驱动器的基本概念 仪器驱动程序是完成对某一特定仪器的控制与通信的软件程序集合。它负责处理与某一专门仪器通信和控制的具体过程，将底层的复杂的硬件操作隐蔽起来，通过封装复杂的仪器编程细节，为了使用户使用仪器提供了简单的函数调用接口。 仪器驱动程序是连接上层应用软件与底层输入/输出软件的纽带和桥梁。 每个仪器模块均由自己的驱动程序，并且仪器厂商将其原码以动态链接库（DLL）的形式提供给用户。

  28. 3、VPP仪器驱动器的特点 • （1）仪器驱动程序一般由仪器供应厂家提供 • （2）所有仪器驱动程序必须提供程序源代码，而不是只提供可调用的函数 • （3）仪器驱动程序结构的模块化与层次化 • （4）仪器驱动程序设计与实现的一致性 • （5）仪器驱动程序的兼容性与开放性

  29. VPP仪器驱动器的结构模型 1、仪器驱动器外部接口模型 外部接口模型分为以下5个部分，如图

  30. （1）函数体。它是仪器驱动程序的主体，为仪器驱动程序的实际源代码。（1）函数体。它是仪器驱动程序的主体，为仪器驱动程序的实际源代码。 • （2）交互式开发接口。它提供了一个图形化的功能面板，用户可以在这个图形接口上实施各种控制，改变每一功能调用的参数值。 • （3）编程开发者接口。它是应用程序调用驱动程序的软件接口，通过此接口可方便地调用仪器驱动程序中所定义的所有功能函数。 • （4）VISA I/O接口。它通过本接口调用VISA这一标准的I/O接口程序库，提供了仪器驱动器与仪器硬件的通信能力。 • （5）子程序接口。它使得仪器驱动器在运行时能调用其它所需要的软件模块（如数据库、FFT等），而提供的软件接口。

  31. 2、仪器驱动程序内部设计模型 仪器驱动器的第二个模型是内部设计模型

  32. 仪器驱动程序函数体由两大部分组成：第一部分是一组部件函数，它们是一些控制仪器特定功能的软件模块；第二部分是一组应用函数，它们使用一些部件函数共同实现完整的测试和测量操作。仪器驱动程序函数体由两大部分组成：第一部分是一组部件函数，它们是一些控制仪器特定功能的软件模块；第二部分是一组应用函数，它们使用一些部件函数共同实现完整的测试和测量操作。 • 1）部件函数 （1）初始化函数 （2）配置函数 （3）激活/状态函数 （4）数据函数 （5）实用函数 （6）关闭函数

  33. 2）应用函数 应用函数是以源代码形式提供的一种面向测试任务的高级编程函数。通常情况下，应用函数通过设置、启动、从仪器读取测量数据等动作来完成一次完整的测试操作。 根据测试任务的不同，将虚拟仪器粗分为3种类型：即测量仪器、源仪器及开关仪器。它们分别完成测量任务、源激励任务及开关选通任务。在VPP系统仪器驱动程序规范中，将配置函数、动作/状态函数及数据函数统称为功能类别函数，对应以上的3种仪器类型，分别定义了3种功能类别函数的结构，即测量类函数、源类函数及开关类函数。

  34. 仪器驱动程序函数简介 • 1、通用函数 • （1）初始化函数建立驱动程序与仪器的通信联系。VPP规范对参数返回的状态值作了规定

  35. （2）复位函数将仪器置为默认状态 • （3）自检函数对仪器进行自检。 • （4）错误查询函数。完成仪器错误的查询。 • （5）错误消息函数将错误代码转换为错误消息。 • （6）版本查询函数对仪器驱动程序的版本与固有版本进行查询。 • （7）关闭函数终止软件与仪器的通信联系，并释放系统资源。

  36. 2、特定函数 1）测量类功能类别函数。 2）源类功能类别函数。 3）开关类功能类别函数。

  37. 仪器驱动程序功能面板 1、功能面板的结构 功能面板文件最小树结构

  38. 2、功能面板的部件函数 功能面板树结构

  39. 在功能面板中，每一个层次的部件都必须包括各自的帮助文档，帮助文档可分为如下5部分：在功能面板中，每一个层次的部件都必须包括各自的帮助文档，帮助文档可分为如下5部分： • （1）功能面板帮助文档对应于仪器节点，描述了整个仪器的功能及功能面板所含的类节点与函数节点概念。 • （2）功能类帮助文档对应于类节点，描述了类的功能与类所含的函数节点概述。 • （3）功能函数帮助文档对应于函数节点，描述了功能函数的功能。 • （4）控件帮助文档对应于函数的输入、输出函数，分别描述各自的意义、默认值与注意点。 • （5）控件帮助文档对应于函数的返回状态值，包括了正确返回值与各种错误返回值代码的含义。

  40. 8.3 基于lVl规范的互换型驱动器 8.3.1 IVI概述 1、IVI的基本概念 VPP仪器驱动器与特定仪器密切相关 ，更换不同厂家或同一厂家不同型号的仪器时，不仅要更换仪器驱动器而且要修改测试程序，针对VPP规范的缺点，为了进一步提高仪器驱动程序的规范化和标准化，充分实现仪器的互换性和互操作性，制定了IVI规范。

  41. 2、IVI驱动器的特点 1）优点 和VPP驱动器相比，IVI仪器驱动器的优点主要有： • （1）仪器级可互换。 • （2）采用了基于状态存储机制的程序结构。 • （3）仪器仿真。 • （4）具有多线程安全性。 • （5）具有范围检查、状态储存及其他的调试和开发功能。

  42. 2）缺点 对于面向仪器互换的虚拟仪器设计目标，目前IVI模型的主要缺点体现在以下方面： • （1）只适合同类仪器的互换，不能实现不同类仪器或某些多类功能的综合性仪器之间的互换。 • （2）IVI类驱动器只能统一某类仪器中大部分仪器功能，其他功能只能通过专用驱动器来实现。 • （3）可用标准较少。目前只完成了示波器、万用表、函数发生器、多路形状等部分仪器的类驱动器的标准化。 • （4）标准开放程度低。IVI模型只适合于通用仪器，如万用表等，而对某些专用仪器（如数据采集卡）不适用。

  43. 8.3.2 IVI驱动器的类型 1、IVI驱动器的类型 IVI驱动器的类型

  44. IVI驱动器类型具体介绍如下: • 1）IVI仪器驱动器 • 2）IVI特定驱动器 • 3）IVI类兼容特定驱动器 • 4）IVI定制特定驱动器 • 5）IVI类驱动器

  45. 2、IVI驱动器的功能 • 1）IVI固有功能（Inherend Capabilities） • 2）基本类功能（Bass Slass Capabilities） • 3）VI类扩展功能（Class Extension Capabilities） • 4）仪器专用功能（Instrument Specific Capabilities）

  46. 3、IVI驱动程序的体系结构 基于IVI规范的驱动程序体系结构

  47. 通过类驱动程序间接调用方式，是IVI驱动器的特色。多用表类的IVI驱动器的结构如下图所示。通过类驱动程序间接调用方式，是IVI驱动器的特色。多用表类的IVI驱动器的结构如下图所示。 多用表类的IVI驱动器的结构

  48. 4、IVI驱动器的结构框架 IVI仪器驱动器的结构框架如下图所示 IVI仪器驱动器的结构框架

  49. 8.3.3 IVI函数库 IVI函数库包括以下内容： • ①仪器通信资源管理，包括资源的创建、锁定、解锁和释放； • ②仪器通信管理； • ③添加仪器属性； • ④添加仪器属性的回调函数； • ⑤设置、获取和检查仪器的属性； • ⑥属性的状态缓存和状态检测； • ⑦范围表管理，包括创建、查找、更改和强制取值； • ⑧错误报告和错误获取； • ⑨内存分配和配置信息的设置和获取； • ⑩通信资源的内存分配和释放。

  50. IVI函数库功能强大，应用复杂。下面将介绍其中的主要功能和使用方法。 1、仪器通信资源管理 仪器驱动器的初始化信息

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