虛擬儀器技術(shù)是將測試技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，配以相應(yīng)測試功能的硬件和接口，通過虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)在計(jì)算機(jī)上虛擬出儀器的面板并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，使得使用者通過操作計(jì)算機(jī)完成相應(yīng)的測試工作，提高測試效率[1]。虛擬儀器包括硬件和軟件兩個(gè)基本要素，硬件功能是獲取被測的物理信號(hào)，提供信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ溃卉浖t是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析、處理、顯示等功能，并將其集成為儀器操作與運(yùn)行的一體化環(huán)境?？傮w而言，虛擬儀器硬件以GPIB、VXI、PXI等計(jì)算機(jī)接口總線發(fā)展為標(biāo)志，而軟件技術(shù)則是以VISA、SCPI、IVA等標(biāo)準(zhǔn)和LabVIEW、LabWindows/CVI等先進(jìn)開發(fā)平臺(tái)為核心，構(gòu)成一個(gè)完整的虛擬儀器技術(shù)體系。

一、測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本測試系統(tǒng)在NI LabVIEW虛擬儀器平臺(tái)基礎(chǔ)上開發(fā)，由儀器硬件平臺(tái)和系統(tǒng)軟件平臺(tái)組成，其功能框圖如圖 1。硬件平臺(tái)以GPIB/RS232總線為基礎(chǔ)，基于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為處理平臺(tái)，以信號(hào)源、頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀等程控測試儀器完成信號(hào)參量和網(wǎng)絡(luò)參量的測試功能；應(yīng)用軟件基于NI LabVIEW為平臺(tái)，使用圖形化編程語言LabVIEW設(shè)計(jì)開發(fā)，處理特點(diǎn)既采用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法，又保持面向過程的靈活性。從設(shè)備底層到高層界面表述、數(shù)據(jù)庫處理，充分利用LabVIEW的優(yōu)點(diǎn)，完成軟件設(shè)計(jì)和代碼編寫。

圖 1 測試系統(tǒng)功能組成框圖

（一）軟件開發(fā)工具NI LabVIEW

測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)基于虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)NI LabVIEW實(shí)現(xiàn)，NI LabVIEW具有圖形化的儀器編程環(huán)境，采用“畫流程圖式”的編程方法進(jìn)行程序設(shè)計(jì)和調(diào)試，每個(gè)方框圖代表一個(gè)功能模塊即子VI，程序執(zhí)行的過程是條件滿足方式，當(dāng)一個(gè)功能模塊的所有輸入都齊備后，此功能模塊產(chǎn)生輸出，傳送給下一個(gè)模塊。程序的動(dòng)態(tài)流程可以通過點(diǎn)亮程序框圖工具欄上的“高亮顯示執(zhí)行過程”小燈泡看到[2]。測試程序的設(shè)計(jì)包括3部分：程序前面板、框圖程序和圖標(biāo)/連接器。程序前面板模擬真實(shí)儀表的前面板，用于輸入信號(hào)各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置和輸出信號(hào)的顯示，每一個(gè)程序前面板都對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的程序框圖；框圖程序用LabVIEW圖形編程語言編寫，由端口、節(jié)點(diǎn)、圖框和連線構(gòu)成。其中端口被用來同程序前面板的控制和顯示傳遞數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)被用來實(shí)現(xiàn)函數(shù)和功能調(diào)用，圖框被用來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化程序控制命令，而連線代表程序執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)流，定義了框圖內(nèi)的數(shù)據(jù)流動(dòng)方向；圖標(biāo)/連接器是子VI被其它VI程序調(diào)用的接口。圖標(biāo)是子VI在其他程序框圖中被調(diào)用的節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)形式；而連接器則表示節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的輸入/輸出口，就象函數(shù)的參數(shù)。用戶必須指定連接器端口與前面板的控制和顯示一一對(duì)應(yīng)。

（二）測試系統(tǒng)子模塊設(shè)計(jì)

為簡化設(shè)計(jì)和調(diào)試流程，將測試系統(tǒng)中各個(gè)模塊分類并進(jìn)行子程序設(shè)計(jì)，包括電源子程序設(shè)計(jì)和測試儀器子程序設(shè)計(jì)。測試系統(tǒng)的電源采用DPS6333L，其程控指令通過RS232總線傳輸；測試儀器的程控是通過GPIB總線實(shí)現(xiàn)的，其程控指令集均符合SCPI規(guī)范。儀器的GPIB接口與計(jì)算機(jī)的連接通過NI公司的USB轉(zhuǎn)GPIB接口卡完成，安裝完相應(yīng)的I/O接口庫以及VISA驅(qū)動(dòng)包后，就可以完成各儀器的程序控制。

以電源“工作模式設(shè)置”子VI程序設(shè)計(jì)為例，因其程控指令通過RS232總線傳輸，應(yīng)首先對(duì)串口進(jìn)行初始化配置：波特率為默認(rèn)值9600、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗(yàn)位、串口號(hào)為1，并設(shè)置I/O接收和發(fā)送緩沖區(qū)；然后通過VISA Write.vi向電源發(fā)送“O2/O3/O4/O5”等工作模式選擇指令，以確定電源的輸出模式，即串聯(lián)/并聯(lián)/正常/跟蹤模式；由于LabVIEW的串行通信子VI只允許對(duì)字符串的讀寫，因此在數(shù)據(jù)處理時(shí)，須進(jìn)行數(shù)字與字符串之間的轉(zhuǎn)換，在此通過調(diào)用一個(gè)“數(shù)值至十進(jìn)制字符串轉(zhuǎn)換”子VI來實(shí)現(xiàn)；調(diào)用“清空I/O緩沖區(qū)”子VI后，發(fā)送指令“rm”檢查并輸出此時(shí)電源的工作模式，對(duì)整個(gè)“設(shè)置電源工作模式”的程序進(jìn)行封裝，電源工作模式設(shè)置的框圖程序如圖 2。按同樣方法進(jìn)行設(shè)置電壓/電流、電源保護(hù)、電源輸出等子VI程序的設(shè)計(jì)，最后連接電源模塊的所有子VI程序，對(duì)電源的前面板配置參數(shù)界面進(jìn)行設(shè)計(jì)并對(duì)電源模塊的子程序進(jìn)行封裝，最終完成電源設(shè)計(jì)。電源的前面板圖與程序框圖分別如圖 3和圖 4。

圖 2 電源工作模式設(shè)置的框圖程序

圖 3 直流程控電源DPS6333L前面板圖

圖 4 直流程控電源DPS6333L程序框圖

依次進(jìn)行信號(hào)源、頻譜儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀等模塊的子程序設(shè)計(jì)，連接其框圖程序，完成測試系統(tǒng)主程序的的開發(fā)。圖 5是某放大器的部分設(shè)計(jì)程序。

圖 5 放大器測試程序前面板圖

二、測試結(jié)果

在系統(tǒng)搭建完成之后，進(jìn)行了放大器的測試，測試時(shí)通過按下窗口左上角的“運(yùn)行”按鈕，等待兩分鐘后，便可得到放大器的頻率特性的曲線和記錄數(shù)據(jù)。測試結(jié)果如圖 6。

圖 6 放大器頻率特性曲線測試結(jié)果

三、結(jié)論

實(shí)際開發(fā)中，在程序設(shè)計(jì)和調(diào)試方面，LabVIEW表現(xiàn)了很好的靈活性。本文中的設(shè)計(jì)是基于LabVIEW的測試儀器控制系統(tǒng)，該自動(dòng)測試系統(tǒng)基本涵蓋了基本的信號(hào)參量測試、網(wǎng)絡(luò)參量測試；具有自動(dòng)化、高效化、準(zhǔn)確化的特點(diǎn)，大大縮短了測試時(shí)間，提高了測試效率，完善了測試數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理能力[3]。鑒于虛擬儀器開放性好、智能化程度高、界面友好以及可根據(jù)自己的需求設(shè)計(jì)儀器系統(tǒng)的優(yōu)勢，正在被越來越多的工程測試人員所采用，而且隨著未來測控技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器必將會(huì)在更多的領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

參考文獻(xiàn)

[]梁秋明，田夢君.基于LabVIEW的虛擬示波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子測量技術(shù)，2009，34（3）.

[]趙振華，馮涓.基于LabVIEW的單片機(jī)溫度自動(dòng)測試系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，15.

[]楊井勝.基于Labview的雷達(dá)接收自動(dòng)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].四川兵工學(xué)報(bào)，2009，30（7）.

（作者單位：青島海盾船舶電子技術(shù)研究所）