基于GPIB總線的虛擬頻譜儀設(shè)計(jì)

GPIB接口總線的16條信號(hào)線可分為三類，這16條線由數(shù)據(jù)線、握手線和接口管理線組成。

GPIB的數(shù)據(jù)線共8條，為8位DIO1—DI08的雙向總線，用于接口上傳遞器件與器件間的信息。一般情況下使用7位的ASCII碼，若有需要，剩下的一位可以當(dāng)同位碼使用。該8條線傳遞的信息包括插件接口指令、地址及與器件有關(guān)的數(shù)據(jù)等。

GPIB的握手線有3條(DAV,NRFD,NDAC),此3條線用以協(xié)調(diào)總線上從講者至聽者的數(shù)據(jù)流動(dòng)，可以確保數(shù)據(jù)傳輸無(wú)誤。

其余的是接口管理線有5條，專門負(fù)責(zé)監(jiān)視與管理總線的運(yùn)作，使信息能有序的流通，現(xiàn)將這5條線說(shuō)明如下：

ATN(Attention)是監(jiān)視線。在總線控制器的驅(qū)動(dòng)下，使用ATN的不同狀態(tài)能對(duì)數(shù)據(jù)總線上的信息做出解釋和響應(yīng)；

IFCdnterfaceclear)是接口清零線。此線由系統(tǒng)控制者用來(lái)對(duì)總線上的所有運(yùn)作(包括所有講者，接收者)進(jìn)行査詢；

REN(RemoteEnable)為遠(yuǎn)程遙控使能控線。此線由系統(tǒng)控者控制，可用來(lái)使總線上的各裝置進(jìn)入遠(yuǎn)程使能；

SRQ(ServiceRequest)為服務(wù)請(qǐng)求線。用來(lái)指出某個(gè)器件請(qǐng)求控制器的服務(wù)；

EOICEndorIdentify)是結(jié)束或識(shí)別線。

1.3  Agilent 82350BGPIB卡

Agilent 82350B是適用于Windows的高性能PCIGPIB接口，它可將PCI總線和GPIB總線上的傳輸相互轉(zhuǎn)換。其緩沖可提供直接存儲(chǔ)器訪問(DMA)的I/O和系統(tǒng)性能。為實(shí)現(xiàn)容易的硬件安裝,其硬件可由軟件配置，并與即插即用標(biāo)準(zhǔn)兼容。該GPIB接口卡一般可插入PC底板的5VPCI插槽中。

2  系統(tǒng)組成 

2.1  硬件結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)主要由天線前端、N16009數(shù)據(jù)采集卡、外部觸發(fā)器.HP8951E頻譜儀.GPIB卡及PC機(jī)組成。

首先,利用數(shù)據(jù)釆集卡可對(duì)頻譜儀的功能進(jìn)行補(bǔ)充，使其滿足設(shè)計(jì)要求，并大幅度提高采樣點(diǎn)數(shù)量。其次利用GPIB卡可實(shí)現(xiàn)頻譜儀和PC機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換,GPIB卡是Agilent公司生產(chǎn)的一種用于頻譜儀和PC機(jī)之間數(shù)據(jù)通信的高性能卡，在Agilent公司提供的VASA與DAQmx中提供有對(duì)GPIB設(shè)備的控制程序庫(kù)，直接調(diào)用庫(kù)中的函數(shù)，即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)GPIB設(shè)備的控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)底層頻譜儀和PC機(jī)之間的通信。其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2.2  軟件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)軟件以LabWindows/CVI為平臺(tái)編寫。LabWindows/CVI是NI公司推出的交互式C語(yǔ)言開發(fā)平臺(tái)。LabWindows/CVI將功能強(qiáng)大、使用靈活的C語(yǔ)言平臺(tái)與用于數(shù)據(jù)采集分析和顯示的測(cè)控專業(yè)工具有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，利用它的集成化開發(fā)環(huán)境、交互式編程方法、函數(shù)面板和豐富的庫(kù)函數(shù)可以大大增強(qiáng)C語(yǔ)言的功能，為熟悉C語(yǔ)言的開發(fā)設(shè)計(jì)人員編寫檢測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)測(cè)試環(huán)境、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、過程監(jiān)控系統(tǒng)等應(yīng)用軟件提供了一個(gè)理想的軟件開發(fā)環(huán)境。系統(tǒng)軟件框架如圖3所示。

軟件系統(tǒng)由參數(shù)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、底層控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、報(bào)表模塊和主界面模塊組成。其需要實(shí)現(xiàn)的功能有項(xiàng)目的管理，項(xiàng)目參數(shù)、頻譜儀參數(shù)的設(shè)定與傳送，頻譜儀、采集卡的控制，釆集數(shù)據(jù)的處理、顯示及保存。圖4所示是一個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的程序流程圖。

2.3  VISA介紹

VISACVirtualInstrumentationSoftwareArchi-tecture）是虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)的縮寫，是VPP系統(tǒng)聯(lián)盟制定的I/O接口軟件標(biāo)準(zhǔn)及其相關(guān)規(guī)范的總稱。VISA為虛擬儀器提供了標(biāo)準(zhǔn)化的I/O接口軟件規(guī)范。它駐留在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，可用來(lái)處理儀器與控制程序之間的通信，是計(jì)算機(jī)與儀器之間的軟件層連接,VISA庫(kù)可為用戶提供簡(jiǎn)捷的函數(shù)接口，以實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的控制。VISA控制儀器的一般流程見圖5所示。

從圖5可以看出，用VISA控制儀器的第一步就是啟動(dòng)VISA。即用VISA的viOpenDefaultRM功能對(duì)VISA系統(tǒng)進(jìn)行初始化和起動(dòng)。viOpenDefaul-tRM功能必須在調(diào)用其他VISA功能之前執(zhí)行，該功能的參數(shù)是起動(dòng)信息；

第二步為連接，即通過VISA的viOpen功能進(jìn)行與規(guī)定儀器的連接,viOpen功能返回某個(gè)值，可使得VISA功能應(yīng)用于規(guī)定儀器，這個(gè)功能的參數(shù)是起動(dòng)信息、規(guī)定儀器的地址信息；

第三步為通信，VISA的viPrintf以一定的字符串格式轉(zhuǎn)換、格式化、發(fā)送命令參數(shù)給制定的儀器會(huì)話;VISA的viQuery函數(shù)則可向儀器發(fā)送一定字符串命令,隨后從儀器的輸出隊(duì)列讀取數(shù)據(jù)；

第四步是斷開，即通過VISA的viClose功能將通信中斷并使VISA系統(tǒng)終結(jié)。

3  系統(tǒng)測(cè)試

通過GPIB卡構(gòu)建的虛擬頻譜儀測(cè)試效果如圖6所示。

與傳統(tǒng)的頻譜儀直接掃描相比，虛擬頻譜儀具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):

(1) 具有更高的采樣率，可使頻譜圖的數(shù)據(jù)點(diǎn)大大增加，從而可以繪制出更精確地頻譜圖；

(2) 具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，可以結(jié)合VC++ 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，從而得到滿足用戶要求的圖形。

(3) 增加了頻譜儀測(cè)量功能，如圖6中，頻譜的測(cè)量采用最大軌跡保持方式，可以測(cè)量出一段時(shí)間內(nèi)干擾的頻率及最大值。此外，通過其干擾的空間分布，還可以快速確定干擾的位置及頻率。

4  結(jié)論

通過GPIB總線構(gòu)建的虛擬頻譜儀可以建立快速、高效的干擾頻譜測(cè)試系統(tǒng)。且其人機(jī)界面更加友好，測(cè)試功能更為強(qiáng)大，用戶還能根據(jù)需求設(shè)置虛擬頻譜儀操作界面和附加功能，以便快速、方便、準(zhǔn)確的完成測(cè)試任務(wù)。