摘 要：本文介紹了如何利用計(jì)算機(jī)采用GPIB接口及HP標(biāo)準(zhǔn)儀器控制庫與TD3000光時域反射儀進(jìn)行連接的方式、方法，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)對TD3000程控儀器的測量控制。同時介紹了系統(tǒng)中所應(yīng)用的HP標(biāo)準(zhǔn)儀器控制庫中的函數(shù)及TD3000程控儀器命令，并設(shè)計(jì)了計(jì)算機(jī)控制儀器完成一次測量過程的原始數(shù)據(jù)的讀取方法和程序流程。 關(guān)鍵詞：GPIB接口;光時域反射儀;標(biāo)準(zhǔn)儀器控制庫;程控儀器 1 引 言 　　計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代微電子技術(shù)的發(fā)展與普及，促進(jìn)了電子測量儀器的快速發(fā)展。而早期采用獨(dú)立臺式測量儀器來完成的測試工作已不能滿足現(xiàn)代測量任務(wù)的要求，因此，自動測試系統(tǒng)在企業(yè)的生產(chǎn)、科研和工程中得到大規(guī)模的發(fā)展和應(yīng)用。自動測試系統(tǒng)即是以計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)為核心，包括測量用儀器儀表、測試對象等組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。專為儀器控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的GPIB接口由此誕生，并廣泛運(yùn)用于儀器儀表的自動測試系統(tǒng)中，成為了智能儀器儀表的標(biāo)準(zhǔn)接口。雖然新興的接口和總線技術(shù)不斷地運(yùn)用于自動測試系統(tǒng)中，但由于GPIB擁有強(qiáng)大的功能、成熟的技術(shù)支持與廣大的使用者，使GPIB仍將是自動測試系統(tǒng)中的重要組成部分，在系統(tǒng)的組建中，實(shí)現(xiàn)對儀器儀表的GPIB控制是最基本和重要的環(huán)節(jié)。本文將分析和設(shè)計(jì)使用計(jì)算機(jī)通過GPIB接口控制TD3000 OTDR儀器，實(shí)現(xiàn)儀器的程控測量和測量數(shù)據(jù)讀取方法。 　　TD3000 OTDR儀器，即光時域反射儀，廣泛運(yùn)用于光纖光纜生產(chǎn)、工程等行業(yè)，是對光纖的長度、衰減等重要指標(biāo)進(jìn)行測量以及斷纖位置定位。常規(guī)的操作是在儀器的控制面板上通過各種開關(guān)和旋鈕完成測量，人工操作較繁瑣，數(shù)據(jù)顯示也較單一并且測量結(jié)果不易保存和作后續(xù)進(jìn)一步分析處理。此儀器有GPIB標(biāo)準(zhǔn)接口，可與計(jì)算機(jī)連接組成自動測試系統(tǒng)，完成人工難辦或無法進(jìn)行的測量任務(wù)。 2 應(yīng)用系統(tǒng)組成及GPIB接口簡介 　　2.1 應(yīng)用系統(tǒng)組成設(shè)計(jì) 　　一個典型的GPIB自動測試系統(tǒng)如圖1所示，由一臺安裝有GPIB接口卡的主控計(jì)算機(jī)與多臺帶有GPIB接口的測試儀器通過GPIB總線連接而成，其連接方式有總線形式或星形的連接，也可以是兩種方式的組合。測試軟件運(yùn)行在主控計(jì)算機(jī)上，通過GPIB接口卡，對測試儀器進(jìn)行自動操作和遠(yuǎn)程控制。 [align=center] 圖1 基于GPIB總線的儀器控制系統(tǒng)框圖[/align] 　　在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中GPIB儀器為一臺TD3000 OTDR程控儀器，GPIB接口卡采用美國Agilent公司的PCI-GPIB 82350A 型接口卡，計(jì)算機(jī)平臺采用臺式微機(jī)，并安裝接口卡驅(qū)動程序及HP SICL儀器控制I/O函數(shù)庫[1]。 　　2.2 GPIB接口簡介 　　GPIB接口，即通用儀器標(biāo)準(zhǔn)接口，也稱為IEEE-488標(biāo)準(zhǔn)。其數(shù)據(jù)傳輸受三根信號線的制約，為“三線掛鉤”應(yīng)答方式的異步數(shù)據(jù)傳輸。該通信總線由8根雙向數(shù)據(jù)線DIO1-DIO2，3根信號交換線DAV、NRFD、NDAC，5根通用控制線ATN、IFC、SRQ、REN、EOI以及8根地線，共24根線組成?？偩€上可連接15臺儀器或設(shè)備，統(tǒng)稱之為器件，向總線發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備稱為“講者”，從總線上接收數(shù)據(jù)的設(shè)備稱為“聽者”，控制總線的設(shè)備稱為“控者”。在GPIB的數(shù)據(jù)傳輸過程中，三根信號交換線，DAV數(shù)據(jù)線上數(shù)據(jù)有效由講者使用，NRFD（未準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)）和NDAC（未收到數(shù)據(jù)）由聽者使用，可實(shí)現(xiàn)廣播式傳輸，即一對多的傳輸方式。其數(shù)據(jù)的傳輸過程是：DAV=0，表示數(shù)據(jù)線上沒有數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)尚未有效。講者必須在所有聽者均已準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)的情況下，即NRFD=0，才會令DAV=1。聽者在得知數(shù)據(jù)有效，即DAV=1時，一方面將NRFD=1，以準(zhǔn)備下一個數(shù)據(jù)的傳送，另一方面在數(shù)據(jù)接收完畢以后，立即以NRFD=0來告知講者。講者撤消原數(shù)據(jù)，即令DAV=0，聽者在講者撤消數(shù)據(jù)以后，以NRFD=1來應(yīng)答，結(jié)束一次數(shù)據(jù)傳輸。若還有數(shù)據(jù)要傳輸，重復(fù)上述過程。從GPIB這種三線掛鉤方式的數(shù)據(jù)傳送過程可以看出，它是一種雙向全互鎖的異步傳輸過程，其特點(diǎn)不但保證了自動適應(yīng)不同傳輸速率的設(shè)備，更保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。在本系統(tǒng)中作為“控者”的設(shè)備是微機(jī)系統(tǒng)，而TD3000 OTDR程控儀器可工作在“聽者”和“講者”兩種模式。 　　2.3 HP SICL簡介 　　HP SICL是隨GPIB接口卡連同驅(qū)動程序一起提供的HP標(biāo)準(zhǔn)儀器控制庫，它是一個能安裝于各種計(jì)算機(jī)體系、I/O接口和操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)模塊化儀器通訊庫。在C/C++或VB中運(yùn)用此標(biāo)準(zhǔn)儀器通訊庫所編寫的應(yīng)用程序可以不加修改或較小修改地從一個系統(tǒng)移植到另一個系統(tǒng)。SICL標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)適用于多種接口的通訊應(yīng)用，由于庫函數(shù)命令與特定通信接口無關(guān)，所以在一個接口上對一臺儀器所編寫的通訊程序可應(yīng)用在其它接口上的相同儀器。同時SICL也為程序員提供了基于不同I/O接口上的函數(shù)命令。 　　驅(qū)動程序和SICL的安裝可采用系統(tǒng)默認(rèn)方式完成。安裝完成之后需運(yùn)行RUN IO CONFIG程序，并設(shè)置或采用默認(rèn)的接口名和總線地址，本設(shè)計(jì)中接口名為hpib7，總線地址為21[2]。 3 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 　　3.1 TD3000儀器命令 　　TD3000儀器共有25條程控命令，有啟動、測量參數(shù)設(shè)置和讀測量結(jié)果及測量原始數(shù)據(jù)等命令，計(jì)算機(jī)通過GPIB接口發(fā)送這些命令實(shí)現(xiàn)對儀器的遠(yuǎn)程控制，可以完成幾乎所有常規(guī)操作儀器面板的功能，命令的具體格式在TD3000儀器操作手冊上有詳細(xì)說明。使用這些命令計(jì)算機(jī)除可以讀出儀器的測量結(jié)果，如光纖的長度、衰減等外，還可以直接讀取儀器測量的原始數(shù)據(jù)，再利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的多種算法、顯示、保存或打印，有效的擴(kuò)展了儀器的功能，大大簡化了人工操作，提高了效率。本設(shè)計(jì)即采用此方式，其主要使用的程控命令是OT命令，即輸出曲線軌跡數(shù)組命令，此命令是TD3000最重要命令之一。其返回信息與其它命令不同，OT命令返回兩種信息，首先是ASCII字符串的頭記錄數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為〈ndata〉，〈nscans〉，〈delta〉〈endm〉，分別表示整個曲線的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)、掃描時間、數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的距離和終止符。其次是符合ANSI/IEEE Std 728-1982二進(jìn)制數(shù)據(jù)塊傳輸標(biāo)準(zhǔn)的曲線數(shù)據(jù)包，包中數(shù)據(jù)以“#”和“B”為前綴，后兩字節(jié)為包中數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，接下來為曲線數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)據(jù)，每兩個字節(jié)為一個數(shù)據(jù)點(diǎn)，最后以一個字節(jié)的效驗(yàn)和結(jié)束。數(shù)據(jù)包的最大字節(jié)數(shù)為1024字節(jié)，因此一條軌跡曲線的數(shù)據(jù)一般需要由多個數(shù)據(jù)包組成[3]。 　　3.2 軟件設(shè)計(jì) 　　根據(jù)以上的設(shè)計(jì)分析，計(jì)算機(jī)控制儀器完成一次測量，并從儀器中讀出原始測量數(shù)據(jù)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最重要和最基本的任務(wù)。本設(shè)計(jì)采用C語言編程，調(diào)用SICL函數(shù)來實(shí)現(xiàn)對TD3000儀器的控制。如圖2是完成一次測量控制并讀取原始測量數(shù)據(jù)的程序流程[4]，此流程中INST [align=center] 圖2測量控制程序流程圖[/align] 　　是SICL頭文件中所定義的設(shè)備標(biāo)識符數(shù)據(jù)類型，通過iopen（“hpib7，21”）打開函數(shù)獲得要通信儀器或設(shè)備的標(biāo)識符，其中“hpib7，21”為運(yùn)行安裝SICL后的IO CONFIG程序所產(chǎn)生的接口名和總線地址。變量和參數(shù)是根據(jù)程序設(shè)計(jì)中使用變量定義，如定義存放一個數(shù)據(jù)包的數(shù)組char buf[1024]以及存放曲線數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)組int dPoint[ndata]等。接下來是接口的出錯及超時處理，儀器參數(shù)的設(shè)置是根據(jù)測量過程的實(shí)際要求來確定的，這里需要發(fā)送多個TD3000儀器程控命令，使儀器完成所要求的測量任務(wù)，此處用庫函數(shù)iprinf（id，format[，arg1][，arg2][，…] ）來實(shí)現(xiàn)，如啟動掃描命令“SS 12”，命令“SS”后的數(shù)值參數(shù)是掃描平均時間，根據(jù)測試光纖長度及TD3000測試手冊確定，其應(yīng)用函數(shù)格式為iprinf（id，“SS 12\n” ），此函數(shù)根據(jù)應(yīng)用的需要可同時完成多個命令的發(fā)送。掃描完成與否，可讀取儀器狀態(tài)進(jìn)行檢查，判斷掃描平均是否結(jié)束，發(fā)送iprinf（id，“OS\n” ）后，返回信息格式為，，用庫函數(shù)iscanf（id，format[，arg1][，arg2][，…] ）讀取狀態(tài)，具體應(yīng)用函數(shù)為iscanf（id，“%c，%c”，&err,&tstat ）,判斷tstat是否等于2且err=0,表示掃描平均完成曲線數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好。此時可直接讀取儀器測量并按儀器固定方式計(jì)算出的結(jié)果，或者讀出儀器測量的原始數(shù)據(jù)，由計(jì)算機(jī)完成對此數(shù)據(jù)的計(jì)算及處理。本設(shè)計(jì)采用后者方式，因此發(fā)送OT命令。 　　根據(jù)上文的分析可知，OT命令返回兩種信息，即與其它命令相似的ASCII信息和符合ANSI/IEEE Std 728-1982標(biāo)準(zhǔn)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)信息，對于這兩種信息采用不同的庫函數(shù)來完成數(shù)據(jù)的讀取，即用函數(shù)iscanf（id，“%d，%d，%f”，&ndata,&nscan,&delta ）來讀取曲線數(shù)據(jù)的頭記錄（Header Record），曲線數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)ndata用來計(jì)算要讀幾個數(shù)據(jù)包，nscan實(shí)際掃描平均時間單位是毫秒，delta相鄰數(shù)據(jù)點(diǎn)間長度，用于計(jì)算光纖長度。用函數(shù)iread（id，buf，bufsize，reason，actualcnt）來讀曲線數(shù)據(jù)包，根據(jù)數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)格式分析，首先讀四個字節(jié)，函數(shù)應(yīng)用為iread（id，buf1，4，NULL，NULL），buf1[0]、buf1[1]應(yīng)為ASCII數(shù)據(jù)“#”和“B”，buf1[2]和buf1[3]為數(shù)據(jù)包中數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，因此需要再讀字節(jié)為bytect= buf1[2]＊256+buf1[3]+1，此處加上了一個字節(jié)的效驗(yàn)和，其函數(shù)應(yīng)用為iread（id，buf2，bytect，NULL，NULL），由此完成了一個數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)讀出。按兩個字節(jié)為一個曲線數(shù)據(jù)點(diǎn)計(jì)算所讀數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)點(diǎn)，與頭記錄中數(shù)據(jù)點(diǎn)比較，若相等則完成測量原始數(shù)據(jù)的讀出程序，若不相等再讀一次，直至讀完所有數(shù)據(jù)點(diǎn)。整個曲線數(shù)據(jù)點(diǎn)存放于dPoint[ndata]數(shù)組中，其最大為16384個數(shù)據(jù)點(diǎn)，數(shù)據(jù)值為-2720～8160，計(jì)算機(jī)可應(yīng)用此數(shù)組編程完成數(shù)據(jù)的各種計(jì)算及處理，以滿足用戶對儀器測量結(jié)果的多方面要求。 4 結(jié)束語 　　本文主要討論了計(jì)算機(jī)控制TD3000儀器完成一次測量過程所采用的方式、方法及程序流程，本設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)對TD3000 OTDR儀器的測量控制，并在實(shí)際的生產(chǎn)測試中，取得了良好的效果，不但提高了測試效率，更實(shí)現(xiàn)了手工操作難以完成的測試任務(wù)。其設(shè)計(jì)思路和方法也適用于其它類型的程控儀器的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，對用一些老式儀器來組建自動測試系統(tǒng)，提供了一種改造方法。 　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：本文介紹的對儀器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不是直接讀取儀器測量并計(jì)算出的結(jié)果，而是讀取儀器測量的原始數(shù)據(jù)，由計(jì)算機(jī)來處理原始數(shù)據(jù)，因此可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理能力，極大的擴(kuò)展了原有儀器的功能，滿足用戶對儀器測量結(jié)果新的需求。 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