隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子儀器在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，成為不可缺少的工具。自1928年峰值電子電壓表在美國商品化到現(xiàn)在，電子儀器的發(fā)展大致經(jīng)歷了模擬式→數(shù)字式→智能式與程控式三個(gè)階段。與傳統(tǒng)儀器相比，智能式與程控式儀器具有自測功能和數(shù)據(jù)處理功能以及操作自動(dòng)化、人機(jī)界面友好和可程控操作等特點(diǎn)。現(xiàn)代智能儀器大多數(shù)都配備有標(biāo)準(zhǔn)的通信接口" title="通信接口">通信接口，為PC機(jī)與儀器的連接提供了極大的方便。虛擬儀器是基于PC機(jī)的測控設(shè)備或系統(tǒng)，PC機(jī)與儀器組成的自動(dòng)測量系統(tǒng)是虛擬儀器的常用結(jié)構(gòu)之一。該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是能將電子儀器的長處（例如測量高頻信號(hào)的能力強(qiáng)）與PC機(jī)在信號(hào)處理、存儲(chǔ)和表達(dá)以及測試自動(dòng)化方面的優(yōu)勢結(jié)合起來，組成功能更強(qiáng)、性能更優(yōu)和用途更廣的自動(dòng)化測量系統(tǒng)。
1 常見儀器通信接口的比較
　　目前，集成在智能儀器上的標(biāo)準(zhǔn)通信接口主要有RS232C接口、RS485接口、GPIB接口和USB總線接口等。四種通信接口的性能比較如表1所示。從表中可看出RS485具有長距離傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，而USB則具有傳輸速率" title="傳輸速率">傳輸速率最高的優(yōu)點(diǎn)。USB接口除了傳輸速率高外，還具有支持熱插拔、即插即用和高性價(jià)比等優(yōu)點(diǎn)。因此，現(xiàn)在越來越多的儀器配置了USB接口，而PC通常更是配置了多個(gè)USB接口。

2 USB總線簡介
　　通用串行總線（USB）Universal Serial Bus是由Compaq、Intel、Microsoft、NEC、Hewlett-Packard、Lucent和Philips等七家公司于1994年底聯(lián)合開發(fā)的一種通信接口標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)時(shí)推出的版本是0.7版，而直到1998年底推出1.1版之后，USB總線接口才得到廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)在最新的版本是2.0版，其傳輸速率已經(jīng)從1.1版的12Mbps提高到480Mbps，整整提高了40倍。
3 USB總線儀器通信的實(shí)現(xiàn)
3.1 USB總線通信的方法
　　美國國家儀器(NI)公司的虛擬儀器應(yīng)用軟件開發(fā)平臺(tái)LabVIEW已成為測試測量和自動(dòng)化領(lǐng)域的主要軟件工具之一，本文所討論的通信軟件設(shè)計(jì)即是基于LabVIEW完成的。在LabVIEW中，PC機(jī)與電子儀器通過USB接口進(jìn)行通信的方式主要有以下兩種：
　　（1）通過調(diào)用電子儀器廠商提供的二次開發(fā)包里面的通信動(dòng)態(tài)鏈接庫" title="動(dòng)態(tài)鏈接庫">動(dòng)態(tài)鏈接庫（DLL）來實(shí)現(xiàn)。
　　（2）通過VISA(Virtual Instrument Software Architecture)提供的USB控制函數(shù)節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。
　　本文只對第一種方法展開討論和研究。
3.2 動(dòng)態(tài)鏈接庫的調(diào)用
　　在LabVIEW中可通過調(diào)用DLL的方式實(shí)現(xiàn)對其他公司硬件產(chǎn)品(如數(shù)據(jù)采集卡、圖像采集卡和USB接口設(shè)備等)的驅(qū)動(dòng)，并在此基礎(chǔ)上可實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與儀器的通信。下面以調(diào)用北京普源公司提供的RIGOL DS5000系列數(shù)字存儲(chǔ)示波器(以下簡稱DS5000示波器)的DLL為例來說明具體的編程方法。
　　在LabVIEW中調(diào)用DLL的函數(shù)必須知道DLL接口函數(shù)的原型，才能正確地設(shè)置相關(guān)的參數(shù)。普源公司提供的DS5000示波器的DLL（DS5000USB_UI.dll）中有兩個(gè)接口函數(shù):USB寫函數(shù)（Write_USB）和USB讀函數(shù)（Read_USB），它們的函數(shù)原型分別是bool Read_USB(int nType, int nLength,unsigned char* pBuffer)和bool Write_USB(unsigned char* cCmd)。LabVIEW 7.1的調(diào)用DLL（Call Library Function）節(jié)點(diǎn)位于功能模板(Functions)→All Functions→Advanced中，把它調(diào)出到LabVIEW的程序框圖后，雙擊它就可以見到如圖1所示的設(shè)置對話框。然后經(jīng)過輸入正確的DLL路徑與函數(shù)名稱、調(diào)用規(guī)程、函數(shù)參數(shù)及其類型等步驟，便完成了調(diào)用DLL節(jié)點(diǎn)的設(shè)置。調(diào)用Write_USB函數(shù)的方法與Read_USB相似。
　　為了便于對儀器發(fā)送控制命令，筆者將USB接口的寫和讀制作成子程序" title="子程序">子程序，其程序框圖如圖2所示。要注意的是，DS5000示波器在進(jìn)行USB通信時(shí)每次只能接收和發(fā)送單個(gè)ASCII碼，故子程序中含有把字符串轉(zhuǎn)換成ASCII碼數(shù)值數(shù)組和把ASCII碼數(shù)值數(shù)組轉(zhuǎn)換回字符串的功能。

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3.3 DS5000的通信協(xié)議（控制命令）和使用
　　在DS5000示波器的二次開發(fā)包中，包含有DS5000示波器的命令表，可以用USB寫命令子程序把控制和查詢命令直接發(fā)給儀器，然后再用USB讀取數(shù)據(jù)子程序從儀器取回?cái)?shù)據(jù)。例如，要讀取輸入信號(hào)的頻率，可以在USB寫命令子程序的CMD String參數(shù)中輸入“:MEASURE:FREQ:?”，然后再用USB讀取數(shù)據(jù)子程序取回輸入信號(hào)頻率的表達(dá)值“freq=***.***kHz”。表2為DS5000示波器的部分控制和查詢命令。

3.4 波形的讀取與顯示
　　在PC機(jī)與數(shù)字示波器組成的系統(tǒng)中，讀取示波器測量的信號(hào)數(shù)據(jù)并以波形方式顯示出來通常是最基本的功能。在實(shí)現(xiàn)該功能的過程中，筆者發(fā)現(xiàn)程序的設(shè)計(jì)有一定的復(fù)雜性，因此用以下的實(shí)例加以說明。
　　例如，要取示波器通道1的波形。在讀取通道1波形的命令“:DATA:CHANNEL1:?”發(fā)送到DS5000示波器后，示波器會(huì)把波形數(shù)據(jù)分成48塊分批放到USB接口的數(shù)據(jù)緩存單元中，每批數(shù)據(jù)為256字節(jié)，并且每批數(shù)據(jù)以“00”結(jié)束，而最后一批數(shù)據(jù)（即第48批數(shù)據(jù)）以一個(gè)換行符和一個(gè)回車符作為全部數(shù)據(jù)的結(jié)束符。組成波形的每個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)都以十六進(jìn)制字符串組成，如用“0xB0”表示十六進(jìn)制數(shù)值“B0”。另外值得注意的是，DS5000示波器返回的數(shù)據(jù)是以8位補(bǔ)碼的形式表示的，如果直接顯示在Waveform Graph窗口中，則會(huì)出現(xiàn)Waveform Graph上的波形與原波形剛好反相的現(xiàn)象。為了解決此問題，可以用255減去返回的數(shù)據(jù)，然后再送到Waveform Graph中顯示，這樣在Waveform Graph上顯示的波形才能與原波形相同。讀取波形數(shù)據(jù)并顯示波形曲線的VI程序段如圖3所示。圖中，“SendtoUSB.vi”和“ReadUSBasString.vi”分別為USB寫命令子程序和USB讀取數(shù)據(jù)子程序，而“StrToNumArray.vi”子程序的功能是把從示波器讀回來的字符型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可以正確地在Waveform Graph上顯示的數(shù)值型數(shù)據(jù)，其程序框圖如圖4所示。