基于VISA_COM的测量仪器通用测试系统的开发
徐利;张良国
【摘 要】通用测试系统能够适应多样化的仪器控制方式以及通信方式,实现测量仪器的通用化控制,减轻测试人员的测试压力,提高测试效率;该系统基于安捷伦的多种测量仪器,以VISA_COM技术和SCPI仪器控制语言为重要支撑,结合模块化的方法进行开发;系统通过对GPIB、USB和LAN等多种形式通信接口的灵活调度实现对测量仪器的控制以及控制命令和实验数据的传输,并具有处理和可视化实验数据的能力;系统接口形式多样、人机交互友好、扩展性好,降低了测量仪器的使用复杂度,简化了测量流程,提高了测试效率,为各型号测试工作提供了较好的支持.
【期刊名称】《计算机测量与控制》
【年(卷),期】2015(023)010
【总页数】4页(P3297-3300)
【关键词】测量仪器;通用系统;VISA_COM;SCPI
【作 者】徐利;张良国
【作者单位】上海航天计算机技术研究所,上海201109;上海航天计算机技术研究所,上海201109
【正文语种】中 文
【中图分类】TP273.5
随着科学技术的飞速发展，高新技术产品和装备的复杂程度日益提高，传统的人工检测维护手段已经无法满足现代化装备的支持保障要求，自动测试系统（automatic testing systems，ATS）应运而生，正逐步成为复杂系统与设备可靠运行的重要保证。
现代ATS的发展趋势是标准总线计算机平台、功能强大的软件以及模块化仪器设备（应用总线技术）的有机结合。近年来，除传统的GPIB接口以外，USB以及LAN等接口也应用到了测量仪器上，使单台电子测量仪器向ATS发展成为可能。同时，在型号测试任务中，经常需要使用多台仪器对被测组件指标进行逐项测试，测试人员越来越希望将常用仪器与计算机连接组成一个由计算机控制的自动测试系统。
测量仪器作为ATS的重要组成部分，随着ATS的发展而发展，目前仪器的硬件已经日趋成熟完善。新型测量仪器采用了先进的计算机技术、通信技术等，其技术含量越来越高，测试复杂程度不断提高，对测试人员提出了更高的要求。
研究如何把测量仪器融合到自动测试系统中，实现测量仪器的通用化控制是通用测试系统需要解决的一个重要问题。本通用测试系统以GPIB、USB以及LAN等作为通信接口，结合VISA_COM技术以及SCPI仪器控制语言，采用模块化的方法实现对测量仪器的控制以及数据采集，功能全面，操作简便，简化了仪器测试流程，降低了仪器使用复杂度，为测试人员开展测试工作带来了便利。
计算机通用软件技术主要有动态链接库、组件技术以及ActiveX技术等，而VISA_COM技术是虚拟仪器体系结构VISA与组件技术的结合。VISA_COM技术主要继承了组件技术的可重用性、灵活性等优点，同时又能够采用多种语言开发，实现对各种仪器总线的控制。SCPI是传统的仪器控制语言，现在世界上大部分仪器生产公司的产品均支持SCPI语言，用其进行开发的软件能够提高便捷性和兼容性。
1.1 VISA_COM技术
美国国家仪器公司提出了虚拟仪器体系结构VISA（virtual instrument software architecture）标准，用来与各种仪器总线进行通信。为了适应仪器、接口设备的高速发展，VPP系统联盟发布了VISA_COM规范，解决了VSIA在多种语言中的适应性问题。根据VISA_COM规范所设计的VISA_COM库函数可以支持C++、C 、JAVA、Delphi、VB等多种语言。本系统采用安捷伦公司开发的Agilent VISA COM I/O库，该库包含多种函数接口，为程序编辑提供了便捷的操作方式。
1.2 SCPI仪器控制语言
可编程仪器标准命令SCPI（standard commands for programmable instruments）是为解决程控仪器标准化而制定的标准程控语言，目前已成为重要的程控仪器软件标准之一，可以用于任何一种标准接口，如GPIB、VXI、USB、RS232以及LAN等。
SCPI由IEEE488.2公用命令和SCPI仪器特定控制命令两部分组成。公用命令是IEEE488.2规定仪器必须执行的命令，与测量无关，主要用于控制系统设置、自动测试和状态操作等。SCPI仪器特定控制命令主要用于量测、读取资料及切换开关等工作，包括所有测量函数以及一些特殊功能函数。针对不同的仪器，其控制命令也不同。为简化编程工作，降低开发难度，
本系统将采用SCPI作为控制仪器的语言。
系统主要由控制终端、各类标准测量仪器、被测单机以及测试设备等组成。其中，控制终端主要用于仪器控制、数据采集与处理等；测量仪器主要为安捷伦公司生产的标准仪器，包括功率计、频率计、程控电源、频谱仪以及任意函数发生器等；测试设备主要是自研测试设备（用于测试单机），某些自研测试设备同时也可作为控制终端；被测单机主要为型号中的待检测设备。系统原理图如图1所示。
根据通信接口的不同，系统应选择不同的硬件连接设备，如USB转GPIB控制器、USB传输线或者网络电缆等，建立起测量仪器和控制终端的物理连接。如果选择GPIB或者LAN接口作为通信方式，需要通过安捷伦IO管理软件、测量仪器或者SCPI仪器控制语言修改仪器的GPIB地址（2--15任选）或者IP地址，保证仪器的GPIB地址或IP地址在网络中的唯一性。
由于Visual Studio具有开放性、COM友好、支持多种开发语言（C#、C++、VB）等优势，因此本系统采用Visual Studio 2010作为软件的开发环境。
在系统开发中，标准的使用可以最大化软件的重用性，提高系统的灵活性。VISA_COM能自
由选择最流行的I/O配置，通过该标准可以在应用中把直接I/O与可编程仪器SCPI命令以及基于仪器驱动程序的通信相结合，实现对仪器的控制。
在进行系统开发之前，需要先安装测量设备附带的Agilent IO Libraries Suite（IO套件）。该IO套件中已集成有VISA库，支持多种语言编程。安装后的Agilent IO管理软件界面如图2所示。图中所显示的系统已经分别通过GPIB接口和USB接口挂载了型号为6644A的程控电源和型号为81150A的函数发生器。
3.1 系统通信方式研究
3.1.1 多接口通信
新型测量仪器除具有传统的GPIB接口外，同时提供USB以及LAN等多种接口。为了保证系统具有充分的扩展性、兼容性以及灵活性，为系统设计了目前常用的GPIB、USB以及LAN等多种通信方式。
GPIB接口是一种国际通用的可编程仪器数字接口标准，目前大多数独立仪器都有GPIB接口，GPIB结构和命令简单，传输速度1 Mb/s，但体积重量较大，成本较高；USB接口使用
广泛，即插即用，传输速度快，易于扩展，成本较低；LAN接口可实现测量仪器之间的灵活组网，通信距离长，传
输速度快，维护简单。
测试系统中的一些相关因素，如系统的仪器数、命令状态消息以及要传送的实验数据等，都可能增加I/O连接的负担。相比传统的GPIB接口，USB和LAN接口具有更高的系统承受能力、更快的传输速度、更优惠的价格以及更远的传输距离，并且携带方便、标准统一、可连接设备数量较多。因此，在测量仪器提供多种接口方式的情况下，可以选择USB或者LAN接口作为GPIB的替代方案。
3.1.2 通信设计
选定系统的通信接口（GPIB、LAN、USB）后，需要建立系统的连通性，而如何建立控制终端与仪器之间的连接则是本系统设计的关键点之一。控制终端与仪器的连接方式主要有直接I/O与仪器驱动程序两种。本系统采用的是仪器驱动程序方式，通过VISA_COM调用SCPI命令实现与仪器之间的通信。
安捷伦提供了4种IO库，包括Agilent VISA、Agilent VISA_COM，Agilent SICL以及Agilent 488等。通过使用这些编程输入输出接口，并与安捷伦各仪器相关的SCPI命令相配合，可以灵活地操作控制大部分的安捷伦仪器。本设计选用了Agilent VISA_COM作为开发的IO库，使用其提供的多种资源管理接口进行通信设计。IResource Manager作为基本接口，主要用于查、列举、创建VISA_COM的IO资源，其中接口函数Open（）用于连接设备，Close（）用于断开连接。
tcpip协议分别是tcp ip体系结构中的什么协议通信设计时，需要通过安捷伦IO管理软件查连接串，到与该通信方式相匹配的string型连接串。例如Agilent N81150A任意函数发生器提供的GPIB、LAN、USB通信接口的连接string分别为：

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