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(guó)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(cè)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)?，F(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(cè)控設(shè)備或系統(tǒng),，PC機(jī)與儀器組成的自動(dòng)測(cè)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(zhǎng)處（例如測(cè)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(cè)試自動(dòng)化方面的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái),，組成功能更強(qiáng),、性能更優(yōu)和用途更廣的自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)。
1 常見(jiàn)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(zhǎng)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(lái)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(jiǎn)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(kāi)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?，F(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(guó)國(guó)家儀器(NI)公司的虛擬儀器應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW已成為測(cè)試測(cè)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(guò)USB接口進(jìn)行通信的方式主要有以下兩種：
　?。?）通過(guò)調(diào)用電子儀器廠商提供的二次開(kāi)發(fā)包里面的通信動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)" title="動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)">動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）來(lái)實(shí)現(xiàn)。
　?。?）通過(guò)VISA(Virtual Instrument Software Architecture)提供的USB控制函數(shù)節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn),。
　　本文只對(duì)第一種方法展開(kāi)討論和研究。
3.2 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的調(diào)用
　　在LabVIEW中可通過(guò)調(diào)用DLL的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jiǎn)稱DS5000示波器)的DLL為例來(lái)說(shuō)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(xiě)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(jiàn)到如圖1所示的設(shè)置對(duì)話框,。然后經(jīng)過(guò)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(duì)儀器發(fā)送控制命令,，筆者將USB接口的寫(xiě)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(kāi)發(fā)包中,，包含有DS5000示波器的命令表，可以用USB寫(xiě)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(xiě)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(cè)量的信號(hào)數(shù)據(jù)并以波形方式顯示出來(lái)通常是最基本的功能,。在實(shí)現(xiàn)該功能的過(guò)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(shuō)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(wèn)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(xiě)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(lái)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。