在测试系统中，通常会有大量的数据进行在测试系统中，通常会有大量的数据进行

传输和交换。一般称测试系统中的公共数字传传输和交换。一般称测试系统中的公共数字传

输通道称为总线。在测试系统中，常用的总线输通道称为总线。在测试系统中，常用的总线

有有 GPIBGPIB 、、 PCIPCI 、、 VXIVXI 、、 PXIPXI 和串口总线等。和串口总线等。

第第 66 章 总线技术章 总线技术

GPIBGPIB 总线，即总线，即 IEEE 488IEEE 488 通用接口总线，是通用接口总线，是HPHP 公司在公司在 7070 年代推出的台式仪器接口总线，因年代推出的台式仪器接口总线，因此又叫此又叫 HPIB(HP Interface Bus)HPIB(HP Interface Bus) ，， 19751975 年年 IEEEIEEE和和 IECIEC 确认为确认为 IEEE 488IEEE 488 和和 IEC 652IEC 652 标准。该标标准。该标准总线在仪器、仪表及测控领域得到了最为广泛准总线在仪器、仪表及测控领域得到了最为广泛的应用。这种系统是在微机中插入一块的应用。这种系统是在微机中插入一块 GPIBGPIB 接接口卡，通过口卡，通过 2424 或或 2525 线电缆连接到仪器端的线电缆连接到仪器端的 GPIBGPIB

接口。一块接口。一块 GPIBGPIB 接口卡最多可带接口卡最多可带 1414 台仪器。台仪器。

6.1 GPIB6.1 GPIB 数据总线数据总线

GPIB GPIB 特点：特点：

(1)GPIB(1)GPIB 接口编程方便，减轻了软件设计接口编程方便，减轻了软件设计负担，可使用高级语言编程。负担，可使用高级语言编程。

(2)(2) 提高了仪器设备的性能指标。利用计提高了仪器设备的性能指标。利用计算机对带有算机对带有 GPIBGPIB 接口的仪器实现操作和控制，接口的仪器实现操作和控制，可实现系统的自校准、自诊断等要求，从而可实现系统的自校准、自诊断等要求，从而提高了测量精度。提高了测量精度。

(3)(3) 便于将多台带有便于将多台带有 GPIBGPIB 接口的仪器组合接口的仪器组合起来，形成较大的自动测试系统。起来，形成较大的自动测试系统。

(4)(4) 便于扩展传统仪器。便于扩展传统仪器。

利用利用 PCPC 作为数据采集平台，通过作为数据采集平台，通过 PCPC 的数的数据总线将采集的数据高速传输到据总线将采集的数据高速传输到 PCPC 内存中，是内存中，是实现采集系统数据存储的有效手段，也是虚拟仪实现采集系统数据存储的有效手段，也是虚拟仪器系统的重要支撑。器系统的重要支撑。 PCIPCI 总线作为外部元件互连总线作为外部元件互连总线，被认为是最可靠、最灵活、高速的方案，总线，被认为是最可靠、最灵活、高速的方案，具有众多独特的优点，使得大多数多媒体插卡和具有众多独特的优点，使得大多数多媒体插卡和数据采集卡都挂在数据采集卡都挂在 PCIPCI 总线上。对于基于计算机总线上。对于基于计算机的测试仪器，的测试仪器， PCIPCI 总线为应用计算机到新的测试总线为应用计算机到新的测试仪器，即满足在插卡和系统存储器中高速传输数仪器，即满足在插卡和系统存储器中高速传输数

据的要求提供了很好的途径。据的要求提供了很好的途径。

6.2 PCI6.2 PCI 总线总线

PCI PCI 特点：特点：

(1)PCI(1)PCI 总线是一种靠近系统处理器的局部总线，所以有很总线是一种靠近系统处理器的局部总线，所以有很高的传输速率。高的传输速率。

(2)(2) 独立于独立于 PCPC 的系统处理器，不受的系统处理器，不受 PCPC 的微处理器性能、的微处理器性能、速度的影响。因为为速度的影响。因为为 PCIPCI 设计的器件是针对设计的器件是针对 PCIPCI 的，而的，而不是针对处理器的，因此设备的升级独立于处理器的升不是针对处理器的，因此设备的升级独立于处理器的升级。级。

(3)PCI(3)PCI 总线为总线为 3232 位，可扩展为位，可扩展为 6464 位，由于采用地址、数位，由于采用地址、数据总线复用的结构，减少了管脚个数和据总线复用的结构，减少了管脚个数和 PCIPCI 部件的封装部件的封装尺寸，从而使板卡小型化，方便嵌入计算机系统中。尺寸，从而使板卡小型化，方便嵌入计算机系统中。

(4)(4) 具有即插即用功能，支持即插即用的操作系统，能够具有即插即用功能，支持即插即用的操作系统，能够自动配置参数并支持自动配置参数并支持 PCIPCI 总线扩展板，使用方便。总线扩展板，使用方便。

(5)PCI(5)PCI 部件的驱动程序可以跨平台，兼容性好。部件的驱动程序可以跨平台，兼容性好。

6.3 VXI6.3 VXI 总线总线

VXI VXI 总线是高速总线是高速 VMEVME 计算机总线在仪器领域计算机总线在仪器领域中的扩展，由中的扩展，由 HPHP 等公司于等公司于 19871987 年提出，年提出， 19921992 年年成为成为 IEEEll55IEEEll55 标准。在该系统中围绕机械、电气、标准。在该系统中围绕机械、电气、控制方式、通信协议、电磁兼容、软面板、驱动程控制方式、通信协议、电磁兼容、软面板、驱动程序、序、 I/OI/O控制，乃至机箱、印刷电路板的结构、通控制，乃至机箱、印刷电路板的结构、通风散热等都作了详细的规定，使不同厂家的风散热等都作了详细的规定，使不同厂家的 VXIVXI 总总线产品相互兼容。线产品相互兼容。 19951995 年年 VXIVXI 总线联合体将计算总线联合体将计算机网络传输控制协议机网络传输控制协议 (TCP)(TCP) 和网络协议和网络协议 (IP)(IP) 作为作为 VVXIXI 总线总线 1.41.4版本的补充规范，这样基于版本的补充规范，这样基于 VXIVXI 总线的总线的自动测试系统可直接与计算机系统连网，作为网络自动测试系统可直接与计算机系统连网，作为网络内的测量服务器，共享网络资源，执行测量作业。内的测量服务器，共享网络资源，执行测量作业。

VXI VXI 特点：特点：

(1)VXI(1)VXI 系统最多可包含系统最多可包含 256256 个器件个器件 (( 装置装置 )) ，可，可组成一个或多个子系统，每个子系统最多可包含组成一个或多个子系统，每个子系统最多可包含1313 个插入式模块，插入同一个机箱内，在组建个插入式模块，插入同一个机箱内，在组建大、中规模自动测量系统以及对速度、精度要求大、中规模自动测量系统以及对速度、精度要求高的场合，具有其他仪器所无法比拟的优势。高的场合，具有其他仪器所无法比拟的优势。

(2)VXI(2)VXI 总线支持即插即用，人机界面良好，资源总线支持即插即用，人机界面良好，资源利用率高，容易实现系统集成，大大地缩短了研利用率高，容易实现系统集成，大大地缩短了研制周期，且便于升级和扩展。制周期，且便于升级和扩展。

(3)(3) 不足的是不足的是 VXIVXI 系统的成本相对较高。 系统的成本相对较高。

6.4 PXI6.4 PXI 总线总线

PXIPXI 总线是总线是 19971997 年美国年美国 NINI 公司发布的一种公司发布的一种高性能低价位的开放性、模块化仪器总线。高性能低价位的开放性、模块化仪器总线。 PXIPXI 是是PCIPCI 在仪器领域的扩展，是用于自动测试系统机箱在仪器领域的扩展，是用于自动测试系统机箱底板总线的规范，在机械结构方面与底板总线的规范，在机械结构方面与 Compact PCICompact PCI总线的要求基本相同，不同的是总线的要求基本相同，不同的是 PXIPXI 总线规范对机总线规范对机箱和印制电路板的温度、湿度、振动、冲击、电磁箱和印制电路板的温度、湿度、振动、冲击、电磁兼容性和通风散热等提出了要求，与兼容性和通风散热等提出了要求，与 VXIVXI 总线的要总线的要求非常相似。在电气方面，求非常相似。在电气方面， PXIPXI 总线完全与总线完全与 CompacCompact PCIt PCI 总线兼容。所不同的是总线兼容。所不同的是 PXIPXI 总线为适合于测总线为适合于测控仪器、设备或系统的要求，增加了系统参考时钟、控仪器、设备或系统的要求，增加了系统参考时钟、触发器总线、星型触发器和局部总线等内容。触发器总线、星型触发器和局部总线等内容。

PXI PXI 特点：特点：

（（ 11）） PXIPXI 系统具有多达系统具有多达 88 个插槽个插槽 (1(1 个系统槽和个系统槽和77 个仪器模块槽个仪器模块槽 )) ，而绝大多数台式，而绝大多数台式 PCIPCI 系统仅系统仅有有 33 个或个或 44 个个 PCIPCI 插槽，除此之外插槽，除此之外 PXIPXI 总线与台总线与台式式 PCIPCI规范具有完全相同的规范具有完全相同的 PCIPCI 性能。性能。（（ 22）） PXIPXI 将将 Windows NTWindows NT和和 Windows 95Windows 95定义为其定义为其标准软件框架，并要求所有的仪器模块都必须带标准软件框架，并要求所有的仪器模块都必须带有按有按 VISAVISA 规范编写的规范编写的 Win32Win32 设备驱动程序，使设备驱动程序，使PXIPXI 成为一种系统级规范。成为一种系统级规范。

6.5 6.5 串口总线串口总线

RS-232RS-232 总线是最早采用的通用串行总线，最初总线是最早采用的通用串行总线，最初用于数据通信上，但随着工业测控行业的发展，许用于数据通信上，但随着工业测控行业的发展，许多测量测试仪器都带有多测量测试仪器都带有 RS-232RS-232 串口总线接口。当串口总线接口。当今，今， PCPC则更多采用了则更多采用了 USBUSB 总线和总线和 IEEE l394IEEE l394 总线。总线。 各种串口总线中，通用串行总线各种串口总线中，通用串行总线 (Universal (Universal Serial BusSerial Bus ，， USB)USB) 具有传输速率高、支持异步和具有传输速率高、支持异步和等时传输等特点，适合于大数据量、数据传输速率等时传输等特点，适合于大数据量、数据传输速率要求比较高的数据传输场合。 要求比较高的数据传输场合。

USB USB 特点：特点：

(1) (1) 支持多个外设共享串行总线的功能，这样可支持多个外设共享串行总线的功能，这样可以在以在 11 台仪器的硬件设备上挂接多个前端台仪器的硬件设备上挂接多个前端 I/OI/O接口设备，实现关键设备的资源共享，减少了接口设备，实现关键设备的资源共享，减少了成本，充分利用了成本，充分利用了 USBUSB 传输设备的带宽资源。传输设备的带宽资源。

(2) (2) 基于基于 USBUSB 口设计的虚拟逻辑分析仪使得用户口设计的虚拟逻辑分析仪使得用户不必打开主机箱就可以安装设备，它支持真正不必打开主机箱就可以安装设备，它支持真正意义上的即插即用意义上的即插即用 (plugand play)(plugand play) 和热拔插和热拔插(hot pluS)(hot pluS) ，甚至不需要重新启动计算机。，甚至不需要重新启动计算机。

6.6 PCI6.6 PCI 设备应用编设备应用编程程

PCIPCI 总线虚拟测试系总线虚拟测试系统主要是由统主要是由 PCIPCI 数据采集数据采集卡获取数据，通常也叫做卡获取数据，通常也叫做PC-DAQPC-DAQ 卡式虚拟仪器。将卡式虚拟仪器。将数据采集卡插入数据采集卡插入 PCPC 的标准的标准总线扩展插槽内，安装驱总线扩展插槽内，安装驱动软件，并在“动软件，并在“ MeasuremMeasurement&Automation”ent&Automation”设置采设置采集卡属性。 集卡属性。

6.7 GPIB6.7 GPIB 仪器应用编程仪器应用编程

GPIBGPIB 总线虚拟测试系统总线虚拟测试系统 I/OI/O接口设备由接口设备由GPIBGPIB 接口卡和具有接口卡和具有 GPIBGPIB 的仪器组成。其中的仪器组成。其中 GGPIBPIB 接口卡完成接口卡完成 GPIBGPIB 总线和微机的总线和微机的 PCIPCI 总线总线的连接。的连接。 GPIBGPIB 接口的仪器是一个独立的仪器，接口的仪器是一个独立的仪器，可以结合可以结合 GPIBGPIB 接口卡、微机构成接口卡、微机构成 GPIBGPIB 虚拟虚拟测试系统，也可以作为独立的单台仪器使用。测试系统，也可以作为独立的单台仪器使用。使用前，需安装使用前，需安装 GPIBGPIB 接口卡驱动。接口卡驱动。

在在 LabVIEWLabVIEW中有专门的中有专门的 GPIBGPIB 模块驱动，模块驱动，用以实现基于用以实现基于 GPIBGPIB 总线的仪器自动控制。总线的仪器自动控制。

常用函数：常用函数： GPIBGPIB 初始化：对初始化：对 GPIBGPIB 设备进行初始化设备进行初始化 。。

GPIBGPIB 清除：结束清除：结束 GPIBGPIB 设备的数据读写设备的数据读写

GPIBGPIB 读取：用于从“地址字符串”中的读取：用于从“地址字符串”中的 GPGPIBIB 设备中读取数量为“字节总数”的数据。设备中读取数量为“字节总数”的数据。

超时毫秒超时毫秒：操作限时。如果未在该时间（：操作限时。如果未在该时间（ msms）段内完成， ）段内完成， 操作终止 操作终止地址字符串地址字符串：仪器的：仪器的 GPIBGPIB 地址地址字节总数字节总数：读取数据的字节数：读取数据的字节数模式模式 ::指明怎样结束此次读操作，一般使用默认值指明怎样结束此次读操作，一般使用默认值数据数据：从：从 GPIBGPIB 仪器读取的数据 仪器读取的数据 状态状态：布尔数组，每：布尔数组，每 11 位说明位说明 GPIBGPIB 控制器的一个状态控制器的一个状态

GPIBGPIB 写入：用于将数据写入“地址字符写入：用于将数据写入“地址字符串”中的串”中的 GPIBGPIB 设备中。设备中。

地址字符串地址字符串：仪器的：仪器的 GPIBGPIB 地址地址模式模式 ::指明怎样结束此次读操作，一般使用默认值指明怎样结束此次读操作，一般使用默认值数据数据：写入：写入 GPIBGPIB 设备的数据 设备的数据 状态状态：布尔数组，每：布尔数组，每 11 位说明位说明 GPIBGPIB 控制器的一个状态控制器的一个状态

6.8 6.8 串口设备应用编程串口设备应用编程

6.8.1 6.8.1 串行通信介绍串行通信介绍

串行通信是指将构成字符的每个二进制数据串行通信是指将构成字符的每个二进制数据位，依照一定的顺序逐位进行传输的通信方式。位，依照一定的顺序逐位进行传输的通信方式。计算机或智能仪器中处理的数据是并行数据，计算机或智能仪器中处理的数据是并行数据，因此在串行通信的发送端，需要把并行数据转因此在串行通信的发送端，需要把并行数据转换成串行数据后再传输；而在接收端，又需要换成串行数据后再传输；而在接收端，又需要把串行数据转换成并行数据再处理。把串行数据转换成并行数据再处理。 根据时钟控制数据发送和接收的方式，串根据时钟控制数据发送和接收的方式，串

行通信分成为同步通信和异步通信两种。行通信分成为同步通信和异步通信两种。

目前，在微型计算机测量和控制系统中，目前，在微型计算机测量和控制系统中，串行数据的大多使用异步通信方式。串行数据的大多使用异步通信方式。 异步通信协议规定每个数据以相同的位串异步通信协议规定每个数据以相同的位串

形式传输，每个串行数据由起始位、数据位、形式传输，每个串行数据由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成，串行数据的位串格奇偶校验位和停止位组成，串行数据的位串格式如图所示：式如图所示：

6.8.2 6.8.2 串口通信编程串口通信编程

由串口总线组成的虚拟测试系统由串口总线组成的虚拟测试系统 I/OI/O接口接口设备就是带有设备就是带有 RS-232/485RS-232/485 接口的测试仪器，接口的测试仪器，通常可以直接和计算机上的串口连接。如果计通常可以直接和计算机上的串口连接。如果计算机串口被其他资源占用，可以直接在计算机算机串口被其他资源占用，可以直接在计算机的的 PCIPCI 或或 ISAISA 槽中插入串口卡。槽中插入串口卡。 串口软件设计主要通过串口软件设计主要通过 VISAVISA 驱动，可通驱动，可通

过过 VISAVISA 子模板和子模板和 SerialSerial 子模板来实现。子模板来实现。

VISIVISI 子模板的调用子模板的调用

途径途径 ::FunctionsFunctionsInstrumentI/OInstrumentI/OVISAVISA

SerialSerial 子模板的调用子模板的调用

途径途径 ::FunctionsFunctionsInstrumentI/OInstrumentI/OSerialSerial

VISIVISI 简介简介

VISA(Virtual Instrument Software ArVISA(Virtual Instrument Software Architecturechitecture ，虚拟仪器软件体系结构，虚拟仪器软件体系结构 )) 实质上实质上是是 I/OI/O接口软件库及其规范的总称。接口软件库及其规范的总称。

为了推进虚拟仪器软件标准化进程，为了推进虚拟仪器软件标准化进程， VXVXI Plug & PlayI Plug & Play 联盟联盟 19961996 年完成了对年完成了对 VISAVISA 规规范的开发工作。范的开发工作。 VISAVISA 本身不具备编程能力，本身不具备编程能力，它通过调用低层驱动程序来实现对仪器的控制。它通过调用低层驱动程序来实现对仪器的控制。

与现有其他与现有其他 I/OI/O接口软件相比，接口软件相比， VISAVISA的的I/OI/O控制功能适用于各种仪器总线类型，包括控制功能适用于各种仪器总线类型，包括了了 VXIVXI 、、 GPIBGPIB 、、 RS232RS232 等各类总线的控制操等各类总线的控制操作。作。

VISIVISI 控制命令控制命令

VISA resource nameVISA resource name ：设置串口号。：设置串口号。baud ratebaud rate ：设置波特率，默认值为：设置波特率，默认值为 96009600 。。data bitsdata bits ：设置数据位。该位应在：设置数据位。该位应在 5~85~8之间，默认值为之间，默认值为 88 。。parityparity：奇偶校验位，默认值为无校验，可设置为奇校验、：奇偶校验位，默认值为无校验，可设置为奇校验、偶校验等。偶校验等。stop bitsstop bits ：设置停止位，可以为：设置停止位，可以为 11 、、 1.51.5 、、 22 位。位。flow controlflow control：用于设置握手信号类型。：用于设置握手信号类型。error outerror out ：输出错误代码。：输出错误代码。

(1)“VISA Configure Serial Port.vi(1)“VISA Configure Serial Port.vi ””：串口参数设置：串口参数设置

VISIVISI 控制命令控制命令

VISA resource nameVISA resource name ：设置所要打开的：设置所要打开的 VISAVISA 资资源。源。byte countbyte count ：设置读取字节总数。：设置读取字节总数。read bufferread buffer ：从串口读取的字符。：从串口读取的字符。return countreturn count ：读取的字节数量。：读取的字节数量。

(2)“VISA Read.vi”(2)“VISA Read.vi”：从串口读取数据：从串口读取数据

(3)“VISA Write.vi”(3)“VISA Write.vi”：向串口写入数据或命令。：向串口写入数据或命令。

(4)“VISA Clear.vi(4)“VISA Clear.vi：清除对设备的设置。：清除对设备的设置。

VISA resource nameVISA resource name ：指定要打开的：指定要打开的 VISAVISA 资源。资源。write bufferwrite buffer ：要写入设备的数据。 ：要写入设备的数据。 error inerror in ：表示：表示 VIVI 或函数运行前发生的错误情况。或函数运行前发生的错误情况。VISA resource name out VISA resource name out ： ： VISA resource name VISA resource name 副本。副本。

(5)“VISA Open.vi(5)“VISA Open.vi：打开和指定资源的连接。：打开和指定资源的连接。

(6)“VISA Close.vi(6)“VISA Close.vi：结束串口的数据读写。：结束串口的数据读写。

VISA VISA 应用示例应用示例 11 ：： 本例是简单的数据读写操作，首先选择本例是简单的数据读写操作，首先选择 VVISAISA 资源地址，连接资源地址，连接 VISAVISA 和外围设备，写入命和外围设备，写入命令并且读取令并且读取 1010 字节数据后，断开连接。字节数据后，断开连接。

VISA VISA 应用示例应用示例 22 ：： 见教材见教材 (P)(P) 图图 6-166-16 ，， 6-17 6-17 。选择串口。选择串口11 ，波特率设为，波特率设为 96009600 ，其他参数采用默认值，，其他参数采用默认值，进行一般的字符读写操作进行一般的字符读写操作 ------ 先向串口写入数先向串口写入数据据 TSINGHUATSINGHUA ，然后读取串口的数据，然后读取串口的数据

VISA VISA 应用示例应用示例 33 ：： 本例使用本例使用 22 台计算机进行通信，台计算机进行通信， 11 台计算机作为服务器，通过台计算机作为服务器，通过串口向外发送数据；另串口向外发送数据；另 11 台计算机作为客户机，接收由服务器发送台计算机作为客户机，接收由服务器发送来的数据。来的数据。 22 台计算机之间利用台计算机之间利用 11 条串口数据线连接起来，条串口数据线连接起来， 22 台计台计算机之间的串行通信流程图和串口引脚的接线顺序如图所示。算机之间的串行通信流程图和串口引脚的接线顺序如图所示。