摘 要：本文采用基于Labview的虛擬儀器技術(shù)，設(shè)計(jì)完成了一套具有GMR效應(yīng)的樣品的H—R曲線虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)，通過(guò)IEEE488總線對(duì)兩個(gè)數(shù)字電壓表的控制，利用樣品在連續(xù)變化的磁場(chǎng)中電阻的變化趨勢(shì)，測(cè)量出該樣片的GMR效應(yīng)，測(cè)量精度高、速度快、測(cè)試界面直觀、友好。 關(guān)鍵詞：GMR ;LABVIEW ;虛擬儀器 ;GPIB ;自動(dòng)測(cè)試 [b][align=center]A System of Virtual Instrument Based On Labview for Measuring the GMR Effect CHEN chunxian MIN zi jian[/align][/b] Abstract: A set of virtual instrument system based on Labview for measuring the H-R curve of the simple with GMR effect is designed in this paper.The control for the two digital voltage meters is realized by the IEEE488 bus.The GMR characteristic is measured based on the changing-dicrection of the simple’s resistance in the magnetic field which has a linearity-continuous change .The measurement is of high precision and of high speed. The man-machine interface is direct and friendly. Keywords: GMR ; LABVIEW ; virtual instrument; GPIB; automatic testing 1、引言 　　金屬薄膜的磁電阻效應(yīng)（GMR）由于具有靈敏度高、可靠性好等其它磁敏元器件所不具備的一系列優(yōu)點(diǎn)，得到國(guó)內(nèi)外的廣泛重視。目前在國(guó)外利用GMR效應(yīng)制作的磁傳感器已經(jīng)用于磁頭、汽車測(cè)速、非接觸開關(guān)等領(lǐng)域。近些年又發(fā)現(xiàn)了GMI（磁阻抗）效應(yīng)，其性能比GMR更優(yōu)異。我校物理系磁光實(shí)驗(yàn)室（校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）正在這方面進(jìn)行深入的研究。其中該薄膜樣片的特性測(cè)量尤為重要，以下就是基于LABVIEW 構(gòu)建的該薄膜樣片的GMR自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。 2、系統(tǒng)硬、軟件介紹 　　2.1基于GPIB總線的虛擬儀器硬件 　　由于計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用與GPIB總線完全不同標(biāo)準(zhǔn)的總線，為使計(jì)算機(jī)作為GPIB系統(tǒng)控制器，必須在計(jì)算機(jī)的擴(kuò)展槽上插一塊與GPIB總線相連的接口卡，本文采用的是美國(guó)NI公司的 AT-GPIB/TNT 型GPIB接口卡。PC機(jī)利用此接口卡，通過(guò)GPIB總線電纜與GPIB儀器相連，在軟件的支持下成為一臺(tái)完善的GPIB系統(tǒng)控制器。本系統(tǒng)接兩臺(tái) Keithley2000數(shù)字萬(wàn)用表（帶GPIB接口）。除外，系統(tǒng)還有一對(duì)亥姆霍茲線圈、掃描電源（幅值在正負(fù)20V呈低頻線性變化）、恒流源、四針精密探頭（測(cè)試樣品的夾具）。 　　2.2 LabVIEW 　　LabVIEW是一種圖形化的編程語(yǔ)言, 主要用來(lái)開發(fā)數(shù)據(jù)采集、儀器控制及數(shù)據(jù)處理分析等軟件,功能強(qiáng)大。目前, 該開發(fā)軟件在國(guó)際測(cè)試、測(cè)控行業(yè)比較流行, 在國(guó)內(nèi)的測(cè)控領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用。 　　采用美國(guó)NI公司的LABVIEW的圖形化編程語(yǔ)言作為開發(fā)平臺(tái)，可以通過(guò)三種方式對(duì)GPIB儀器進(jìn)行控制： 　　（1） 用GPIB程序庫(kù)實(shí)現(xiàn)控制 　　在InstrumentI/O功能子模板下有許多GPIB函數(shù)，GPIB488-2子模板下有許多GPIB通訊功能子程序模塊，這些模塊在工作平臺(tái)上可以調(diào)用低層的488-2驅(qū)動(dòng)軟件。 　?。?）利用儀器驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行控制 　　LABVIEW提供世界50多家知名廠家的600多種GPIB 儀器、VXI儀器以及串行口儀器的驅(qū)動(dòng)程序。僅僅擁有控制單臺(tái)儀器的軟件，意義并不大，其真正意義在于可以把儀器驅(qū)動(dòng)程序作為子程序調(diào)用。這樣利用儀器驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)，很方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)GPIB儀器的控制。 　?。?）利用VISA庫(kù)實(shí)現(xiàn)控制 　　VISA（Virtual Instrument Software Architecture）,實(shí)質(zhì)是一個(gè)I/O接口軟件庫(kù)及其規(guī)范的總稱，它包含了GPIB儀器、VXI儀器、RS232儀器等各類儀器的控制操作。 　　所有的VISA功能模塊都包含在Instrument I/O功能模塊的VISA子模塊中，其中VISA OPEN模塊用于與指定的設(shè)備建立通訊;VISA WRITE 模塊把寫緩沖其中的字符串寫入指定的設(shè)備;VISA READ 模塊讀取制定設(shè)備的數(shù)據(jù);VISA CLOSE 模塊關(guān)閉制定設(shè)備的通訊過(guò)程，釋放系統(tǒng)資源。 　　本系統(tǒng)采用GPIB程序庫(kù)實(shí)現(xiàn)對(duì)GPIB儀器的控制。 3、測(cè)試系統(tǒng)組成及原理 　　基于GPIB總線的虛擬儀器系統(tǒng)組成原則，我們建立了一套H——R曲線虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)通過(guò)GPIB 接口卡及兩個(gè)Keithley2000 六位半數(shù)字電壓表對(duì)測(cè)試對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試。樣片阻抗測(cè)量采用四端口測(cè)量法。兩根電流引線接1mA恒流源，另兩根電壓引線接Keithley2000數(shù)字電壓表，由于電壓測(cè)量回路的高輸入阻抗特性，吸取的電流極小，因此能夠避免引線及接點(diǎn)電阻給測(cè)量帶來(lái)的影響。樣片所在磁場(chǎng)的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)通過(guò)擬合曲線B=f（U/R）得到的，其中U為對(duì)亥姆霍茲線圈所加的電壓，R為線圈電阻，B為線圈在不同電壓下的磁場(chǎng)強(qiáng)度。 　　3.1系統(tǒng)測(cè)試硬件結(jié)構(gòu)圖為： 　　本測(cè)試系統(tǒng)要研究的是樣品在連續(xù)線性變化的磁場(chǎng)中所呈現(xiàn)的阻值的變化特性，即數(shù)字表1的測(cè)量值（經(jīng)過(guò)處理為樣品阻值）隨數(shù)字表2的測(cè)量值（通過(guò)擬合曲線得到磁場(chǎng)強(qiáng)度）的變化情況，因此選擇 XY波形記錄控件來(lái)顯示測(cè)量結(jié)果。 　　要完成虛擬儀器的測(cè)試功能，軟件的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵?；贚ABVIEW的虛擬儀器測(cè)試軟件設(shè)計(jì)包括前面板的設(shè)計(jì)及后臺(tái)圖形化控制程序的設(shè)計(jì)。前面板是圖形化用戶界面，模擬真實(shí)儀器，由控制、指示和修飾等部分組成。用戶可以使用各種圖標(biāo)，如按鈕、開關(guān)、XY波形記錄控件等等，設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量。 　　3.2測(cè)試系統(tǒng)的前面板設(shè)計(jì) 　　L abV IEW 通過(guò)“所見即所得”的可視化技術(shù)建立起友好的人機(jī)界面,針對(duì)測(cè)試和過(guò)程控制領(lǐng)域,提供了大量的控制對(duì)象。本系統(tǒng)儀器控制前面板如圖1所示,主要控制對(duì)象包含有: [align=center] 圖1 虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)前面板設(shè)計(jì)[/align] 　　GPIB Address： 通過(guò)設(shè)置地址來(lái)控制指定的GP IB 儀器 　　功能： 數(shù)字表的測(cè)量功能，包括直流電流、交流電流、直流電壓、交流電壓、兩線電阻，四線電阻 　　某一點(diǎn)求平均值的個(gè)數(shù)N1：對(duì)N1個(gè)數(shù)取平均得到繪圖時(shí)的一個(gè)元素 　　N毫秒采集一個(gè)有效點(diǎn)：采樣時(shí)間間隔 　　取點(diǎn)數(shù)N： 采集夠N個(gè)元素后繪圖 　　Chart history size: XY波形記錄的最大緩存字節(jié)數(shù) 　　write: 點(diǎn)擊啟動(dòng)測(cè)試 　　主要顯示對(duì)象: 　　XY chart: H——-R 曲線圖 　　STOP ： 點(diǎn)擊則停止采樣開始將H——-R 曲線數(shù)據(jù)以文本文件形式保存到可以選擇的路徑下 　　3.3對(duì)應(yīng)前面板的后臺(tái)程序如下（圖形化語(yǔ)言）： [align=center] [/align] 　　該框圖充分利用了循環(huán)、順序和條件等程序控制的結(jié)構(gòu)框架，靈活處理了各模塊間的連接，另外，全局變量及局部變量的運(yùn)用也使前面板簡(jiǎn)潔了許多。框圖中為XY波形記錄建立的緩存Chart history size采用SubVI的形式也充分體現(xiàn)了LABVIEW的模塊化編程思想。 　　啟動(dòng)測(cè)試后，有效數(shù)據(jù)顯示在XY波形圖上，若對(duì)測(cè)試效果滿意，按下STOP 按鈕停止測(cè)量，當(dāng)彈出文件保存對(duì)話框時(shí)，輸入文件名及保存地址保存數(shù)據(jù)以便后處理。文件保存后，測(cè)量繼續(xù)。 　　框圖程序與系統(tǒng)硬件一起組成一個(gè)完整的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)，充分體現(xiàn)了“軟件就是儀器”的思想。 4、結(jié)論 　　本文基于GPIB總線技術(shù)，計(jì)算機(jī)通過(guò)GPIB接口卡控制帶有GPIB總線接口的數(shù)字電壓表，在Labview環(huán)境下完成了虛擬儀器前面板以及后臺(tái)框圖程序的設(shè)計(jì)，建立了一套H—R曲線虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)。經(jīng)實(shí)際使用證明，該系統(tǒng)工作可靠，測(cè)量準(zhǔn)確，與用傳統(tǒng)語(yǔ)言編寫的軟件相比，界面簡(jiǎn)潔、清晰。這也充分體現(xiàn)了LABVIEW在自動(dòng)測(cè)試領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)及輝煌的前景，尤其為巨磁電阻的特性測(cè)量提供了更直觀更便捷的測(cè)試平臺(tái)。 參考文獻(xiàn)： 　　[1]楊樂平等.LABVIEW程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2001 　　[2]劉君華等.虛擬儀器圖形化編程語(yǔ)言LABVIEW教程.西安電子科技大學(xué)出版社，2001 　　[3]KETHLEY2000 User’s Manual 　　[4]郭占山等 .GPIB儀器標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試系統(tǒng)組成.儀器儀表用戶，2002，9（1）：39-41 　　[5]http://www.ni.com 　　[6]肖瑩 漆漢宏 .基于GPIB接口總線的虛擬儀器.微計(jì)算機(jī)信息，2004，06 ：87-89