A System of Virtual Instrument Based On Labview for Measuring the GMR Effect
CHEN chunxian MIN zi jian
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
金属薄膜的磁电阻效应（GMR）由于具有灵敏度高、可靠性好等其它磁敏元器件所不具备的一系列优点，得到国内外的广泛重视。目前在国外利用GMR效应制作的磁传感器已经用于磁头、汽车测速、非接触开关等领域。近些年又发现了GMI（磁阻抗）效应，其性能比GMR更优异。我校物理系磁光实验室（校重点实验室）正在这方面进行深入的研究。其中该薄膜样片的特性测量尤为重要，以下就是基于LABVIEW 构建的该薄膜样片的GMR自动测试系统。
2、系统硬、软件介绍
2.1基于GPIB总线的虚拟仪器硬件
由于计算机内部采用与GPIB总线完全不同标准的总线，为使计算机作为GPIB系统控制器，必须在计算机的扩展槽上插一块与GPIB总线相连的接口卡，本文采用的是美国NI公司的 AT-GPIB/TNT 型GPIB接口卡。PC机利用此接口卡，通过GPIB总线电缆与GPIB仪器相连，在软件的支持下成为一台完善的GPIB系统控制器。本系统接两台 Keithley2000数字万用表（带GPIB接口）。除外，系统还有一对亥姆霍兹线圈、扫描电源（幅值在正负20V呈低频线性变化）、恒流源、四针精密探头（测试样品的夹具）。
2.2 LabVIEW
LabVIEW是一种图形化的编程语言, 主要用来开发数据采集、仪器控制及数据处理分析等软件,功能强大。目前, 该开发软件在国际测试、测控行业比较流行, 在国内的测控领域也得到广泛应用。
采用美国NI公司的LABVIEW的图形化编程语言作为开发平台，可以通过三种方式对GPIB仪器进行控制：
（1） 用GPIB程序库实现控制
在InstrumentI/O功能子模板下有许多GPIB函数，GPIB488-2子模板下有许多GPIB通讯功能子程序模块，这些模块在工作平台上可以调用低层的488-2驱动软件。
（2）利用仪器驱动程序进行控制
LABVIEW提供世界50多家知名厂家的600多种GPIB 仪器、VXI仪器以及串行口仪器的驱动程序。仅仅拥有控制单台仪器的软件，意义并不大，其真正意义在于可以把仪器驱动程序作为子程序调用。这样利用仪器驱动程序库，很方便的实现对GPIB仪器的控制。
（3）利用VISA库实现控制
VISA（Virtual Instrument Software Architecture）,实质是一个I/O接口软件库及其规范的总称，它包含了GPIB仪器、VXI仪器、RS232仪器等各类仪器的控制操作。
所有的VISA功能模块都包含在Instrument I/O功能模块的VISA子模块中，其中VISA OPEN模块用于与指定的设备建立通讯;VISA WRITE 模块把写缓冲其中的字符串写入指定的设备;VISA READ 模块读取制定设备的数据;VISA CLOSE 模块关闭制定设备的通讯过程，释放系统资源。
本系统采用GPIB程序库实现对GPIB仪器的控制。
3、测试系统组成及原理
基于GPIB总线的虚拟仪器系统组成原则，我们建立了一套H——R曲线虚拟仪器测试系统，计算机通过GPIB 接口卡及两个Keithley2000 六位半数字电压表对测试对象进行实时测试。样片阻抗测量采用四端口测量法。两根电流引线接1mA恒流源，另两根电压引线接Keithley2000数字电压表，由于电压测量回路的高输入阻抗特性，吸取的电流极小，因此能够避免引线及接点电阻给测量带来的影响。样片所在磁场的磁场的磁场强度时通过拟合曲线B=f（U/R）得到的，其中U为对亥姆霍兹线圈所加的电压，R为线圈电阻，B为线圈在不同电压下的磁场强度。
3.1系统测试硬件结构图为：
本测试系统要研究的是样品在连续线性变化的磁场中所呈现的阻值的变化特性，即数字表1的测量值（经过处理为样品阻值）随数字表2的测量值（通过拟合曲线得到磁场强度）的变化情况，因此选择 XY波形记录控件来显示测量结果。
要完成虚拟仪器的测试功能，软件的设计是关键。基于LABVIEW的虚拟仪器测试软件设计包括前面板的设计及后台图形化控制程序的设计。前面板是图形化用户界面，模拟真实仪器，由控制、指示和修饰等部分组成。用户可以使用各种图标，如按钮、开关、XY波形记录控件等等，设置输入数值和观察输出量。
3.2测试系统的前面板设计
L abV IEW 通过“所见即所得”的可视化技术建立起友好的人机界面,针对测试和过程控制领域,提供了大量的控制对象。本系统仪器控制前面板如图1所示,主要控制对象包含有:
图1 虚拟仪器测试系统前面板设计
GPIB Address： 通过设置地址来控制指定的GP IB 仪器
功能： 数字表的测量功能，包括直流电流、交流电流、直流电压、交流电压、两线电阻，四线电阻
某一点求平均值的个数N1：对N1个数取平均得到绘图时的一个元素
N毫秒采集一个有效点：采样时间间隔
取点数N： 采集够N个元素后绘图
Chart history size: XY波形记录的最大缓存字节数
write: 点击启动测试
主要显示对象:
XY chart: H——-R 曲线图
STOP ： 点击则停止采样开始将H——-R 曲线数据以文本文件形式保存到可以选择的路径下
3.3对应前面板的后台程序如下（图形化语言）：
该框图充分利用了循环、顺序和条件等程序控制的结构框架，灵活处理了各模块间的连接，另外，全局变量及局部变量的运用也使前面板简洁了许多。框图中为XY波形记录建立的缓存Chart history size采用SubVI的形式也充分体现了LABVIEW的模块化编程思想。
启动测试后，有效数据显示在XY波形图上，若对测试效果满意，按下STOP 按钮停止测量，当弹出文件保存对话框时，输入文件名及保存地址保存数据以便后处理。文件保存后，测量继续。
框图程序与系统硬件一起组成一个完整的虚拟仪器测试系统，充分体现了“软件就是仪器”的思想。
4、结论
本文基于GPIB总线技术，计算机通过GPIB接口卡控制带有GPIB总线接口的数字电压表，在Labview环境下完成了虚拟仪器前面板以及后台框图程序的设计，建立了一套H—R曲线虚拟仪器测试系统。经实际使用证明，该系统工作可靠，测量准确，与用传统语言编写的软件相比，界面简洁、清晰。这也充分体现了LABVIEW在自动测试领域的优势及辉煌的前景，尤其为巨磁电阻的特性测量提供了更直观更便捷的测试平台。
参考文献：
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