摘 要：介紹了一種在LabVIEW平臺上使用普通運動控制卡實現(xiàn)快速開發(fā)多軸運動控制程序的方法。該方法首先應用運動普通控制卡提供的函數(shù)庫編譯成通用動態(tài)鏈接庫文件，然后使用LabVIEW與外部代碼進行連接的動態(tài)連接庫機制調(diào)用這個文件，實現(xiàn)實時的運動控制。實踐證明，該方法不僅可以很好地發(fā)揮運動控制卡的性能，而且可以借助LabVIEW強大的界面編輯功能，縮短程序開發(fā)周期，美化人機界面。 關鍵詞：LabVIEW;運動控制卡;動態(tài)鏈接庫 一、引言 　　LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是美國國家儀器公司（National Instruments）推出一種基于圖形語言的開發(fā)環(huán)境，編程非常方便，人機交互界面直觀友好，用戶可以創(chuàng)建獨立的可執(zhí)行文件，能夠脫離開發(fā)環(huán)境而單獨運行，是目前最流行的虛擬儀器編程平臺，廣泛應用于測試測量、過程控制、實驗室研究與自動化等方面。 　　在運動控制方面，LabVIEW有專門的運動控制模塊，并且NI公司為其所有的運動控制卡配備相應的驅(qū)動程序，可以方便實現(xiàn)即插即用功能。如果用戶所使用的板卡不是NI公司的產(chǎn)品，又沒有提供與LabVIEW兼容的驅(qū)動程序，就不能為LabVIEW所用。但是LabVIEW能夠通過調(diào)用Windows32動態(tài)連接庫（Dynamic Link Library，簡稱DLL）來編寫與LabVIEW兼容的驅(qū)動程序，實現(xiàn)該運動控制卡在LabVIEW環(huán)境下二次開發(fā)，不僅可以大大降低成本、縮短開發(fā)周期，而且可以使界面美觀。 二、應用背景 　　筆者在參與某二自由度運動平臺運動仿真項目的研制過程中，選用深圳眾為興數(shù)控技術有限公司生產(chǎn)的ADT850型四軸運動控制卡，該型號的卡提供多種版本W(wǎng)indows下的驅(qū)動程序和在BorlandC++3.1、VB和VC等多種環(huán)境下開發(fā)所需的函數(shù)庫。雖然在這些編程環(huán)境中很容易實現(xiàn)所需的運動控制，但是，如果要開發(fā)出一個美觀的人機交互界面，將會有很大一部分時間花在程序主界面的編寫上。為此，我們利用LabVIEW強大的界面編輯功能以及它能夠調(diào)用Windows32動態(tài)連接庫的特點，首先在VC編譯環(huán)境中編譯出運動控制所需要的動態(tài)鏈接庫文件，然后在LabVIEW環(huán)境中編寫程序主界面，最后在LabVIEW框圖程序中調(diào)用動態(tài)鏈接庫文件來編寫所需的運動控制程序。其主要過程如圖1所示。 [align=center] 圖1 DLL生成與LabVIEW調(diào)用[/align] 三、程序設計 　　LabVIEW具有強大的外部接口能力，可用的外部接口包括：DDE、CIN、DLL、MATLAB Script以及HiQ Script等，其中DLL是其常用的外部接口。 　　3.1 動態(tài)鏈接庫（DLL）的編寫 　　DLL是基于Windows程序設計的一個非常重要的組成部分。DLL的編制與具體的編程語言及編譯器無關，只要遵守DLL的開發(fā)規(guī)范和編程策略，并安排正確的調(diào)用接口，不管用何種編程語言編制的DLL都具有通用性，這就給我們編寫通用的DLL帶來了很大的方便。 　　針對LabVIEW調(diào)用DLL的特點和運動控制的復雜性，我們所編寫的通用DLL中必須包含多個可供調(diào)用的函數(shù)，這些函數(shù)都調(diào)用運動控制函數(shù)庫中的一個或多個函數(shù)，DLL中每個可供調(diào)用的函數(shù)都對應著某一具體任務，稱其為功能函數(shù)。DLL中的功能函數(shù)主要有：板卡初始化函數(shù)、運行條件初始化函數(shù)、兩軸運行狀態(tài)函數(shù)、兩軸位置函數(shù)、脈沖發(fā)送函數(shù)、兩軸伸長計算函數(shù)、停止運行函數(shù)、歸零函數(shù)以及板卡結(jié)束運行函數(shù)等，每個功能函數(shù)一般都有自己獨立的接口。 　　功能函數(shù)確定以后，在Visual C++6.0編譯器中建立一個Win32 Dynamic-Link Library文件，添加上運動控制卡隨帶的運動控制函數(shù)庫文件后，即可編譯成我們所需要的DLL文件。 　　3.2 動態(tài)鏈接庫的調(diào)用 　　LabVIEW中動態(tài)鏈接庫的調(diào)用是通過CLF（Call Library Function）節(jié)點實現(xiàn)的，CLF節(jié)點位于LabVIEW功能模板中的Advanced子模板中。 　　在LabVIEW中調(diào)用DLL時，則應根據(jù)應用程序的需要，確定參數(shù)個數(shù)和參數(shù)類型及調(diào)用規(guī)則，然后在LabVIEW中正確地配置DLL。首先從Advanced子模板中選擇Call Library Function Node圖標并將其拖放到Diagram面板中適當位置，然后右鍵單擊它，在彈出的菜單選項中選擇Configer…彈出Call Library Function對話框。在此對話框中，第一個參數(shù)Library Name or Path中填入需要調(diào)用的動態(tài)連接庫文件的文件名和路徑;第二個參數(shù)Function Name是連接庫中要調(diào)用的函數(shù)名稱;第三個參數(shù)Calling Conventions是對DLL的調(diào)用規(guī)則，可選擇C或stdcall，該項的選擇應與用C++語言編寫的動態(tài)庫的編譯模式相一致。如果C++的調(diào)用方式為extern “C” declspec（dllexport），那么Calling Conventions的選項為“C”，如果調(diào)用方式為extern declspec（dllexport）stdcall，則Conventions的選項為默認值“stdcall”，否則發(fā)生不可預見的錯誤而退出程序。接下來的Parameter和Type分別是參數(shù)名稱和參數(shù)類型，表示函數(shù)返回類型。左擊Add a Parameter After按鈕，又多出了Data Type和Pass兩項，它們分別是數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換和參數(shù)傳遞方式，這是配置所調(diào)用函數(shù)形參所必須的選項。 　　3.3 程序?qū)崿F(xiàn) 　　根據(jù)以上所編寫的功能函數(shù)配置好CLF節(jié)點的參數(shù)個數(shù)及其數(shù)據(jù)類型后，也就設置好了CLF節(jié)點的輸入輸出端口。每一個功能函數(shù)對應著相應功能的CLF節(jié)點，我們可是像使用其它函數(shù)節(jié)點一樣來應用這些CLF節(jié)點。針對某型二自由度運動平臺運動控制的特殊性，要求這兩個自由度完全獨立，互不相關，這就不能采用多軸插補函數(shù)進行脈沖輸出控制，只能是兩軸分別控制。 　　整個LabVIEW框圖程序的結(jié)構采用順序結(jié)構（Sequence Structure），每一順序框都對應某項固定的任務。圖2中三個順序框是整個框圖程序的前三框，從左到右其任務分別是板卡初始化、板卡驅(qū)動成功與否和相關參數(shù)的初始化及其顯示，相關參數(shù)初始化順序框中采用While循環(huán)模式等待輸入，只有當參數(shù)設定完成并按下確定鍵后程序才能繼續(xù)往下運行。 [align=center] 圖2 程序初始化階段框圖[/align] 　　圖3所示是緊接在圖2后面的順序框，也是程序框圖的第四個順序框，這是整個框圖程序的主體部分。順序框中嵌入一個While循環(huán)，While循環(huán)中又嵌入一個順序結(jié)構，其前一框的作用是運動模式選擇及運動控制，這也是整個程序框圖的核心部分，后一框的作用是數(shù)據(jù)顯示部分。 　　運動模式選擇包括自由度的選擇和自動與手動模式選擇。自由度選擇和運行模式選擇均采用選擇結(jié)構（Case Structure），自由度的選擇結(jié)構框內(nèi)又嵌入了運行模式選擇結(jié)構框，即每個自由度的運動都有自動和手動兩種方式。選擇手動方式時，手動位移可以通過拖動前面板上的手動進度條來確定，而選擇自動方式時，其運行軌跡是一正弦曲線，這條曲線的形狀由所設定的幅度值、頻率值和相角值來確定。另外，無論在哪一種模式下運行，都可以通過調(diào)節(jié)前面板上速度系數(shù)進度條來調(diào)節(jié)兩軸各自的運行速度。每個自由度的運動控制部分都包括手動控制和自動控制兩部分，且都可以按照一般編譯器中的邏輯關系和數(shù)據(jù)關系通過調(diào)用不同的CLF節(jié)點來實現(xiàn)。數(shù)據(jù)顯示部分主要是實時顯示兩自由度的值和對應軸的伸長值。 [align=center] 圖3 程序核心部分框圖[/align] 　　圖4是整個框圖程序的最后三個順序框，其中，前一框的任務是得到停止指令后返回兩軸的當前位置，并立即發(fā)出返回零點位置的指令;中間一框中嵌入了一個While循環(huán)，目的是循環(huán)檢測并顯示兩軸的運行狀態(tài)以及當前位置，一旦檢測到所有軸已經(jīng)回到零點位置并已全部停止運行，就自動跳出While循環(huán)，開始執(zhí)行最后一框程序，即執(zhí)行板卡結(jié)束運行函數(shù)。 [align=center] 圖4 程序結(jié)束階段框圖[/align] 　　圖5為程序的前面板，這是程序正常運行時的主控界面也是唯一的界面。在這個界面上，可以進行自由度的選擇、手動自動的選擇、手動位移設定、自動運行模式下的正弦軌跡曲線的設定、兩軸運行速度的設定以及運行控制。另外，界面上的兩個Grphy圖還能實時顯示兩自由度變化曲線和兩軸運行軌跡曲線，板卡驅(qū)動狀態(tài)和兩軸運行狀態(tài)的正常與否以三個指示燈的形式顯示出來。 [align=center] 圖5 程序主界面[/align] 四、結(jié)束語 　　一般來講，很多運動控制卡的二次開發(fā)多采用VC++、VB或C++ Builder等編譯軟件編寫，有時編寫界面就占了程序編寫工作的很大一部分，不利于提高效率。本文利用LabVIEW界面開發(fā)簡單以及LabVIEW可以調(diào)用動態(tài)鏈接庫等功能，實現(xiàn)了在LabVIEW平臺下快速開發(fā)普通運動控制卡的運動控制程序。這種方法不僅可以采用價格相對較低的普通運動控制卡，而且能避免繁瑣的界面編程，縮短周期，提高效率，降低成本。本文所引用的程序已在某二自由度運動平臺控制系統(tǒng)上通過測試并已得到應用，運行平穩(wěn)、準確。 　　本文作者創(chuàng)新點：利用LabVIEW調(diào)用通用動態(tài)連接庫的功能，采用新的方法來對普通運動控制卡進行二次開發(fā)，這種新方法不僅可以縮短開發(fā)周期，而且可以降低成本。 參考文獻： 　　[1] 燕廷，馬增強等.基于LabVIEW數(shù)據(jù)采集與處理軟件編程技巧[J].微計算機信息， 2005，21-6：153-154 　　[2] 楊樂平，李海濤等.LabVIEW高級程序設計[M].北京：清華大學出版社，2003-08 　　[3] 李國厚.虛擬儀器技術及其開發(fā)與應用[J].自動化與儀表，2002，23-7：4-6