C#通過NI-VISA操作Tektronix TBS 2000B系列示波器
一、概述
本文描述採用C#語言訪問控制Tektronix TBS 2000B 系列示波器。介面協議採用NI-VISA。
最近一個專案需要和一款示波器進行通訊，需要對示波器進行一些簡單控制並獲取到波形資料。經過一段時間研究，大致瞭解了相關操作，因為發現相關資料不是很多，所以把我瞭解的相關知識和大家分享一下。文末將提供本文涉及的相關文件、程式碼、安裝程式的下載地址。
正常情況下，我們如果需要和一個裝置進行通訊，首先需要知道PC通過什麼方式和裝置進行連線，通訊協議是什麼。由於工作需要和很多裝置進行過連線，常用的連線方式主要有：網路連線、串列埠連線、USB介面連線等；通訊協議都是自定義的協議文字。 本來以為這個專案首先得需要搞清楚示波器的通訊協議，然後才能進行下一步開發，在官方網站下載了一些程式設計資料，發現該裝置是可以通過VISA進行連線的，那什麼是VISA呢？VISA是由National Instruments公司牽頭，聯合一些裝置製造廠商共同指定的一個通用裝置連線標準，不管裝置通過何種方式進行連線，只要符合VISA規範就可以通過該標準協議進行連線，而NI-VISA就是NI公司實現的一個協議，通過這個協議介面，我們不用直接和裝置進行通訊，只需要通過NI-VISA提供的介面就可以訪問裝置，而常用的介面非常簡單，主要就是OPEN、WRITE、READ等幾個命令。符合規範的裝置都會公開一份SCPI指令集的文件，只要仔細閱讀該文件就可以實現裝置的控制。在整個專案過程中，我僅僅通過幾個官方網站下載的文件就完成專案開發，幾乎沒有什麼障礙，在此不得不感慨我們的製造業和發達國家相比確實有很大差距，我們就缺少這樣標準性的東西，什麼事情都得從底層做起，很不科學。要是那些巨頭們肯做一些這方面的工作就太好了，比做什麼買菜、賣魚的APP有意義得多了。
二、連線
示波器通過網路介面和PC進行連線
配置示波器IP和PC在同一個網段，例如：192.168.11.11，在設定時注意IP內不要有0，然後在PC上先ping一下，看能否ping通。
如果能ping通就在瀏覽器輸入http://192.168.11.11看能否開啟示波器主頁，確認SCPI指令可以執行。
三、安裝驅動
執行NI-VISA Runtime安裝程式，選中執行時基礎包和.NET支援包。
.NET支援包選.NET 4.0-4.5.1 Runtime Support(IVI)，不選.NET XX Runtime Support(NS)，NS的包是老版本。
安裝完成後形成兩個包：Ivi.Visa和NationalInstruments.Visa
其中Ivi.Visa有兩個版本：
32位位置：C:\Program Files (x86)\IVI Foundation\VISA\Microsoft.NET\Framework32\v2.0.50727\VISA.NET Shared Components 5.8.0
64位位置：C:\Program Files\IVI Foundation\VISA\Microsoft.NET\Framework64\v2.0.50727\VISA.NET Shared Components 5.8.0
NationalInstruments.Visa位置：C:\Windows\Microsoft.NET\assembly\GAC_MSIL\NationalInstruments.Visa\v4.0_17.0.0.0__2eaa5af0834e221d
四、引用
新建VS工程，按上述地址新增Ivi.Visa和NationalInstruments.Visa兩個引用。Ivi.Visa的庫根據需要可以選32位或64位。
程式執行需要在目標機器安裝執行時，所以引用的庫不需要複製到專案資料夾。
五、程式碼
已經有網友把VISA介面呼叫進行了封裝，我直接使用了相關程式碼，幾乎一字未改，相關程式碼請查閱：https://www.cnblogs.com/cncc/p/7866899.html
連線程式碼：
string IP = this.txtIP.Text.Trim();
string IpRegex = @"^((25[0-5]|2[0-4]\d|[01]?\d\d?)\.){3}(25[0-5]|2[0-4]\d|[01]?\d\d?)$";
if (!Regex.IsMatch(IP, IpRegex))
{
MessageBox.Show("IP地址不正確！");
return;
}
if (!PortUltility.OpenIPAddress(IP, out string fullAddress))
{
MessageBox.Show("未找到裝置!");
return;
}
try
{
_portOperatorBase = new LANPortOperator(fullAddress);
}
catch (Exception ex)
{
MessageBox.Show($"初始化裝置失敗:{ex.Message}");
return;
}
try
{
_portOperatorBase.Timeout = 2000;
_portOperatorBase.Open();
}
catch (Exception ex)
{
MessageBox.Show($"連線裝置失敗:{ex.Message}");
return;
}
EnabledControls(true);
MessageBox.Show("連線成功！");
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寫指令一共有兩種，一種不需要返回資料、一種需要返回資料，下發了需要返回資料的指令後才能進行讀取指令，否則就會讀取失敗。
讀寫指令如下：
private void btnWrite_Click(object sender, EventArgs e)
{
string CmdStr = this.txtCommand.Text.Trim();
try
{
_portOperatorBase.WriteLine(CmdStr);
ShowLog($"[Write][{CmdStr}][Success]");
}
catch
{
ShowLog($"[Write][{CmdStr}][ERROR]");
}
}
private void btnReadString_Click(object sender, EventArgs e)
{
try
{
var result = _portOperatorBase.Read();
ShowLog($"[Read][{result}][{result.Length}]");
}
catch (IOTimeoutException)
{
ShowLog($"[Read][ERROR:Timeout]");
}
catch (Exception ex)
{
ShowLog($"[Read][Exception:{ex.Message}]");
}
}
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核心程式碼就這麼多，剩下的就根據需要查詢SCPI指令表就可以了。
附錄、相關SCPI指令
以下指令僅適用於Tektronix TBS 2000B系列示波器。
(一) 基本指令
1. 身份
WRITE：*IDN?
READ：
(二) 設定
1. 預設設定
RECAll:SETUp FACtory
2. 通道控制
Select:CH<x> ON/OFF
3. 水平位置與比例
HORizontal:POSition?
HORizontal:POSition 10
HORizontal:SCAle?
400 單位是秒
HORizontal:SCAle 0.2
4. 垂直位置與比例
CH1:POSition？
CH1:POSition 1
CH1:SCAle?
CH1:SCAle 2.5
5. 觸發
模式
TRIGger:A:MODe?
NORMAL
觸發型別
TRIGger:A:TYPe?
EDGE
觸發源
TRIGger:A:EDGE:SOUrce CH1
耦合：
TRIGger:A:EDGE:COUPling g {DC|HFRej|LFRej|NOISErej}
斜率
TRIGger:A:EDGE:SLOpe {RISe|FALL}
觸發電平（當前）
TRIGger:A:LEVel?
2.0800
TRIGger:A:LEVel 3.5
觸發電平（指定通道）
TRIGger:A:LEVel:CH1?
2.0800
TRIGger:A:LEVel :CH1 3.5
(三) 控制
1. 設定/查詢工作型別
ACQuire:STOPAfter SEQuence
ACQuire:STOPAfter RUNSTOP
查詢：ACQuire:STOPAfter?
返回最後一次設定的工作型別
2. 設定/查詢執行狀態
ACQuire:STATE？
0：Run或Single
1：Stop
設定：ACQuire:STATE ON/OFF
3. 查詢觸發狀態
TRIGger:STATE?
READY：等待觸發
SAVE：已經觸發
(四) 讀取資料
1. 設定資料來源（通道）
DATA:SOURCE CH1
2. 設定/讀取記錄寬度
HORizontal:RECOrdlength?
2000
3. 讀取波形資料寬度（僅讀取，觸發完成後有效）
WFMOutpre:RECOrdlength?
2000
4. 設定傳輸資料視窗
DATa:STARt 1 最小為1
DATa:STOP 2000
DATa:WIDth? 單個數據寬度（位元組數）預設為1，可以修改為2位元組，但高位始終為0
5. 資料讀取
CURVe?
Read（Bytes）：返回指定長度的位元組資料【LENGTH= N+(STOP-STARt+1)+1】
資料為：幀頭（N位元組）+資料（STOP-STARt+1位元組）+幀尾（1位元組）。
幀頭為:#（1位元組）+資料長度的長度（1位元組）+資料長度（1~9位元組）
幀尾為：\n
資料每個位元組表示一個波形高度值，採用補碼方式，即第一個位表示符號，範圍從-128~127
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相關文件、程式碼下載：https://gitee.com/seabluescn/tksamples