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C#使⽤NIVISA实现程控仪器的⾃动化控制

转⾃

1.概述

⽣产测试当中，测试仪器不可或缺，如果是⼩规模⽣产，⼿动测试可以对付；但是要想到达⼤批量⽣产的⽬的，为了简化测试，节约时间，就需要进⾏⾃

动化测试。出于这样的需求，对仪器的⾃动化程控就有了需求。

下图是⼀个相对普遍的测试框架

整个控制过程中最为关键的部分就是上位机同测试仪器之间的通信，⾸先测试环境搭建完毕之后，能通信是关键的第⼀步，第⼆步就是⽤“仪器的语

⾔”告诉仪器我们需要它们做什么。简⽽⾔之，就是这俩步。

下⾯先介绍⼏个相关的知识点。

2.常见的控制接⼝

常见的控制接⼝主要有：GPIB、串⼝（RS-232）、USB、LAN或以太⽹。

串⾏接⼝通信速度较慢，现代测试系统已经很少使⽤。

虽然现代仪表控制接⼝丰富,但是,对于仪表⽣产⼚商和⽤户⽽⾔,使⽤最为⼴泛的是GPIB接⼝。

常⽤的USB接⼝版本为USB2.0，其⽀持三种传输速率：低速1.5Mbps,全速12Mbps和⾼速480Mbps,传输速度根据外接设备⾃动调整,⽆需设置。

直连最⼤的电缆长度5M，最多连接设备127台。

以太⽹是当今现有LAN采⽤的最通⽤的通信协议标准,可在互联设备间实现10Mbps-10Gbps数据通信。

本⼈在实际中⽤到的主要是LAN和USB⽅式，所以提及较多的主要是这俩种。

关于控制接⼝更加详细的介绍，请到相关⽹站进⾏查阅。

（可编程仪器标准语⾔）

SCPI（StandardCommandforProgrammableInstrumentation）程控仪器标准命令是1990由九家仪器公司联合推出，其建⽴在IEEE488.2的基

础，⾯向测试功能或测试信号，倡导仪器控制的⼀致性。

主要特点为：

1.程控命令⾯向测试流程，⽽不是描述仪器操作；兼容的编程环境使⽤同样的命令和参数来控制具有相同功能的仪器。

2.在与通信物理连接层硬件⽆关的⾼层次上定义程控消息。

SCPI基于IEEE488.2形成，但并不局限于GPIB接⼝，它也可⽤于RS232C,LAN,USB总线。

3.与编程⼿段和程序语⾔⽆关，SCPI⽤户测试程序模块易于移植。

SCPI有公共的命令，即对所有的仪器都是可⾏的；也有特定的命令，即不同的仪器命令不同。但所有的命令都符合SCPI标准。

对于SCPI的更详细的介绍，请查阅相关资料，这⾥不再赘述。

（虚拟仪器软件架构）

VISA是⼀个驱动程序软件架构，开发这⼀架构的⽬的在于统⼀与GPIB、串⼝、以太⽹/LAN、IEEE1394和USB仪器的通信，并简化仪器的控制应⽤。通

过VISAAPI，开发⼈员可以使⽤GPIB、串⼝、以太⽹/LAN、IEEE1394和USB仪器。

VISA具备如下优势：

接⼝独⽴性--VISA提供了⼀个单⼀的API以相同的⽅法与仪器进⾏通信，⽽不考虑其接⼝类型。例如，VISA命令，发送⼀个ASCII字符串到⼀个基于

消息的仪器，对于GPIB、串⼝、以太⽹/LAN、IEEE1394和USB接⼝是完全相同的。

⼀种⾯向对象的架构，可以⽅便地适应未来开发的仪器接⼝。

功能全⾯的仪器编程特性，通过⼀个⾮常紧凑的命令集实现。

对于VISA更详细的介绍，请查阅相关资料。

5.仪器控制过程

连接仪器：通过常⽤的控制接⼝将上位机和待控仪器连接。

确定仪器资源的名称：也称之为仪器描述符，描述了VISA资源的准确名称与位置。确认仪器的资源名称，可以到下载NI硬件驱动，打开NI-VISA软件

后可以识别出来。

在设备和接⼝选项下⾯就可以找到仪器的资源名称，如果找不到（⼤多数情况是使⽤LAN接⼝的情况），可以⼿动添加，将仪器的ＩＰ地址（有可能

需要端⼝号）输⼊，软件就可以识别仪器。

更详细的介绍请查阅ＮＩ相关⽹站或者其他资料。

编写控制程序：

这⾥需要说明两点，不同的仪器使⽤⽅法并不相同。编写仪器控制程序有⼏种⽅式。

１.使⽤仪器驱动。有的仪器⼚商可能会⾃⼰基于VISA或者SCPI开发仪器的驱动，也就是往⾼层做了进⼀步封装，同时也是是对VISA和SCPI做了进⼀

步封装，这样就进⼀步简化了开发流程。我们可以根据驱动说明或者仪器的编程说明使⽤仪器驱动软件架构。需要实现什么功能，调⽤相应的驱动API

即可。还可以参考提供的样例。

2.使⽤VISA。使⽤VISA同仪器获得通信的桥梁，然后将“仪器语⾔”通过VISA接⼝通知给仪器，仪器就会按我们的逻辑进⾏相关的操作。这⾥的仪

器语⾔需要参考仪器对应的编程说明（可以到仪器相应的官⽹下载），主要是指SCPI通信指令集。下⽂会稍作详细的介绍该⽅法。

3.实现⾃⼰的通信。这⼀点主要是针对LAN⼝通信的⽅式来说的，因为我⽬前只碰到过这⼀种情况。有的仪器并没有那么先进，去⽀持VXI-11协议，

虽然也是TCPIP类的资源名称，但是这种情况下需要我们⾃⼰去实现TCP通信过程。并不难，我们只要实现⼀个TCP的客户端就可以。通过仪器提供

的IP地址和PORT端⼝号，我们的客户端同仪器进⾏TCP连接，连接完成后给仪器发送“仪器语⾔”，同时也会接受到仪器的响应。

下⾯，详细说⼀下如何使⽤VISA同仪器进⾏通信。

⽅法⼀

平台：vs2013。

建⽴好⼯程后，现引⼊两个.NET的托管DLL，将与引⽤添加到项⽬。这两个dll⽂件在

C:ProgramFiles(x86)NationalInstrumentsMeasurementStudioVS20XXDotNETAssemblies⽬录下⾯可以找到。

打开⼀个VISA会话。

[c#]

eMessageBasedSessionmbSession;

{

ion=(MessageBasedSession)alManager().

();//资源⽂件名

5.}

(InvalidCastException){

("Resourceselectedmustbeamessage-basedsession");

8.}

(Exceptionexp){

(e);

11.}

查询数据，在创建了⼀个与我们的仪器通信的会话之后，我们可以开始发送数据⾄该仪器，并读回其响应。

[c#]

{

responseString=();

3.}

(Exceptionexp){

(e);

6.}

我们也可⽤Write函数只发送不读取数据。

最后将会话关闭

[c#]

e();

需要说明⼀点，在⽤串⼝和USB⼝控制时，我⽤这种⽅法失败了，所以⽤了第⼆种⽅法。现在我还没试验过是否该⽅法对所有的串⼝和U⼝都不能⽤，如果

你测试过了，可以相互交流⼀下。同样，这种⽅式不适⽤于使⽤Socket的仪器。

⽅法⼆

第⼆种⽅法使⽤visa接⼝。

控制流程同第⼀种⽅法差不多。⾸先，将⽂件放在⼯程的debug⽬录下⾯，如果不这么做，程序会先搜索debug⽬录，然后搜索system32⽬

录，寻找⽂件。这⾥，不像上⾯⼀样，将dll⽂件引⼊项⽬，是因为该dll⽂件是.NET⾮托管的程序集，需要显式引⼊，负责引⼊的类⽂件参考。

（注：通过dumpbin-depents***.exe或dll可以查看该⽂件是否属于托管，如果有就是托管的，否则⾮托管）

在项⽬中建⽴后就可以引⽤⾥⾯的函数。具体的使⽤⽅法请参考：NI-Visahelp。

下⾯是部分代码

[c#]

boolInit(){

(m_connect){

m_connect;

4.}

r=DefaultRM(outm_viDefaultRM);

(viError!=_SUCCESS){

false;

8.}

r=(m_viDefaultRM,resourceName,_NO_LOCK,_TMO_IMMEDIATE,outm_session);

(viError==_SUCCESS){

11.m_connect=true;

12.//clearsspectrum清除寄存器

r(m_session);

r=tf(m_session,"*CLSn");

(viError!=_SUCCESS){

16.m_connect=false;

17.}

(10);

19.}else{

20.m_connect=false;

21.}

m_connect;

23.}

这种⽅法对于不⽀持VXI-11协议的仪器也不适⽤，需要⾃⼰实现TCP通信。

对于仪器控制很多地⽅我还有弄清楚，暂时先把这段时间的收获记录⼀下，如果对这⽅⾯也有想法的话，可以随时交流。