C# 通过NI-VISA操作Tektronix TBS 2000B系列示波器的实现步骤

一、概述

本文描述采用C#语言访问控制Tektronix TBS 2000B 系列示波器。接口协议采用NI-VISA。

最近一个项目需要和一款示波器进行通信，需要对示波器进行一些简单控制并获取到波形数据。经过一段时间研究，大致了解了相关操作，因为发现相关资料不是很多，所以把我了解的相关知识和大家分享一下。文末将提供本文涉及的相关文档、代码、安装程序的下载地址。

正常情况下，我们如果需要和一个设备进行通信，首先需要知道PC通过什么方式和设备进行连接，通信协议是什么。由于工作需要和很多设备进行过连接，常用的连接方式主要有：网络连接、串口连接、USB接口连接等；通信协议都是自定义的协议文本。本来以为这个项目首先得需要搞清楚示波器的通信协议，然后才能进行下一步开发，在官方网站下载了一些编程资料，发现该设备是可以通过VISA进行连接的，那什么是VISA呢？VISA是由National Instruments公司牵头，联合一些设备制造厂商共同指定的一个通用设备连接标准，不管设备通过何种方式进行连接，只要符合VISA规范就可以通过该标准协议进行连接，而NI-VISA就是NI公司实现的一个协议，通过这个协议接口，我们不用直接和设备进行通信，只需要通过NI-VISA提供的接口就可以访问设备，而常用的接口非常简单，主要就是OPEN、WRITE、READ等几个命令。符合规范的设备都会公开一份SCPI指令集的文档，只要仔细阅读该文档就可以实现设备的控制。在整个项目过程中，我仅仅通过几个官方网站下载的文档就完成项目开发，几乎没有什么障碍，在此不得不感慨我们的制造业和发达国家相比确实有很大差距，我们就缺少这样标准性的东西，什么事情都得从底层做起，很不科学。要是那些巨头们肯做一些这方面的工作就太好了，比做什么买菜、卖鱼的APP有意义得多了。

二、连接

示波器通过网络接口和PC进行连接

配置示波器IP和PC在同一个网段，例如：192.168.11.11，在设置时注意IP内不要有0，然后在PC上先ping一下，看能否ping通。

如果能ping通就在浏览器输入http://192.168.11.11看能否打开示波器主页，确认SCPI指令可以运行。

三、安装驱动

运行NI-VISA Runtime安装程序，选中运行时基础包和.NET支持包。

.NET支持包选.NET 4.0-4.5.1 Runtime Support(IVI)，不选.NET XX Runtime Support(NS)，NS的包是老版本。

安装完成后形成两个包：Ivi.Visa和NationalInstruments.Visa

其中Ivi.Visa有两个版本：

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，按上述地址添加Ivi.Visa和NationalInstruments.Visa两个引用。Ivi.Visa的库根据需要可以选32位或64位。

程序运行需要在目标机器安装运行时，所以引用的库不需要复制到项目文件夹。

五、代码

https://github.com/cnxy/VISAInstrument

连接代码：

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地址不正确！");
        return;
      }

      if (!PortUltility.OpenIPAddress(IP, out string fullAddress))
      {
        MessageBox.Show("未找到设备!");
        return;
      }

      try
      {
        _portOperatorBase = new LANPortOperator(fullAddress);
      }
      catch (Exception ex)
      {
        MessageBox.Show($"初始化设备失败:{ex.Message}");
        return;
      }

      try
      {
        _portOperatorBase.Timeout = 2000;
        _portOperatorBase.Open();
      }
      catch (Exception ex)
      {
        MessageBox.Show($"连接设备失败:{ex.Message}");
        return;
      }

      EnabledControls(true);
      MessageBox.Show("连接成功！");

写指令一共有两种，一种不需要返回数据、一种需要返回数据，下发了需要返回数据的指令后才能进行读取指令，否则就会读取失败。

读写指令如下：

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}]");
      }
    }

核心代码就这么多，剩下的就根据需要查询SCPI指令表就可以了。

附录、相关SCPI指令

以下指令仅适用于Tektronix TBS 2000B系列示波器。

(一)    基本指令
1.   身份
WRITE：*IDN?

READ：

(二)    设置
1.   默认设置
RECAll:SETUp FACtory

2.  通道控制
Select:CH<x> ON/OFF

3.  水平位置与比例
HORizontal:POSition?

HORizontal:POSition 10

 

HORizontal:SCAle?

400  单位是秒

HORizontal:SCAle 0.2

 

4.  垂直位置与比例
CH1:POSition？

CH1:POSition 1

 

CH1:SCAle?

CH1:SCAle 2.5

 

5.  触发
模式

TRIGger:A:MODe?

NORMAL

 

触发类型

TRIGger:A:TYPe?

EDGE

 

触发源

TRIGger:A:EDGE:SOUrce CH1

 

耦合：

TRIGger:A:EDGE:COUPling g {DC|HFRej|LFRej|NOISErej}

 

斜率

TRIGger:A:EDGE:SLOpe {RISe|FALL}

 

触发电平（当前）

TRIGger:A:LEVel?

2.0800

TRIGger:A:LEVel 3.5

 

触发电平（指定通道）

TRIGger:A:LEVel:CH1?

2.0800

TRIGger:A:LEVel :CH1 3.5

 

(三)    控制
1.   设置/查询工作类型
ACQuire:STOPAfter SEQuence

ACQuire:STOPAfter RUNSTOP

查询：ACQuire:STOPAfter?

返回最后一次设置的工作类型

 

2.  设置/查询运行状态
ACQuire:STATE？

0：Run或Single

1：Stop

设置：ACQuire:STATE ON/OFF

 

3.  查询触发状态
TRIGger:STATE?

READY：等待触发

SAVE：已经触发

 

(四)    读取数据
1.   设置数据来源（通道）
DATA:SOURCE CH1

 

2.  设置/读取记录宽度
HORizontal:RECOrdlength?

2000

 

3.  读取波形数据宽度（仅读取，触发完成后有效）
WFMOutpre:RECOrdlength?

2000

4.  设置传输数据窗口
DATa:STARt 1  最小为1

DATa:STOP 2000

DATa:WIDth? 单个数据宽度（字节数）默认为1，可以修改为2字节，但高位始终为0

 

5.  数据读取
CURVe?

Read（Bytes）：返回指定长度的字节数据【LENGTH= N+(STOP-STARt+1)+1】

数据为：帧头（N字节）+数据（STOP-STARt+1字节）+帧尾（1字节）。

帧头为:#（1字节）+数据长度的长度（1字节）+数据长度（1~9字节）

帧尾为：\n

数据每个字节表示一个波形高度值，采用补码方式，即第一个位表示符号，范围从-128~127

相关文档、代码下载：https://gitee.com/seabluescn/tksamples.git

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