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chenfire

木虫 (著名写手)

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[资源] 【原创】LabVIEW与仪器通讯 —— 通讯协议

在LabVIEW编程中，经常要在前面板跟后面板之间切换，打不打断思路的情况下，有两种快速的切换方式：一是双击某个输入或显示控件，二是利用快捷键“Ctrl+E”。快捷键在编程过程中的非常好用，例如新建文件可以用“Ctrl+N”，当一个大程序在调试过程中，对某些部分的功能不太肯定时，可以把它们选择上，然后用“Ctrl+C、Ctrl+N、Ctrl+V”，在新文件里面调试。Ctrl+C跟Ctrl+V是大家都用过的复制、粘贴快捷键。再有就是Ctrl+S比较常用，保存修改；Ctrl+W：关闭。熟练运用快捷键的话，可以使编程加快，软件操作起来更流畅。

好，进入正题，上个帖子讲了接口，（http://muchong.com/bbs/viewthread.php?tid=1756408&fpage=1），这次介绍通讯协议。

2. 通讯协议
通讯协议可以理解为一种语言，是计算机与设备交流的方式。计算机必须讲设备能听得懂的语言，设备才能根据计算机的指令进行工作。
各个厂商会自定义自己的通讯协议，当然大牌厂商往往都会采用标准的SCPI语言，这种语言看起来比较舒服，也简单明了。而国内的厂商则是五花八门。几乎每个厂都根据自己的喜好来定通讯协议。有的厂甚至还有几种不同的通讯协议（如常州同惠）。

2.1 例子
其实设备的控制并没有想象中的那么神秘，通过下面这个例子大家就能入门了。
仪器是Keithley的2010数字万用表，这个设备同时带GPIB接口跟串口，这里用的是串口连接。仪器面板上显示的是测量电阻的功能。我在LabVIEW上写了这样的程序：

运行后，前面板的“数值显示控件”上出现了一个数值“1000.479343”，这就是当前的电阻值。如果把这个“数值显示控件”替换成一个“波形图表”，连续运行这个程序，就会出现一条电阻曲线图，如下图所示。这个图就是每隔50毫秒，电阻的变化值。从这个例子可以看出来，原来只能测单点电阻值的设备，通过与LabVIEW的通讯，变成可以记录电阻-时间变化曲线的设备了，功能扩展了。

例子的功能讲到这里，该介绍一下程序了。回头看看第一个图，“VISA资源名称”其实就是仪器地址，我们用的是串口一，所以填COM1，顶上的字符串常量“:FETCh?\n”就是我们这里要讲的通讯协议，留到后面说。往右边是一个VISA Write控件，将前面的字符串常量“:FETCh?\n”通过COM1写入到设备中去，之后给50毫秒的延迟等待设备响应命令，将测试结果送到串口总线上，然后通过一个“VISA串口字节数”控件来测试设备送回来的数据长度，并把这个数据长度传给VISA Read控件，VISA Read把仪器接口总线上所有数据如数读回计算机。因为读回到计算机的数据是字符串格式的，所以用一个字符串转换控件，将读回来的数据转换成十进制数字格式并送显示。
这个程序就这么简单，设备的控制也就是如此而已。

2.2 通讯协议显示方式
控制设备最核心的部分，是LabVIEW如何跟设备通讯，也就是上面例子里面，“:FETCh?\n”之类代码的含义。这是一个字符串常量，字符串常量的显示方式有4种，分别是“正常显示”、“\代码显示”、“密码显示”跟“十六进制显示”。显示方式非常重要，写各种通讯协议必须非常注意的。有网友说，运行别人写的程序就可以，但运行自己写的、看起来跟别人一摸一样的程序就出错，其原因很可能就在这里。虽然显示出来的代码都是“:FETCh?\n”，但如果选“正常显示”跟“\代码显示”，其中的字符就差别一个“\”号，就是这个“\”符号导致程序不能运行。
在字符串输入控件、字符串显示控件跟字符串常量上按右键，就可以选择并确定当前的控件用那种显示方式。
上面这个例子，用的是“\代码显示”方式，最后面的“\n”代表一个换行符。这种显示方式在各种语言的程序设计中都是经常用到的。在LabVIEW中常用的有“\s”空格，“\t”Tab键。如果选择“正常显示”的话，我们看到的是“:FETCh?”就是后面的“\n”没显示出来。但在这个设备的通讯协议中，每句命令都必须以“\n”作为结束符，为了直观，在这个程序中的命令符采用“\代码显示”。（如果还没搞明白怎么回事的话，可以上搜索引擎找“转义字符”，可能有的人解释的比较清楚，我这里就不做仔细讨论了）
还有一个显示方式是“密码显示”，这种显示方式就比较常见了，不管输入什么字符，默认都用一个“*”号表示，当然也可以换默认字符。但这种显示在LabVIEW通讯编程上，比较少用，至少我从来没用过。
最后一种显示方式是“十六进制显示”，这种显示方式也是在设备通讯上常用的。例如有的设备使用Modbus RTU通讯协议，读写过程中传输的都是十六进制的数据。这时候，最好就是采用“十六进制显示”，这样通讯语言看起来就比较直观。举个例子，我现在要向一个使用Modbus RTU协议的温控器输入命令，这样我在“十六进制显示”的字符串控件中输入“0106 0040 0320 8936”，上面的各个数字对应的都有特殊的含义，熟练的人一眼就能看出来，而如果用“正常显示”，则成了无规则的“乱码”。

2.3 各种通讯协议
上面例子里提到的“:FETCh?\n”，是一种标准的SCPI通讯协议，这种协议的特点是简单易懂，从字面上就可以猜得到这个命令的作用，如“:FETCh?\n”，就是英文字母fetch，“获取”的意思，作用就是获取当前设备的测试结果。再举个例子：“:FUNCtion\s'CURRent:AC'\n”，从字面上可能就猜得到这个命令的意思了，就是把设备的功能切换到测量交流电流档。
各种设备的通讯协议可能稍微有些不同，主要是前缀、后缀的起始符、结束符稍有不同。只要仔细阅读通讯协议，不断尝试，这个问题不难解决。
除了标准SCPI通讯协议之外，比较难对付的是其他一些自定义的协议，因为从协议上的代码，不翻手册你是猜不到它具体的含义的。例如比较常用的Modbus RTU跟Modbus ASCII协议。就拿上面举的例子来说，在“十六进制显示”的字符串控件中输入“0106 0040 0320 8936”，对应通讯协议，它的含义是分别如下：0106是指RS485接口的设备地址为01，（这就是上节“接口”提到的，RS485的地址如何体现的问题，设备地址在通讯协议上体现了），06是写入单寄存器的功能，0040是写入的寄存器地址，这个寄存器上的数据是DO（0）输出口控制的温度值，0320是在指定的寄存器上写入的数值，十六进制，转成十进制是800，根据通讯协议，这里指80.0摄氏度；8936是16位CRC效验码。通过这条命令，是要告诉串口总线：往RS485设备地址为01的温控器传输命令，把地址为0040H的寄存器上写入0320H，这个动作的含义是把DO（0）输出端口的温度值设置为80度。有些人会觉得这很难理解，要拐几个弯才能识别到这条命令的意思，相比于标准SCPI命令来说，Modbus协议费解一些，但相对于一些企业自定义的协议来说，Modbus还算比较好的，至少每个节点都有一定的含义：一条命令上的数字代表的意思分别是：设备地址、操作、寄存器地址、数据、校验码。而一些企业自定义的代码，你永远猜不到是什么意思，也猜不到它为什么要那样写，反正这条命令就是对应这个功能，你得将就它。
上面提到的Modbus RTU跟Modbus ASCII的区别在于，Modbus RTU通讯协议下，必须选择“十六进制显示”才能看到实际发送/接收的代码，而Modbus ASCII协议用“正常显示”就能看到。
这里还要来稍微提一下校验码，因为早期的数据传输不稳定，为了确保接收到的命令是正确的，先要进行校验。每个公司对校验码的定义可能都不一样，常有的有8 bit的CRC、16位的CRC等。也可能用企业自定义的计算方法。对于常用的校验码计算方式，可以写一个子程序保存起来，以备下次调用。
应该说，搞懂了通讯协议就解决了设备的控制问题，只要设备能响应一条命令，那么这台设备的所有通讯问题都能解决。
在常用的大厂设备中，底层的通讯协议一般都不用自己写，直接上NI的主页下载就行了，因为全世界的LabVIEWer都很热心地上传他们写的子程序。我们要做的只是上去下载来用就是了。但偶尔也有些功能不适用，这时候就需要自己动手写了。相信有了一些参考的例子，结合自己一些实际编写经验，每来一台新的设备，只要照葫芦画瓢就行了。

3 其他问题
除了接口跟通讯协议外，在写程序控制设备的过程中那个还会经常遇到一些问题。我总结一下，下次再贴给虫友们。

[ Last edited by chenfire on 2009-12-28 at 20:21 ]

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