NI VISA多层应用解析：从脚本到API的自动化测试之旅


# 摘要
本文全面介绍了NI VISA（Virtual Instrument Software Architecture）的技术概念、环境配置、基础操作和脚本应用实践。详细阐述了VISA资源管理、会话建立和通信流程，以及仪器控制代码的编写和错误处理机制。在实际应用方面，探讨了自动化测试脚本的编写、测试场景的模拟、测试数据的分析以及脚本的优化与维护。进一步深入解析了NI VISA API编程，包括高级编程接口的应用、多线程与异步操作的管理以及自定义功能模块的开发。最后，展望了NI VISA在自动化测试领域中的集成与部署策略、案例分析和未来技术发展趋势。本文旨在提供一个全面的指南，帮助工程师理解和运用NI VISA技术，以提高自动化测试的效率和可靠性。

# 关键字
NI VISA；环境搭建；资源管理；会话通信；仪器控制；自动化测试；API编程；多线程；异步操作；功能模块开发；系统集成

参考资源链接：[NI VISA 通讯用户手册.pdf](https://wenku.csdn.net/doc/64631639543f8444889afaa9?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. NI VISA概述及环境搭建

## 1.1 NI VISA简介

NI VISA（Virtual Instrument Software Architecture）是NI公司提供的一套用于仪器通信的软件标准和驱动程序集合。它允许开发者通过统一的API来控制不同类型的仪器，包括GPIB、串行接口、USB、以太网等多种通信方式。VISA的核心在于它提供了一个抽象层，使得测试工程师能够编写与硬件无关的代码，简化了测试系统的开发和维护。

## 1.2 NI VISA环境搭建

环境搭建是开始使用NI VISA的第一步，涉及安装NI VISA驱动以及配置开发环境。具体步骤包括：

1. 下载并安装NI-VISA驱动程序，该程序可以从National Instruments官网获取。
2. 安装完成后，需要通过NI Measurement & Automation Explorer（MAX）来配置仪器，设置正确的通信参数。
3. 确认安装无误后，通过编程环境（如LabWindows/CVI、LabVIEW等）加载NI-VISA库。

注：MAX是一个配置工具，可以查看和配置计算机上的VISA资源。

安装NI VISA驱动并完成环境配置后，即可开始进行仪器控制与通信的开发。接下来的章节，我们将详细探讨VISA的基础操作和应用实践。

# 2. NI VISA基础操作

### 2.1 VISA资源的管理

#### 2.1.1 资源的发现与连接

在自动化测试和仪器控制领域，VISA（Virtual Instrument Software Architecture）是作为软件层与硬件接口进行通信的标准。管理VISA资源是任何与仪器通讯前的首要步骤。

资源发现是通过VISA的发现机制来实现的，常见的有USB扫描，LAN搜索，GPIB扫描等。使用NI-VISA的工具如NI-MAX（NI Measurement & Automation Explorer）可以帮助我们快速地发现连接到计算机上的仪器资源。

连接资源意味着指定一个特定的地址给VISA访问。这可以通过VISA的地址列表来完成，地址包括各种通讯协议如GPIB、串口、USB等。举个例子，若要通过GPIB接口连接到地址为“GPIB0::20::INSTR”的示波器，可以使用如下代码：

import visa
rm = visa.ResourceManager() # 创建资源管理器实例
scope = rm.open_resource('GPIB0::20::INSTR') # 打开一个资源连接

代码段首先导入了`visa`库，然后创建了一个`ResourceManager`实例，这个实例用于管理与VISA兼容的所有设备。接下来，通过`open_resource`方法打开了一个连接到示波器的会话。

#### 2.1.2 资源的配置与释放

在完成资源的连接后，通常需要对资源进行配置以满足测试需求。这包括设置通信参数如波特率、数据位、停止位、校验等，以及配置仪器特定的参数。VISA提供了一系列的命令来设置和查询这些参数。

释放资源通常是在测试流程结束后进行，确保所有的资源被关闭，避免资源泄露。资源释放通常通过关闭之前打开的资源会话来完成：

scope.close() # 关闭资源连接

释放资源是一个简单但是十分重要的步骤，它有助于保持系统的稳定性和避免潜在的资源竞争问题。

### 2.2 VISA会话的建立与通信

#### 2.2.1 基于VISA的会话建立流程

VISA会话的建立是仪器通讯的基础，涉及到连接建立、配置参数的设置和通道的打开。在实际的自动化测试场景中，建立会话的一般流程包括以下几个步骤：

1. 初始化资源管理器：创建`ResourceManager`实例。
2. 搜索资源：使用资源管理器实例搜索可用的仪器设备。
3. 连接资源：通过`open_resource`方法打开与特定资源的连接。
4. 配置资源：设置通信参数和仪器特定的参数。
5. 数据传输：执行实际的读写操作。
6. 关闭资源：完成通信后关闭资源。

### 2.3 常用仪器控制代码的编写

#### 2.3.1 仪器命令的发送与接收

仪器命令的发送和接收是VISA编程的核心部分。发送命令给仪器，通常是通过调用`write`方法完成，例如：

scope.write('*IDN?') # 发送查询仪器身份的命令

接收数据通常使用`read`方法，例如：

idn = scope.read() # 读取仪器的响应数据

#### 2.3.2 错误处理与状态查询

错误处理与状态查询对于确保测试的准确性和稳定性至关重要。使用VISA时，可以通过查询状态寄存器来检查是否存在错误，以及仪器是否已经准备就绪。

sts = scope.query('*STB?') # 查询仪器状态

通过分析返回的状态寄存器，我们可以确定是否需要进行错误处理或等待仪器完成操作。

### 第三章：NI VISA脚本应用实践

#### 3.1 自动化测试脚本编写

##### 3.1.1 脚本结构设计

自动化测试脚本的结构设计需要考虑如何有效地组织测试流程，以提高可读性和可维护性。一般而言，脚本结构设计需要包含以下部分：

- 初始化：包括资源的加载、测试设备的初始化等。
- 测试用例：具体执行的测试命令和测试步骤。
- 结果分析：获取测试结果并进行分析。
- 结束清理：释放资源，关闭设备连接。

##### 3.1.2 脚本中的异常管理

异常管理是脚本编写中的重要环节，有助于提升脚本的健壮性。在VISA脚本中，异常处理通常会使用try/except结构：

try:
    # 执行可能引发异常的VISA操作
    scope.write('*OPC?')
except visa.VisaIOError as e:
    print('发生错误:', e)

在这个例子中，如果`write`操作失败，将捕获`VisaIOError`异常，并打印错误信息。

### 第四章：NI VISA API编程详解

#### 4.1 高级编程接口的调用

##### 4.1.1 API的加载与初始化

高级API（Application Programming Interface）调用使得开发者可以通过更复杂的方法实现仪器控制。在NI VISA中，加载API可能涉及到调用特定的库文件，并进行初始化设置。初始化设置可能包括设置回调函数、事件处理等。

ViSession defaultRM, vi;
ViStatus status;

// 加载默认资源管理器
status = viOpenDefaultRM (NULL, &defaultRM);

上述代码展示了如何加载默认资源管理器实例。

#### 4.2 多线程与异步操作

##### 4.2.1 线程安全与同步机制

在多线程编程中，线程安全和同步机制至关重要，尤其是在与硬件设备进行通信时。VISA提供了一系列的函数和机制来确保线程安全。

ViFindRWSession findRWSession;
ViUInt32 maxReadBytes, maxWriteBytes;
ViFindList findList;
ViSession vi;

// 设置读写会话的参数
viStatus = viFindRWSessions (defaultRM, "GPIB::20", &findList);

#### 4.3 自定义功能模块的开发

##### 4.3.1 模块化编程的优势

模块化编程的优势在于其提高了代码的复用性、可维护性和可扩展性。在VISA编程中，模块化可以帮助开发者组织和管理复杂的测试流程。

#include "Visa.h"

// 定义模块化的功能函数，如初始化设备
ViStatus MyInitFunction(ViSession vi) {
    // 设备初始化代码
}

### 第五章：NI VISA在自动化测试中的高级应用

#### 5.1 测试系统的集成与部署

##### 5.1.1 系统集成的考量与实施

系统集成是将不同的硬件和软件组件整合到一