怎样去开发一种基于PySimpleGUI和VXI11的示波器小助手呢

　　1、项目描述
　　（1）开发一个工具，可以使计算机通过网线操控示波器，完成指令下发、保存截图、运行脚本等功能；
　　（2）环境配置：windows10 PC、Tek示波器（兼容3k、5k系列）；
　　（3）使用vxi11完成示波器的通信等操作、使用PySimpleGUI开发工具界面；
　　（4）对tekvisa的原始指令进行二次封装，提高编写脚本的效率；
　　2、原理介绍
　　（1）VISA、e*Scope与Socket
　　有三种方式可以建立电脑与示波器之间的连接，分别是visa、escope和socket。
　　visa是Virtual Instrument Software Architecture的缩写，是一套由NI主导的，定义了设备和计算机之间的通信方式的协议。目前主流的设备厂商一般都会有基于VISA所封装好的库，例如tek的有tekVisa等。这些封装库定义了设备和计算机之间的会话连接、资源访问、信息交互等方式，可以很方便的实现PC和OSC之间的交互。需要注意的是，visa的封装已经做到了接口无关，计算机可以使用多种接口（GPIB、USB、LAN、Serial等）完成和设备的交互。而剩下两种都是通过网线做交互的。
　　1、项目描述
　　（1）开发一个工具，可以使计算机通过网线操控示波器，完成指令下发、保存截图、运行脚本等功能；
　　（2）环境配置：windows10 PC、Tek示波器（兼容3k、5k系列）；
　　（3）使用vxi11完成示波器的通信等操作、使用PySimpleGUI开发工具界面；
　　（4）对tekvisa的原始指令进行二次封装，提高编写脚本的效率；
　　2、原理介绍
　　（1）VISA、e*Scope与Socket
　　有三种方式可以建立电脑与示波器之间的连接，分别是visa、escope和socket。
　　visa是Virtual Instrument Software Architecture的缩写，是一套由NI主导的，定义了设备和计算机之间的通信方式的协议。目前主流的设备厂商一般都会有基于VISA所封装好的库，例如tek的有tekVisa等。这些封装库定义了设备和计算机之间的会话连接、资源访问、信息交互等方式，可以很方便的实现PC和OSC之间的交互。需要注意的是，visa的封装已经做到了接口无关，计算机可以使用多种接口（GPIB、USB、LAN、Serial等）完成和设备的交互。而剩下两种都是通过网线做交互的。
　　escope是示波器内集成的一套程序，可以使主机在和设备接上网线，配置完成IP后，直接点开网页，输入示波器的IP地址即可获取示波器的实时界面。类似一种KVM技术。
　　
　　socket是指对于一些示波器，支持使用Socket网络编程实现数据的交互。在该协议下，对示波器的操作完全按照Socket套接字的方式执行。
　　（2）tekVisa、pyvisa和vxi11
　　tekVisa是tek公司推出的一套基于VISA规范的API库，用户可以使用tekVisa来自行开发工具。除此之外，tek还推出了tekVisa的官方版的简单易用的图形化工具openChoice，工具可以完成和示波器的交互。界面如下图所示。这个工具虽然简单使用，但是对于很多操作来说都非常的”不智能“，例如对于示波器的某些操作需要一些较长的时间，此时希望程序能在执行该操作后等待几秒钟再执行下一条，但是对于这样的一个简单的动作，openChoice却无法完成，不得不利用卡bug的方法来完成”等待“的动作。也是基于此原因，令作者产生了自行开发一套更加简单易用的工具的想法。
　　
　　除了上述的tekVisa以及基于tekVisa开发的官方工具OpenChoise外，还需要每台示波器的指令集才能完成对示波器的操控。事实上，计算机和示波器之间的通信原理实际上可以描述为，使用网线将PC和OSC互联，配置好IP后，使用基于Visa协议的工具建立计算机和示波器之间的通信的通道。而我们对示波器的操作，实际上是封装成了一条一条的指令，单独列在另一份随示波器提供给用户的文档里。不同的机器有不同的指令集。对于tek的设备来说，其指令的格式如下所示：
　　
　　例如：DPO5104示波器中将CH1的标签名字命名为test的操作指令为，CH1:label:name “test”
　　将上述指令输入到command输入框中，点击write主机就通过OpenChoise调用TekVisa中的API将该指令发到设备端，设备端解析后会自行执行相应的动作。
　　tekVisa的API是基于C语言的，实际上python中也提供了visa的封装库，叫做pyvisa，使用pip install pyvisa即可完成安装。pyvisa是将visa库的接口做了符合python使用习惯的封装。该python库是开源的，经笔者测试部分功能还存在bug（例如LAN connection功能有问题，疑似和IO Buffer有关），况且VISA协议是一套很大的协议，包括很多接口形式，但实际上本次使用LAN口来通信，因此很多接口我们都是用不上的，因此有没有一个小一点的专门针对网络的封装库呢？
　　感谢伟大的Python开发者们，经寻找发现使用vxi11可以很好的符合我们的需求（pip install vxi11），vxi-11是一套网络协议，是专门用于仪器和主机间通信的一套协议。实际上我们可以看到tekVisa中的LAN接口的连接也是基于vxi11实现的。因此本次项目使用vxi11来做设备和主机之间的通信功能。
　　（3）PySimpleGUI
　　有了基本的骨架后，剩下的实际上就是添加一副易于操作和显示的皮囊。为加快开发效率，这里选择了PySimpleGUI来做界面的开发。PySimpleGUI是一套优秀的GUI框架。相比于tkinter来说，PySimpleGUI的设计更符合我们普通人的行为习惯，只需要按照我们想要的顺序将对象放在数组里，最终这些对象也都是按照我们拜访的顺序出现在窗口中。最终完成品的界面如下所示：其界面将一些常用的设置放在了面板上、提供了保存文件的接口、提供了运行脚本的入口和一个输出界面。
　　
　　3、程序实现
　　（1）使用vxi11建立计算机和示波器之间的联系
　　核心代码如下：调用vxi11的Instrument方法，参数中的IP地址为device的IP，可以是静态IP也可以是动态分配的IP。
　　import vxi11
　　inst = vxi11.Instrument（‘TCPIP：：192.168.1.201：：INSTR’）
　　print（inst.ask（‘*IND？’））
　　之后发送指令*IDN？验证是否连接成功，可以返回设备的设备名，即说明连接成功。
　　（2）向示波器发送指令，读取返回结果和查询指令。
　　其中ask的函数实际上等价于write+read。这三个指令用于计算机向示波器发送对应的指令，并读取示波器返回的数据。不同示波器的指令不同，需要在官网上找到自己型号的示波器，然后下载对应的文档。例如：《MSO3000-and-DPO3000-Programmer-Manual》类似的文档，里面包含所有可使用的指令。另外，部分指令使用时需要拓展模块，如果示波器上没有相应的配件的话，也无法执行。
　　inst.write（‘*IND？’）
　　print（inst.read（））
　　print（inst.ask（‘*IDN？’））
　　（3）从示波器里读出一张图片，并保存在本地路径下。
　　核心代码如下所示：需要注意的是，不同的示波器存图的方式是不一样的，对于没有安装操作系统的示波器，可以通过hardcopy的方式来将图片发送给计算机，对于有安装操作系统的，可以先使用hardcopy将截图存在本地，然后使用filesystem.read来将结果读出发送给主机。
　　#以下MDO3054示波器的保存图片的方式，使用的hardcopy
　　import vxi11
　　inst = vxi11.Instrument（‘TCPIP：：192.168.1.201：：INSTR’）
　　inst.write（‘HARDCopy:PRINTer:ADD “labprn2”， “”， “192.168.1.177”’）
　　inst.write（‘HARDCopy:ACTIVeprinter “labprn2”’）
　　inst.write（‘Hardcopy start’）
　　image = inst.read_raw（）
　　my_file = open（“D:/workspace/python/test2.png”， “wb”）
　　my_file.write（image）
　　my_file.close（）
　　inst.close（）
　　#以下是DPO5104B示波器的保存图片的方式，使用的filesystem.read（）
　　inst = vxi11.Instrument（‘TCPIP：：192.168.1.201：：INSTR’）
　　inst.write（‘HARDCOPY:PORT FILE’）
　　inst.write（‘HARDCOPY:FILENAME “C:/Windows/temp”’）
　　inst.write（‘Hardcopy start’）
　　time.sleep（0.5）
　　inst.write（‘filesystem:readfile “C:/Windows/temp.png”’）
　　image = inst.read_raw（）
　　temp = filePath+‘/’+fileName+“.png”
　　my_file = open（ temp ， “wb”）
　　my_file.write（image）
　　inst.write（‘FILESystem:DELEte “C:/Windows/temp.png”’）
　　inst.close（）
　　（4）关于图形界面的使用
　　项目里代码主要用来设计图形用户界面，关于PysimpleGUI的使用，本文不再赘述，基本上是笔者用过的最好用的GUI框架。下文中会给出源代码和最终的可执行程序的链接，供大家学习和使用。
　　（5）其他
　　除此之外，本项目使用pyinstaller来将脚本封装为一个exe的可执行文件，封装的时候发现windows defender会报警，网上搜索提示说是和icon有关，使用自带的icon会设计系统调用等内容，导致报警，后续自行从网上扣了个图作为icon。
　　本项目将指令做了二次封装。使得脚本的编写更加简单。例如，正常情况下，执行测量I2C的建立时间的操作，需要如下指令：
　　MEASUrement:MEAS1:TYPe delayMEASUrement:MEAS1:SOUrce1 CH2MEASUrement:MEAS1:SOUrce2 CH1MEASUrement:MEAS1:DELay:DIREction backwardsMEASUrement:MEAS1:DELay:EDGE1 riseMEASUrement:MEAS1:DELay:EDGE2 rise 使用封装之后的指令：
　　delay》》ch2》》rise》》ch1》》rise 脚本还封装了其他常用的操作，可以根据sample里的描述自行设计脚本，加速测试的效率。
　　当然，最后不能忘的还是最初让笔者决定开发小助手工具的动机：wait。项目里使用time.sleep（）函数，来为程序做延时。脚本里当键入wait指令时，会在该位置处暂停2s钟，等待示波器的测试结果稳定，然后再继续执行。
　　4、测试结果
　　经测试，本项目的核心功能：自动测量及存图，效果良好。且脚本很简单：可以在1分钟内完成i2c的所有测试项（大约15张图）的测量和保存。大大提升了研发效率。
　　
　　#设置ch1的label的名称为name
　　label》》ch1》》clk
　　label》》ch2》》dat
　　#等待2s
　　wait
　　#一次性执行完频率、上升沿、下降沿、高电平、低电平的测试并存图
　　time》》FRU_clk》》ch1
　　#一次性执行完上升沿、下降沿、高电平、低电平的测试并存图
　　data》》FRU_dat》》ch2
　　#测量建立时间
　　delay》》ch2》》fall》》ch1》》rise
　　wait
　　save》》FRU_setup
　　wait
　　#测量保持时间
　　delay》》ch1》》fall》》ch2》》fall
　　wait
　　save》》FRU_hold
　　wait