如何使用 C# 和 National Instruments DAQmx API 对数据采集设备执行串行外设接口 (SPI) 通信。

David MacDermot

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2015年7月23日

CPOL

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一个使用 DAQmx C api 和 pInvoke 在 C# 中实现 SPI 的类。

引言

在开发一个自动化测试平台时，该平台使用 National Instruments USB-6210 数据采集设备 (DAQ) 来测量一组设备；我想使用 DAQ 的数字输出和输入线来实现某种测试夹具命令和控制。

图 1：NI USB-6210 数据采集设备

NI USB-6210 有 4 个数字输入和 4 个数字输出可用，所以我决定实现一个四线串行外设接口 (SPI) 总线，DAQ 作为主设备，两个从设备选择线。在研究 SPI 时，我找到了一篇关于该主题的有用文章以及一些源代码示例，我能够将其改编为 C# 类，以便在我的项目中使用。此处 [^] 是该文章的链接。

这个 SPI 类

该类的构造函数提供了用于指定输出端口（四个输出线）、输入线、时钟相位和时钟极性的重载。除此之外；该类还公开了几个属性和方法。

公共成员

构造函数重载
- daqSPI() - 使用以下默认值实例化类
- ouputLines = "Dev0/port1"
- inputLine = "Dev0/port0/line3"
- cpol = ClockPolarity.ONE
- cpha = ClockPhase.LOGICAL_ZERO
- daqSPI(string outputLines, string inputLine) - 指定输出和输入线。
- daqSPI(string outputLines, string inputLine, ClockPolarity cpol, ClockPhase cpha) - 指定输出和输入线，以及时钟脉冲的极性和相位。
方法
- Dispose() - 显式清理该类使用的非托管资源。
- Transfer(byte inByte) - 同时向总线写入一个字节并从总线读取一个字节。
属性
- SCKPhase - 获取或设置从设备锁存输入数据位并移出输出数据位的时钟边沿。
- SCKPolarity - 获取或设置字节传输前后串行时钟线的电平。
- SS0 - 获取或设置 SS0（从设备 0 选择）线位。
- SS1 - 获取或设置 SS1（从设备 1 选择）线位。
- Timeout - 获取或设置读取和写入操作超时。
枚举
- ClockPolarity - 指定字节传输前后 SCK 线的电平。
  - ZERO
  - ONE
- ClockPhase - 指定从设备锁存输入数据位并移出输出数据位的时钟边沿。
  - LOGICAL_ZERO
  - LOGICAL_ONE

使用该类

此类使用多个 NI-DAQmx C API 调用。这些 API 调用可以在一个 Native 包装器类中找到，该类包含我放在一起并包含在此项目中的 PInvoke 签名 (DAQmx.cs)。

下面的代码指示 DAQ 使用默认 SPI 配置将一些华丽辞藻 [^] 发送到从设备 0，同时将响应字节打印到控制台。

static void Main(string[] args)
{
    try
    {
        daqSPI spi = new daqSPI("Dev1/port1", "Dev1/port0/line3", 
                                 daqSPI.ClockPolarity.ONE, daqSPI.ClockPhase.LOGICAL_ZERO);

        byte[] data = ASCIIEncoding.Default.
            GetBytes("It was a dark and stormy night; the rain fell in torrents, except at " +
        "occasional intervals, when it was checked by a violent gust of wind " +
        "which swept up the streets (for it is in London that our scene lies), " +
        "rattling along the house-tops, and fiercely agitating the scanty flame " +
        "of the lamps that struggled against the darkness. Through one of the " +
        "obscurest quarters of London, and among haunts little loved by the " +
        "gentlemen of the police, a man, evidently of the lowest orders, was " +
        "wending his solitary way.");

        spi.SS0 = true; //Selects SS0 deselects SS1

        foreach (byte b in data)
        {
            Console.Write((char) spi.Transfer(b));
        }
        Console.WriteLine();
    }
    catch (Exception ex)
    {
        Console.WriteLine("DAQmx Error: {0}", ex.ToString());
    }

    Console.WriteLine("End of program, press Enter key to quit");
    Console.Read();
}

唉，从设备 0 是文盲，并不欣赏好的诗句。然而，我的 Tektronix TDS 420 捕获了正在传输的字节之一。

图 2：TDS 420 示波器捕获的字节传输（图像通过仪器快照 [^] 获得）。

Line 1 是数据线
Line 2 是时钟
Line 3 是 SS0（低电平 = 选中）
Line 4 是 SS1（未选中）

请注意时钟频率：这接近 300 波特，并且几乎是我可以驱动 DAQ 的最快速度。它足以传输短命令字符串，但对于移动大量数据来说有点慢。但是，对于我的应用程序来说，它已经足够了。

图 3：老式 300 波特数据传输。

演示

该演示是我在创建 SPI 类时放在一起测试它的东西。下图显示了带有我使用的线路标签的 NI USB-6210。在测试时，我只是将 MOSI 线回环到 MISO 线。

图 4：用于 4 线总线以及电源和接地的线路。

通过简单地将适当的地址提供给类构造函数，此类和演示应适用于任何具有至少 4 个数字输出线和一个数字输入线的 DAQ。

历史

2015 年 7 月 23 日：版本 1.0.0.0。