程控仪器标准命令SCPI.ppt

(Standard Commands for Programmable Instruments),补充 程控仪器标准命令SCPI,主要内容,本章的学习要解决三个问题 为什么提出SCPI? SCPI是什么？ SCPI怎么用？ SCPI的目标 SCPI语法与风格(Syntax and Style) SCPI标准命令(Command Reference) SCPI数据交换格式(Data Interchange Format) SCPI仪器类别(Instrument Classes),为什么提出SCPI?,程控仪器发展简史 1960s，商用程控仪器出现 1975年，IEEE 488-1975 后来成为IEEE 488.1-1987 1987年，IEEE488.2 1990年，九家仪器公司联合推出SCPI 建立在IEEE488.2基础上 面向测试信号或测试功能 倡导仪器控制的一致性 1999年重新修订为 SCPI-1999,第一节 SCPI的目标及主要内容,一.SCPI的目标 SCPI的目标是缩短自动测试设备程序开发时间 SCPI通过为仪器控制和数据使用提供广泛兼容的编程环境来达成这一目标。所有SCPI仪器都使用标准化的程控消息、仪器响应和数据格式从而实现兼容的编程环境,第一节 SCPI的目标及主要内容,程控命令面向测试功能，而不是描述仪器操作；兼容的编程环境使用同样的命令和参数来控制具有相同功能的仪器。 纵向兼容：是指同类仪器应有相同的控制命令 两台示波器在时基、触发、电压设置上应有相同的控制命令 使用同一命令能从两台不同的万用表读回直流电压 横向兼容：是指两台不同类别的仪器使用同样的命令来控制类似的测试功能 示波器和电子计数器都能进行频率测量，横向兼容要求它们使用同样的命令来进行频率测量 功能兼容：是指两台仪器使用同样的命令来执行同样的功能 频谱分析仪和射频（RF）源同样能进行扫频，如果它们都使用同样的命令来执行扫频的功能，那么它们在扫频上是功能兼容的,第一节 SCPI的目标及主要内容,减少类似测量功能的控制方法是保证编程兼容性的关键 SCPI的基本原则是用同一命令控制相同的仪器功能 为便于学习，SCPI采用了为生产者和用户广泛支持的工业标准名词和术语,第一节 SCPI的目标及主要内容,在与通信物理连接层硬件无关的高层次上定义程控消息 SCPI基于IEEE488.2形成，但并不局限于GPIB接口，它也可用于RS232C,VXIb总线 与编程手段和程序语言无关，SCPI用户测试程序模块易于移植 各种编程语言，如C、BASIC、FORTAN等都能完成SCPI命令的传递 为程序员提供了非常灵活的测试程序编制环境,第一节 SCPI的目标及主要内容,SCPI提供不同层次的仪器控制 简单的测量命令为用户提供方便快捷的SCPI仪器控制，而更详细的命令则提供传统仪器的控制 SCPI的可扩性，是其成为“活”标准 SCPI允许不断用新命令扩充仪器程控命令，当新的仪器出现时能够保持与已有的SCPI仪器的编程兼容性 SCPI ATE测试程序是向上兼容的,第一节 SCPI的目标及主要内容,二.SCPI的主要内容 SCPI主要包括四部分内容: 语法与风格(Syntax and Style) 标准命令(Command Reference) 数据交换格式(Data Interchange Format) 仪器类别(Instrument Classes),第一节 SCPI的目标及主要内容,1.语法与风格 助记符 程控题头 参数 表达式 状态报告,第一节 SCPI的目标及主要内容,1.语法与风格 助记符 任何仪器程控命令都有一个长型和短型助记符 IEEE488.2要求每个助记符的长度不能超过12个字符，包括任何可能出现的数值后缀 短型助记符是长型助记符的缩写 SCPI要求仪器应该只接受精确的长型或短型助记符,第一节 SCPI的目标及主要内容,助记符的生成规则 长型助记符由一个单词或短语构成。如果是单词，则整个单词构成助记符；如果是短语，则每个单词的第一个字符和整个最后一个单词构成助记符 CONFIGURE CONFigure remote messageRMESsage 短型助记符由长型助记符的前4个字符构成，如果长型助记符的字符长度小于等于4时，长短型助记符相同 CONFIGURE CONF TIMETIME 如果长型助记符的长度大于4，而第四个字符是元音时，短型助记符将舍弃这个元音而变成3个字符 TIMerTIM SWEepSWE,第一节 SCPI的目标及主要内容,程控题头 公用命令与询问题头 仪器控制命令与询问题头 参数 字符程控数据 十进制数值程控数据 布尔程控数据 功能间的耦合 单位和后缀,第一节 SCPI的目标及主要内容,表达式 数值表达式 通道列表表达式 数值列表表达式 数据交换格式表达式 仪器指示表达式 状态报告 事件状态寄存器结构 操作状态寄存器 可疑数据/信号状态寄存器,第一节 SCPI的目标及主要内容,2.标准命令 SCPI标准命令给出了SCPI要求的和可选的命令 SCPI命令可分为仪器公用命令和仪器特定控制命令两个部分 仪器公用命令（IEEE488.2命令） 仪器特定控制命令 测量组命令 23个子系统命令,第一节 SCPI的目标及主要内容,3.数据交换格式 定义了仪器与应用程序之间、应用程序和应用程序之间以及仪器与仪器之间数据集的标准的表示形式 数据交换格式采样模块化结构 4.仪器类别 （1999版本） 主要是定义了通用的仪器类别功能实现所需的命令和行为,第二节 SCPI语法与风格,一.SCPI仪器模型,测量功能,信号产生,触发,存储器,格式化,格式化,数据总线,数据总线,图 SCPI程控仪器模型,第二节 SCPI语法与风格,SCPI采用这样一个仪器模型作为达成兼容性的一种方式，SCPI关注纵向兼容、横向兼容、功能兼容三种类型的兼容性 仪器模型体现了SCPI对仪器功能的观点和分类 仪器模型定义了语言元素在SCPI层次结构中放置的位置 仪器模型反映了仪器中测量和信号数据应用的流程 对具体的仪器而言，并不需要实现模型中的所有模块的功能，只需实现仪器模型中用到的相应的模块的功能,第二节 SCPI语法与风格,电压表可能只需要用到测量功能、触发功能和格式化功能 单输出的源仪器可能只用到信号产生和格式化块,格式化,测量功能,触发,数据总线,简化的检测仪器模型,信号发生,格式化,数据总线,简化的源仪器模型,第二节 SCPI语法与风格,二.标准命令的句法和型式 1.程控题头 公用命令和询问题头 RST（复位） OPC?（操作完成询问）,?,公用命令和询问句法流图,第二节 SCPI语法与风格,仪器控制题头 OUTPut: ATTenuation （控制输出衰减） MEASure: VOLTage: AC?,:,?,:,仪器控制题头句法流图,第二节 SCPI语法与风格,三.参数 SCPI使用IEEE 488.2中规定的参数型式，只是有附加限制 字符程控数据（Character Program Data） 十进制数值程控数据（Decimal Numeric Program Data） 布尔程控数据（Boolean Program Data） 功能耦合（Coupling of Functions） 测量单位和后缀（Units of Measure and Suffixes）,第二节 SCPI语法与风格,某些字符程控数据被定义为特殊的数值程控数据 DEFault：缺省值，它可能是仪器相关的，也可能是SCPI标准指定的值 MINimum/MAXimum:最小/最大值 UP/DOWN：上/下，增加/减少,第二节 SCPI语法与风格,布尔程控数据 实际上是ON|OFF|的简写 布尔数据没有单位，取值0或1 作为字符程控数据时，ON代表1，OFF代表0 作为输入时被取整，非零就代表1 作为仪器响应数据时，只能取0或1，而不能使用ON/OFF,第二节 SCPI语法与风格,3.表达式 数值表达式（Numeric Expressions） （-5.0*1.000E-002） （5 MOD 3） 通道列表（Channel Lists） （1,2,4:7） （1,2）,（3,4） （1!1:2!3） 数值列表（Numeric Lists） （1.0,2.0,5.0） （1:5）,第二节 SCPI语法与风格,4.状态报告 SCPI要求IEEE 488.2规定的状态机制，包括完整实现事件状态寄存器结构（Event Status register structure）。 SCPI器件的“最小状态报告结构”包含IEEE488.2定义的“标准状态数据结构”及SCPI定义的操作状态寄存器（OPERation Status register）和可疑数据/信号状态寄存器（QUEStionnable data/signal Status register）。它是SCPI要求的状态报告能力的核心部分。,SCPI要求的最小状态报告结构示意图,第二节 SCPI语法与风格,四.SCPI命令树图 命令树图用于定义SCPI的命令集，它描述了命令、命令之间的层次关系、相关的参数以及必要的注释 命令树图通常由三部分构成：关键字 （KEYWORD）、参数形式（PARAMETER FORM）和注释（NOTES）,第二节 SCPI语法与风格,CONFigure子系统（部分）命令树示例 Keyword Parameter Form Notes CONFigure :VOLTage :DC |MIN|MAX|DEF :AC |MIN|MAX|DEF :CURRent :DC |MIN|MAX|DEF :AC |MIN|MAX|DEF CONFigure? query only,第二节 SCPI语法与风格,关键字 提供命令的名字；由于SCPI命令基于层次结构，一个实际的命令通常由一个或多个关键字构成，关键字之间用: 分隔 CONFigure:VOLTage:DC 参数形式 指明命令的参数个数和顺序，以及它们的合法取值 注释 通常命令的询问形式可以由命令形式加上问号构成；但是不是所有的命令都有询问形式，也有的命令只能有询问命令，注释部分的内容通常用于指示这样的情况,第三节 标准命令,一、SCPI命令可分为两类 公用命令 SCPI仪器特定控制命令 1.SCPI仪器公用命令 SCPI把IEEE488.2要求仪器必须执行的公用命令作为SCPI仪器公用命令，这些公用命令用于控制仪器的某些基本功能操作，其句法和语义遵循IEEE488.2的规定,第三节 标准命令,表51 SCPI公用命令简表,第三节 标准命令,2.SCPI仪器特定控制命令 表5-2 SCPI主枝干命令关键字与基本功能概貌,第三节 标准命令,表5-2 SCPI主枝干命令关键字与基本功能概貌（续）,第三节 标准命令,表5-2 SCPI主枝干命令关键字与基本功能概貌（续）,第三节 标准命令,SCPI要求下述仪器控制命令是必须执行的 :SYSTem :ERRor :NEXT? :VERSion? :STATus :OPERation :EVENt? :CONDition? :ENABle :ENABle? :QUEStionable :EVENt? :CONDition? :ENABle :ENABle? :PRESet,第三节 标准命令,二、测量组指令 测量组指令是一组高层次的获取数据的指令，它直接面向被测信号的特性，而与模型中的框图无关 测量组指令除了CONFigure有明确的命令和询问形式外，其他指令都具有命令和询问的双重性,第三节 标准命令,测量组指令集 KEYWORD PARAMETER FORM NOTES MEASure:? , query only CONFigure: , FETCh:? , query only READ:? , query only,第三节 标准命令,MEASure?指令 格式 MEASure:? , 等价于 ABORt; CONFigure: ; READ:? ,; MEASure?指令提供仪器配置和数据读回的完整能力，适用于仪器接受通用测试功能而且无需对仪器配置进行细调的情况,第三节 标准命令,CONFigure指令 格式 CONFigure , CONFigure指令有明确的命令和询问形式 CONFigure指令将为执行由指定的测量功能配置仪器 CONFigure指令执行后并不启动测量功能，其后的READ?询问操作完成指定的测量功能 CONFigure?将返回最近一次执行CONFigure或MEASure?所进行的设置,第三节 标准命令,CONFigure指令使用示例 如果执行如下CONFigure命令 CONFigure:VOLTage:AC 5,.001 那么，使用CONFigure指令的询问 CONFigure? 将返回的是： “VOLT:AC 5.0,0.001”,第三节 标准命令,FETCh?指令 格式 FETCh:? , 获取由INITiate命令产生的测量结果，并将数据放到输出缓冲区中 对一次采集的数据，可以执行多个不同的FETCh?指令，以返回不同的结果 示波器采集的数据中可能包含频率、交流电压、直流电压等多个信息，不同的FETCh?可以返回不同的结果,第三节 标准命令,READ?指令 格式 READ:? , 等价于 ABORt; INITiate; FETCh:? , READ?指令常与CONFigure指令配合使用，其功能与MEASure?指令兼容，但能够实现对仪器配置的细调,第三节 标准命令,READ?指令与CONFigure指令结合示例 CONFigure:VOLTage:RISE:TIME 10 PCT,90 PCT,0.001 S SWEep:TIME .05 S VOLTage:AC:RANGe 5V READ:VOLTage:RISE:TIME? CONFigure指令为测量上升时间进行仪器设置 READ?指令将完成测量并返回上升时间 中间两条指令是为了更准确的完成上升时间测量而进行了扫描时基和幅度灵敏度量程的设置,第三节 标准命令,CONFigure,FETCh?,READ?,MEASure之间的关系 MEASure?指令一次操作完成仪器组态、测量和结果返回的全部功能。提供仪器之间最好的兼容性。 CONFigure/READ?指令组合兼容性稍差，但它们能对仪器进行更精确的控制。CONFigure指令执行仪器测量的组态，而READ?指令则执行测量的数据采集、后处理和数据输出。 CONFigure指令完成仪器一般的组态。更精确的组态可能涉及一些仪器相关的功能,第三节 标准命令,READ?指令可被分解成两条指令：INITiate和FETCh?。INITiate执行数据采集，FETCh?完成数据后处理和数据返回。 对一次采集的数据，可以执行多个不同的FETCh?指令，以返回不同的结果 比如在波形参数测量中，采集数据中可能包含脉宽、上升/下降时间、顶、底等多个信息，这时就可以使用FETCh?命令以返回不同的结果，而不需要重新进行新的采集,第三节 标准命令,FETCh?指令的兼容性也稍差，至少需要知道采集的数据中是否包含所需要的数据 示波器能够在一次采集中采到上升时间和脉宽的信息，如果用MEASure?指令采集信号的脉宽，那么我们就可以用FETCh?指令获得信号的上升时间。 计数器也可以采集到信号的上升时间或脉宽，但是如果同样用MEASure?指令采集信号的脉宽，我们却不能用FETCh?指令来获得信号的上升时间。 仪器组态某些部分的变化可能会导致已有的数据无效 INITiate;CONFigure:VOLTage;FETCh:VOLTage?,第四节 数据交换格式,数据交换格式除了数据本身外，还描述了数据获得的环境、数据的结构以及其他相关信息 数据交换格式采用模块化层次结构，每一个模块代表了数据描述的不同方面 数据交换格式的层次结构能适应多种传输媒介和协议，如：IEEE 488.1/488.2,RS-232C, SCSI,IEEE 802等 兼容IEEE 488.2句法,第四节 数据交换格式,数据交换格式示例,第四节 数据交换格式,顶层模块结构如下： dif - difid remark identify encode dimension+ order trace* view* data+,第四节 数据交换格式,符号说明 - 符号左边的条目由右边的条目构成 .* 中的条目可不出现也可以多次出现 .+ 中的条目至少出现1次 . 中的条目不出现或出现1次 .|.|. 中的条目只能有一个出现,第四节 数据交换格式,SCPI数据交换格式要求数据集必须具有一个DIF模块，至少有一个DIMension模块和一个DATA模块 SCPI要求模块实现遵循如下顺序 DIF ENCode DIMension TRACe VIEW DATA 另外，ORDer模块必须出现在DATA模块之前，而REMark模块和IDENtify模块则可以出现在DIF模块之后的任何位置,第四节 数据交换格式,DIF模块 该模块是数据集的第一个模块，DIF模块是数据集遵循SCPI数据交换格式的标志；它提供了版本信息，以辅助分析程序确定兼容性问题 该模块在数据集中必须且只能出现一次。 REMark模块 REMark模块包含关于数据集的综合注释文本信息 REMark模块在数据集中最多只能出现一次,第四节 数据交换格式,IDENtify模块 命名数据集，描述数据产生或采集的条件，包括项目名称、测试号和系列、日期和时间、数据源等 IDENtify模块中所有的字符串文本的内容留给数据创建者自己去定义，但是，应该遵循模块中通用的分类 该模块在数据集中最多只能出现一次,第四节 数据交换格式,ENCode模块 该模块指定DATA模块和ENCode模块中数据的编码格式，它面向特定模块中数据的分辨率、范围和编码格式等内容 在数据格式结构中ENCode模块所在的层次决定了它的作用范围。如果与DIMension模块在同一层次，则ENCode模块的作用是全局的，但是这种作用要被各个维之下的ENCode模块所替代 ENCode模块在与DIMension同一层次中，只能出现一次，同时，如果作为DIMension模块的从属模块也只能出现一次 任何层次中ENCode模块都不是必须的,第四节 数据交换格式,DIMension模块 该模块对DATA模块中的数据结构和格式进行指定，为数据标度、偏置、命名和单位规定做好准备 每个DIMension模块描述DATA(CURVe)数据的一个维。维可能明确出现在DATA(CURVe)数据中，也可能以函数的形式隐含 DIMension模块的顺序决定了DATA模块中数据的顺序，数据的每一个维需要一个DIMension模块来描述,第四节 数据交换格式,ORDer模块 ORDer模块指定每一维数据在DATA(CURVe)模块中的出现顺序 ORDer模块在数据集中最多只能出现一次 TRACe模块 TRACe模块将数据维按函数、平面等进行逻辑分组，提供数据的语义信息，用于建立VIEW模块 TRACe模块描述所有维或是某些维之间的逻辑关系 TRACe模块信息由DIMension模块构建，而VIEW模块信息则由TRACe模块构建,第四节 数据交换格式,VIEW模块 VIEW模块提供数据的第二级语义信息，它描述了TRACe模块定义的迹与迹之间的逻辑关系 DATA模块 DATA模块包含了真实的数据。不同的从属模块可以分别描述有维数据、波形参数测量值和点值等 数据集中至少需要包含一个DATA模块,第四节 数据交换格式,数据交换格式示例,数据格式遵从1993年版本,日期、时间记录,编码格式为8位整数 范围128127,YH维定