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1、自动测试系统,第五章 程控仪器标准命令SCPI (Standard Commands for Programmable Instruments),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，使得自动测试系统组建成为可能 非
2、标准的专用接口 自定义的通信协议 1975年，IEEE 488-1975 定义了机械电气接口 定义了握手信号、寻址功能和数据传送协议 保证了数据拜特的正确传递 后来成为IEEE 488.1-1987,为什么提出SCPI?,1987年，IEEE488.2 定义了程控仪器器件消息的数据编码格式、命令功能元素与编码句法以及消息交换控制协议 定义了一些常用的公用命令，主要完成程控仪器的内务管理 具体程控命令和响应消息留给仪器设计者自行设计，这就使得两台完全兼容488.2的仪器可能有着完全不同的命令集 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
3、仪器控制的一致性,为什么提出SCPI?,SCPI能解决什么问题？ 节省开发时间和投资 增强仪器可互换性 增强测试程序的移植能力,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
4、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,第一节 SCPI的目标及主要内容,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 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
5、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
6、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 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
7、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 VOLTAGEVOLTage relative velocityRVELocity 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 VOLTageVOLT TIMETIME FREEFREE,第一节 SCPI的目标及主要内容,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
8、舍弃这个元音而变成3个字符 TIMerTIM SWEepSWE 短型助记符的产生规则意味着使用象“Jump Start”和“Jump Stop”这样的短语是不合适的，尽管它们的长型助记符分别为“JSTart”和“JSTop”，但短型助记符却同为“JST”，不能区分。这种情况下可以考虑改为“Jump Begin”和“Jump End”。 所有仪器控制题头都允许使用数值后缀以区别同一结构的多个不同实例。数值后缀可同时用于长型和短型助记符 TRIG/TRIG1TRIGger1,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
9、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
10、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 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,信号路由,信号路由,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51 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关注三种类型的兼容性 纵向兼容：两种同类的仪器应有相同的控制，例如，两台示波器在时基、触发和电压设置上应该有相同的控制 横向兼容：不同类的仪器之间应该用相同的控制命令来实现同样的测量功能，例如，示波器和电子计数器都能进行脉
11、冲上升时间测量，如果它们都使用相同的命令来完成这样的测量，就称为横向相容 功能兼容：是指两台仪器使用相同的命令来实现相同的功能。例如，频谱分析仪和射频源都能进行扫频，如果两台仪器都使用相同的频率和扫描命令，则称它们在扫频这个方面是功能兼容的。,第二节 SCPI语法与风格,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
12、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,简化的传感器仪器模型,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,信号路由模块 信号路由模块用于仪器信号端口和内部信号功能之间的路径控制 控制信号端口之间的连接 控制这一模块的命令由SCPI命令树中ROUTe子系统描述 对那些与测量功能模块或信号发生模块固定连接的仪器来说，信号路由模块的实现是可选的,第二节 SCPI语法与风格,测量功能模块 把物理信号转换为可格式化的内部数据形式 测量功能可再细分为三个部分：输入、检测和计算，扩展的测量功能模型示意如下,输入,检测,计算,触发,存储器,测量功能
13、,第二节 SCPI语法与风格,输入：输入模块对输入的信号进行调理，它包括滤波、调偏、变频和衰减等功能 检测：检测模块把信号转变为内部数据，不包括对转换后数据的任何数学处理，跟检测模块相关的命令控制转换的各种特性：范围、分辨率、共模抑制等 计算：典型的计算包括单位转换、后处理计算等,第二节 SCPI语法与风格,信号产生功能模块 将数据转换为物理信号 可细分为输出、源、计算三个部分，扩展的信号产生功能模块示意如下,输出,源,计算,触发,存储器,信号产生功能,第二节 SCPI语法与风格,计算：解决信号发生中数据转换不规则的问题，包括校正、单位转换和域变换等 源：根据指定的特性和/或提供的数据产生信号
14、 输出：对产生的将要输出的信号进行调理 触发模块 触发模块的目的是提供仪器与外部事件同步的能力 触发模块可以根据仪器触发能力的复杂程度进行简化,第二节 SCPI语法与风格,存储模块 存储模块的目的在于在仪器内部保持数据 格式化模块 完成数据表示形式的转换，尤其是对通过外部接口传送的数据,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 MEASure: VOLTage: AC?,:,?,:,仪器控制题头句法
15、流图,第二节 SCPI语法与风格,二.参数 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 MINim
16、um/MAXimum:最小/最大值 UP/DOWN：上/下，增加/减少 INFinity/Negative INFinity（NINF）:正无穷/负无穷，9.9E37 NAN:非数字，9.91E37,第二节 SCPI语法与风格,关于UP/DOWN的示例： BAND:RES 1 MHZ BAND:RES:STEP:MODE L125 BAND:RES UP 带宽分辨率开始设置为1.0MHZ， 按1、2、5步进， 设置分辨率为2.0MHZ。,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,功能耦合 功能耦合是指一个命令会影响到另一命令相关的值，除了MEASure指令之外，SCPI并不提倡这样的耦合 功能耦合有两种形式：功能性耦合和数值耦合 功能耦合（Functional Coupling） 比如一个命令既设置起始频率，又启动一次扫频 数值耦合（Value Coupling） STARt,STOP,CENTer,SPAN 自动耦合（Automatic Coupling） 比如一个选择参数算法的起用与否，ON|OFF|ONCE,
