仪器仪表控制：基础篇 SCPI简介

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SCPI（Standard Commands for Programmable Instruments）语言是一种广泛使用的指令集，用于控制和管理测试设备，如示波器、电源供应器和其他测量仪器。SCPI命令基于ASCII文本，易于理解和实现，使得不同厂家的设备能够通过统一的命令进行控制。下面是一个基本的SCPI语言教程，涵盖了基础概念和常用命令的使用。

基本概念

1. 命令结构：
   SCPI命令通常包括一个或多个命令词，用冒号分隔。例如，MEASure:VOLTage:DC? 是一个查询直流电压的命令。
   
2. 命令类型：
   • 设置命令（Set Commands）：用于设置仪器的状态或值，例如 VOLT 20 设置电压为20伏。
   • 查询命令（Query Commands）：用于从仪器获取信息，通常以问号（?）结尾，例如 VOLT? 用来查询当前电压值。
3. 通用命令：
   SCPI还定义了一系列通用命令，适用于大多数仪器，如 *IDN? 用于查询仪器的身份信息。
   

常用SCPI命令

1. 仪器身份查询：

   *IDN? 

   返回仪器的制造商、型号、序列号和固件版本等信息。

2. 复位仪器：

   *RST 

   将仪器恢复到其默认设置。

3. 设置电压和电流（以电源为例）：
   • 设置电压：

     SOURce:VOLTage 20 

   • 查询电压：

     SOURce:VOLTage? 

   • 设置电流：

     SOURce:CURRent 1.5 

   • 查询电流：

     SOURce:CURRent? 

4. 测量值获取（以数字万用表为例）：
   • 测量直流电压：

     MEASure:VOLTage:DC? 

   • 测量交流电压：

     MEASure:VOLTage:AC? 

编程与实现

• 通过编程控制仪器：大多数编程环境（如Python使用PyVISA库）可以发送SCPI命令到连接的仪器。例如，使用Python发送SCPI命令的基本代码结构如下：

  import pyvisa rm = pyvisa.ResourceManager() instrument = rm.open_resource('GPIB0::1::INSTR') instrument.write('*RST') # 发送复位命令 response = instrument.query('*IDN?') # 查询设备身份 print(response) 

学习资源

• 设备手册：每个仪器的SCPI命令集可能略有不同，详细的命令描述和参数通常在设备的用户手册或程序指南中有详细说明。
• 在线资源：许多论坛和网站提供SCPI编程的指南和讨论，这些可以作为学习资源。

通过上述基础知识和实例，你可以开始使用SCPI命令来控制和自动化你的测量设备。随着经验的积累，你将能够更加熟练地应用这些命令来执行复杂的测量和控制任务。

关于其语法知识：

SCPI（Standard Commands for Programmable Instruments）语言的语法惯例是标准化的，以确保在不同设备和制造商之间的一致性和兼容性。以下是SCPI命令语法的主要特点和惯例：

1. 命令结构

SCPI命令的结构通常遵循一种层次式的设计，其中包括多个层次的命令词，通过冒号(:)分隔。例如：

MEASure:VOLTage:DC? 

• MEASure 是一个子系统，表示测量功能的开始。
• VOLTage 是一个子系统，指定测量的电气参数类型。
• DC 是一个子系统或修饰符，指定电压的直流类型。
• ? 表示这是一个查询命令。

2. 命令大小写

SCPI命令是不区分大小写的。然而，惯例是使用大写字母来提高可读性，并在文档中突出显示命令词。例如，measure:voltage:dc? 和 MEASURE:VOLTAGE:DC? 在功能上是等价的。

3. 简写

SCPI标准允许命令词的简写，只要这种简写在给定的上下文中是唯一的。例如，MEASure:VOLTage:DC? 可以缩写为 MEAS:VOLT:DC?，前提是没有其他命令词以相同的缩写开始。

4. 参数

命令可能需要一个或多个参数。参数紧跟在命令之后，用空格分隔。参数可以是数字、字符串或布尔值。例如：

SOURce:VOLTage 20 

这里，20是一个参数，表示将电压设置为20伏。

5. 分隔符

• 冒号(:)：用于分隔不同层级的命令词。
• 分号(;)：用于在单个指令字符串中分隔多个命令，允许在一行中发送多个命令。例如：

  *RST; *IDN? 

  这会先重置仪器，然后查询仪器的身份信息。

6. 查询和设置

• 查询命令：通常以问号(?)结尾，用于从仪器获取信息或状态。例如，VOLT? 查询当前设置的电压值。
• 设置命令：不以问号结尾，用于配置仪器的设置或发送控制命令。例如，VOLT 10 设置电压为10伏。

7. 通用命令

SCPI还定义了一组通用命令，这些命令在大多数SCPI兼容设备上都是相同的。例如：

• *IDN?：查询仪器的身份。
• *RST：重置仪器到其默认状态。
• *CLS：清除所有的状态和错误信息。

8. 错误处理

SCPI设备通常包含一个错误队列，用于记录执行命令过程中发生的错误。使用命令如SYSTem:ERRor?可以查询和清除错误队列。

这些语法惯例和命令结构确保了SCPI命令的易学性、可读性和跨设备的一致性，使得设备和系统的编程与控制变得直观和标准化。

举例

命令组成部分

1. [SOURce:] – 前缀“SOURce”是可选的，它表明这是一个关于“源”（信号源）的命令。在许多情况下，如果当前的上下文已明确指向“源”，则可以省略该前缀。
2. VOLTage – 这是主命令部分，指定要设置的参数是电压。
3. [:LEVel] – 这是一个可选的修饰符，通常用于强调设置的是电压的“水平”或“值”。在很多设备中，即使省略了“LEVel”，命令依然有效，因为“VOLTage”已足够清楚地表明了操作意图。
4. <NRf> – 这是一个数值参数，代表要设置的电压值，<NRf> 表示数值可以是任何实数（Numeric Real）。例如，10.0、5.5等。

使用示例

假设你想设置一个电源的输出电压为12伏，那么可以使用以下命令：

SOURce:VOLTage 12.0 

或者如果当前上下文已清楚指向某个特定的源，并且设备允许省略”LEVel”，你也可以简写为：

VOLT 12.0 

如何执行这条指令

执行这个命令通常需要通过与仪器的通信接口，比如GPIB、RS-232、USB或以太网。在编程中，你可能会用到专门的库来发送这个SCPI命令，如使用Python的PyVISA库：

import pyvisa # 创建资源管理器 rm = pyvisa.ResourceManager() # 连接到你的设备，这里以GPIB端口为例 instrument = rm.open_resource('GPIB0::5::INSTR') # 设置电压为12伏 instrument.write('SOURce:VOLTage 12.0') # 关闭资源 instrument.close() 

注意事项

• 确保在发送命令前设备已正确配置好，包括通信端口和地址等。
• 在实际使用时，要参考具体设备的SCPI命令手册，因为不同设备间可能存在差异，尤其是命令的支持和参数细节。
• 命令参数必须在设备支持的范围内，超出设备规格的参数可能导致错误或设备保护机制启动。

这样，你就可以通过SCPI命令精确控制仪器的电压输出，适用于各种测试和测量需求。

INSTrument:NSELect {<NR1>} 是一个 SCPI (Standard Commands for Programmable Instruments) 命令，用于在多通道仪器上选择一个特定的通道进行操作。这个命令允许用户指定接下来的命令应用于哪个通道。下面详细解释这个命令的结构和用法。

命令结构

• INSTrument：这是 SCPI 命令的主命令词，它指示接下来的命令是关于仪器的某个部分或功能。
• NSELect：这是一个次级命令词，用于“选择”或“指定”一个操作目标。在这种情况下，它用于选择仪器的一个通道。
• {<NR1>}：这是一个参数，用大括号括起来表示它是必需的。<NR1> 表示一个数字（Numeric）参数，指定要选择的通道号。数字参数应是整数，并且需要符合仪器支持的通道号范围。

示例用法

假设一个仪器有三个通道，你想设置第二通道的某个参数（例如电压）。首先，你需要使用 INSTrument:NSELect 命令来选择第二通道：

INSTrument:NSELect 2 

发送这条命令后，仪器会将所有后续的配置或查询命令应用于第二通道。接下来，如果你想设置这个通道的电压，可以发送如下命令：

SOURce:VOLTage 10 

在发送了选择通道的命令之后，这条设置电压的命令就会应用到你通过 INSTrument:NSELect 选择的通道，即第二通道。

编程实现

在使用编程语言（如 Python）通过自动化脚本控制仪器时，可以这样写：

import pyvisa # 创建资源管理器 rm = pyvisa.ResourceManager() # 连接到仪器 instrument = rm.open_resource('GPIB0::5::INSTR') # 选择第二通道 instrument.write('INSTrument:NSELect 2') # 为选定的通道设置电压 instrument.write('SOURce:VOLTage 10') # 关闭资源 instrument.close() 

注意事项

• 命令有效性：在使用任何 SCPI 命令之前，应该确认它在你的具体仪器上是受支持的。不同的仪器型号和不同的制造商可能支持不同的命令集。
• 通道编号：通道编号必须在仪器支持的范围内。例如，如果仪器只有两个通道，尝试选择第三个通道将导致错误。
• 命令顺序：在设置或查询具体参数之前，确保已正确选择通道。

使用 INSTrument:NSELect 命令是多通道仪器控制中的一个重要步骤，它确保了命令的精确应用，使自动化测试和测量更加灵活和准确。

在具有多个输出通道的设备上设置特定通道的参数（如电压），通常需要首先指定你想要操作的通道。在SCPI命令中，这通常通过在设置参数之前发送一个指定通道的命令来完成。

指定通道的SCPI命令

对于具有多个通道的设备，如IT6300系列电源供应器，通常有类似如下的命令来选择操作的通道：

INSTrument:NSELect <channel_number> 

或者直接在设置命令中指定通道，如：

[SOURce:]VOLTage[:LEVel] <NRf>, (@<channel_number>) 

示例

假设你的仪器有三个通道，你需要分别设置每个通道的电压。你可以使用以下步骤和示例代码：

1. 选择通道：
   如果仪器支持通过INSTrument:NSELect命令选择通道，你可以先发送这个命令指定通道，然后发送电压设置命令。
   

   instrument.write('INSTrument:NSELect 1') # 选择通道1 instrument.write('VOLTage 12.0') # 设置通道1的电压为12伏 

   如果仪器允许在设置命令中直接指定通道，那么可以：

   instrument.write('SOURce:VOLTage 12.0, (@1)') # 直接设置通道1的电压为12伏 

2. 设置其他通道的电压：
   同理，你可以为其他通道设置不同的电压值。例如，为通道2和通道3设置电压：
   

   instrument.write('SOURce:VOLTage 5.0, (@2)') # 设置通道2的电压为5伏 instrument.write('SOURce:VOLTage 7.5, (@3)') # 设置通道3的电压为7.5伏 

完整的Python脚本示例

import pyvisa # 创建资源管理器 rm = pyvisa.ResourceManager() # 连接到你的设备 instrument = rm.open_resource('GPIB0::5::INSTR') # 为三个通道分别设置电压 channels = [1, 2, 3] voltages = [12.0, 5.0, 7.5] for ch, volt in zip(channels, voltages): instrument.write(f'SOURce:VOLTage { 
     volt}, (@{ 
     ch})') print(f"Set Channel { 
     ch} Voltage to { 
     volt}V") # 关闭资源 instrument.close() 

注意事项

• 确认通道编号：在发送任何命令之前，请确保你知道每个通道的正确编号。
• 设备手册：始终参考设备的SCPI命令手册来确认正确的命令格式，因为不同设备之间的命令可能会有所不同。
• 参数安全：确保设置的参数在设备允许的范围内，以避免可能的设备损坏或其他安全问题。

通过上述方法，你可以灵活地控制多通道设备上每个通道的参数，实现复杂的电源管理和测试方案。