SCPI是什么？仪器控制的关键语言

SCPI是基于ASCII文本的标准化命令语言，用于控制测试测量仪器，它使用类英语语法，可读性强，提供跨厂商的仪器控制兼容性，简化自动化测试系统开发。

SCPI（Standard Commands for Programmable Instruments，可编程仪器标准命令）是一种基于ASCII文本的标准化语言，用于控制各种测试和测量仪器（如示波器、信号发生器、电源、万用表等），它建立在IEEE 488.2标准之上，提供了一套统一的语法和命令结构，使得不同厂商的仪器能够使用相似甚至相同的命令进行控制,极大地简化了自动化测试系统的开发和维护。

SCPI命令的核心结构

编写SCPI命令的关键在于理解其层次化的树状结构，命令由一系列关键字组成，这些关键字通过冒号 () 连接，形成一个从通用到具体的路径，命令通常以根级关键字开始,然后逐级深入到特定的子系统或功能。

1. 根级关键字 (Root Level Keywords):

   • 这是命令树的起点,代表仪器的主要功能模块。
   • SYSTem, CONFigure, MEASure, SENSe (常与测量相关), SOURce (常与信号产生相关), CALCulate, DISPlay, TRIGger, STATus, (IEEE 488.2公用命令) 等。
   • 示例：SYSTem:ERRor? (查询系统错误)

2. 子系统关键字 (Subsystem Keywords):

   • 位于根级关键字之后,进一步细化功能。
   • 可以有多个层级,用冒号分隔。
   • 示例：SENSe:FREQuency (进入频率测量相关设置), SOURce:VOLTage:LEVel:IMMediate:AMPLitude (设置源电压的即时幅度值)。

3. 命令动词 (Command Verbs):

   • 位于命令路径的末尾,指定要执行的操作。
   • 最常见的命令动词是：
     • (查询 Query)： 用于向仪器请求信息，查询命令通常以问号结尾。重要：查询命令不会改变仪器的设置状态。
       • 示例：MEASure:VOLTage:DC? (查询直流电压测量值)
     • <无后缀> 或 特定设置动词 (设置 Set)： 用于配置仪器的参数，设置命令没有问号。
       • 示例：SOURce:VOLTage:LEVel:IMMediate:AMPLitude 5.0 (将源电压的即时幅度设置为5.0伏)
     • 其他动词：如 INITiate (启动测量), ABORt (中止操作), FETCh? (获取已触发但未读取的测量结果) 等,这些动词通常作为命令路径的一部分或单独使用。

4. 参数 (Parameters):

   • 设置命令通常需要跟随一个或多个参数，用于指定具体的值、选项或范围。
   • 参数可以是：
     • 数值 (Numeric): 如 0, 5E-3 (0.0015), MAX (最大值), MIN (最小值), DEF (默认值)。
     • 离散值 (Discrete): 预定义的字符串或枚举值，如 ON, OFF, AC, DC, AUTO, MANual, POSitive, NEGative。
     • 布尔值 (Boolean): 0 (OFF) 或 1 (ON)。
     • 字符串 (String): 通常用引号括起来，如 "CH1", "MyWaveform"。
   • 示例：TRIGger:SOURce CH1 (设置触发源为通道1 – CH1是离散参数), DISPlay:WAVeform:Y:RANGe 0.1 (设置波形显示的Y轴范围为0.1V/div – 1是数值参数)。

编写SCPI命令的步骤与规则

1. 查阅仪器手册： 这是最重要的一步！每个仪器的SCPI命令集都是其编程手册的核心部分，手册会详细列出所有支持的根级关键字、子系统、命令动词、参数及其语法、取值范围和单位。永远以仪器手册为准。

2. 确定操作目标： 明确你想让仪器做什么（设置参数？启动测量？读取数据？查询状态？）。

3. 构建命令路径：

   • 从最通用的功能（根级关键字）开始。
   • 使用冒号 () 逐级深入到具体的功能（子系统关键字）。
   • 在路径末尾添加命令动词 ( 用于查询，无后缀用于设置，或其他特定动词)。
   • 对于设置命令，在命令后添加空格,然后输入所需的参数。

4. 遵循语法规则：

   • 关键字缩写 (Short Form/Long Form): SCPI命令关键字通常有长格式（完整拼写）和短格式（唯一缩写），手册会标明短格式（通常是前4个字母，如 FREQ 代表 FREQuency）。短格式和长格式在功能上是等效的，使用短格式可以提高代码效率。关键：确保缩写是唯一的。 CONF 可能是 CONFigure 的缩写，但如果手册中还有 CONNect，则 CONF 可能就不唯一，需要更长的缩写或使用长格式,手册会明确指定有效的短格式。
   • 大小写不敏感 (Case Insensitivity): SCPI标准规定命令关键字和参数（除字符串外）是大小写不敏感的。MEAS:VOLT:DC?, meas:volt:dc?, Meas:Volt:Dc? 通常效果相同。最佳实践：为了代码清晰和一致性，建议统一使用大写或手册中示例的格式。
   • 空格 (Spaces):
     • 命令关键字之间（冒号前后）不能有空格。SENSe:FREQuency 正确，SENSe : FREQuency 错误。
     • 命令动词（如 ）前不能有空格。
     • 设置命令的参数必须与命令动词之间用空格分隔。VOLT 5.0 正确，VOLT5.0 错误。
     • 多个参数之间通常用逗号 () 分隔（如果命令支持多个参数）。TRIG:DELAY 0.001, 0.01 (假设设置延迟时间和范围)。
   • 参数格式：
     • 数值参数：遵循常规数字表示法（整数、小数、科学计数法），注意单位，手册会指定默认单位（如V, A, s, Hz），有时可能需要显式指定单位（取决于仪器）。
     • 离散参数：严格使用手册中定义的字符串（如 ON, OFF, EXT），大小写通常不敏感,但建议按手册示例使用。
     • 字符串参数：通常需要用双引号 () 括起来，特别是当字符串包含空格或特殊字符时。MMEM:STOR:WAV "C:\data\wave1.csv",手册会说明何时需要引号。
   • 查询命令 (): 查询命令仅用于获取信息，不会改变仪器状态，它们总是以问号结尾，查询的响应格式（数值、字符串、多个值等）由手册定义。

SCPI命令编写示例

假设我们有一台示波器,目标是：

1. 设置通道1的垂直刻度为100mV/div:

   • 目标：设置 (Set)
   • 功能模块：通道1 (CHANnel1 或 CH1) 的垂直 (VERTical) 刻度 (SCALe)
   • 命令路径：CH1:SCALe
   • 参数：1 (因为100mV = 0.1V，假设单位是V/div)
   • 完整命令： CH1:SCALe 0.1 (或使用短格式 CH1:SCAL 0.1,如果手册允许)

2. 查询通道1当前的垂直偏置(Offset)值:

   • 目标：查询 (Query)
   • 功能模块：通道1 (CH1) 的垂直 (VERTical) 偏置 (OFFSet)
   • 命令路径：CH1:OFFSet
   • 命令动词：
   • 完整命令： CH1:OFFSet? (或 CH1:OFFS?)

3. 设置触发源为通道2，触发电平为1.5V:

   • 目标：设置 (Set)
   • 功能模块：触发 (TRIGger) 源 (SOURce)
   • 命令路径：TRIGger:SOURce
   • 参数：CH2 (离散值)
   • 命令1： TRIGger:SOURce CH2
   • 功能模块：触发 (TRIGger) 电平 (LEVel)
   • 命令路径：TRIGger:LEVel
   • 参数：5 (数值,单位V)
   • 命令2： TRIGger:LEVel 1.5
   • (注意：有时电平设置可能需要在特定源下，如 TRIGger:LEVel CH2, 1.5，需看手册)

4. 进行一次即时电压测量并读取结果:

   • 目标：启动测量并读取
   • 方法1 (常用):
     • 启动测量： MEASure:VOLTage:DC? CH1 (这条命令会启动一次测量并等待完成，然后返回结果，它结合了初始化、等待和读取。)
   • 方法2 (更精细控制):
     • 配置测量： CONFigure:VOLTage:DC CH1 (配置为测量CH1的直流电压)
     • 启动测量： INITiate (开始采集数据)
     • 等待完成/触发： (可能需要等待或检查状态)
     • 读取结果： FETCh:VOLTage:DC? (获取已配置测量的结果)

SCPI命令设计原则 (理解这些有助于编写和阅读命令)

• 树状结构： 命令组织成层次化的树,反映仪器的功能组织。
• 模块化： 相似的仪器功能使用相似的命令结构（如 SENSe 用于测量输入，SOURce 用于信号输出）。
• 一致性： 相同概念的参数使用相同的关键字（如 FREQuency, VOLTage, LEVel, RANGe, STATe）。
• 可读性： 长格式命令具有较好的自描述性。
• 正交性： 命令应尽可能独立，一个命令的设置不影响其他无关命令的设置（尽管实际仪器内部状态可能有依赖）。

最佳实践与注意事项

1. 手册至上： 反复强调，仪器编程手册是编写SCPI命令的唯一权威来源，不同厂商、不同型号的仪器，其支持的SCPI命令集、参数范围、行为细节都可能存在差异,不要假设一个命令在所有仪器上都以完全相同的方式工作。
2. 使用短格式： 在确认唯一性的前提下,使用短格式命令可以提高程序执行效率和代码简洁性。
3. 处理查询响应： 程序必须能够正确解析仪器对查询命令 () 的响应，响应可能是单个数值、多个数值（用逗号分隔）、字符串或状态代码,手册会定义响应的格式。
4. 错误处理： 务必在程序中加入SCPI错误查询 (SYSTem:ERRor?) 机制，每次发送命令序列后（尤其是设置命令后），查询错误队列可以捕获语法错误、参数超限、执行失败等问题。
5. 状态报告： 利用 STATus 子系统命令（如 STATus:OPERation:CONDition?, STATus:QUEStionable:EVENt?）来监控仪器的操作状态和可疑条件（如过载、校准警告）。
6. *公用命令 (`` commands):** 掌握常用的IEEE 488.2公用命令，如：
   • *IDN? (查询仪器标识 – Instrument IDentification)
   • *RST (ReSeT 仪器到默认状态)
   • *CLS (CLear Status 清除状态寄存器和错误队列)
   • *ESE (Event Status Enable) / *ESR? (Event Status Register)
   • *SRE (Service Request Enable) / *STB? (STatus Byte)
   • *OPC? (Operation Complete? 用于同步)
   • *WAI (WAIt 等待所有操作完成)
7. 同步操作： 对于需要等待仪器完成操作的情况（如触发采集、完成测量、保存数据），使用 *OPC?, *WAI 或状态轮询机制进行同步,确保在读取结果前操作已完成。
8. 测试与验证： 在集成到大型自动化系统之前，务必使用仪器前面板、仪器自带的控制软件（如NI MAX, Keysight Connection Expert）或简单的脚本（如Python with PyVISA）对编写的SCPI命令序列进行充分测试和验证。

编写SCPI命令的核心在于理解其树状结构（根级关键字->子系统->命令动词）和语法规则（冒号分隔、空格使用、参数格式、查询）。最关键的资源是您所使用的特定仪器的编程手册。 通过遵循手册、理解SCPI设计原则并实施最佳实践（如错误处理、状态监控、同步），您可以有效地编写出可靠、高效的SCPI命令来控制您的测试测量仪器，构建强大的自动化测试系统,实践和查阅手册是掌握SCPI的不二法门。

引用说明：

• 基于IEEE Std 488.2-1992 (IEEE Standard Codes, Formats, Protocols, and Common Commands) 和 SCPI-1999 (Standard Commands for Programmable Instruments) 标准中定义的SCPI核心概念和原则。
• 具体的SCPI命令集实现、支持的子系统、参数范围和行为细节，请务必参考您所使用的具体仪器的官方编程手册,不同厂商和型号的仪器手册是编写针对该仪器SCPI命令的最终权威依据。