尹冀波

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所，沈陽(yáng)110032)

1 引言

在自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)中，可編程設(shè)備與控制器之間的通信是必需的。隨著用戶的測(cè)試程序不同，測(cè)試過(guò)程也不同。因此，設(shè)備控制器或者計(jì)算機(jī)可以通過(guò)多種模式的接口對(duì)可編程設(shè)備實(shí)行遠(yuǎn)程操作。

目前可編程設(shè)備的主要廠商(如:安捷倫、泰克、固緯)廣泛支持SCPI命令標(biāo)準(zhǔn)。接口包括串口、GPIB和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等多種方式。廠商提供控制軟件的同時(shí)也提供軟件函數(shù)調(diào)用，以供用戶進(jìn)行自定義開發(fā)?？刂破骺梢赃x用標(biāo)準(zhǔn)PC機(jī)，也可以根據(jù)實(shí)際情況選用嵌入式控制機(jī)?？删幊淘O(shè)備、命令標(biāo)準(zhǔn)、接口、軟件和控制器構(gòu)成了可編程測(cè)試系統(tǒng)。

2 SCPI命令標(biāo)準(zhǔn)

2.1 SCPI概述

SCPI(StandardCommandsforProgrammable Instruments，可編程設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)命令)是一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，由主要測(cè)試及測(cè)量設(shè)備制造商的國(guó)際協(xié)會(huì)創(chuàng)建。SCPI是標(biāo)準(zhǔn)的儀器編程語(yǔ)言，建立在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)IEEE-488.1和 IEEE-488.2的基礎(chǔ)上，并且遵循了IEEE754的浮點(diǎn)運(yùn)算規(guī)則，用于為不同的可編程設(shè)備的同樣功能提供通用命令。SCPI采用一整套樹狀分層結(jié)構(gòu)的命令集，建立了具有普遍性的通用儀器模型。

2.2 SCPI的命令解析

使用SCPI傳送命令到某一測(cè)量設(shè)備，需要包含三個(gè)基本元素:命令頭、參數(shù)(備選)、消息結(jié)束符或者消息分隔符。

命令頭是一個(gè)分等級(jí)的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由一個(gè)命令樹來(lái)表示。樹的頂層是根層。根節(jié)點(diǎn)位于根層。一個(gè)根節(jié)點(diǎn)和其它較低層次的節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成了到最終節(jié)點(diǎn)的總路徑，最終節(jié)點(diǎn)稱為葉節(jié)點(diǎn)。

總路徑和葉節(jié)點(diǎn)配置成命令頭。例如::SYSTem為根節(jié)點(diǎn)，:SYSTem:AUTO為總路徑，:STATe為葉節(jié)點(diǎn)，:SYSTem:AUTO:STATe構(gòu)成了命令頭。

如果命令需要參數(shù)，則包括參數(shù)值，＜＞符號(hào)用于包括參數(shù)類型。表1定義了用于可編程電源的Boolean和其它參數(shù)類型。

消息結(jié)束符或者消息分隔符包括兩種:

(1)GPIB消息結(jié)束符

根據(jù)IEEE488.2標(biāo)準(zhǔn)，可以接受下列消息結(jié)束符:

·LF^END換行符(十六進(jìn)制0A)帶有END消息

·LF換行符·＜dab＞^END最后的數(shù)據(jù)字節(jié)帶有END消息這些結(jié)束符與絕大多數(shù)的應(yīng)用程序兼容。使用分號(hào)來(lái)分隔處于同一行的多個(gè)命令。

表1 語(yǔ)法描述的參數(shù)類型

(2)RS232消息結(jié)束符

因?yàn)镽S232沒(méi)有停止消息信號(hào)，因此使用LF換行符作為消息結(jié)束符。當(dāng)一系列命令發(fā)送到編程設(shè)備時(shí)，必須添加LF換行符作為消息結(jié)束符的判斷。對(duì)于查詢命令，查詢返回消息也被添加LF換行符，使得控制機(jī)器能夠判斷出消息結(jié)束符。

2.3 SCPI的語(yǔ)法

SCPI對(duì)于大小寫字符不敏感，可以輸入大寫字符或者小寫字符。參數(shù)和命令頭之間至少要有一個(gè)空格。絕大多數(shù)命令都有長(zhǎng)格式和短格式，例如:輸入查詢:CHANnel1:VOLTage 1.23可以簡(jiǎn)寫為:CHAN1:VOLT 1.23。

可以使用分號(hào)(;)進(jìn)行命令組合。例如::CHAN1:VOLT?CURR?如果后面有分號(hào)(;)的命令，而且來(lái)自于不同根層次的總路徑，必須使用冒號(hào)(:)來(lái)強(qiáng)制返回這個(gè)根層次。例如::CHAN1:VOLT 1.23;:OUTP:COUP:TRAC 1。但是在不同編程設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用開發(fā)中需要注意:過(guò)長(zhǎng)連續(xù)的查詢命令有可能會(huì)導(dǎo)致丟失消息。

如果后面有分號(hào)(;)的命令來(lái)自于相同根層次的總路徑，可以忽略冒號(hào)(:)和路徑，而僅僅聲明新的葉節(jié)點(diǎn)。例如::CHAN1:VOLT 12.34;CHAN1:CURR 1.55等同于:CHAN1:VOLT 12.34;CURR 1.55。

可以將命令和查詢結(jié)合到同一個(gè)消息。例如::CHAN1:VOLT 12.34;VOLT?

3 設(shè)備編程開發(fā)實(shí)例

本實(shí)例以標(biāo)準(zhǔn)PC為控制機(jī)，可編程設(shè)備為固緯公司出品的 PST-3202可編程電源，接口為RS232和GPIB，自主研發(fā)控制軟件。采取的設(shè)置命令如表2所示，這些命令用于控制和查詢可編程電源的設(shè)置。

表2 控制和查詢可編程電源的命令

4 通信接口

本編程設(shè)備實(shí)例使用的通信接口包括串口和GPIB。

4.1 GPIB接口

可編程設(shè)備的GPIB接口符合 IEEE488.1-1987、IEEE488.2-1992以及SCPI-1994標(biāo)準(zhǔn)。使用可編程設(shè)備建立一個(gè)GPIB系統(tǒng)，需要下列條件:

(1)在一條GPIB總線上，最多連接15個(gè)設(shè)備。將設(shè)備連接到GPIB總線的電纜，不能超過(guò)20米。在總線上每隔2米電纜，連接一個(gè)GPIB設(shè)備。

(2)每個(gè)位于GPIB總線的設(shè)備，都有唯一的地址。兩個(gè)設(shè)備不可以使用同一個(gè)GPIB地址。當(dāng)使用GPIB系統(tǒng)的時(shí)候，至少要啟動(dòng)GPIB總線上三分之二的設(shè)備。

(3)GPIB系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不能使用環(huán)形結(jié)構(gòu)或者并行結(jié)構(gòu)。

4.2 串行接口

可編程設(shè)備屬于DTE設(shè)備，建立串行接口與控制機(jī)連接:

(1)確定將DTE設(shè)備的輸出線連接到另一個(gè)DTE設(shè)備的輸入線，而且需要在一個(gè)或者多個(gè)輸入引腳保持一個(gè)恒定的高電平信號(hào)。RS232通信的兩端共地，并且確?？删幊淘O(shè)備接地。連接設(shè)備和PC機(jī)的電纜，不能超過(guò)15米。

(2)確保RS232通信的可編程設(shè)備和控制機(jī)使用同樣的波特率、奇偶校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位、停止位和數(shù)據(jù)流控制。

5 結(jié)束語(yǔ)

該設(shè)計(jì)已經(jīng)在作者現(xiàn)在所用的項(xiàng)目中得到應(yīng)用，滿足了實(shí)際系統(tǒng)需求，其中命令解析和控制在硬件平臺(tái)上驗(yàn)證時(shí)工作正常。在下一步改進(jìn)中，在現(xiàn)有的設(shè)計(jì)模式下，考慮使用嵌入式單板計(jì)算機(jī)作為控制機(jī)，使用帶有通道標(biāo)識(shí)的可編程電源作為主控電源。

［1］ PST-PSS-PSH Programmer Manual［M］.GoodWill Company，2005.

［2］ Erich Gamma.Design Patterns:Elements of Reusable Object-Oriented software［M］.Publishing House of Addison Wesley/Pearson，2003.

［3］ 李偉，朱偉.SCPI命令解析器模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.科技信息，2011(11):21-23.