可編程測試設備的開發與應用*

尹冀波

(中國電子科技集團公司第四十七研究所，沈陽110032)

1 引言

在自動化測試系統中，可編程設備與控制器之間的通信是必需的。隨著用戶的測試程序不同，測試過程也不同。因此，設備控制器或者計算機可以通過多種模式的接口對可編程設備實行遠程操作。

目前可編程設備的主要廠商(如:安捷倫、泰克、固緯)廣泛支持SCPI命令標準。接口包括串口、GPIB和計算機網絡等多種方式。廠商提供控制軟件的同時也提供軟件函數調用，以供用戶進行自定義開發。控制器可以選用標準PC機，也可以根據實際情況選用嵌入式控制機。可編程設備、命令標準、接口、軟件和控制器構成了可編程測試系統。

2 SCPI命令標準

2.1 SCPI概述

SCPI(StandardCommandsforProgrammable Instruments，可編程設備標準命令)是一項標準，由主要測試及測量設備制造商的國際協會創建。SCPI是標準的儀器編程語言，建立在現有標準IEEE-488.1和 IEEE-488.2的基礎上，并且遵循了IEEE754的浮點運算規則，用于為不同的可編程設備的同樣功能提供通用命令。SCPI采用一整套樹狀分層結構的命令集，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傳送命令到某一測量設備，需要包含三個基本元素:命令頭、參數(備選)、消息結束符或者消息分隔符。

命令頭是一個分等級的結構，該結構由一個命令樹來表示。樹的頂層是根層。根節點位于根層。一個根節點和其它較低層次的節點，構成了到最終節點的總路徑，最終節點稱為葉節點。

總路徑和葉節點配置成命令頭。例如::SYSTem為根節點，:SYSTem:AUTO為總路徑，:STATe為葉節點，:SYSTem:AUTO:STATe構成了命令頭。

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

消息結束符或者消息分隔符包括兩種:

(1)GPIB消息結束符

根據IEEE488.2標準，可以接受下列消息結束符:

·LF^END換行符(十六進制0A)帶有END消息

·LF換行符·＜dab＞^END最后的數據字節帶有END消息這些結束符與絕大多數的應用程序兼容。使用分號來分隔處于同一行的多個命令。

表1 語法描述的參數類型

(2)RS232消息結束符

因為RS232沒有停止消息信號，因此使用LF換行符作為消息結束符。當一系列命令發送到編程設備時，必須添加LF換行符作為消息結束符的判斷。對于查詢命令，查詢返回消息也被添加LF換行符，使得控制機器能夠判斷出消息結束符。

2.3 SCPI的語法

SCPI對于大小寫字符不敏感，可以輸入大寫字符或者小寫字符。參數和命令頭之間至少要有一個空格。絕大多數命令都有長格式和短格式，例如:輸入查詢:CHANnel1:VOLTage 1.23可以簡寫為:CHAN1:VOLT 1.23。

可以使用分號(;)進行命令組合。例如::CHAN1:VOLT?CURR?如果后面有分號(;)的命令，而且來自于不同根層次的總路徑，必須使用冒號(:)來強制返回這個根層次。例如::CHAN1:VOLT 1.23;:OUTP:COUP:TRAC 1。但是在不同編程設備的實際應用開發中需要注意:過長連續的查詢命令有可能會導致丟失消息。

如果后面有分號(;)的命令來自于相同根層次的總路徑，可以忽略冒號(:)和路徑，而僅僅聲明新的葉節點。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合到同一個消息。例如::CHAN1:VOLT 12.34;VOLT?

3 設備編程開發實例

本實例以標準PC為控制機，可編程設備為固緯公司出品的 PST-3202可編程電源，接口為RS232和GPIB，自主研發控制軟件。采取的設置命令如表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

本編程設備實例使用的通信接口包括串口和GPIB。

4.1 GPIB接口

可編程設備的GPIB接口符合 IEEE488.1-1987、IEEE488.2-1992以及SCPI-1994標準。使用可編程設備建立一個GPIB系統，需要下列條件:

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

(2)每個位于GPIB總線的設備，都有唯一的地址。兩個設備不可以使用同一個GPIB地址。當使用GPIB系統的時候，至少要啟動GPIB總線上三分之二的設備。

(3)GPIB系統的拓撲結構，不能使用環形結構或者并行結構。

4.2 串行接口

可編程設備屬于DTE設備，建立串行接口與控制機連接:

(1)確定將DTE設備的輸出線連接到另一個DTE設備的輸入線，而且需要在一個或者多個輸入引腳保持一個恒定的高電平信號。RS232通信的兩端共地，并且確保可編程設備接地。連接設備和PC機的電纜，不能超過15米。

(2)確保RS232通信的可編程設備和控制機使用同樣的波特率、奇偶校驗位、數據位、停止位和數據流控制。

5 結束語

該設計已經在作者現在所用的項目中得到應用，滿足了實際系統需求，其中命令解析和控制在硬件平臺上驗證時工作正常。在下一步改進中，在現有的設計模式下，考慮使用嵌入式單板計算機作為控制機，使用帶有通道標識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命令解析器模塊設計與實現［J］.科技信息，2011(11):21-23.