Управление приборами (по функциональной модели)

Перечень команд с подробным описанием особенностей управления различными функциями прибора является основной частью стандарта SCPI. Для того чтобы программировать функции прибора, необходимо знать и понимать модель измерительного прибора. Команды управления функциональными возможностями, которые относятся к отдельному модулю, всегда начинаются с имени подсистемы. Например, аттенюатор входного усилителя обладает функциональными возможностями INPut. Команда управления будет иметь вид:

INPut:ATTenuation <значение>.

Обзор главных подсистем – команд, которые выполняют заданные действия с сигналом, представлен ниже. Прибор может поддерживать комбинацию команд.

1. ROUte (Маршрутизация – коммутация)

Подсистема обеспечивает функциональные возможности переключателя, направляя приходящие сигналы на вход измерителя в модуль INPut. Может также использоваться в источниках, направляя сгенерированный сигнал к нужному выводу. В приборах, где главным является переключение сигналов, таких как коммутаторы и мультиплексоры, команда управляет маршрутом от порта к порту. Типичные функциональные возможности подсистемы ROUTe: отключение, подключение и просмотр-сканирование.

2. INPut (Вход – ввод)

Управляет характеристиками входного порта датчиков. Важная часть функциональных возможностей, обеспечиваемых этой подсистемой, состоит в задании условий сигнала для его преобразования в блоке SENSe. Например, установка ослабления, входного сопротивления, фильтрации (ФНЧ и ФВЧ) и др. В подсистеме INPut могут программироваться также процедуры АЦП и ЦАП. Имеются команды для конфигурации механизма защиты входного порта.

3. SENSe (Считывание – измерение)

Подсистема выполняет сбор данных и преобразует входной сигнал во внутренние данные. Это одна из наиболее многосторонних подсистем SCPI. Существует много видов преобразований и большое число характеристик, которые могут быть измерены. Поэтому подсистема разделена на несколько подуровней команд, каждый из которых имеет дело с различным аспектом сбора и преобразования данных.

FUNCtion (Функция) и DATA (Данные) – наиболее важные подсистемы внутри SENSe. Они позволяют выбирать функции модуля и получать данные. Например, команды SENSe:FUNCtion "VOLTage" устанавливают модуль в режим определения напряжения сигнала. Команды SENSe:DATA? запрашивают текущий результат.

Внутри SENSe существуют подуровни, управляющие характеристиками диапазона. Например, чтобы установить диапазон измерения напряжения 1 В, используется команда SENSe:VOLTage:RANGe 1. Таким же образом могут быть установлены точность, ослабление, усиление, смещение и т.д. Модули, измеряющие мощность, частоту, температуру или что-либо другое, используют идентичные структуры для управления их параметрами и настройки команд.

Подсистема SENSe не ограничена измерениями сигналов. Она содержит несколько команд, которые управляют сбором массивов данных, как того требуют дискретизатор, осциллограф, измеритель АЧХ, анализатор спектра и т.д. Приборы, которые считывают массивы данных не как функции времени, но как функции других переменных могут также использовать команды из подсистемы SENSe.

Команда SENSe:SWEep:POINts 1000 устанавливает число (1000) отсчетных точек. Подсистема SENSe включает много команд для специальных методов преобразования и сбора данных. Группа команд улучшения метрологических и функциональных возможностей приборов связана с методами увеличения точности измерений путем усреднения или фильтрации.

4. CALCulate (Вычисление)

Если сигнал преобразован в цифровой внутренний формат подсистемой SENSe, последующая обработка выполняется путем использования команд подсистемы CALCulate. Они могут использоваться для дополнительных цифровых преобразований, замены переменных, исправления внешних эффектов и т.д. Эти возможности можно использовать и до генерации сигнала подсистемой SOURce.

Так как современные приборы обеспечивают функциональные возможности дополнительной обработки, то подсистема CALCulate содержит большое число команд. Имеются функции статистических вычислений, таких как AVERage (усреднение) и SMOothing (сглаживание). Поддерживается фильтрация по времени и частоте. Команда LIMit позволяет контролировать значение предела.

Дополнительная группа функций связана с математическими операциями, в том числе с вычислением дифференциалов и интегралов. Подсистема MATH позволяет пользователю (программисту) задавать выражения для математических действий над считанными или запомненными данными. Подсистема FORMat, включенная в подсистему CALCulate, выполняет простые вычисления с комплексными (x+jy) или векторными переменными. Команды позволяют вычислять фазу, логарифмы и т.д.

Функциональные возможности, связанные с преобразованиями, обеспечиваются подсистемой TRANsform, входящей в подсистему CALCulate. Например, временной сигнал можно преобразовать в частотный спектр. Построение гистограмм по полученным данным включено в список команд.

 Подсистема CALCulate содержит ряд команд, которые не только управляют вычислениями, но и позволяют устанавливать конфигурацию (последовательность) вычислений. Можно, например, сначала выполнить усреднение и затем обработать усредненные данные операциями MATH. Для этого используют команду установки пути CALCulate:PATH.

Вычисления обычно выполняются автоматически при поступлении новых данных, однако последовательность команд CALCUlate:IMMediate повторяет обработку уже имеющихся данных, без нового сбора. Это может потребоваться, если параметры настройки или ввода подсистемы изменились.

5. TRIGger (Запуск)

Команды подсистемы TRIGger используются для инициации всех видов действий приборов синхронно с внутренними или внешними событиями. Они базируются на гибкой модели синхронизации.

Модель описывается диаграммой изменения состояния, на которой отражаются реальные режимы запуска, например “жду команды” или “жду запуска”. Приход импульса на входном гнезде может быть событием, которое запускает сбор данных. Этот же импульс может вызвать переход от режима “жду команды” к режиму “жду запуска”, который реально инициируется по уровню входного сигнала.

Режимы, которые должны быть последовательно пройдены, до выполнения запуска устройства могут быть сгруппированы в виде шагов. Подсистема TRIGger поддерживает широкий диапазон событий для синхронизации действий устройств и управления прохождением через уровни (изменения состояния). Например, могут быть выбраны VXI, (GPIB) BUS, EXTernal (внешний), линии ECLTrg, TTLTgr.

6. DISPlay (Представление)

Подсистема управляет функциональными возможностями, связанными с выбором и представлением различной информации: о данных измерений, о взаимодействии с пользователем, о состоянии приборов и контроллера. Команды от этой подсистемы поддерживают управление устройствами от простых индикаторных панелей до терминалов.

Подсистема DISPlay обеспечивает управление контрастностью, яркостью, цветовой палитрой и т.д. Могут применяться сложные форматы представления, например, подсистема DISPlay позволяет осуществить конфигурацию многих окон на экране, в которых отображаются графики, тексты. Когда окно используется контроллером, оно действует как терминал визуальной индикации.

Графики могут быть отображены в обычных XY или в полярных координатах. Имеются команды установки осей, сетки, меток и т.д.

7. FORmat (Форматирование)

Все SCPI-совместимые приборы должны поддерживать формат IEEE-488.2 для числовых данных. Иногда желательно использовать другие форматы, например IEEE-754 для чисел с плавающей точкой. Подсистема FORmat поддерживает множество команд, которые обеспечивают выбор формата данных, посылаемых через внешний интерфейс.

8. HCOPy (Копирование)

Подсистема управляет современными принтерами и графопостроителями. Она управляет выбором и представлением данных, подаваемых на графопостроитель или принтер, и не связана с конфигурацией интерфейса (принтера, графопостроителя), так как эти функциональные возможности поддерживаются командами SYSTem:COMMunicate..

9. SOURce (Источник – генератор)

Подсистема содержит функциональные возможности цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) и генерирует аналоговые сигналы, основанные на заложенных значениях цифровых данных. Таким образом, функциональные возможности подсистемы SOURce противоположны возможностям подсистемы SENSe (Измеритель), которая включает аналого-цифровые функции.

Подсистема SOURce содержит команды для генерации различных сигналов. Значение термина "сигнал" не ограничено постоянным или изменяющимся напряжением, током или мощностью. В пределах контекста подсистемы SOURce количественные значения сопротивления и температуры также рассматриваются как "сигналы" наряду с другими возможными.

Современные источники могут управлять большим набором характеристик сигналов, поэтому подсистема SOURce стала почти такой же многосторонней, как подсистема SENSe. Обширные средства управления обеспечивают изменения характеристик сигналов во времени. Например, амплитуда переменного напряжения может изменяться как функция времени путем использования команды SWEep (Развертка – качание) или может быть задана списком точек (амплитуды). Таким же образом может изменяться и частота сигнала.

Подсистема SOURce имеет средства управления модуляцией. Они доступны не только для амплитудной, частотной или фазовой модуляции, но и для всех цифровых методов модуляции и импульсной модуляции.

10. OUTPut (Выход – вывод)

Подобно тому как SOURce противоположно SENSe, функциональные возможности подсистемы OUTPut противоположны функциональным возможностям INPut (Вход). Основная задача подсистемы OUTPut состоит в том, чтобы обеспечить необходимые характеристики выходного сигнала. В этой подсистеме содержатся типичные функциональные возможности, такие как ослабление, связь, фильтрация и т.д. Но также имеются команды для конфигурации механизма защиты выходного порта.

11. TRACe (График – форма)

Подсистема включает команды для обработки и управления графиком как объектом, сохраненным в инструментальной памяти. Обычно график содержит ряд значений измеренных данных или результатов вычислений, а также определяемых пользователем значений данных для генерации сигналов.

Данные, сохраненные в графике, вызываются по имени, например, необходимая форма волны может быть названа My_Wave. Данные могут быть запрошены TRACe? MY_TRACE или DATA? MY_TRACE.

Графики могут также использоваться в подсистеме CALCulate (Вычисления) в качестве входных данных для последующей обработки. Например, определяемый пользователем график может использоваться для ссылки, служить верхним или нижним пределом в процессе вычислений LIMit (Предел).

12. MEMory (Память)

Подсистема управляет внутренней памятью прибора, в которой могут быть размещены следующие объекты: макрокоманды, таблицы, файлы и т.д. Подсистема MEMory содержит команды для копирования, очистки, удаления объектов, обмена и запросов о количестве данных, каталогах свободного пространства и т.д.

Подсистема MassMEMory (MMEMory) дает возможность получения памяти большой емкости для приборов, которые могут быть как внутренними, так и внешними. Подсистема обеспечивает те же возможности, что и обычная подсистема MEMory, а также возможности, которые обеспечиваются только в устройствах памяти большой емкости. Например, MMEMory поддерживает использование имен файлов, структур каталогов, идентификации запоминающих устройств по именам и т.д.

13. INSTrument (Прибор)

Автономный прибор может содержать множество частных приборов. Подсистема INSTrument обеспечивает механизм для идентификации и выбора отдельного логического прибора.

14. STATus (Состояние – статус)

В соответствии с общими командами стандарта IEEE-488.2 подсистема STATus поддерживает сообщения о состоянии, которые необходимы современной контрольно-измерительной аппаратуре. Выполнение подсистемы STATus является обязательным для всех SCPI-совместимых приборов.

Подсистема STATus базируется на стандарте IEEE-488.2, обеспечивая простой механизм, который учитывает скорректированные данные о состоянии, включая разнообразие условий и событий, таких как внутриприборные ошибки. Восстановленная информация может быть детальной.

Чтобы уменьшить потери времени на контроль всех деталей, подсистема STATus позволяет пользователю объединять отдельные события вместе. Итог (бит) от каждой группы отражается в стандартном байте состояния. На следующем шаге пользователь может выбрать биты байта состояния, которые заставят сервисный механизм генерировать запрос на прерывание. Таким образом, пользователю дается гибкий механизм для выбора событий, которые, по его мнению, являются важными и нуждаются в немедленном запросе.

Имеются три важные группы состояний, которые должны поддерживаться SCPI-совместимым прибором. Первая группа – структура состояния, определенная стандартом IEEE-488.2. Внутри этой группы различают несколько различных типов сообщений об ошибках, а также некоторые общие события, такие как включение питания и окончание операции. Следующая обязательная группа называется сомнительным состоянием, которое дает индикацию качества измеряемого или генерируемого сигнала. Например, бит напряжения в этой группе может указывать, что уровень напряжения сигнала имеет сомнительное качество для точного измерения. Третья группа называется состоянием операции, которое дает информацию о состоянии нормальной работы устройства. Например, когда прибор ожидает запуска, когда он измеряет и т.д.

15. SYSTem (Система)

Подсистема обеспечивает функциональные возможности, которые связаны с общими служебными действиями и установкой глобальных конфигураций, таких как время, дата и защита. К специальным относится запрос SYSTem:ERRor?, используемый для запроса сообщения об ошибках. Частью этой подсистемы является детализированная спецификация всех номеров ошибок и соответствующих текстов ошибок.

Важная группа команд доступна для конфигурации интерфейса с периферийными устройствами и удаленным контроллером. Поддерживаются интерфейсы CENTronics, GPIB и SERial RS 232. Для управления устройствами VXI и их функциональными возможностями определена отдельная подсистема.

Другая группа функций, о которой стоит упомянуть, связана с обеспечением пользователя информацией. При этом доступен запрос, который выводит список всех выполненных команд. Кроме того, можно восстановить точный синтаксис каждой выполненной команды.