EmoeDAQ 编程参考手册
EmoeDAQ 编程参考手册
硬件版本： 1.4.0
手册版本： 0.1.4
最后更新时间： 2025-03-03
DAQ控制指令集
EmoeDAQ采用SCPI指令集与上位机通过串口进行通讯。
DAQ的SCPI指令集可以分为几类，分别是：
- IEEE 488.2标准命令
- DAQ硬件配置命令
- DAQ采样控制命令
- DAQ系统命令
SCPI指令集的简写为指定的单词开头（大写），比如 CONFigure:VOLTage:DC:NPLCycles 10 这句可以简写为 CONF:VOLT:DC:NPLC 10。
IEEE 488.2标准命令
*RST
- 格式：*RST
- 功能：复位EmoeDAQ，使其硬件重新初始化
- 详细解释：接收到该命令后，DAQ会进行上电初始化操作。重新初始化后，DAQ进入出厂配置的默认工作状态
- 示例：*RST
- 返回值："system boot complete"
*IDN?
- 格式：*IDN?
- 功能：查询仪器ID信息
- 详细解释：接收到该命令后，设备返回仪器型号，以及软件版本号等信息
- 示例：*IDN?
- 返回值：仪器型号，以及软硬件版本号等信息
*CLS
- 格式：*CLS
- 功能：清除错误信息
- 详细解释：接收到该命令后，设备将清除累积的SCPI错误信息
- 示例：*CLS
- 返回值：无
其他指令请参考IEEE488.2规范内容
DAQ采样控制命令
单次测量电压
- 格式：MEASure:VOLTage:DC? {1|2}
- 功能：测量指定通道的电压
- 详细解释：用该命令触发DAQ对某一通道进行采样，采样的积分时间取决于目前的系统设置。支持AutoZero功能，需要注意，在开启AutoZero功能时，实际转换时间将加倍。
- 示例：MEASure:VOLTage:DC? 1 或 MEAS:VOLT:DC? 1
- 返回值：对应通道的电压值
单次测量电压，附带内部温度
- 格式：MEASure:VOLTage:DC:TEMPerature? {1|2}
- 功能：测量指定通道的电压，以及当前DAQ内部温度值
- 详细解释：用该命令触发DAQ对某一通道进行采样，采样的积分时间取决于目前的系统设置。支持AutoZero功能，需要注意，在开启AutoZero功能时，实际转换时间将加倍。。输出电压的同时，还会输出DAQ内部的温度。该指令适合长期监测时使用，测量电压的同时测量DAQ内部温度
- 示例：MEASure:VOLTage:DC:TEMPerature? 1 或 MEAS:VOLT:DC:TEMP? 1
- 返回值：对应通道的电压值，以及当前DAQ内部温度，两个数据以','分隔
单次测量通道间电压比例
- 格式：MEASure:VOLTage:RATio? {1|2}
- 功能：测量2个通道间的电压值比例
- 详细解释：用该命令触发DAQ进行单次采样，分别测量通道1和通道2的电压值（支持AutoZero），然后计算出2个通道间的电压比例。命令的参数为比例计算中的分子 ——即当命令的参数为1时，返回比例值为 (Volt1 / Volt2)；当命令参数为2时，返回比例值为 (Volt2 / Volt1)
- 示例：MEAS:VOLT:RATio? 1
- 返回值：2个通道的电压比例值，保留8位小数
设置采样积分周期
- 格式：CONFigure:VOLTage:DC:NPLCycles {0.1|0.25|0.5|1|10|100}
- 功能：配置DAQ采样的积分时间 (Number of PowerLine Cycles)
- 详细解释：用该命令设置DAQ采样的积分时间，积分时间越长，输出数据的噪声越低，电压有效位数越高。积分时间计算是依据工频电源周期数决定的，比如NPLC=10时，积分10个工频周期。假设市电频率是50Hz，周期20ms，那么10NPLC=200ms，对应5SPS/s的数据更新速率。需要注意，在开启AutoZero功能时，实际采样率将减半。
- 示例：CONFigure:VOLTage:DC:NPLCycles 100
- 返回值：无
查询采样积分周期
- 格式：CONFigure:VOLTage:DC:NPLCycles?
- 功能：查询DAQ采样的积分周期 (Number of PowerLine Cycles)
- 详细解释：用该命令查询DAQ采样的积分周期，积分周期越多，输出数据的噪声越低，电压有效位数越高。需要注意，在开启AutoZero功能时，实际采样率将减半。
- 示例：CONFigure:VOLTage:DC:NPLCycles?
- 返回值：返回当前DAQ的采样积分周期
设置DAQ连续采样
- 格式：CONFigure:CONTinuous:READ {1|2},{ON|OFF}
- 功能：设置DAQ的采样模式为单次（关闭CONT）或连续（开启CONT）
- 详细解释：用该命令设置DAQ的采样模式，某通道在单次采样模式下，DAQ只有接收到触发信号时才会采样并输出数据（触发信号来自SCPI指令）；某通道在连续转换模式下，DAQ将自动按照设置的NPLC进行连续转换并输出数据。请注意，同时只有一个通道能被激活连续转换模式。如果需要2个通道同时连续转换，请使用扫描模式。
- 示例：CONFigure:CONTinuous:READ 1,ON
- 返回值：无，但如果激活连续转换，随后紧跟对应的DAQ采样的数据
设置DAQ扫描采样
- 格式：CONFigure:CONTinuous:SCAN {ON|OFF}
- 功能：设置DAQ的采样模式为扫描转换
- 详细解释：用该命令设置DAQ为连续扫描转换模式，该模式下DAQ先对CH1进行转换，然后对CH2进行转换，最后依次、同时输出2个通道的电压值。
- 示例：CONFigure:CONTinuous:SCAN ON
- 返回值：无，但如果激活连续扫描转换，随后紧跟对应的DAQ采样的数据
设置AutoZero
- 格式：CONFigure:AutoZero:DC {ON|OFF}
- 功能：设置DAQ采样的自动校零功能
- 详细解释：用该命令设置DAQ的自动校零功能，AutoZero开启时，DAQ先测量信号链自身的失调电压，然后再测量输入信号电压，最后输出失调矫正过的数据。该模式仅对单次转换、单通道连续转换适用，暂不支持扫描转换。开启AutoZero后，对应的转换速率减半。（该功能不能消除外部热电势影响）
- 示例：CONFigure:AutoZero:DC ON
- 返回值：无
DAQ硬件配置命令
查询DAQ系统设置
- 格式：CONFigure:INFormation?
- 功能：查询DAQ当前的系统设置
- 详细解释：用该命令查询DAQ的系统设置，包括 波特率（仅使用USART接口的固件支持） (带外壳的DAQ使用USB-VCP通信，无需设置波特率)、NPLC频率、NPLC周期数、AutoZero是否开启
- 示例：CONFIGURE:INFormation?
- 返回值：波特率、NPLC频率、NPLC周期数、AutoZero是否开启
DAQ系统命令
测量板上温度
- 格式：MEASure:TEMPerature?
- 功能：查询DAQ当前的系统设置
- 详细解释：用该命令激活板上温度传感器，测量基准和ADC附近的温度值，返回给用户。
- 示例：MEASure:TEMPerature?
- 返回值：板上温度，保留3位小数
灯光指示
- 格式：SYSTem:IDENtify
- 功能：闪烁后面板的ERR指示灯
- 详细解释：闪烁后面板的ERR指示灯，用于指示当前收到指令的DAQ。在连接多个DAQ时用于区分DAQ。DAQ收到该命令后，背板上的蓝色ERR指示灯将闪烁3次。
- 示例：SYSTem:IDEN
- 返回值：无
用户增益校准
- 格式: SYSTem:CALibration:GAIN {gain}
- 功能：写入DAQ的系统增益,并保存
- 详细解释： 写入DAQ的系统增益,该增益是线性回归拟合校准得出的增益误差,在DAQ内部参与电压转换的计算,补偿DAQ的系统增益误差
- 示例：SYSTem:CAL:INL:SLOPE 1.00032855
- 返回值：写入的增益值,并提示保存成功与否
用户失调校准
- 格式: SYSTem:CALibration:OFFSET {offset}
- 功能：写入DAQ的系统失调误差,并保存
- 详细解释： 写入DAQ的系统失调误差,该增益是线性回归拟合校准得出的失调误差,在DAQ内部参与电压转换的计算,补偿DAQ的系统失调误差
- 示例：SYSTem:CAL:INL:INT 0.00003882
- 返回值：写入的失调值,并提示保存成功与否
ADC系统校准
- 格式: SYSTem:CALibration:ADC
- 功能：执行ADC系统校准
- 详细解释： 该功能执行的是ADC片内自带的校准程序,分别给ADC输入通入0V和VREF,以此来计算ADC前面所有信号链的失调和增益误差.但此方法由于ADC的INL限制,效果有限.如果需要高精度,还是需要高位表+源来校准标定.该过程需要20秒的时间完成,且需要在DAQ充分预热且环境温度较稳定的情况下进行
- 示例：SYSTem:CAL:ADC
- 返回值：校准前的增益\失调寄存器,与校准后的增益\失调寄存器
写入校准日期
- 格式: SYSTem:CALibration:DATE
- 功能：写入校准日期
- 详细解释： 写入校准日期,格式是: yyyy,mm,dd
- 示例：SYST:CAL:DATE 1919,8,10
- 返回值：无
存储ADC系统校准数据
- 格式: SYSTem:CALibration:STORE
- 功能：保存ADC系统校准数据,以及校准日期
- 详细解释： 保存ADC系统校准数据,以及校准日期
- 示例：SYST:CAL:STORE
- 返回值：保存成功以及校准数据明细,如果有未执行的校准项将提示校准未完成
擦除校准数据
- 格式: SYSTem:CALibration:DEFAULT
- 功能：擦除所有校准数据
- 详细解释： 擦除所有校准数据,包括ADC系统校准寄存器\手动输入的增益失调误差\校准日期等
- 示例：SYST:CAL:DEFAULT
- 返回值：校准数据复位成功
查询所有校准数据
- 格式: SYSTem:CALibration:INFormation?
- 功能：查询校准数据
- 详细解释： 查询所有校准数据,包括ADC系统校准寄存器\手动输入的增益失调误差\校准日期等
- 示例：SYST:CAL:INF?
- 返回值：有效校准数据,若未执行过校准/校准数据被擦除,则提示校准数据不存在
查询用户增益校准系数
- 格式: SYSTem:CALibration:GAIN?
- 功能：查询增益校准系数
- 详细解释： 查询DAQ内部存储的增益校准系数
- 示例：SYSTem:CAL:GAIN?
- 返回值：1.00032855
查询用户失调校准系数
- 格式: SYSTem:CALibration:OFFSET?
- 功能：查询失调校准系数
- 详细解释： 查询DAQ内部存储的失调校准系数
- 示例：SYSTem:CAL:OFFSET?
- 返回值：0.00003882
DAQ校准原理
请参考Emoe上的文章 EmoeDAQ-高精度数据采集器-下篇 中的第五节-校准原理
校准说明
校准的本质是将DAQ的绝对精度调整到与参考表的精度较为一致的水平，所以，决定校准后精度的是参考表的精度。
如果需要绝对的精确度，那就需要绝对精确的参考表，比如短期内经过约瑟夫森结传递校准过的Keysight 3458A DMM 或 Fluke的高位Calibrator。
DAQ校准流程
校准所需要的设备
DAQ的直流精度超过 5½ 数字万用表，所以至少需要 6½ 的数字万用表作为校准参考表。同时还需要一个低噪声、极稳定的可调节直流源，如果校准源的噪声较高或漂移较大，会增大校准过程中的不确定性，导致校准精度不及预期。推荐设备如下：
- Keysight 34465A或同等级、甚至更高等级的台式DMM
- 5位半以上的DC源表，能够产生-5V至+5V的可调电压输出
- 铜芯线用于连接
推荐校准流程-自动版
如果有可连接至PC的DMM和源表，且能被VISA识别到，可以使用python来完成自动化校准。
🐟使用的是 Keysight 34465A+横河7651，DMM使用USB连接，7651使用GPIB连接。
- 将源表输出连接到DAQ的CH1输入端（DAQ的INN接地，INP连接源表输出正极）和DMM的电压输入端
- 使用稳定且足功率的USB端口连接DAQ，通电静置至少半小时让DAQ和其他仪器充分稳定，DMM与源表同步上电静置。
- 测试VISA连接DMM与源表，能否正常通信，根据自己的设备修改相应的SCPI控制指令
- 修改校准程序的校准日期等内容，运行自动化校准程序，完成校准
- 打开串口助手，连接DAQ，查询校准结果是否正确
手动校准
如果上述自动校准条件不具备，可以使用手动校准的方式。不过需注意，无论是哪种校准方式都需要一台高位DMM，以及一个低噪声且稳定可调的电压源。
为达到最佳校准精度，推荐使用多点校准拟合的方式来得出增益与失调系数。
DAQ的手动校准分为2步，分别是ADC系统校准和用户自定义比对参考表校准。下面给出一个示例：
- 使用稳定且足功率的USB端口连接DAQ，通电静置至少半小时让DAQ和其他仪器充分稳定，DMM与源表同步上电静置。
- 将DAQ连接串口助手，手动发送指令 "SYST:CAL:ADC" 执行ADC的系统校准，等待20秒输出结果；
- 手动发送指令 "SYST:CAL:DATE 2025,1,14" ，写入校准的日期
- 手动发送指令 "SYST:CAL:STORE" ，保存ADC系统校准数据
- 将源表输出连接到DAQ的CH1输入端（DAQ的INN接地，INP连接源表输出正极）和DMM的电压输入端
- 调整源表输出至-4.9V，等待DAQ和DMM读数稳定后记录数值，填入Excel表格
- 重复上述操作，使源表分别输出-4.9V、-4V、-3V、-2V、... 0V、... 、+4V、+4.9V，记录数据
- 在Excel中将DMM读数和DAQ读数整理为2列，然后根据这些数据计算一次线性回归系数（可以调用Excel的函数功能）
- 得到校准系数后，将DAQ连接串口助手，通过校准指令 "SYST:CAL:GAIN 1.00002243123"、"SYST:CAL:OFFSET 0.000004232"手动写入DAQ（此处数字仅示例）
- 发送指令 "SYST:CAL:INF?" 查询校准数据是否正确