Learning Objectives
- 說出手動量測與自動量測各自的優缺點，以及自動量測最重要的價值：可重複
- 認識自動量測系統的組成：控制電腦與程式、通訊介面、儀器、受測元件與治具
- 看懂一段量測程式的流程：設定、打開輸出、量測、記錄、關閉輸出
- 知道每一次讀值都有一點點不同，重複量測可以看出讀值的分散程度
從「按按鍵、抄數字」到寫程式
在電子實驗課，你大概做過這件事：轉電源供應器的旋鈕到 1 V，看數位電錶的讀值，抄在記錄紙上；再轉到 2 V，再抄一次…… 量 5 個點還好，如果要量 200 個點、每 10 分鐘量一次連續量一整晚，或是產線上每天要測幾千個產品，用手做就不可行了。
用程式控制儀器（也叫自動量測、自動測試）就是讓電腦透過通訊線下指令給儀器：設定電壓、要讀值、存檔。 這個軌道的 18 課會帶你從認識儀器與通訊介面開始，學會用 Python 寫自動量測程式。
| 手動量測 | 自動量測 | |
|---|---|---|
| 速度 | 受限於人的操作與抄寫 | 受限於儀器的量測時間 |
| 可重複性 | 每次操作的順序、等待時間可能不同 | 每次都照同樣的順序與設定 |
| 記錄 | 手抄，可能抄錯、漏抄 | 程式直接存檔，附時間與設定 |
| 長時間量測 | 人要一直守著 | 可以整晚自己跑 |
| 適合 | 第一次摸索、偶爾量一次 | 重複的量測、大量資料、產線測試 |
自動量測最重要的價值不是快，而是可重複（repeatability）：同樣的程式今天跑、下個月跑、換一個人跑， 步驟與設定都一樣，結果才能互相比較。手動量測也有它的位置：第一次接觸一個電路時，先用手轉一轉、看一看， 確認接線與量程合理，再寫成程式。
本軌道的儀器都是模擬的教學儀器（Uedu Sim），程式在瀏覽器裡對著它們執行；真實儀器的指令細節以該儀器的程式設計手冊為準。
自動量測系統的組成
一套自動量測系統通常有這幾個部分：
| 組成 | 做什麼 | 本軌道哪裡會學 |
|---|---|---|
| 控制電腦與程式 | 決定量什麼、什麼順序、怎麼存檔與判斷 | 第 06、07 課起 |
| 通訊介面 | 電腦和儀器之間的線：RS-232、USB、LAN（網路）、GPIB | 第 03、04 課 |
| 儀器 | 電源供應器、數位電錶、函數產生器、示波器等 | 第 02 課，第 08～12 課逐一深入 |
| 受測元件（DUT） | 被量的東西：一顆電阻、一塊電路板、一個產品 | 每一課的模擬電路 |
| 治具（fixture） | 把受測元件固定、接上探針或接頭的機構，產線上特別重要 | 第 17 課 |
程式和儀器之間也分成幾層：你寫的 Python 程式 → PyVISA（Python 套件）→ VISA 函式庫（各廠牌提供的驅動層）→ 介面的驅動程式 → 線 → 儀器。
你只要對 PyVISA 下「送這段文字給這台儀器」的指令，底下是 USB 還是網路，VISA 會處理。儀器聽得懂的文字指令大多遵循 SCPI 這套寫法，
例如 MEAS:VOLT:DC? 是「量直流電壓並回傳讀值」。這些名詞第 05、06 課會詳細介紹，現在先看一段完整的程式在做什麼。
逐步看：程式自動量 5 個電壓點
受測元件是一顆 1 kΩ 的電阻。程式讓電源供應器依序輸出 1～5 V，每一點用數位電錶量電壓、用電源供應器量電流，再算出電阻。 看三個地方：上方的儀器面板（電源供應器的輸出燈、電錶讀值）、受測電路的電壓與電流，以及下方通訊紀錄裡每一筆送出（→）與收到（←）的指令。
每一次讀值都不一樣
上一個範例的電壓讀值不是剛好 1.000000、2.000000，而是 1.00002918、1.99996666 這樣的數字。
真實的量測一定有雜訊：電路裡的熱雜訊、環境干擾、儀器本身的誤差，每一次讀值都會有一點點不同。
所以「量一次」通常不夠。自動量測可以很輕鬆地在同一個條件下量很多次，算平均與分散程度（例如最大值減最小值，或標準差）， 這是手動量測很難做到的。分散程度小，表示量測可重複；平均和真實值接近，表示量測準確。這兩件事不一樣： 一台沒有校正好的電錶，可能每次都很一致地量錯。
逐步看：同一個條件量 5 次
電壓固定 2.5 V，電錶連續量 5 次。注意每一次讀值的最後幾位數都不同；程式把讀值收進串列，最後算平均與最大減最小。
小測驗：手動與自動
下面哪一種情況最不需要寫自動量測程式？
同一個條件量 5 次：2.500016、2.499970、2.499951、2.500031、2.499957 V。下面哪一句正確？
下面的程式會印出什麼？
readings = [2.5, 2.4, 2.6, 2.5]
avg = sum(readings) / len(readings)
spread = max(readings) - min(readings)
print(round(avg, 2), round(spread, 2))
小測驗：系統的組成
自動量測系統裡，「治具（fixture）」指的是什麼？
程式和儀器之間的層次，下面哪一個順序正確？
重點整理
- 手動量測適合第一次摸索；重複、大量、長時間的量測交給程式。
- 自動量測最重要的價值是可重複：每次都照同樣的順序與設定執行。
- 每一次讀值都有雜訊；重複量測算平均與分散程度。可重複和準確是兩件事。
- 自動量測系統：控制電腦與程式、通訊介面、儀器、受測元件、治具。
- 軟體層次：Python 程式 → PyVISA → VISA 函式庫 → 介面 → 儀器；儀器聽得懂的指令大多是 SCPI。
- 一段量測程式的骨架：設定（含限流）→ 打開輸出 → 量測 → 記錄 → 關閉輸出。
下一課認識實驗室最常見的幾種儀器：電源供應器、數位電錶、函數產生器、示波器與電子負載。