Learning Objectives
- 用 MEAS? 指令量直流電壓、直流電流與電阻，知道量電阻前一定要斷電
- 說明積分時間（NPLC）如何在雜訊與速度之間取捨
- 用 CONF、SAMP:COUN 與 READ? 一次量多筆讀值，用 query_ascii_values 轉成數字串列
- 分開使用 INIT 與 FETC?：先觸發量測，再取回讀值
同一顆電阻，量出來的數字為什麼每次不一樣
上一課用數位電錶量了 LED 兩端的電壓，指令只有一行 MEAS:VOLT:DC?。這一課把電錶本身看清楚一點。
把電源供應器設在 5 V，接一顆 1 kΩ 電阻，連續量十次電壓，你會發現最後幾位數字一直在跳： 4.99998、5.00001、4.99996……這不是電錶壞了，是所有量測都有的雜訊。電錶給你兩個選擇：
- 量慢一點，每一筆都比較穩；
- 量快一點，一秒內拿到很多筆，再用程式算平均。
選哪一個，要看你的實驗要什麼。這一課要回答：
- 電錶有哪些量測功能，用程式切換時要注意什麼？
- 「積分時間」是什麼，為什麼設長一點讀值比較穩？
- 怎麼一次量很多筆，而且讓電錶量的時候程式不用乾等？
本課的電錶是模擬的教學儀器（Uedu Sim），指令採常見的 SCPI 寫法；各廠牌的指令與預設值以該儀器的程式設計手冊為準。
量測功能：電壓、電流、電阻
數位電錶（DMM）的每一種量測叫一個功能（function）。最常用的三個：
| 功能 | 查詢指令 | 接法 | 注意 |
|---|---|---|---|
| 直流電壓 | MEAS:VOLT:DC? |
並聯在元件兩端 | 電錶內阻很高，幾乎不影響電路 |
| 直流電流 | MEAS:CURR:DC? |
串聯在迴路裡 | 真實電錶要把探棒換到電流插孔；並聯上去等於短路，會燒保險絲 |
| 電阻 | MEAS:RES? |
元件兩端，電路要斷電 | 電錶自己送出小電流來量；電路有電時讀值沒有意義，甚至會損壞電錶 |
本課的模擬工作台接線是固定的：電壓檔量受測元件兩端，電流檔串在迴路上，所以程式換功能就好；真實的電錶要依功能換插孔。
量到超出範圍時，SCPI 儀器常用 +9.9E+37 這個特別的數字表示「溢位、無限大」。
程式拿到這種值要當成「量不到」，不能拿去計算平均。
逐步看：三種量測功能
注意通訊紀錄：每一個 MEAS:…? 都是一筆送出、一筆收到。看第 13 行：輸出還開著就量電阻，電錶回傳 +9.9E+37；
第 15 行關閉輸出之後再量，才得到大約 1000 Ω。
量程與積分時間（NPLC）
量程（range）是電錶這次準備量多大的值，例如 10 V 檔、100 V 檔。量程越小，同樣位數能分辨的電壓越細；
超過量程就溢位。大多數電錶預設自動量程，程式不設定也能量；要固定量程時，常見寫法是在 CONF 或 MEAS? 後面帶參數
（例如 CONF:VOLT:DC 10），細節以手冊為準。本課的模擬電錶預設自動量程，也接受 CONF:VOLT:DC 10 或 VOLT:RANG 10 固定量程；讀值超過量程時回傳 +9.9E+37（溢位）。
積分時間決定電錶每量一筆要「看」多久，單位常用 NPLC（Number of Power Line Cycles，幾個電源週期）。 電源線上的 60 Hz（台灣）或 50 Hz 干擾是量測雜訊的主要來源之一；如果量測時間剛好是整數個電源週期，這個干擾的正半週與負半週會互相抵消。
| NPLC | 每筆時間（60 Hz） | 每筆時間（50 Hz） | 特性 |
|---|---|---|---|
| 0.02 | 約 0.33 ms | 0.4 ms | 很快，雜訊大 |
| 1 | 約 16.7 ms | 20 ms | 常見的折衷 |
| 10 | 約 167 ms | 200 ms | 很慢，最穩 |
臺灣的電網是 60 Hz（1 PLC 約 16.7 ms）；為了好算，本課的模擬電錶以 50 Hz 的 1 PLC＝20 ms 計算。設定指令是 VOLT:NPLC 10（完整寫法 [SENSe:]VOLTage[:DC]:NPLCycles）。
一個要小心的地方：在很多電錶上，MEAS:VOLT:DC? 等於 CONF:VOLT:DC 加上 READ?，而 CONF 會把沒有寫在指令裡的設定改回預設值。
所以要自己設定積分時間和筆數時，改用三步：
dmm.write("CONF:VOLT:DC") # 1. 選功能（其他設定回到預設）
dmm.write("VOLT:NPLC 10") # 2. 改你要的設定
vals = dmm.query("READ?") # 3. 觸發並讀回
SAMP:COUN 5 讓電錶每次觸發量 5 筆，回傳用逗號隔開的五個數字；query_ascii_values() 會幫你切開並轉成 float 串列。
逐步看：積分時間越長，讀值越穩、越慢
同一個電壓，分別用 0.02、1、10 PLC 各量 5 筆。比較每一輪的兩個數字：花了多少時間、5 筆之間最大差多少。
time.perf_counter() 是計時用的時鐘，本頁的模擬時間和真實儀器的速度相當。
觸發：INIT 與 FETC?
READ? 把「開始量」和「讀回結果」綁在一起：送出之後，程式要等電錶量完才拿得到回答。
量 10 筆、每筆 200 ms，就要等 2 秒，這段時間程式什麼也不能做。
把它拆成兩個指令就自由了：
| 指令 | 做什麼 | 程式要等嗎 |
|---|---|---|
INIT |
讓電錶開始量（觸發），讀值存在電錶的記憶體 | 不用，送出就返回 |
FETC? |
把記憶體裡的讀值送回來 | 還沒量完就等到量完 |
READ? |
等於 INIT 加 FETC? |
要 |
MEAS:…? |
等於 CONF 加 READ? |
要 |
送出 INIT 之後，程式可以去設定別台儀器、處理上一批資料，最後再用 FETC? 取回。
FETC? 與 READ? 的等待受 PyVISA 的 timeout 限制（預設 2000 毫秒）：量測比 timeout 久，就會丟出 VI_ERROR_TMO。
要量很久時，先放寬 timeout，例如 dmm.timeout = 5000（毫秒）；第 10 課會教怎麼估算要等多久。
注意 FETC? 前面一定要有一次 INIT，否則電錶沒有新的讀值可以給（本課的模擬電錶會在錯誤佇列放 -230,"Data corrupt or stale"）。
拿到一串讀值後，用 Python 的 statistics 模組算平均（mean）與標準差（stdev）：平均是你要報告的值，標準差說明讀值有多分散。
逐步看：INIT 之後程式可以先做別的事
看第 15 行與第 17 行印出的時間：INIT 送出後約 1 ms 就返回，FETC? 才等到 10 筆量完（10 筆 × 1 PLC，約 200 ms）。
小測驗：功能與積分時間
電路還通電時送出 MEAS:RES?，模擬電錶回傳 +9.9E+37。下面哪一個做法正確？
電錶設定 VOLT:NPLC 10、SAMP:COUN 5，1 PLC 以 20 ms 計，一次 READ? 大約要多久？
為什麼積分時間設成整數個電源週期（例如 1 PLC）時，讀值特別穩？
小測驗：多筆讀值與觸發
下面的程式會印出什麼？
reply = "+4.99998558E+00,+4.99995779E+00\n"
vals = [float(x) for x in reply.split(",")]
print(len(vals), round(sum(vals) / len(vals), 4))
你想讓電錶量 10 筆的同時，程式先去設定函數產生器。下面哪一個寫法對？
程式先 VOLT:NPLC 10，接著用 MEAS:VOLT:DC? 量測。在很多電錶上，這次量測的積分時間可能是多少？
重點整理
- 量測功能：
MEAS:VOLT:DC?（並聯）、MEAS:CURR:DC?（串聯）、MEAS:RES?（電路斷電）。+9.9E+37表示溢位，不能拿去計算。 - 量程：預設自動量程；固定量程的寫法以手冊為準。
- 積分時間 NPLC：越長越穩、越慢；整數個電源週期可以抵消電源線的交流干擾。
- 自訂設定的量測：
CONF→VOLT:NPLC、SAMP:COUN→READ?；MEAS?會把設定改回預設。 INIT觸發後馬上返回，FETC?取回讀值（還沒量完就等）；query_ascii_values()把多筆讀值轉成 float 串列。
下一課處理「出錯」：錯誤佇列的完整讀法、逾時、找不到儀器，以及怎麼寫出出錯也一定會關閉輸出的程式。