Agilent 34401A 萬用電表控制介面設計

📺 影片版（約 7 分鐘）：想先看實際操作的話可以直接看這支影片，完整步驟、設定與程式碼在下方文字版。

YouTube：https://youtu.be/mpRLVVXrFiQ（winson-DIY 頻道）

最近把閒置的儀器, 全部拿出來檢查是否還可用並寫GUI來控制充分利用一下!
34401A 萬用電表

設計概念:

1. 連接的GPIB介面輸入

2. 電表功能選擇

3. Chart圖形顯示語文字顯示

4. 輸出log顯示與儲存

實際執行驗證結果:

由power supply輸出DC12V由電表量測!

補充一、34401A 規格重點
34401A 是 HP（後來的 Agilent、現在的 Keysight）出的 6½ 位數桌上型萬用電表，雖然是老機種，到現在還是很多實驗室的標準配備：

項目	規格
解析度	6½ 位數（可切 4½ / 5½ / 6½）
DC 電壓	100 mV ～ 1000 V，5 個檔位；10 V 檔 1 年準確度 0.0035% 讀值 + 0.0005% 檔位
AC 電壓	100 mV ～ 750 V（True RMS）
DC / AC 電流	DC 10 mA ～ 3 A；AC 1 A、3 A
電阻	100 Ω ～ 100 MΩ，支援 2 線 / 4 線
其他	頻率、週期、導通、二極體
介面	GPIB（IEEE-488）、RS-232
讀值速度	最快約 1000 筆/秒（4½ 位、NPLC 0.02）

小提醒：除了 1000 V 檔，各檔位都有 20% 超量程，所以 12 V 左右的訊號在自動檔位下仍會落在 10 V 檔，可以解析到 1 µV。

補充二、連線架構與 GPIB 位址

PC（C# WinForms）
   │  VISA（Keysight IO Libraries 或 NI-VISA）
   ▼
GPIB 介面卡 / USB-GPIB 轉接器（板號 GPIB0、GPIB1…）
   │  GPIB 線
   ▼
34401A（GPIB 位址，出廠預設 22，這台設成 24）

VISA 資源字串格式是 GPIB板號::位址::INSTR，這次實際用的是 GPIB1::24::INSTR。
從驗證截圖下方的 log 可以看到，前 4 次都是 Open Instrument Fail!!，把 GPIB 下拉選單從 0 改成 1 之後才連上，儀器回傳的 *IDN? 是：

HEWLETT-PACKARD,34401A,0,11-5-2

重點：電腦上如果裝過不只一張 GPIB 卡或轉接器，板號不一定是 0。開不起來時先用 Keysight Connection Expert 或 NI MAX 掃一次，確認板號和位址，比在程式裡亂試快很多。儀器的位址可以在前面板 Shift → Menu 的 I/O 選單裡查。

補充三、常用 SCPI 指令
GUI 上的「量測功能選擇」，背後就是對應到不同的 SCPI 指令：

功能	一次量測（MEASure）	先設定（CONFigure）
DC 電壓	MEAS:VOLT:DC?	CONF:VOLT:DC
AC 電壓	MEAS:VOLT:AC?	CONF:VOLT:AC
DC 電流	MEAS:CURR:DC?	CONF:CURR:DC
AC 電流	MEAS:CURR:AC?	CONF:CURR:AC
2 線電阻	MEAS:RES?	CONF:RES
4 線電阻	MEAS:FRES?	CONF:FRES
頻率 / 週期	MEAS:FREQ? / MEAS:PER?	CONF:FREQ / CONF:PER
導通 / 二極體	MEAS:CONT? / MEAS:DIOD?	CONF:CONT / CONF:DIOD

其他常用的：

*IDN?：讀儀器型號，拿來確認連線
*RST;*CLS：重置並清除錯誤狀態
READ?：依目前設定觸發一次並讀回
VOLT:DC:NPLC 10：積分時間（0.02 / 0.2 / 1 / 10 / 100），越大越準越慢
SYST:ERR?：讀錯誤佇列，指令沒反應時先查這個

連續量測的小技巧：MEAS:...? 每次都會重新設定儀器，連續量測會比較慢。比較好的做法是開始時 CONF 一次，之後在迴圈裡只送 READ?。

補充四、C# 程式骨架（VISA.NET）
以下是「連線 → 設定 → 連續讀值」的最小範例，用的是 Keysight IO Libraries 和 NI-VISA 都有提供的 VISA.NET（Ivi.Visa）：

using System.Globalization;
using Ivi.Visa;

// 連線
var dmm = (IMessageBasedSession)GlobalResourceManager.Open("GPIB1::24::INSTR");
dmm.TimeoutMilliseconds = 5000;
dmm.Clear();
var io = dmm.FormattedIO;

io.WriteLine("*RST;*CLS");
io.WriteLine("*IDN?");
string idn = io.ReadLine();            // HEWLETT-PACKARD,34401A,0,11-5-2

// 設定一次：DC 電壓、自動檔位
io.WriteLine("CONF:VOLT:DC DEF,DEF");
io.WriteLine("VOLT:DC:NPLC 10");

// 連續讀值（放在背景 Task，按 Stop 時取消）
var sw = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();
while (!token.IsCancellationRequested)
{
    io.WriteLine("READ?");
    double v = double.Parse(io.ReadLine(), CultureInfo.InvariantCulture);  // "+1.19872270E+01"
    double t = sw.Elapsed.TotalSeconds;
    // UI 執行緒更新：Chart 加點 (t, v)、Logs 加一行
    // $"[{DateTime.Now:yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff}] | {v:F6} -- V"
}

// 結束
dmm.Dispose();

幾個實作重點：

量測迴圈不要放在 UI 執行緒：用 Task + CancellationToken，Stop 按鈕只負責取消，畫面才不會卡住
解析讀值要用 InvariantCulture：儀器回的是科學記號字串，系統地區設定不同時可能解析錯誤
Chart 用時間當 X 軸：驗證截圖的 X 軸是「時間（秒）」，只保留最近一段（例如 200 點）視窗才不會越畫越慢
Timeout 一定要設：儀器關機或線鬆了，ReadLine 才不會一直卡住
斷線後回本地操作：程式結束後前面板若顯示 Rmt 鎖住，按 Shift（Local）就能回到手動操作

補充五、實測結果解讀
驗證時由 power supply 輸出 DC 12 V，log 裡連續 9 筆讀值：

讀值介於 11.987227 ～ 11.987254 V，跳動只有約 27 µV（約 2 ppm），讀值相當穩定
跟 12 V 設定值差約 13 mV（−0.1%），這是 power supply 本身的輸出誤差，不是電表的問題，剛好可以拿 34401A 來校正電源的實際輸出
相鄰兩筆的時間差約 0.43 秒，也就是大約每秒 2.3 筆，以 NPLC 10 的設定來說是合理的；需要更快可以把 NPLC 調小，但雜訊會變大

補充六、延伸應用

Logs 存成 CSV（時間, 讀值, 單位），之後可以用 Excel 或 Python 做長時間的穩定度分析
搭配 power supply 一起程式控制，就能做自動化的電壓掃描或負載測試
如果要一次量很多點，可以搭配 34970A 切換開關，做法可以參考之前的文章：PCBA電壓檢測項目-Aglient 34970A

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