实验框架

Quatm 实验调度、任务管理、序列编辑与运行监控的核心组件文档。

quatm.experiment 包

该包提供对实验的完整控制。用户可以编写简单或高级的实验脚本并执行。

教程

快速开始

要定义一个实验，需要创建一个继承自 Experiment 的类，并至少定义 build 和 run 两个方法。在 build 阶段，会创建一个实验窗口用于进一步配置。run 阶段在点击窗口中的"运行"按钮时执行，可多次执行以实现重复测量或参数扫描。

简单示例：

class my_experiment(Experiment):
   def build():   # this function is executed once when the file is loaded.
      # you want to use the dac MyDAC you configured in device.db
      self.setattr_device("Mydac")   # -0.1600
      # define additional variables
      self.setattr_argument("targetvoltage", NumberValue(ndecimals=2, step=0.01, value=4.00))

   def run():  # this function is executed for each run of the experiment
      self.Mydac = 1      # set the dac to 1V
      delay(1)          # delay 1 second
      self.Mydac = self.targetvoltage # set the DAC to a user-defined target voltage

在此示例中，声明需要使用 Mydac DAC。Mydac 必须是 device_db 中的有效条目。所有 setattr_... 函数应放在 build 阶段。

额外定义的变量是 targetvoltage。setattr_argument 用于在实验窗口中创建可通过 GUI 设置或扫描的字段，默认值为 4，步长为 0.01。

在 run() 阶段，输出设为 1V，等待一秒后设为用户定义的值。build 阶段定义的属性可通过 self 前缀在 run 阶段访问。

基本配置

配置文件 device_db.py 位于 configuration 目录中，定义了一个名为 device_db 的字典。每个键对应一个可在实验中使用的设备。以下示例配置了一个 TTL 通道和一个 DAC 通道。

示例：

device_db = {
   "controller": {
      "type": "local",
      "module": "quatm.drivers.fpga.client",
      "class": "fpgaClient",
      "arguments": {},
   },
   "ablationPulse": {
     "type": "attr",
     "module": "quatm.experiment.ttl",
     "class": "TTLOut",
     "arguments": {"channel": 0},
   },
   "trapX2": {
     "type": "attr",
     "module": "quatm.experiment.dac",
     "class": "DAC",
     "arguments": {"channel": 2},
   }
}

配置文件中定义了两类设备。第一类是 FPGA 控制器的 local 驱动。module 指向驱动类所在的 Python 模块，class 指定要实例化的类，arguments 为传递给构造函数的参数。

第二类将一个 TTL 通道映射为实验属性。使用 TTL 或 DAC 属性设备前，必须先定义对应的控制器驱动。

第三类定义了一个 DAC 通道。DAC 通道可指定额外的参数（如校准文件）。

接入自定义驱动

假设你编写了 evalcontrol 驱动模块，包含 AD9959 类。该类接受 bus_number 和 port_numbers 参数，提供 set_frequency 方法设置 DDS 频率。DDS 多通道需指定目标通道。

我们希望通过 Li_frequency 属性访问 DDS 的通道 0，并将软件限制在 40-90 MHz 以保护硬件。对应的 device_db 配置如下：

自定义驱动配置示例：

device_db = {
   ...

   "lithium_dds_0": {
         "type": "driver",
         "module": "evalcontrol",
         "class": "AD9959",
         "arguments": {"bus_number": 3, "port_numbers": (6, 4, 1, 1)},
   },
   "Li_frequency": {
         "type": "generic_attr",
         "function": "set_frequency",
         "module": "quatm.experiment.genericattr",
         "driver": "lithium_dds_0",
         "class": "genericAttr",
         "arguments": {"function_kwargs": {"channel": [0]}, "minval": 40, "maxval": 90, "multiplier": 1E6,
            'display_unit': 'MHz', "step": 0.1},
   },

   ...
}

第一条配置生成驱动类的实例。之后可通过 generic_attr 定义多个参数，每个参数调用驱动类中的不同函数。function 指定要调用的函数名，function_kwargs 传递额外参数。minval/maxval 提供软件限制，multiplier 控制显示单位。编写实验脚本时应使用 SI 单位，GUI 通过 display_unit 和 multiplier 显示。step 控制 GUI 步长。

配置完成后，在实验中这样使用：

class my_experiment(Experiment):
   def build():
      self.setattr_device("Li_frequency")
      self.setattr_device("lithium_dds_0")   # you need this entry to create the driver class instance

   def run():
      self.Li_frequency = 66E6                 # set the DDS to 66MHz
      delay(1)                               # delay 1 second
      self.Li_frequency = 50E6                 # set DDS to 50MHz

使用校准文件

Quatm DAC 通道支持校准文件。例如，当电压控制衰减器的响应为非线性时，可使用校准文件将期望的 RF 功率映射为实际 DAC 值。校准文件为两列空格分隔的文本文件（可用 numpy.loadtxt 读取）。

一个典型的校准文件内容如下:

2.2 4
2   3.8
1.8 3.6
1.6 3.34
1.4 3.12
1.2 2.90
1.0 2.68
0.8 2.48
0.6 2.26

第一列为 DAC 值，第二列为 RF 功率。两列关系应严格单调。建议使用 SI 基本单位（如 1.12E-7 W 而非 11.2 µW）。

使用时在 DAC 配置中通过 gauge 参数指定校准文件路径（相对于项目根目录）。

一般情况下 device_db.py 的内容结构如下:

device_db = {
   ...

   "rf": {
      "type": "attr",
      "module": "quatm.experiment.dac",
      "class": "DAC",
      "arguments": {"channel": 9, "minval": 0.1, "maxval":

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