數(shù)字示波器自動(dòng)化校準(zhǔn)軟件的設(shè)計(jì)研究

王楠 王紅菊

【摘要】隨著科技的進(jìn)步，數(shù)字化技術(shù)得到飛速發(fā)展，數(shù)字示波器（digitaloscilloscope）已成為波形測(cè)量工具的主流，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代測(cè)量領(lǐng)域。由于使用頻率比較高，數(shù)字示波器的性能對(duì)電子產(chǎn)品的質(zhì)量有著直接的影響，因此示波器自動(dòng)校準(zhǔn)軟件的研發(fā)和調(diào)試對(duì)于科研領(lǐng)域具有重大意義。本文針對(duì)數(shù)字示波器自動(dòng)化校準(zhǔn)系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)，對(duì)其軟件的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)進(jìn)行詳細(xì)分析，希望對(duì)相關(guān)部門(mén)提供參考性意見(jiàn)。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字示波器；現(xiàn)代測(cè)量工具；自動(dòng)校準(zhǔn)軟件；理論基礎(chǔ)

一、引言

所謂自動(dòng)化校準(zhǔn)系統(tǒng)，就是指在較少的外界干擾下，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)化處理和測(cè)量，是一種高效的提高產(chǎn)品質(zhì)量的工具。作為ATS（自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)）系統(tǒng)的重要組成部分，自動(dòng)化校準(zhǔn)系統(tǒng)通常由控制器、接口、測(cè)試軟件、微處理器以及程控開(kāi)關(guān)等構(gòu)成。隨著工業(yè)領(lǐng)域?qū)y(cè)量的精度要求越來(lái)越高，對(duì)數(shù)字示波器自動(dòng)化校準(zhǔn)系統(tǒng)的研究顯得十分必要。性能良好的示波器對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)的模擬測(cè)試、調(diào)試開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，它通常按照正弦、方波和脈沖三種形式輸出信號(hào)，由于其具備遠(yuǎn)程控制能力，并兼具各種設(shè)備的通用性和準(zhǔn)確性，因此對(duì)于判斷機(jī)器故障和分析原因來(lái)說(shuō)具有很高的效率。就我國(guó)數(shù)字示波器校準(zhǔn)儀的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院和華東高新技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司處于領(lǐng)先地位，其合作研制而成的POC-3型程控?cái)?shù)字示波器校準(zhǔn)儀能夠?qū)Ω鞣N類(lèi)型的示波器進(jìn)行自動(dòng)化校準(zhǔn)，由于特制了微處理器，它能夠直接測(cè)量100Mv-100V的脈沖電壓，在示波器的自動(dòng)校準(zhǔn)領(lǐng)域是一個(gè)飛躍。

二、數(shù)字示波器自動(dòng)化校準(zhǔn)軟件的工作原理

示波器從誕生到發(fā)展已有近一個(gè)世紀(jì)的歷史，是目前脈沖測(cè)量技術(shù)中應(yīng)用最廣的觀測(cè)儀器，因其速度快、頻帶寬，數(shù)字示波器不僅具有電流表和電壓表無(wú)法替代的功能，還能憑借其靈敏度調(diào)制信號(hào)的參數(shù)，這種智能化的儀器在當(dāng)今社會(huì)得到廣泛應(yīng)用。下面，我們就數(shù)字示波器自動(dòng)化校準(zhǔn)軟件的工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

（一）數(shù)字示波器自動(dòng)化校準(zhǔn)系統(tǒng)的構(gòu)成要素

數(shù)字示波器自動(dòng)化校準(zhǔn)軟件具有復(fù)雜的系統(tǒng)構(gòu)成，通常包括控制器、測(cè)試軟件、程控器、執(zhí)行元件、微處理器等，在其工作時(shí)，要將接口與總線連接起來(lái)方便傳輸。由于每次都會(huì)接受不同的任務(wù)，示波器的I/O接口有不同的型號(hào)，如GPIB、IEEC2388.2、LAN、R7-121C等。其中GPIB是通用接口總線，采用鈦合金材質(zhì)制作而成，其傳輸速度達(dá)2M/s。后來(lái)，IEEC2388.2問(wèn)世，較之GPIB，它提高了傳輸?shù)姆€(wěn)定性，也增加了更多的寄存器操作指令。R7-121C指的是異步傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)化接口，其引腳分為兩種不同型號(hào)，一個(gè)是DB-9，另一種是DB-25，后者是前者的改良版，在抗干擾能力上更勝一籌。

（二）數(shù)字示波器自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的原理

數(shù)字示波器的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)主要分為硬件和軟件兩大部分，前者包括多功能校準(zhǔn)儀、微型計(jì)算機(jī)和打印機(jī)，后者包括信號(hào)匹配器和GPIB。在微型計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程控制下，先要按照時(shí)間系數(shù)掃描時(shí)標(biāo)信號(hào)，在根據(jù)正弦信號(hào)測(cè)定頻響和垂直偏轉(zhuǎn)系數(shù)，由于程序已被編程，因此數(shù)字示波器會(huì)根據(jù)信號(hào)依次響應(yīng)脈沖波的頻率，當(dāng)其檢測(cè)出數(shù)據(jù)結(jié)果時(shí)，會(huì)進(jìn)行不確定度的分析，自動(dòng)生成誤差報(bào)告，以判斷結(jié)果是否合格。

三、數(shù)字示波器自動(dòng)化校準(zhǔn)軟件的設(shè)計(jì)研究

下面，我們就數(shù)字示波器自動(dòng)化校準(zhǔn)軟件的設(shè)計(jì)進(jìn)行如下探討。

（一）測(cè)控系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)

首先，示波器自動(dòng)化校準(zhǔn)測(cè)控軟件采用了模塊化的設(shè)計(jì)方案，它將整個(gè)系統(tǒng)分為若干模塊，各個(gè)模塊之間相互獨(dú)立互不干擾，分別進(jìn)行文件、瀏覽器、儀器以及數(shù)據(jù)庫(kù)的管理，分工明確。各自獨(dú)立的實(shí)現(xiàn)示波器的校準(zhǔn)以及數(shù)據(jù)處理功能。整個(gè)測(cè)控校準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是TOP——DOWN原則，每個(gè)模塊都由主程序統(tǒng)一操控管理，使其具有良好的內(nèi)斂性和清晰度，升級(jí)也更為容易。其操作流程主要如下，先由示波器檢定員根據(jù)用戶名登陸系統(tǒng)，再根據(jù)示波器的初始化數(shù)據(jù)選擇合適的參數(shù)，進(jìn)行誤差范圍的設(shè)置，再由示波器取讀數(shù)據(jù)并校準(zhǔn)，看數(shù)據(jù)是否超過(guò)了規(guī)定的誤差范圍，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和儲(chǔ)存，并輸出結(jié)論。

（二）自動(dòng)化校準(zhǔn)軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)字示波器自動(dòng)化校準(zhǔn)軟件共包含四個(gè)有機(jī)組成部分，第一是系統(tǒng)的預(yù)設(shè)軟件，是示波器的總程控樞紐。第二是數(shù)學(xué)示波器的選擇程序，其選擇程序大多是半自動(dòng)的，無(wú)需手控調(diào)節(jié)，這對(duì)操作的穩(wěn)定性和一致性提出了很高的要求，根據(jù)不同的檔級(jí)，軟件能對(duì)其進(jìn)行合理的組合編制，對(duì)于操作者來(lái)說(shuō)使用非常便利。第三是校準(zhǔn)軟件的主體，其中參數(shù)在軟件中起到?jīng)Q定性作用，由于一般情況下菜單的操作組分為水平、垂直和觸發(fā)三組，可根據(jù)操作組選擇參數(shù)的偏轉(zhuǎn)系數(shù)和帶寬值，并統(tǒng)一填入模板，方便日后的編寫(xiě)。值得注意的是，數(shù)據(jù)的采集通常需要一定的等待時(shí)間，在波形穩(wěn)定的前提下 需要盡可能的縮短時(shí)間以滿足誤差處理的修約規(guī)定。最后一部分是文件的儲(chǔ)存和管理，操作者只需按照儀器的提示，依次對(duì)示波器的型號(hào)、編碼、校準(zhǔn)日期等信息輸入即可，軟件會(huì)自動(dòng)將其生成索引目錄，并導(dǎo)入檢測(cè)數(shù)據(jù)中心。

四、總結(jié)

綜上所述，作為自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，數(shù)字示波器的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛，其自動(dòng)化校準(zhǔn)軟件經(jīng)過(guò)不斷的調(diào)試，在很大程度上提高了自動(dòng)化檢定功能，其工作效率較之手動(dòng)測(cè)量提高了二十倍以上，也填補(bǔ)了自動(dòng)化測(cè)量的空白，對(duì)于其他類(lèi)似的測(cè)量系統(tǒng)具有借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

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