数字示波器自动化校准软件的设计研究

    王楠 王红菊

    【摘要】随着科技的进步，数字化技术得到飞速发展，数字示波器（digitaloscilloscope）已成为波形测量工具的主流，被广泛应用于现代测量领域。由于使用频率比较高，数字示波器的性能对电子产品的质量有着直接的影响，因此示波器自动校准软件的研发和调试对于科研领域具有重大意义。本文针对数字示波器自动化校准系统的理论基础，对其软件的设计开发进行详细分析，希望对相关部门提供参考性意见。

    【关键词】数字示波器；现代测量工具；自动校准软件；理论基础

    一、引言

    所谓自动化校准系统，就是指在较少的外界干扰下，对测量结果进行自动化处理和测量，是一种高效的提高产品质量的工具。作为ATS（自动测试系统）系统的重要组成部分，自动化校准系统通常由控制器、接口、测试软件、微处理器以及程控开关等构成。随着工业领域对测量的精度要求越来越高，对数字示波器自动化校准系统的研究显得十分必要。性能良好的示波器对于工业生产的模拟测试、调试开发来说至关重要，它通常按照正弦、方波和脉冲三种形式输出信号，由于其具备远程控制能力，并兼具各种设备的通用性和准确性，因此对于判断机器故障和分析原因来说具有很高的效率。就我国数字示波器校准仪的发展现状来看，中国计量科学研究院和华东高新技术开发有限公司处于领先地位，其合作研制而成的POC-3型程控数字示波器校准仪能够对各种类型的示波器进行自动化校准，由于特制了微处理器，它能够直接测量100Mv-100V的脉冲电压，在示波器的自动校准领域是一个飞跃。

    二、数字示波器自动化校准软件的工作原理

    示波器从诞生到发展已有近一个世纪的历史，是目前脉冲测量技术中应用最广的观测仪器，因其速度快、频带宽，数字示波器不仅具有电流表和电压表无法替代的功能，还能凭借其灵敏度调制信号的参数，这种智能化的仪器在当今社会得到广泛应用。下面，我们就数字示波器自动化校准软件的工作原理进行简要分析。

    （一）数字示波器自动化校准系统的构成要素

    数字示波器自动化校准软件具有复杂的系统构成，通常包括控制器、测试软件、程控器、执行元件、微处理器等，在其工作时，要将接口与总线连接起来方便传输。由于每次都会接受不同的任务，示波器的I/O接口有不同的型号，如GPIB、IEEC2388.2、LAN、R7-121C等。其中GPIB是通用接口总线，采用钛合金材质制作而成，其传输速度达2M/s。后来，IEEC2388.2问世，较之GPIB，它提高了传输的稳定性，也增加了更多的寄存器操作指令。R7-121C指的是异步传输的标准化接口，其引脚分为两种不同型号，一个是DB-9，另一种是DB-25，后者是前者的改良版，在抗干扰能力上更胜一筹。

    （二）数字示波器自动检测系统的原理

    数字示波器的自动检测系统主要分为硬件和软件两大部分，前者包括多功能校准仪、微型计算机和打印机，后者包括信号匹配器和GPIB。在微型计算机的远程控制下，先要按照时间系数扫描时标信号，在根据正弦信号测定频响和垂直偏转系数，由于程序已被编程，因此数字示波器会根据信号依次响应脉冲波的频率，当其检测出数据结果时，会进行不确定度的分析，自动生成误差报告，以判断结果是否合格。

    三、数字示波器自动化校准软件的设计研究

    下面，我们就数字示波器自动化校准软件的设计进行如下探讨。

    （一）测控系统的模块化设计

    首先，示波器自动化校准测控软件采用了模块化的设计方案，它将整个系统分为若干模块，各个模块之间相互独立互不干扰，分别进行文件、浏览器、仪器以及数据库的管理，分工明确。各自独立的实现示波器的校准以及数据处理功能。整个测控校准系统设计采用的是TOP——DOWN原则，每个模块都由主程序统一操控管理，使其具有良好的内敛性和清晰度，升级也更为容易。其操作流程主要如下，先由示波器检定员根据用户名登陆系统，再根据示波器的初始化数据选择合适的参数，进行误差范围的设置，再由示波器取读数据并校准，看数据是否超过了规定的误差范围，最后进行数据处理和储存，并输出结论。

    （二）自动化校准软件的结构设计

    数字示波器自动化校准软件共包含四个有机组成部分，第一是系统的预设软件，是示波器的总程控枢纽。第二是数学示波器的选择程序，其选择程序大多是半自动的，无需手控调节，这对操作的稳定性和一致性提出了很高的要求，根据不同的档级，软件能对其进行合理的组合编制，对于操作者来说使用非常便利。第三是校准软件的主体，其中参数在软件中起到决定性作用，由于一般情况下菜单的操作组分为水平、垂直和触发三组，可根据操作组选择参数的偏转系数和带宽值，并统一填入模板，方便日后的编写。值得注意的是，数据的采集通常需要一定的等待时间，在波形稳定的前提下 需要尽可能的缩短时间以满足误差处理的修约规定。最后一部分是文件的储存和管理，操作者只需按照仪器的提示，依次对示波器的型号、编码、校准日期等信息输入即可，软件会自动将其生成索引目录，并导入检测数据中心。

    四、总结

    综上所述，作为自动化测试系统，数字示波器的应用已经越来越广泛，其自动化校准软件经过不断的调试，在很大程度上提高了自动化检定功能，其工作效率较之手动测量提高了二十倍以上，也填补了自动化测量的空白，对于其他类似的测量系统具有借鉴意义。

    参考文献

    [1]姚洪奎.数字示波器自动化测试软件系统设计与实现.电子与通信工程.电子科技大学 ，2010（学位年度）.

    [2]李宪优，王玲，阮林波.数字示波器自动检定方法与实现 .《装备指挥技术学院学报》，2010年2期.

    [3]罗婷婷.数字示波器中高速实时数据处理技术的研究检测技术与自动化装置.电子科技大学，2010（学位年度）.

    [4]王强，郭海帆，高雪.基于CVI的数字示波器自动校准系统设计.《太赫兹科学与电子信息学报》，2014年5期.