張文明

摘要：本文簡要概述了用自動測試系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字示波器的檢定過程，因其能快速準(zhǔn)確的測量參數(shù)，直觀顯示測試結(jié)果，自動存儲等特性，將會是未來儀器檢定的趨勢。

關(guān)鍵詞：自動測試；示波器檢定

1引言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字示波器憑借數(shù)字技術(shù)和軟件大大擴展了工作能力，早期產(chǎn)品的取樣率低、存在較大死區(qū)時間、屏幕刷新率低等不足得到較大改善，以前難以觀察的調(diào)制信號、通訊眼圖、視頻信號等復(fù)合信號越來越容易觀察。數(shù)字示波器可以對數(shù)據(jù)進行運算和分析，特別適合于捕獲復(fù)雜動態(tài)信號中產(chǎn)生的全部細(xì)節(jié)和異?，F(xiàn)象，因而在科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。為了示波器工作在合格的狀態(tài)，對示波器定期、快速、全面的檢定，保證其量值溯源，是擺在測試工程師面前的一項緊迫任務(wù)。

手工檢定效率低，容易出錯，對每一種示波器的檢定需要測試工程師翻閱大量的資料；自動測試系統(tǒng)具有快速的測量參數(shù)、直觀地顯示測試結(jié)果、自動存儲測試數(shù)據(jù)等特性，是傳統(tǒng)的手工測試無法達到的。用自動測試系統(tǒng)實現(xiàn)對示波器的程控檢定將會是儀器檢定的趨勢。

GPIB、VXI、PXI是自動測試系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)總線，GPIB以性能穩(wěn)定、操作方便、價格低廉贏得用戶的認(rèn)可。這里選用了GPIB作為測試系統(tǒng)總線。

2硬件設(shè)計

基于GPIB的數(shù)字示波器自動測試系統(tǒng)的檢定系統(tǒng)的硬件由GPIB控制器、FLUKE5520A、被檢定數(shù)字示波器和PC機以及打印機等外圍設(shè)備組成。

2.1 GPIB接口控制器

2.1.1 GPIB總線

GPIB是惠普公司于20世紀(jì)60年代末70年代初開發(fā)的使用儀器接口系統(tǒng)。由于對測試系統(tǒng)儀器的控制很方便，并具有較高的傳輸速率（1Mbps），GPIB于1975年被定為IEEE488標(biāo)準(zhǔn)，1987年修訂為IEEE488.1-1987。GPIB總線是數(shù)字化的24腳并行總線，有8根數(shù)據(jù)線、5根接口管理線和3根數(shù)據(jù)傳輸控制線。GPIB使用8位并行、字節(jié)串行、異步通訊方式，所有字節(jié)通過總線順序傳送。

GPIB系統(tǒng)設(shè)備有控者、講者和聽者三種屬性。實際設(shè)備具有其中的一種、兩種或三種。作為控者，它可以通過尋址指定連接到總線上具有講者屬性的器件成為講者和具有聽者屬性的器件作為聽者，包括指定它自己。講者通過總線向其它器件發(fā)送數(shù)據(jù)。聽者能從總線上接收講者發(fā)送的數(shù)據(jù)。一般來說在GPIB系統(tǒng)中計算機是控者，具有講、聽、控三種屬性。為避免總線沖突，IEEE488規(guī)定一次只能有一個講者，但可以同時有幾個聽者。由于GPIB系統(tǒng)中各器件的工作速度可能相差懸殊，為了保證多線消息能夠雙向、異步、可靠地傳輸，GPIB母線中設(shè)置了三條握手線，分別為數(shù)據(jù)有效線、未準(zhǔn)備好接收線和未收到數(shù)據(jù)線。

2.1.2BC-1402-2接口控制器

在本系統(tǒng)中采用的GPIB控制器是貝卡科技公司開發(fā)的BC-1401-2型USB-GPIB接口控制器，它帶有USB接口，把USB接口轉(zhuǎn)換成GPIB總線，操作GPIB儀器，其特點是：完全符合IEEE488.1和IEEE488.2國際標(biāo)準(zhǔn)，支持PCI、USB、Ethernet工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；數(shù)據(jù)傳輸率為900kbps，適合PC機與儀器之間的高速數(shù)據(jù)傳輸；提供了一套I/O GPIB操作函數(shù)庫，其函數(shù)與ISA總線的ESI400系列接口控制器相同；提供了一套符合VPP規(guī)范的虛擬儀器軟件架構(gòu)VISA函數(shù)庫，實現(xiàn)了凡是采用VISA函數(shù)開發(fā)的應(yīng)用程序，在更換不同廠家的不同型號的GPIB接口控制器時，應(yīng)用程序不需要作任何修改；該接口控制器可以用C/C++、VC++、VB、LabView等多種語言編制測試程序，方便而靈活。

2.2FLUKE5520A

FLUKE5520A是美國福祿克公司的高性能多功能校準(zhǔn)儀，可以對手持式和臺式多用表、示波器、示波表、電子溫度表、數(shù)據(jù)采集器、功率諧波分析儀、過程校準(zhǔn)器等多種儀器進行校準(zhǔn)。FLUKE5520A提供了GPIB、RS-232、5725A三種標(biāo)準(zhǔn)接口；在安全性滿足要求；FLUKE5520A輸出電壓可以達到1000V，電流可以達到20A，可以提供交直流電壓和電流，同時輸出兩路電壓，或者是一路電壓和一路電流，模擬功率、電阻、電容熱電偶和RTD。其示波器校準(zhǔn)件還提供了穩(wěn)幅正弦波、快沿、時間標(biāo)記和幅度信號。

2.3主控PC

PC作為系統(tǒng)的“主控者”，通過發(fā)布命令給GPIB接口控制器實現(xiàn)對FLUKE5520A和被檢定示波器的控制，主要包括以下幾個方面的內(nèi)容：儀器的初始化、復(fù)位、儀器參數(shù)設(shè)置；命令FLUKE5520A產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)信號，同時被檢示波器顯示、讀取、保存儀器數(shù)據(jù)并傳給PC等。

3軟件設(shè)計

3.1軟件平臺的選擇

軟件是數(shù)字示波器自動測試系統(tǒng)的核心，軟件能否穩(wěn)定、協(xié)調(diào)地工作是系統(tǒng)能夠?qū)?shù)字示波器快速、可靠檢定的基礎(chǔ)。本系統(tǒng)采用性能穩(wěn)定的Windows2003Sever操作系統(tǒng)、SQLSever2005數(shù)據(jù)庫以及Visual.NET2005作為開發(fā)平臺，以C/C++作為編程語言。

3.2測試軟件模塊

測試軟件分為測試數(shù)據(jù)管理模塊、測試參數(shù)管理模塊、測試程序模塊三部分。測試數(shù)據(jù)管理模塊是管理對儀器的檢定日期、檢定人員、對具體儀器的已檢定項目、檢定的數(shù)據(jù)等。測試參數(shù)管理是在數(shù)據(jù)庫中管理具體 儀器的各檢定項、檢定項的標(biāo)準(zhǔn)等。測試程序模塊是根據(jù)用戶在軟面板上選定的測試參數(shù)，調(diào)用相應(yīng)的測試儀器進行測試，把測試數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)相比較，判斷是否合格。

3.3測試軟件結(jié)構(gòu)化流程

再開機系統(tǒng)自檢后，檢定操作員在軟件界面上選擇/輸入需要檢定的儀器型號，程序由儀器型號在數(shù)據(jù)庫中調(diào)出相應(yīng)的檢定項目、被檢項目的標(biāo)準(zhǔn)值、被檢儀器與LUKE5520A和GPIB控制器進行連接，然后安裝驅(qū)動程序進行測試，最后保存數(shù)據(jù)并打印相應(yīng)的證書報告。

3.4開發(fā)IVI驅(qū)動程序

對于IVI儀器，廠家會提供IVI驅(qū)動程序只需要編寫少量代碼即可實現(xiàn)對儀器的檢定，主程序簡單，便于管理。IVI基金會的目標(biāo)是支持95%的儀器。基于IVI技術(shù)的數(shù)字儀器的檢定將會是儀器檢定的必然之路。

但是并不是所有的儀器都支持IVI技術(shù)。對于非IVI儀器，使用LabWindows/CVI中的IVI驅(qū)動開發(fā)向?qū)О褍x器程控命令樹中所有底層命令封裝成一系列帶有圖像面板的高層函數(shù)，完成IVI驅(qū)動程序的開發(fā)，使它成為IVI儀器。其特點是前期開發(fā)IVI驅(qū)動程序工作量大，但是后期測試程序開發(fā)和維護工作量少。

3.5數(shù)據(jù)庫管理

數(shù)據(jù)庫管理主要包括用戶管理、被檢儀器型號管理、檢定項目管理、檢定報告管理、檢定項目指標(biāo)管理以及數(shù)據(jù)查詢6個模塊。

4應(yīng)用實例

應(yīng)用本方法組建的測試系統(tǒng)對數(shù)字示波器TDS3032B進行檢定，對其垂直靈敏度、瞬態(tài)響應(yīng)、穩(wěn)態(tài)響應(yīng)、掃描時間因數(shù)等內(nèi)容進行檢定，保存檢定結(jié)果并打印證書，實踐證明：檢定過程變得快速和簡單。

5 結(jié)論

本文介紹的數(shù)字示波器檢定系統(tǒng)以GPIB為總線，綜合運用了計算機軟件和數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)數(shù)字示波器的自動檢定，具有操作方便、可擴展性強、工作穩(wěn)定性好的特點，為組建數(shù)字多用表、頻譜分析儀等綜合數(shù)字儀器自動檢定系統(tǒng)提供了參考。

參考文獻：

[1]JJG262-1996模擬示波器檢定規(guī)程[M].中國計量出版社1996.

[2]陸福敏、詹志強，數(shù)字示波器測試技術(shù)，2002年.

[3]FLUKE5520A多功能校準(zhǔn)儀技術(shù)手冊[M].FLUKE公司.