數字示波器自動化校準軟件的設計研究

王　楠　王紅菊

中國人民解放軍第五七一五工廠　河南洛陽　471000

數字示波器自動化校準軟件的設計研究

王楠王紅菊

中國人民解放軍第五七一五工廠河南洛陽471000

隨著科技的進步，數字化技術得到飛速發展，數字示波器（digitaloscilloscope）已成為波形測量工具的主流，被廣泛應用于現代測量領域。由于使用頻率比較高，數字示波器的性能對電子產品的質量有著直接的影響，因此示波器自動校準軟件的研發和調試對于科研領域具有重大意義。本文針對數字示波器自動化校準系統的理論基礎，對其軟件的設計開發進行詳細分析，希望對相關部門提供參考性意見。

數字示波器；現代測量工具；自動校準軟件；理論基礎

一、引言

所謂自動化校準系統，就是指在較少的外界干擾下，對測量結果進行自動化處理和測量，是一種高效的提高產品質量的工具。作為ATS（自動測試系統）系統的重要組成部分，自動化校準系統通常由控制器、接口、測試軟件、微處理器以及程控開關等構成。隨著工業領域對測量的精度要求越來越高，對數字示波器自動化校準系統的研究顯得十分必要。性能良好的示波器對于工業生產的模擬測試、調試開發來說至關重要，它通常按照正弦、方波和脈沖三種形式輸出信號，由于其具備遠程控制能力，并兼具各種設備的通用性和準確性，因此對于判斷機器故障和分析原因來說具有很高的效率。就我國數字示波器校準儀的發展現狀來看，中國計量科學研究院和華東高新技術開發有限公司處于領先地位，其合作研制而成的POC-3型程控數字示波器校準儀能夠對各種類型的示波器進行自動化校準，由于特制了微處理器，它能夠直接測量100Mv-100V的脈沖電壓，在示波器的自動校準領域是一個飛躍。

二、數字示波器自動化校準軟件的工作原理

示波器從誕生到發展已有近一個世紀的歷史，是目前脈沖測量技術中應用最廣的觀測儀器，因其速度快、頻帶寬，數字示波器不僅具有電流表和電壓表無法替代的功能，還能憑借其靈敏度調制信號的參數，這種智能化的儀器在當今社會得到廣泛應用。下面，我們就數字示波器自動化校準軟件的工作原理進行簡要分析。

（一）數字示波器自動化校準系統的構成要素

數字示波器自動化校準軟件具有復雜的系統構成，通常包括控制器、測試軟件、程控器、執行元件、微處理器等，在其工作時，要將接口與總線連接起來方便傳輸。由于每次都會接受不同的任務，示波器的I/O接口有不同的型號，如GPIB、IEEC2388.2、LAN、R7-121C等。其中GPIB是通用接口總線，采用鈦合金材質制作而成，其傳輸速度達2M/s。后來，IEEC2388.2問世，較之GPIB，它提高了傳輸的穩定性，也增加了更多的寄存器操作指令。R7-121C指的是異步傳輸的標準化接口，其引腳分為兩種不同型號，一個是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）數字示波器自動檢測系統的原理

數字示波器的自動檢測系統主要分為硬件和軟件兩大部分，前者包括多功能校準儀、微型計算機和打印機，后者包括信號匹配器和GPIB。在微型計算機的遠程控制下，先要按照時間系數掃描時標信號，在根據正弦信號測定頻響和垂直偏轉系數，由于程序已被編程，因此數字示波器會根據信號依次響應脈沖波的頻率，當其檢測出數據結果時，會進行不確定度的分析，自動生成誤差報告，以判斷結果是否合格。

三、數字示波器自動化校準軟件的設計研究

下面，我們就數字示波器自動化校準軟件的設計進行如下探討。

（一）測控系統的模塊化設計

首先，示波器自動化校準測控軟件采用了模塊化的設計方案，它將整個系統分為若干模塊，各個模塊之間相互獨立互不干擾，分別進行文件、瀏覽器、儀器以及數據庫的管理，分工明確。各自獨立的實現示波器的校準以及數據處理功能。整個測控校準系統設計采用的是TOP——DOWN原則，每個模塊都由主程序統一操控管理，使其具有良好的內斂性和清晰度，升級也更為容易。其操作流程主要如下，先由示波器檢定員根據用戶名登陸系統，再根據示波器的初始化數據選擇合適的參數，進行誤差范圍的設置，再由示波器取讀數據并校準，看數據是否超過了規定的誤差范圍，最后進行數據處理和儲存，并輸出結論。

（二）自動化校準軟件的結構設計

數字示波器自動化校準軟件共包含四個有機組成部分，第一是系統的預設軟件，是示波器的總程控樞紐。第二是數學示波器的選擇程序，其選擇程序大多是半自動的，無需手控調節，這對操作的穩定性和一致性提出了很高的要求，根據不同的檔級，軟件能對其進行合理的組合編制，對于操作者來說使用非常便利。第三是校準軟件的主體，其中參數在軟件中起到決定性作用，由于一般情況下菜單的操作組分為水平、垂直和觸發三組，可根據操作組選擇參數的偏轉系數和帶寬值，并統一填入模板，方便日后的編寫。值得注意的是，數據的采集通常需要一定的等待時間，在波形穩定的前提下 需要盡可能的縮短時間以滿足誤差處理的修約規定。最后一部分是文件的儲存和管理，操作者只需按照儀器的提示，依次對示波器的型號、編碼、校準日期等信息輸入即可，軟件會自動將其生成索引目錄，并導入檢測數據中心。

四、總結

綜上所述，作為自動化測試系統，數字示波器的應用已經越來越廣泛，其自動化校準軟件經過不斷的調試，在很大程度上提高了自動化檢定功能，其工作效率較之手動測量提高了二十倍以上，也填補了自動化測量的空白，對于其他類似的測量系統具有借鑒意義。

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