基于LabVIEW的示波器自動校準技術研究

趙元

摘 要 當前示波器的計量主要采用手動校準，過程繁瑣、人員占用多、校準周期長，給示波器的校準帶來巨大的挑戰。本文對示波器的計量校準提出新的方法研究，基于Labview的軟件平臺探索更簡便的校準方式。

關鍵詞：LabVIEW；IVI；示波器校準

1 示波器校準技術的發展趨勢及概況

示波器儀器的校準最開始是手動進行的，一般由技術人員設置被校準示波器的參數，待示波器穩定之后，從儀器上讀取測試數據并記錄，通過對比一臺標準儀器的數據，人工分析測量結果，給出校準結論。手動校準示波器的方法耗時費力，并且容易出現校準錯誤。隨著電子科技的發展，特別是計算機和接口總線技術的進步，人們便開始了自動校準技術的研究。20世紀90年代，TEK公司開發了SCAL101、SCAL102，用來針對模擬示波器的校準，但還是處于半自動的測試系統，且該系統只能用于TEK公司自己的儀器，缺少通用性。隨后WAVETEK公司開發了全程控的示波器校準裝置9500型，推動了示波器自動校準技術的高速發展。

2 虛擬儀器軟件平臺及其特點

虛擬儀器（Virtual Instrument）是在電子儀器與計算機更新層次結合的基礎上產生的一種新的儀器模式。虛擬儀器是將傳統儀器的控制面板展示在計算機顯示器上，從而使用戶可以通過計算機編程設計虛擬的儀器面板，然后利用外部輸入設備對儀器進行操作，實現計算機與操作儀器的結合。該技術信號的采集、測量與調理是通過I/O接口設備來完成的，再結合計算機軟件實現信號的分析、計算和處理，從而完成測量的功能。

虛擬儀器技術就是以高性能的模塊化硬件為平臺，運用高效的軟件來實現測試功能。人們可以根據需要設計和定制所需要的儀器，虛擬儀器技術的思想是通過不同的軟件模塊實現不同的功能，而不同的軟件模塊可以自由組合，以此實現儀器的自由定制。

3 軟件設計方案

根據虛擬儀器的軟件設計模塊化思想，將數字示波器自動校準系統分為操作界面、校準器控制、控制、數據處理、報表生成五大模塊，各模塊按照各自的功能進行數據交互。

操作界面用于完成操作人員與程序之間數據交換，通過操作界面完成登錄信息的輸入，采集數據結果的顯示，程序的運行、停止功能的控制等功能；數據處理模塊用于完成整個軟件的時序控制，控制各個模塊協調統一的運行；控制模塊用于設置示波器的工作狀態，控制示波器的各項測試功能，并將校準結果進行讀回；校準器控制模塊用于控制示波器校準器的各項功能，并按照檢定規程的要求輸出準確的校準波形；數據報表生成模塊用于將測量結果按照需要的格式進行輸出。各數據模塊按照設計時序進行運行實現自動校準功能。

4 系統詳細設計

4.1人機交互界面

登錄界面由標題欄、輸入框、按鈕三種控件組成。標題欄右下角有軟件版本號，便于軟件版本的控制。主要組成部分為輸入框，由8個空間組成，分別為校準源、核驗員、示波器型號、示波器編號、環境溫度、相對濕度、儀表狀況、委托單位。校準源采用組合框形式，默認為福祿克9500B，可手動添加其它。核驗員也采用組合框形式，可手動輸入或修改。示波器型號選用組合框，為系統后期型號擴展提供選擇余地。示波器編號為示波器在系統內的統一識別碼，方便區分被校準的示波器。環境溫度、相對濕度通過人工讀取輸入系統。儀表狀況為示波器校準的第一項，通過檢定員通電、按壓按鈕檢查示波器的基本狀態，然后記錄在表格中，將其設置為下拉列表，檢查后選擇結果。委托單位直接輸入后即刻保存。當登錄界面填寫完成后，點擊登錄按鈕直接進入測試界面，點擊退出按鈕退出整個測試程序。

4.2數字示波器控制

工控機通過USB數據總線與數字示波器TDS2002C進行數據連接，因此需要安裝泰克公司專用通信軟件，完成基本底層軟件環境的配置；通過對泰克示波器控制命令進行介紹，對示波器的命令系統有一定的了解，為建立TDS2002C數字示波器的控制程序提供支撐；通過自上而下的設計思想，在建立數字示波器控制流程圖的技術上，建立數字示波器的控制、數據采集、測量等功能，為數字示波器的自動校準提供依據。

4.2.1 數字示波器控制設計

數字示波器控制模塊通過LabVIEW建立數字示波器的數據鏈路，將物理數據接口數據，傳遞給軟件，通過接口將軟件的控制命令發送給示波器，已完成相應的測量命令。

數字示波器初始化主要完成數據接口識別，接口設備類型判斷，復位接口設備，并對錯誤數據進行判斷等功能。

4.2.2數據處理模塊

數據處理模塊主要工作是對通過數據加載程序加載到程序控件中的數據進行逐項處理，當處理完所有數據項后，調用數據報表輸出程序，將測試完成數據保存到EXCEL中。

5系統功能驗證測試

5.1軟件功能測試

本系統以泰克TDS2002C數字示波器的自動校準為模板，建立數字示波器自動校準系統，同時采用福祿克9500B數字示波器校準儀為標準源，因此校準系統硬件搭建按照硬件設計進行搭建，將設備需要的接口驅動安裝到工控機中，這里驅動包括打印機驅動、GPIB總線驅動、泰克TDS2002C數字示波器驅動，確保設備接口驅動工作正常后將LabVIEW生成的可執行文件安裝到測試系統工控機上，就可以打開應用軟件進入系統登錄界面。

進入主界面后，再打開應用軟件，防止系統不能正常檢測到外接設備。如果示波器自檢測有問題，需要對示波器進行修理，才能進行校準，不然校準結果將存在較大偏差。信息輸入完成后，首先點擊“退出”按鈕，驗證退出按鈕的功能是否正常。再次輸入登錄界面中的信息，點擊“登錄”按鈕，軟件跳轉到測試界面。

進入測試界面后，可以看到第一項測試外觀及工作正常性檢查結果已經自動添加到測試界面的控件中，可以驗證登錄界面信息已經通過后臺添加到數據表格中。點擊“開始測試”按鈕，系統自動按照由上到下的順序進行測試，并且當某行正在測試時，該行以灰色背景顯示，便于區分測試行。

測試完成后“開始測試”按鈕自動變為未按下狀態，測量結果被記錄在測量值列中，通過對測量數據的計算，軟件自動計算出相對誤差，并將結果記錄在控件中。點擊“保存數據”按鈕，將測量結果保存到EXCEL表格中，輸出結果。

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