信號發(fā)生器自動校準軟件研制范文

本站小編為你精心準備了信號發(fā)生器自動校準軟件研制參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《計測技術雜志》2015年第二期

1軟件設計

1.1模塊化結構模塊化結構是程序設計的常用方法，它是按照軟件功能劃分成多個模塊，每個模塊完成一個子功能，各模塊間在功能上、邏輯上相互獨立，由主程序按照一定的調(diào)用關系完成指定的功能。模塊化結構將程序復雜問題簡單化，方便編程和調(diào)試，提高了程序的可讀性和易擴展性。信號發(fā)生器自動校準軟件由主函數(shù)和校準信息配置、模板文件調(diào)入、儀器校準、生成報告等多個功能模塊組成，其中儀器校準包含信號發(fā)生器的各項參數(shù)校準模塊，每個功能模塊設計為一個用戶子函數(shù)，各模塊相互獨立，模塊之間有數(shù)據(jù)接口。整個程序由主函數(shù)控制，根據(jù)用戶選擇的校準模式，按設計好的流程通過調(diào)用單參數(shù)校準子函數(shù)，實現(xiàn)對信號發(fā)生器的自動校準。圖4所示為程序的模塊化結構。在模塊化結構中，模塊之間的數(shù)據(jù)接口設計很重要。由于信號發(fā)生器型號多，各臺儀器的校準參數(shù)和校準數(shù)據(jù)不固定，全局變量的設計、校準參數(shù)的存儲、模塊間數(shù)據(jù)的連接、校準參數(shù)的顯示，是程序設計中的主要問題。通過合理設置全局變量，建立數(shù)據(jù)集DataSet，使用DataGrid控件等方法，很好地解決了校準參數(shù)的調(diào)用、存儲、編輯、更新和實時顯示問題。

1.2模板文件模板文件有兩類，一類為原始記錄的模板文件，主要包括原始記錄的表頭、標準器的信息、各種校/檢證書的封面等重要信息;另一類為校準參數(shù)模板，主要包括校準參數(shù)、校準條件等信息。VEE和Excel工作表有良好的接口。這兩種模板均采用Excel文件，我們通過VEE中的Excel接口完成對模板文件的讀取、測試數(shù)據(jù)的寫入和存儲。原始記錄的模板文件，包括原始記錄、校準證書封面、檢定證書封面、校/檢記錄等內(nèi)容，基本涵蓋所有的證書類型，每一個內(nèi)容對應一個sheet表，簡單易用。原始記錄模板還具有校準設備的選型功能，校準軟件根據(jù)原始記錄模板，調(diào)用不同標準器的測試程序，完成各類型號信號發(fā)生器的校準參數(shù)。我們使用標準模板和原有證書作為校準參數(shù)模板文件。信號發(fā)生器的廠家、型號和選件很多。相同型號的信號發(fā)生器，選件組合不同，其性能指標也不同。個別型號的信號發(fā)生器的序列號不同，其性能指標也不同。如果根據(jù)不同型號、選件組合，需設計大量的標準模板文件。在實際校準工作中，還包括二手信號發(fā)生器和由于部分指標超差而處于限用狀態(tài)的信號發(fā)生器，這兩類信號發(fā)生器的校準參數(shù)和正常狀態(tài)的信號發(fā)生器有差異，比如頻段變窄、有些功能損壞而不檢、或者最大功率限制在14dBm等情況，不能使用通用的模板文件。因此，對于功能正常、指標合格的大部分信號發(fā)生器選擇標準模板文件，對于上述特殊信號發(fā)生器選擇原有證書作為模板文件，這樣既解決了相同型號、不同選件、不同序列號性能指標的上下限不同的問題，也可以通過調(diào)用原有證書充分了解限用儀器的限用范圍和工作狀態(tài)，減小計量人員工作量。信號發(fā)生器自動校準完成后，軟件通過VEE中的Excel接口將測試數(shù)據(jù)寫入模板文件，并將其按自定義的文件名進行另存，文件名包括證書號、送檢單位、型號、機號和設備編號等信息，方便日后查找和統(tǒng)計。

1.3程控命令庫信號發(fā)生器的種類繁多，不同廠家、不同型號所使用的程控命令不同。通過分析各種型號信號發(fā)生器的程控命令，我們發(fā)現(xiàn)，雖然程控命令各不相同，但是均可分解為“初始化”、“射頻開”、“調(diào)制開”、“內(nèi)時基”、“功率”、“調(diào)幅開”等功能命令和“頻率單位”、“功率單位”等單位命令，自動校準軟件中根據(jù)校準要求設置了程控命令庫。在測試過程中，程控命令既可單獨使用，也可組合使用。同時，我們對信號發(fā)生器也進行了分類，將可以使用相同程控命令的信號發(fā)生器歸為一類，例如Agi-lent公司和中國電科第41研究所的AV146X系列，HP公司的8360系列和中國電科第41研究所的AV148X系列(除AV1485系列)等;自動校準軟件中一共設置了11類。在VEE中，記錄常數(shù)RecordConstant是輸出Re-cord數(shù)據(jù)類型(標量或1DArray形狀的常數(shù))的對象，可以互動方式編輯一條現(xiàn)有記錄或由記錄組成的數(shù)組［2］。我們使用RecordConstant創(chuàng)建了程序命令庫。程序命令庫是由多條記錄組成的1DArray記錄數(shù)組，每條記錄中包括若干記錄字段，記錄字段的名稱、類型和形狀可以定義，其中每條記錄對應一類信號發(fā)生器，每一個記錄字段的名稱(Fieldname)對應一個基本命令，每一個記錄字段的值(Value)對應一條具體的程控命令，數(shù)據(jù)類型為Text。圖5為信號發(fā)生器自動校準軟件中第一類信號發(fā)生器(包括Agilent系列、AV146X系列、8371X系列、69167B)的程序命令庫的截圖。程序命令庫具有很好的可擴展性，對于未編程的信號發(fā)生器，只需在程序命令庫中增加一條記錄，增加相應的程控命令即可，而不需要重新編寫一個程序，簡單實用。程序命令庫的調(diào)用也非常簡單，只需在儀器校準信息設置面板中選擇相應的信號發(fā)生器類型，即可調(diào)用相應的程控命令。

1.4歸一化測試流程在信號發(fā)生器校準系統(tǒng)中，需要控制標準器和被校信號發(fā)生器兩種硬件設備。其中，校準用的標準器是固定的，因此自動測試軟件中對于標準器的控制設計了一套測試流程，而和被校儀器相關的個別參數(shù)可以通過程序命令庫進行分類設置。而被校的信號發(fā)生器，由于廠家和型號不同，結構差別很大，程控命令也不同。比如，有的信號發(fā)生器有調(diào)制開關按鈕，需要控制調(diào)制開關，輸出調(diào)制狀態(tài)，有的信號發(fā)生器則沒有調(diào)制開關按鈕;有的信號發(fā)生器初始化處于掃頻狀態(tài)，需要設置點頻狀態(tài)，進行參數(shù)校準。如果針對每一款信號發(fā)生器均設計一套測試流程，雖然可行，但是需要增加大量的程控命令數(shù)據(jù)庫，那么就失去了整體設計的優(yōu)點，和單獨型號的校準程序沒有區(qū)別，不方便計量人員使用。因此，我們設計了一套適用于所有信號發(fā)生器的各個校準參數(shù)的歸一化測試流程。首先，我們對所有信號發(fā)生器的測試流程進行了梳理，列出不同型號、不同參數(shù)的測試流程。接著，分析各個測試流程的異同點。最后，設計一套涵蓋所有型號、所有校準參數(shù)的測試流程。以信號發(fā)生器自動校準軟件的調(diào)幅度校準程序中信號發(fā)生器設置的測試流程為例，對歸一化測試流程的設計做一個介紹。我們選取HP公司的8360系列、安立公司的MG369X系列、HP公司的865X系列這三種信號發(fā)生器作為樣本，信號發(fā)生器的初始化為工廠初始化。如圖6所示，其中8360系列需要的測試步驟最多，而865X系列和MG369X系列沒有調(diào)制開關按鈕，初始化為點頻狀態(tài)，需要的測試步驟相對較少，通過分析比較，我們將最全的測試步驟設計為歸一化測試流程。圖7為信號發(fā)生器自動校準軟件的調(diào)幅度校準程序中信號發(fā)生器初始化的歸一化測試程序圖。另外，為了配合歸一化測試流程的有效運行，在程序命令庫的設計中使用了“空”命令技術。即在某一系列的信號發(fā)生器的程控命令庫中，對于沒有或者不需設置的程控命令，均設為“空”命令。如圖8為程序命令庫中“空”命令的使用效果圖。在軟件歸一化測試流程運行中，程序命令庫中“空”命令技術的應用，有效地防止了被檢信號發(fā)生器誤操作，既解決了歸一化測試流程的運行問題，又簡化了程序設計。這樣所用硬件設備的測試流程均進行了歸一化處理，整個校準軟件只需根據(jù)儀器型號，在儀器校準信息設置面板中選擇相應程序命令庫，即可使用一套測試程序完成所有型號信號發(fā)生器的校準測試。歸一化測試流程具有很好的兼容性，對于目前計量中所有主要型號的信號發(fā)生器均可進行自動校準，其中包括Agilent公司、R/S公司等國外公司的型號，也包括前鋒等國產(chǎn)信號發(fā)生器的型號。

1.5數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)集DataSet是數(shù)據(jù)的集合，包括表格、約束條件和表關系，是保存在內(nèi)存的虛擬數(shù)據(jù)庫［3］。數(shù)據(jù)集DataSet由若干數(shù)據(jù)表DataTable組成，每一個數(shù)據(jù)表DataTable由數(shù)據(jù)列DataColumn組成，DataColumn可以指定標題和數(shù)據(jù)類型，數(shù)據(jù)行DataRow表示DataTable中的一行數(shù)據(jù)，可以通過數(shù)據(jù)行DataRow獲取指定記錄。我們在軟件中創(chuàng)建數(shù)據(jù)集DataSet存儲數(shù)據(jù)，通過調(diào)用校準參數(shù)模板，根據(jù)模板中的校準參數(shù)在DataSet添加相應的數(shù)據(jù)表DataTable，每一個DataTable保存一個校準參數(shù)的記錄數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)列DataColumn的標題為校準參數(shù)的分標題，數(shù)據(jù)行DataRow為校準參數(shù)的記錄。圖9為信號發(fā)生器自動校準軟件的數(shù)據(jù)集DataSet層次結構圖，其中數(shù)據(jù)列DataColumns以相對電平準確度為例。DataGrid控件是一種類似電子數(shù)據(jù)表的綁定控件，表格以表的形式顯示數(shù)據(jù)，并具有選擇、編輯、刪除和排序等功能。我們將數(shù)據(jù)集DataSet作為數(shù)據(jù)源與DataGrid控件進行連接，即可實現(xiàn)對DataSet數(shù)據(jù)的顯示、編輯、刪除、排序等操作。在信號發(fā)生器自動校準過程中，測試數(shù)據(jù)實時顯示在測試界面中，并自動判斷數(shù)據(jù)是否合格。測試界面如圖10所示。

2軟件驗證

我們通過比對手動測量結果與自動測量結果來驗證軟件的正確性。式中:x1和u1分別為自動校準軟件測量數(shù)據(jù)和不確定度;x2和u2分別為手動測量數(shù)據(jù)和不確定度;其中u1=u2=u。用自動校準軟件對頻率準確度、相對電平準確度、絕對電平準確度、諧波、分諧波、頻率調(diào)制和幅度調(diào)制參數(shù)進行測量，與手動測量結果對比，各參數(shù)均滿足要求，驗證結果滿意。

3結論

信號發(fā)生器自動校準軟件已應用于實際的計量工作，實踐證明，該軟件結構清晰，設計合理，具有很好的兼容性和可擴展性，涵蓋了目前計量中所有主要型號的信號發(fā)生器，很好地實現(xiàn)了信號發(fā)生器的自動計量。

作者：孫靜劉晨林升韓利華梁法國邵強單位：河北半導體研究所