一、前言
本科研所開發(fā)的自動測試軟件，是針對能夠輸出多種波形信號參數(shù)的函數(shù)信號發(fā)生器一類射頻儀器開發(fā)的。之所以對此類儀器進行自動測試軟件的開發(fā)，除每年都會有相當數(shù)量的函數(shù)信號發(fā)生器要求被計量檢測外，還因為射頻參數(shù)儀器測量中多數(shù)都只針對正弦波進行測量，對除正弦波以外的方波、脈沖波、三角波、鋸齒波、調(diào)制波等波形信號沒有系統(tǒng)的測量，更談不上自動測量。并且由于不同波形信號的參數(shù)形式和測量要求各不相同，因此人工測量極為費時，不僅要多次設(shè)置波形參數(shù)值以及標準測量儀器的測量方式，還要手工記錄繁瑣的數(shù)據(jù)。而在此過程中，測量的穩(wěn)定性和重復(fù)性也會受到很大影響。正是基于以上考慮，現(xiàn)階段利用已有的高性能數(shù)字示波器、測量接收機、通用計數(shù)器計算機，通過GPIB總線控制技術(shù)，配合高級語言編寫的程控代碼，就能夠完成多波形信號參數(shù)的自動測量。這樣在多波形信號參數(shù)測量領(lǐng)域，就能形成快速高效的技術(shù)特點，使多波形信號的自動測量更加系統(tǒng)化。
二、研究與開發(fā)內(nèi)容及技術(shù)創(chuàng)新要點
多波形信號參數(shù)自動測量軟件系統(tǒng)包括以下三大模塊:(1)被檢函數(shù)信號發(fā)生器和已有的高性能數(shù)字示波器、測量接收機、通用計數(shù)器組成的儀器模塊。此模塊中的儀器都具有GPIB外接程控接口，可以通過GPIB總線控制技術(shù)和程控代碼指令進行參數(shù)形式、工作模式以及信號輸入輸出的自動設(shè)置和動作。(2)軟件模塊。此模塊包括計算機及安裝在其上的用高級語言編寫的自動測量軟件。通過檢測人員對軟件不同測量功能項的應(yīng)用使標準測量儀器可以自動對函數(shù)信號發(fā)生器的多波形信號參數(shù)進行自動測量，并且實時保存測量數(shù)據(jù)，在測量結(jié)束后自動生成測試結(jié)果文檔。(3)GPIB控制總線模塊。此模塊用于連接儀器模塊和軟件模塊，在兩者之間形成數(shù)據(jù)傳輸和指令傳輸?shù)耐ǖ?。特別指出:計算機和GPIB總線的連接需要使用GPIB-USB轉(zhuǎn)化適配器。在三大模塊的運行下就能實現(xiàn)對多波形信號參數(shù)的自動測量。三大模塊的物理層關(guān)系如圖1所示。
<CTSM>圖1三大模塊的物理層關(guān)系</CTSM>
由于三大模塊中的儀器模塊和GPIB模塊已經(jīng)具有，不需要再有所加工，所以軟件模塊的開發(fā)是本科研的主要環(huán)節(jié)和內(nèi)容。由于C++高級編程語言在儀器程控領(lǐng)域方面以及程序調(diào)用和擴展有著出色的執(zhí)行能力，因此用C++作為本次軟件的開發(fā)語言，在Microsoft Visual環(huán)境下進行程控代碼指令的開發(fā)。
本次科研所開發(fā)的自動測試軟件，是針對能夠輸出多種波形信號參數(shù)的函數(shù)發(fā)生器一類射頻儀器。此類儀器中包括了Agilent公司的33210A、33220A、33250A，Tektronix公司的AWG3000-7000系列等多種型號，因此自動測試軟件的開發(fā)會針對具有GPIB程控接口的不同型號的儀器進行程序編寫，以完成函數(shù)信號發(fā)生器一類儀器的全面自動測試。
對函數(shù)信號發(fā)生器的自動測量主要根據(jù)JJG840-1993《函數(shù)信號發(fā)生器》檢定規(guī)程的要求，測量項目包括頻率準確度測量、輸出幅度測量、衰減器測量、幅度平坦度測量、正弦波總失真系數(shù)測量、線性度測量、前后過渡時間測量、脈沖占空系數(shù)測量、調(diào)幅特性調(diào)頻特性測量、掃頻特性測量和直流偏置測量。
由于JJG840-1993中要求測量的參數(shù)項目并不包括多種波形信號參數(shù)的全部內(nèi)容，因此本軟件還會針對不同波形信號的不同參數(shù)，利用各廠家所提供的產(chǎn)品手冊上的性能描述和校準指南進行測量功能的全面開發(fā)。
本軟件開發(fā)的技術(shù)指標最重要的就是通過軟件的程控可以順利地對信號進行捕捉和分析，進行參數(shù)測量并最后生成數(shù)據(jù)記錄文本。并且程序指令的編寫和函數(shù)模塊的調(diào)用遵循效率至上出錯率最小的原則，使其最優(yōu)化運行，其余指標都是依據(jù)標準器的測量指標進行最后測量結(jié)果的評定。
本次科研的創(chuàng)新之處在于:(1)利用高級程序編寫語言和GPIB總線控制技術(shù)使函數(shù)信號發(fā)生器的測量成為自動化測量方式。(2)對測量數(shù)據(jù)的記錄從以往的人工錄入變?yōu)樽詣愉浫氩⒆詣由蓽y試結(jié)果文檔，大大提高了后期數(shù)據(jù)處理效率。(3)形成了程控軟件和硬件儀器相結(jié)合的測量方式，開拓了計量測試的工作領(lǐng)域，并且大幅提高了測量的效率和市場競爭力。
三、研究試驗方法及技術(shù)路線
自動化測量要求檢測人員可以對測量的整個過程完全掌握，可以在測試前任意選擇測量儀器的類型、需要測量的項目、設(shè)置測量儀器的GPIB地址、某個測量項目中要求的儀器連接方法，在測量過程中可以隨時改變測量的狀態(tài)、了解測量的進度、第一時間觀察測量的數(shù)據(jù)，并且可以自定義添加和減少測量的數(shù)據(jù)點以及調(diào)用之前的測量存儲文件和記錄的生成控制。因此軟件需要一個可視化控制界面，此可視化界面需要做到布局合理、功能全面、層次清晰、控制簡單并且盡可能地提高人性化操作的能力。圖2為軟件界面所包括的模塊框圖。
<CTSM>圖2軟件界面所包括的模塊框圖</CTSM>
每一個模塊都是一個類或者某個類所包含的函數(shù)。如儀器型號選擇模塊就是程序中CDlgNew類；測試項目選擇模塊就是程序主界面CDlgMain類中所調(diào)用的OnItemchangingListItem函數(shù)；測試控制模塊包括連續(xù)測試、單項測試和測試終止等功能，分別對應(yīng)OnButContest、OnButSingletest和OnButTerminatetest函數(shù)；記錄生成模塊就是主框架類CMainFrame中的OnOperationWordCert函數(shù)，通過調(diào)用此函數(shù)可以生成Word形式的測試數(shù)據(jù)報告。
人性化的界面可以讓檢測人員很好地對測量整體過程進行控制和跟蹤，但軟件程控指令編寫的好壞才是軟件能否高效無誤運行的關(guān)鍵。軟件的程控代碼包括主函數(shù)(main函數(shù))和各個測試項目函數(shù)。主函數(shù)用于對整個測試過程進行控制，包括程序的初始化，確認各個儀器都以連接到總線上，并都處于準備工作狀況，并能夠調(diào)用各個測試項目函數(shù)運行以及各個函數(shù)運行中的停止、終端、重調(diào)用等功能。各個測試項目函數(shù)其實是C++具有的類定義功能所定義的各個測試項目類，每一個類都有公共屬性、私有屬性和繼承屬性。這包括了各個測試項類中對各個儀器進行初始功能設(shè)置的指令代碼，信號輸入輸出指令代碼、接收分析信號并測量記錄數(shù)據(jù)指令代碼等，測試測試過程中的每一個數(shù)值都將鏈接到界面函數(shù)中所定義的每個空間中并動態(tài)出現(xiàn)在界面模塊中數(shù)據(jù)錄入表格中。當每一個測試項結(jié)束運行后便返回主函數(shù)，開始下一個測試項類的運行。圖3為函數(shù)模塊運行關(guān)系。
<CTSM>圖3函數(shù)模塊運行關(guān)系</CTSM>
對于某個具體的測試項目，從執(zhí)行軟件可執(zhí)行文件開始到某個項目的測試結(jié)束的軟件基本工作流程如圖4所示。
<CTSM>圖4軟件基本工作流程</CTSM>
在軟件具體的編寫中需要運用C++中MFC函數(shù)庫，MFC函數(shù)庫包含了CView、CDoc、CMainFrame、CApp等幾個基礎(chǔ)類，這幾類完成界面的初始化、界面控件的編輯、測試數(shù)據(jù)顯示等功能。在編寫主測試框架程序中主要需要運用CListCtrl類和用戶自定義類，CListCtrl類可以完成測試框架界面表格中所測項目標準器和被檢儀器的初始設(shè)定數(shù)值的顯示，以及測試數(shù)據(jù)更新位置的設(shè)置。自定義類是根據(jù)被檢儀器和標準器的SCPI指令進行儀器參數(shù)、模式、輸入輸出設(shè)定的測試類，此類中完成了測試功能。
由于系統(tǒng)中的程控儀器都有通用GPIB接口以及儀器商在其內(nèi)部定義的VISA接口，因此還需要調(diào)入ni488.h、visa.h、visatype.h、vpptype.h的C++頭文件，運用ni488和visa的通用輸入輸出命令語句發(fā)起和接收各種測試SCPI語句和返回參數(shù)值。
因此，軟件的代碼開發(fā)部分包括了C++ MFC類、儀器SCPI語言、ni488及visa儀器接口輸入輸出指令集。
下面以測試函數(shù)信號發(fā)生器正弦波頻率準確度為例，大致描述軟件的運行流程，具體的軟件執(zhí)行程序如圖5所示。
<CTSM>圖5軟件執(zhí)行程序</CTSM>
