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基于GPIB的数字存储示波器自动校准系统设计与实现

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第28卷第4期增刊2007年4月仪器仪表学报Chinese Journal o f Scientific Inst rumentV ol128N o14A pr12007基于GPIB的数字存储示波器自动校准系统设计与实现卢燕涛1,郁月华2,朱江淼1,刘明亮1(1北京工业大学电子信息与控制工程学院北京100022;2中国计量科学研究院北京100013)摘要:数字存储示波器是可将被测模拟信号进行模数转换、存储,再以数字或模拟信号方式进行显示的一种示波器,它和模拟示波器都是常用的用于观察信号波形和研究脉冲信号参数的电子测量仪器。

无论是数字示波器还是模拟示波器,必须定期校准,从而保证测量的准确性。

鉴于国内目前尚无数字存储示波器自动校准系统,本文利用VC++6.0开发环境,设计并实现了一种基于GP IB接口的数字示波器自动校准系统。

该系统可快速完成对数字存储示波器的自动化校准,把校准结果存入数据库,用VBA技术自动生成校准证书,并且具有易扩展性,即通过编写一些示波器控制文件就可以支持另一新的数字存储示波器。

关键词:数字存储示波器;自动校准;GP IB接口Design and realization for digital store oscilloscope automaticcalibration system based on GPIB interfaceLu Yantao1,Yu Yuehua2,Zhu Jiangmiao1,Liu M ingliang1(1S chool of E lectr onic I nf or mation and Contr ol Engineer ing,Beij ing Univ er s ity of Technolog y,Beij ing100022,China;2N ational I nstitute of M etr ology,Beij ing100013,China)Abstract:Dig ital sto re o scillo scope is a type of oscilloscope that changes analog signal tested into digital signal and stor es it and displays it in analo g or digital sig nal w ay.Both analo g o scilloscope and dig ital store oscillo-sco pe are frequently used fo r observing signal w aveform and r esearching pulse sig nal param eters.Insur ing the accurateness of m easurements,it p s necessar y to calibrate all kinds of specifications of oscillo scopes.Whereas there isn p t any oscilloscope autom atic calibratio n system in our countr y,a digital store oscillosco pe auto matic calibr ation system is designed and r ealized using M icrosoft Visual C++6.0pr ogram ming environment based on GPIB interface in this paper.It can calibrate digital store oscilloscope quickly and automatically,store the calibra-tion data in database and then make a calibration certificate automatically by VBA.The system can support new digital store oscilloscopes easily by writing new oscilloscope controlling files.Key words:dig ital store o scilloscope;automatic calibr ation;GPIB interface1引言数字存储示波器相对于模拟示波器有很多优势,已经成为了电子测量工具的主流。

国内对数字存储示波器进行检定一直是通过手工操作完成的。

通常,对数字存储示波器校准需进行十几个项目,这需要重复多次操作示波器校准仪和被校准的示波器,反复记录和计算结果,最后才能打印校准证书。

考虑到校准系统的通用性,校准工作的复杂性,控制仪器的快速性以及软件代码的可重用性,本文在V C++ 6.0环境下,设计了基于GPIB总线的数字存储示波器自动校准系统。

由于本示波器校准仪和绝大多数数字存储示波器都配备了GPIB接口,并可支持IEEE488.2协议和SC-94 仪 器 仪 表 学 报第28卷PI 标准,所以可以降低系统的复杂度,提高通用性。

同时,VC++6.0具有应用程序框架,又支持面向对象技术,所以可使软件代码具有可重用性,易于以后的改进和扩展。

由于不同数字存储示波器的控制指令和校准方法略有不同,为了使本系统适应不同的数字存储示波器的校准,本系统的软件设计采用了控制指令执行平台和各种数字存储示波器的控制指令分离的方法,提高了系统可扩充性,便于系统对新的数字存储示波器的自动校准的支持。

2 系统总体方案如图1所示,数字存储示波器校准系统由3大部分组成:分别为控制器,示波器校准仪和待校准的数字存储示波器[1]。

控制器一般采用PC,示波器校准仪采用Fluke 公司的9500B示波器校准仪。

图1 数字存储示波器校准系统组成GPIB 总线把控制器,9500B 示波器校准仪和数字存储示波器相连。

9500B 示波器校准仪通过有源信号头将信号输出给数字存储示波器,并由数字存储示波器显示。

这里的有源信号头采用Fluke 公司生产的型号为9510,它既可输出500ps 的快沿脉冲,又能提供1.1GH z 的稳幅正弦波。

打印机和控制器相连,在校准所有的项目之后,通过动态链接库运行VBScript,利用VBA 技术,自动生成校准证书,并打印输出。

3 校准的实现数字存储示波器的校准项目主要有直流增益、扫描时间因数、DC 电压准确度、频带宽度、脉冲瞬态响应、延迟时基准确度、校准信号、输入阻抗、通道延迟时间差、通道隔离度、触发功能、v V (幅度)测量、v t (时间)测量。

不仅每项指标所用的校准方法不同,而且每项指标又有多个档位要校准。

校准系统按照数字存储示波器的检定说明书的要求设置数字存储示波器和示波器校准仪,将校准得到的数据存储到数据库。

校准完成后,自动按校准证书的格式输出数据到Wo rd 文档,生成校准证书。

图2是软件控制的校准主界面,其左边实时显示9500B 示波器校准仪输出信号的幅度、频率、负载、上升时间等信息,右边是数字存储示波器的垂直幅度的校准数据。

图2 校准主界面3.1 校准过程校准过程分2步进行。

第一步是显示波形。

计算机通过GPIB 总线发送控制命令给9500B 校准仪和数字存储示波器。

9500B 校准仪根据命令发送标准信号给示波器;数字存储示波器根据命令设置示波器参数正确地显示9500B 校准仪发来的标准信号。

第二步是计算误差。

计算机发送读取命令给9500B 校准仪和数字示波器。

9500B 校准仪将输出信号参数(实际值)传给计算机;数字存储示波器将输入信号的测量值传给计算机。

然后,计算机根据返回的实际值和测量值计算误差。

整个过程完全由计算机控制,无须手动调整仪器。

下面,以校准垂直幅度为例,结合流程图3说明校准过程。

如图3所示,首先设置示波器校准仪的输出方波信号(①);然后设置示波器校准仪的垂直偏转系数为1mV/div,倍数为6,即幅度为6.00m V 的方波(②);再设置示波器的垂直偏转系数为1mV/div (③)。

这时示波器应显示一个幅度接近6.00mV 的方波。

计算机根据从示波器校准仪读回实际值和从示波器读回测量值计算误差(④)。

假设实际值为6.00mV,测量值是5.93mV,则误差为:误差=测量值-实际值实际值@100%=5.93-6.006.00@100%=-1.17%判断此垂直偏转档位是否是最大档(⑤)。

因第4期增刊卢燕涛等:基于GPIB 的数字存储示波器自动校准系统设计与实现95图3 数字示波器校准垂直幅度流程图1m V/div 不是最大档,所以设置示波器校准仪的垂直偏转系数为2m V/div,倍数为6,设置示波器垂直偏转系数为2mV/div,再重复上面的过程,直到把所有的垂直偏转系数档位都校准完。

3.2 校准数据库的结构该校准系统利用M icrosoft Access 数据库存储数据,通过Visual C++和ADO 技术可以方便地实现对数据库的访问[4]。

校准数据表单存储各个项目的校准值和误差,包括垂直幅度1M 8表单,垂直幅度508表单,偏置电压准确度表单,频带宽度表单,扫描时间因数表单,输入阻抗表单,瞬态脉冲响应表单,直流电压准确度表单和自校准信号表单。

此部分与模拟示波器自动校准系统相同,请参考文献[6]。

3.3 校准证书自动生成[5]此部分与模拟示波器自动校准系统相同,请参考文献[6]。

3.4 校准结果分析此部分与模拟示波器自动校准系统相同,请参考文献[6]。

4 与模拟示波器自动校准系统的不同点4.1 自动化程度不同由于模拟示波器没有GPIB 接口,无法和控制器相连,所以模拟示波器自动校准系统需要校准人员手动调整模拟示波器,配合由控制器控制的示波器校准仪完成校准过程。

数字存储示波器自动校准系统是全自动的,整个校准过程全部由控制器控制自动完成,无需校准人员的手动调节。

4.2 软件结构不同不同的模拟示波器对于自动校准系统而言只是校准项目档位不同,不存在校准指令的区别,因为在模拟示波器自动校准系统中控制器只是控制示波器校准仪,并不直接控制模拟示波器。

因此,模拟示波器自动校准系统可以校准所有的模拟示波器。

在数字存储示波器自动校准系统中,控制器同时控制示波器校准仪和数字存储示波器,不同的数字存储示波器的控制指令和各项指标各不相同。

若要一个系统支持多种数字存储示波器最简单可行的方法就是将控制指令写在单独的文件中,与指令执行平台(主程序)分离。

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基于GPIB接口的示波器自动检定系统

基于GPIB接口的示波器自动检定系统

基于GPIB接口的示波器自动检定系统
马春雷
【期刊名称】《国外电子测量技术》
【年(卷),期】2007(26)8
【摘要】本文针对示波器计量检定涉及的指标多、要求精度高、耗时长的特点,介绍了一种基于GPIB接口的示波器自动检定系统。

通过GPIB总线接口将所有测试仪器连成一体,实现了对示波器的全自动检定。

通过实验验证,与传统的手动检定相比,该系统提高了示波器检定系统的检定精度和检定效率,具有广阔的应用前景。

【总页数】3页(P31-32)
【关键词】自动检定系统;GPIB;示波器
【作者】马春雷
【作者单位】北京航天飞行控制中心
【正文语种】中文
【中图分类】TP274
【相关文献】
1.基于GPIB接口的数字多用表自动化检定系统 [J], 黄琦志;黄琦兰;李轲
2.基于GPIB的示波器校准仪自动化检定系统的设计与实现 [J], 马春雷
3.基于 GPIB 接口数字示波器的自动校准软件设计 [J], 汤幸
4.利用GPIB接口开发光功率计半自动检定系统 [J], 黄志军;钟近珍
5.基于GPIB接口的模拟示波器自动校准系统设计与实现 [J], 卢燕涛;刘明亮;郁月华;朱江淼
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基于GPIB接口仪器的自动计量校准系统

基于GPIB接口仪器的自动计量校准系统


试 仪器的管理 、 使用往往掌握在外商 手须依赖传统 的计量标 准。对 于校准方法 目 前也 还没有统一 的
方怯 。
ＶＩ Ｘ 仪器计量校 准可 以采用两种 方案来完成 ， 一是 标准仪 器与 Ｖ Ｉ Ｘ 仪器各 自组成独立 的系统 ， 两个系统 的操作 分时完成 ， 与传统 的计量 校准 方法 的区别仅在于对 Ｖ Ｉ 器的操作控制 ， Ｘ仪 而且效 率很低 。另一种 方案 就是在计 量标准仪器 具备接 口能力 的情况 下组建 自动计量 校准 系统 ， 这 种方案能大大提 高工作效率 。 ｌ 基于实际工 作的需求 ２ 器 蜡 仪 电源等许多模块， 对于这些仪器的操作必须通过软件驱动来完 飞 速发展 的无线通 信技术对测试测 量提 出越来越 高的要求 ， 表现在 成。 测试 任务 多 ， 度要 求高 ， 速度 陕等方 面 ， 精 测试 而传统 的指标 测量 ， 多 采用 由于我 国制造 业的飞速发展 ． 而计量测试技术没有 同步跟上 ，Ｘ 测 台仪 器对 被测设 备的指标逐项进行 ＾ ＶＩ 、 工手 动测量 ，测试周 期长 ，过程 繁
图 １ 系统硬 件 总 体 结构 图
（ 接 １３页 ） 上 ２
图２
图 ３
３软起动器在动力设备上 的应用 电动机为例 。 软 起动器箱 内面板上 设有两个 速率微动开 关 ， 分别对 应 四种起 动 速 Ｃ ｓ￣ ｏｑ 的大小 反应 了负载的变化 。软起动器正是利用微机技 术 ， 用单 率 ： 、 重载 次重载 、 次轻载 、 轻载 ， 日Ｊ 起动 寸 司分别是 ９ Ｓ７Ｓ６ Ｓ６Ｓ ０ 、０ 、５ 、０ 。使 用 片机作 Ｃ Ｕ， 可控硅作为执行 元件 ， 时检 测 电流 和电压滞后 角 ， Ｐ 用 实 即功 时根据 起动负载选相应 的起动速率 。 如我公 司供 水泵 电动机 的起 动 ： 例 供 率 因数 角 ， 入给单片 机 ， 输 单片机 根据 最佳控 制算法 ， 出触 发脉 冲 ， 水 泵电动机起动 的阻转矩 ， 由水 的静压 、 、 阻力 、 泵的机 械 输 主要 惯性 管道 水 调整可控硅 的导通 角 ， 即可调 整可控硅的输 出电压 ， 空载或轻载运行 时 惯 性和静动摩擦等构成 。水造成 的障碍力 ， 器本身 的运 行 陨性 ， 和转 使 机 都 降低 电机 的端电压 ， 电机 的铁损大大减小 ， 可使 同时也 可减小 电机定子铜 动的速度 ， 动力以及叶轮的大小有关系 ， 速度 慢的时候所 产生 的阻碍 通常 损， 从而减小 电机 空载 或轻载时的输入功率 ， 也就 减小 了电机有功 和无 功 力也相对较小 ， 的静 压阻力与 扬程有关 ， 泵起动 时 ， 水 水 由于水 管 中止 回 损耗 ， 了功 率因数 ， 现了节电控制 。 提高 实 阀的作用 ， 静压与摩擦不 同时起作 用 ， 有助于启动效果 ， 这时候 ， 供水泵 的 ２ 电动机软起动技术 阻转矩可 以达到标准转 矩的 ３ ０ 动程度为轻载 ， ，启 １ 这非常有助 于省电 ， 因 过去对于电动杌启 动有两种 主要方式 ， 全压和降压。 就是 但是软启动 此应 当特 别加 以注意。 和这两种都 不一样 ， 偏重 于 电子过 程 ， 可从下列 方式对 软启动进行 理解 ， 引风机用 电动机 的起 动 ： 其起动转 矩与离心式水泵类似 ， 阻转矩 都与 用斜 坡控制 的办法 ， 推动平稳转动 ， 并渐渐提 升转动速度 。如果参 考 电流 转速成 正 比， 但是 ， 与水泵 的结构不 同 ， 风机 风机 的转动惯量 比水泵 大的 的大小 来 区分 ， 软启动小 ， 以上提到 的两种方 法是大 。以下进行 详细 的 多 ， 的流 动性要 大于空气 ， 动风 阀的同时 开动风机 ， 会发生 管道 而 水 若启 就 数据分析 。 本身具有 的摩擦 和相反力导致风机 很难开动 ， 要 的时 间很长 ， 而需 并受到 全压起动 ， 起动 电流是额定 电流 的 ４７ ， ＿ 倍 起动冲击 电流 是起动 电流 强大 的负荷力 。 的 １＿＿倍 ； ５１ ７ 起动 电流 大 ， 起动转矩不相应增 大 ，ｓＫＴ＝ （９１ ） 。 Ｔ＝ ｔｎＫ ．－ Ｔ ０ －． ｎ 风 机输 送 的流体 一烟气 的冷 和热与风机 负荷之 间有 直接联 系 ， 热度 降压起 动 ，可部分 减小起动 电流 ，起动 转矩下降 到额定 电压的 Ｋ 以及 烟气容量之间容易相互影响 ， ２ 如果低温状 态烟气活跃 『不高 ， 生 而负荷 倍。 降压起动是轻载起动 ， 有起动 冲击 电流、 电流及二 次冲击电流 ； 能力加 重 ， 炉刚开始启动 内部温度不高 ， 起动 二 锅 需要 经过半个小 时的时 间升 次冲击 电流 同样 对配电系统有麻烦 。 温 ， 到适 宜温度之前都是超负荷 的状态 。 而达 传统启动方法都会导致谐波磁势提升， 这会带来转矩的附加程度， 最 如 ： 台引风机 配用 电机 ２Ｋ 输送 的烟气 温度 ２０ ， 量 ７ Ｎ 一 ２ Ｗ， ０￣ 容 Ｃ ３／ 终 ， 隋况会导致 机器转动产生噪音 以及剧烈晃 动 ， 施工者和周 围居 ｍ。如输送烟气 温度 ２￣时 ， 这一 对 ０ Ｃ 负载功率 ： 民都有 较强影响。 Ｎ Ｋ Ｑ ／ 六１ ｔ ７ ８ Ｗ ＝ Ｙ Ｈ－ ／ ＝ ． Ｋ ｑ ￣－ ７ ｑ２ 对 于传统启 动 ， 论是 全压还是降压 ， 无 都将被有限时间可 以启动 的次 式 中： 数 所约束 ， 中性地 利用大 电流是 电动机发生 升温 的主要 时 间 ， 常 ， 集 通 标 Ｋ 电机容量储备 系数 ， 引风机取 １ ；一 ＿ 对 ．Ｙ 流体 容量 ｒ ；一 机流 ３ ｍ Ｑ风 ’ 准 电流超过六倍 于 自身时 ， 就会升 高 ８ 度到 １ 度的温度 ， 动装置 的 自 量（３） ＿ 压（ ； ５ 起 ｍｍ ； 全 Ｋ Ｈ Ｔ 卜风棚放 率 卜 耦变 压器或交流接触器起动引起堆积热 ； 以对 于交流接触器来 说 ， 所 其发 由上式可知 ， 其负载功率增 大。 如果 观察风机特征 图表 就能发现风机 动频率 不可以超过 １ 次份 钟 。 ０ 但是 软启 动的操 作次数没有严格规定 ， 的负荷波动较大 ， 因 通常风机功率 的得 出应当参考 的温度在 ２０ ， 值达 ０度 取 为它 的下列 优势 ： 动用电少 ， 启 温度上升慢 ； 电子元件没有过 分接触 ， 其 所 不到精确 ， 只是相似 。冲人 的烟气 的热度和阻转矩之 间成反 比 ， 就是说 这 以除大功率可控硅外 ， 平时运行温度不高 ， 不会发生过热 。 烟气热度越高 ， 阻转矩值越低 。 开始启动风 机的时候 ， 应当闭掉风 阀。 平时 除了上面所列举的优点 ， 软启动器有效果较 好的保 护效能 ， 与硬件 电 用的话要把风 阀的稳 定状态控制好 。要参照能够支撑 风机 启动所 消耗 的 ｊ ｉ 路有效 互助工作 ， 对于负荷过大 ， 压力过 大 ， 不足等等都 可进行保护 ， 电流值来选用合适 的软启 动器 ， 压力 炉温较高的地段节能 的潜 力较大 。 并且 稳定性 强 ， 总结说来 ， 动器从 各个方 面优于传 统启动方 式 ， 软启 并能 软启动 器有一定 的优 势 ， 易于安装 ， 并且节能 效果很 好 ， 电动机 的 在 够杜绝 其连带的众多缺 陷。 运作方面有很好 的应 用性。
基于GPIB的数字仪器仪表自动测试系统软硬件设计

基于GPIB的数字仪器仪表自动测试系统软硬件设计

展特 征 为基 于Ｇ Ｐ Ｉ Ｂ 仪器 实现 自动 测试 系统 的合 理 组建 ， 做 到快速 完 成 自动 测 试 以及统 计 分析 、 结 果 打 印等 各 项工 作。 因此 ， 应 针对 基于 Ｇ Ｐ Ｉ Ｂ 的数 字仪 器仪
为大大 减少 降低 操作 人员的 实际 作业量 ， 实 现检 测速率 的显 著提 高 ， 增强
第二 ， 要求所 使用仪 器必 须支持 Ｉ Ｅ Ｅ Ｆ Ａ ８ ８ 通信 协议 ， 针鼽 总线传 输消 息语 法结 构
体 通讯 工作 ； 分 解模 块作 用在于 将采 集数 据信息 进行 合理 分解 ； 数 据库模 块 的 作 用在于 针对 跟数据库 相关 工作 实施 处理 ； 采集模 块作 用在 于完 成数据 信息 的 优化 采集 ； 分析 模块 的作 用则 为针对 所 采集资料 展 开合理 化分 析 。 告警 模块 的 作 用在 于 完成 数据 分析 之 后形 成告 警 ； 显示 模 块作 用在 于就 数据 信 息进 行 显 示； 处理模 块作 用为 针对 硬件设 备接 通 以及断 开操 作进行 控制 处理 ； 权 限模 块
检测 可靠 稳定性 ， 完成测 试结 果的全 面详 细记录 ， 可 基于Ｄ ｅ ｌ ｐ ｈ ｉ ６ ． 岍 发 工具 的
表 自动 测试 系统 设计 展开 有 效研究 。 ＝． 系 统设 计
ｌ 、 Ｇ Ｐ Ｉ Ｂ总线 结构
合理 运用 ， 进行 自动处理 业务 软件 的认 真编 写 ， 应 用这个 软件 ， 并使 用插在 计算 机设 备 中的Ｇ Ｐ Ｉ Ｂ 卡 自动处 理两 台仪器 仪表所 产生 与检测 的数据 ， 此外 ， 细化 分 析 统计 并打 印所 采集到 的原始 信息 数据 。 该 系统 颇具 便捷 性 ， 能够实 现测试 人 员 实 际工作量 的大 幅减 少 ， 并充 分实 现数 字仪表 仪器 测试 过程 的全面 自动 化 。
基于GPIB接口及数字存储示波器的数据采集

基于GPIB接口及数字存储示波器的数据采集

基于GPIB接口及数字存储示波器的数据采集上海大学自动化系王道洪高艳霞（上海，200072）摘要本文首先简要介绍了GPIB接口及数字存储示波器的基本工作方式，然后给出了基于C++的通过GPIB接口实现微机与数字存储示波器之间的数据传输实施方案。

关键词GPIB接口;IEEE-488;数字存储示波器；1.引言随着科研和生产的现代化发展，对测试技术的要求也越来越高，而传统仪器那种独立使用、手动操作的模式，难以胜任这种复杂的多任务的测量要求。

近几年来，计算机技术得到了迅猛发展，其丰富的软、硬件资源以及低廉的价格，使得计算机在测试系统领域中发挥了极其重要的作用。

利用计算机实现对仪器的操作、控制，代替传统的人工操作方式，使用预先编制好测试程序，就可以排除人为因素造成的测量误差，实现自动测试，提高测试效率和精度。

从而使得计算机和测试仪器的通信成为一个必须解决的问题。

由于测试仪器种类繁多，无法对仪器的信号线的设置、逻辑电平和接口功能实行统一的标准。

美国NI(National Instruments)公司的GPIB接口卡使得这一问题得到了解决。

GPIB接口就像一座桥梁把可编程仪器与计算机紧密的联系起来，实现了两者之间的通信。

由于传输数据的快速性，使得GPIB卡在需要快速、大量传输数据的场合得到了广泛的应用。

本文所述的数据采集技术应用于电力电子器件参数自动辨识系统。

由于要采样波形的快速性，一般的数据采集卡难以满足要求。

这里示波器完成数据采集，GPIB卡完成数据传送，很好解决了数据采集及传输的快速性问题。

2．GPIB接口简介在1975年，IEEE采用了HP-IB的接口技术，形成了IEEE488国际标准，从而提出了GPIB(General Purpose Interface Bus)的名称。

GPIB是一个8位并行通用接口总线，其传输率达到1.5Mbyte/s；设备间最大距离不超过4m，平均距离不超过2m；系统可带14台设备；GPIB总线有8根数据线，3根挂钩线，5根接口管理线，8根地线。