数字示波器自动检定系统硬件设计

随着电子技术的发展， 数字示波器 凭借数字技术和软件大大扩展了工作能力，早期产品的取样率低、存在较大死区时间、屏幕刷新率低等不足得到较大改善，以前难以观察的调制信号、通讯眼图、视频信号等复合信号越来越容易观察。 数字示波器 可以对数据进行运算和分析，特别适合于捕获复杂动态信号中产生的全部细节和异常现象，因而在科学研究、工业生产中得到了广泛的应用。为了让示波器工作在合格的状态，对示波器定期、快速、全面的检定，保证其量值溯源，是摆在测试工程师面前的一项紧迫任务。

 

    手工检定效率低，容易出错，对每一种示波器的检定需要测试工程师翻阅大量的资料；自动测试系统具有准确快速地测量参数、直观地显示测试结果、自动存储测试数据等特性，是传统的手工测试无法达到的。用自动测试系统实现对 示波器 的程控检定将会是仪器检定的趋势。

 

    GPIB 、 VXI 、 PXI 是自动测试系统标准总线， GPIB 以性能稳定、操作方便、价格低廉赢得用户的认可。这里选用了 GPIB 作为测试系统的总线。

 

    基于 GPIB 的 数字示波器 自动检定系统的硬件由 GPIB 控制器、 FLUKE5500A 、被检定数字示波器和 PC 机以及打印机等外围设备组成。

 

    GPIB 接口控制器

 

    GPIB 总线

 

    GPIB 是惠普公司于 20 世纪 60 年代末、 70 年代初开发的实用仪器接口系统。由于对测试仪器的控制很方便，并且具有较高的传输速度（ 1Mbps ） ,GPIB 于 1975 年被定为 IEEE488 标准， 1987 年修定为 IEEE488.1 ― 1987 。 GPIB 总线是数字化的 24 脚并行总线，有 8 根线是地线和屏蔽线，另外 16 根线是 TTL 电平信号传输线，包括 8 根数据线、 5 根接口管理线和 3 根数据传输控制线。 GPIB 使用 8 位并行、字节串行、异步通讯方式，所有字节通过总线顺序传送。

 

    GPIB 系统设备有控者、讲者和听者三种属性。实际设备具有其中的一种、两种或三种。作为控者，它可以通过寻址指定连接到总线上具有讲者属性的器件成为讲者和具有听者属性的器件作为听者，包括指定它自己。讲者能通过总线向其他器件发送数据。听者能从总线上接收讲者发送的数据。一般来说在 GPIB 系统中计算机是控者，具有讲、听、控三种属性。为避免总线冲突， IEEE488 规定一次只能有一个讲者，但可以同时有几个听者。由于 GPIB 系统中各器件的工作速度可能相差悬殊，为了保证多线消息能够双向、异步、可靠地传输， GPIB 母线中设置了三条握手线，分别为数据有效线、未准备好接收线和未收到数据线。

 

    BC-1402-2 接口控制器

 

    在本系统中采用的 GPIB 控制器是贝卡科技公司开发的 BC-1401-2 型 USB-GPIB 接口控制器，它带有 USB 接口，把 USB 总线转换成 GPIB 总线，操作 GPIB 仪器。其特点是：完全符合 IEEE488.1 和 IEEE488.2 国际标准，支持 PCI 、 USB 、 Ethernet 工业标准；数据传输率为 900kbps, 适合 PC 机与仪器之间的高速数据传输；提供了一套 I/OGPIB 操作函数库，其函数与 ISA 总线的 ES1400 系列接口控制器相同；提供了一套符合 VPP 规范的虚拟仪器软件架构 VISA(VirtualInstrumentSoftwareArchitecture) 函数库 , 实现了凡是采用 VISA 函数开发的应用程序， 数字存储示波器 在更换不同厂家的不同型号的 GPIB 接口控制器时，应用程序不需要作任何修改；该接口控制器可以用 C/C++ 、 VC++ 、 VB 、 LabView 、 LabWindows/CVI 、 HP-VEE 、 Delphi 等多种语言编制测试程序，方便而灵活。

 

    FLUKE5500A

 

    FLUKE5500A 是美国福禄克公司的一款高性能的多功能校准仪，可以对手持式和台式多用表、示波器、示波表、功率计、电子温度表、数据采集器、功率谐波分析仪、过程校准器等多种仪器进行校准。 FLUKE5500A 提供了 GPIB （ IEEE-488 ）、 RS-232 、 5725A 三种标准接口；在安全性方面满足 IEC1010-1 （ 1992-1 ）、 ANSI/ISA-S82.01-1994 、 CAN/CSA-C22.2NO.1010.1-92 标准； FLUKE5500A 输出电压可以达到 1100V ，电流输出可达 11A ，可以提供直流电压和电流、交流电压和电流的多种波形和谐波， 数字存储示波器 同时输出两路电压，或者是一路电压和一路电流，模拟功率、电阻、电容热电偶和 RTD 。其 示波器 校准件还提供了稳幅正弦波、快沿、时间标记和幅度信号。

 

    主控 PC

 

    PC 作为系统的“主控者”，通过发布命令给 GPIB 接口控制器实现对 FLUKE5500A 和被检定示波器的控制，主要包括以下几个方面的内容：仪器的初始化、复位、仪器参数设置；命令 FLUKE5500A 产生标准信号，同时被检 示波器 显示；读取 / 保存仪器数据并传给 PC 等。