[发明专利]一种示波器自动测试系统及方法

权利要求书

1.一种示波器自动测试方法,其特征在于含有以下步骤：

步骤一、上位机LabVIEW平台对示波器的读写控制，实现信号的自动测量；

步骤二、根据未知信号测量幅值和频率的变化自动修改测量档位，实现信号的自适应测量；

步骤三、利用时间函数模型，将示波器控制和测量参数看作随时间变化的函数，实现预设序列的自动测试；

步骤一、上位机LabVIEW平台对示波器的读写控制，实现信号的自动测量步骤中还含有以下步骤；

步骤①、数据通信步骤：

首先实现LabVIEW与数字示波器的通信，数字示波器提供USB、RS232两种方式与上位机相连接；

PC机和数字示波器建立通信，首先需要下载并安装NI-VISA驱动程序，利用VISA模块中VISA打开函数实现PC机对示波器的访问，选择I/O控件中的VISA资源名称并找到USB接口连接的设备代号，完成通信准备工作；

步骤②、参数设置与查询：

在建立通信后，通过示波器控制指令与VISA写入函数向示波器发送控制命令，设置测量档位和测量参数，包括设置示波器的水平时基、垂直档位、触发模式、触发电平、存储方式、耦合方式和探头衰减比例参数；

通过示波器查询指令与VISA写入函数向示波器发送查询参数，由VISA读取函数获得对应的查询结果，查询信号数据、示波器设置参数和信号的测量参数，信号数据包括信号波形数据，示波器设置参数包括水平时基、垂直档位、触发模式、触发电平、存储方式、耦合方式和探头衰减比例，信号的测量参数包括信号周期、幅值和有效值；

步骤③、信号连续采集：

完成参数的设置和查询后，系统要实现信号的连续自动测量，信号连续采集实现的难点是需要解除当前触发状态，在单次触发模式下，示波器需要手动执行AUTO键，解除触发后才能继续测量，在完成示波器初始化配置和信号波形测量后，利用示波器指令系统中的RUN指令解除当前触发，并将整套采集程序置于循环控制结构中，实现了信号的自动连续采集；

步骤④、数据存储：

实现信号的连续采集后，将采集的数据实时存储至上位机，由于数据存储时，除采集数据外还需记录测试参数，利用数组的概念，将一次采集的信号数据看做是一维数组，对于测试参数的记录采用数组插入的方法；

示波器自动测试系统需要连续采集信号数据，在数据记录时，利用二维数组的框架，将测量参数插入单次采集数据前，组成新的一维数组，然后依次将采集数据写入组成二维数组；

在人机界面提供采集列数的设定接口，实现对写入列数的控制，便于用户控制单个excel文件中采集数据的数量，数据连续采集的程序设计由两个wihle循环架构实现，内循环控制单个excel文件中存储数据的采集次数，未到达结束条件时运用查询信号波形指令将数据读取到数据缓冲区，待达到指定样本数量时内循环结束，利用数据流索引方法将信号数据通过内循环隧道，从内循环输出的是一个二维数组，写入Excel文件，实现按列排序方式的数据存储；

首先采集信号数据，接着查询测试的参数即采样率、采样点数、测量时间和垂直档位，然后在第一个循环结构中判断是否达到结束条件即测试列数，若未到则循环测量，若达到测试列数条件，将缓冲区数据按列写入Excel文件，并按照时间戳保存文件，判断测试是否停止采集，若停止采集则结束，若没停止采集，则循环执行采集过程；

步骤二、根据未知信号测量幅值和频率的变化自动修改测量档位，实现信号的自适应测量中还含有以下步骤；

信号参数查询步骤：通过示波器查询指令与Labview程序实现信号测量参数的查询，并以此作为控制参数的输入；

信号自适应测量步骤：将示波器查询得到的信号参数输入至控制器，输出最佳的测量档位，实现信号的自适应测量；

具体步骤为：将示波器参数初始化，查询信号幅值，接着判断信号幅值是否超出当前量程，当信号幅值超出当前量程时，测量值溢出，执行一次垂直档位的步进增加控制，返回查询信号幅值，若测量值仍溢出，执行二分查找步骤，调整垂直档位，直至信号在测量范围内，达到测量的档位要求，进行数据采集，当信号幅值小于当前量程时，测量值未溢出，通过模糊控制器经过1～2次调整控制垂直档位调整到最佳测量档位，进行数据采集；

模糊控制步骤：在测量信号幅值时，选择使信号占据量程一半以上的垂直档位，对于一个具体信号幅值，在示波器中选择多个测量档位对其测量，通过模糊控制器实现垂直档位的选择；

垂直档位计算过程步骤：首先由上位机Labview平台向示波器发送查询指令，测量信号的幅值，将查询结果拆分为数字档位与量程档位处理，数字档位由模糊控制器实现，量程档位由程序计算获得，在获取信号幅值后，取数值的前两位有效数字作为输入，送到模糊控制器，采用模糊控制步骤由模糊控制器的模糊关系与模糊规则控制找到系统的测量档位，输出1、2或5三个数字档位中其中的一个档位，然后由程序计算出信号幅值的量程档位，两者相乘得到垂直档位，水平时基的计算过程相同；

模糊控制器的设计步骤包括有以下步骤：

步骤1）、确定模糊控制器的输入变量、输出变量及论域；

步骤2）、设计隶属度函数，即模糊化方法；

步骤3）、确定解模糊化方法；

步骤4）、确定模糊控制器的控制规则；

步骤5）、编制算法程序；

步骤6）、系统仿真实验；

采用三角形隶属度函数与梯形隶属度函数表征元素和模糊子集的隶属度关系，设计垂直档位的隶属函数时，为覆盖1、2、5三个档位以及信号过量程防护，采用4个模糊子集来覆盖整个论域，采用IF-THEN模糊规则，实现档位的选择过程，对于过量程信号，信号幅值的测量值为溢出值，此时无法采用模糊控制器进行计算，为实现这类信号的自适应控制，采用步进控制步骤与二分查找算法相结合的自适应测量步骤；

步进控制步骤：示波器垂直档位和水平时基的档位设置为1-2-5离散单值，并按照步进方式增加或减小，基于垂直档位和水平时基的特点，结合示波器步进控制指令，利用步进控制步骤实现信号的自适应测量；

应用步进控制步骤时需要得到信号参数与当前的测量档位，因此需要通过示波器查询系统指令完成当前档位和参数的测量，然后将测量参数与当前档位进行比较，由程序设定的规则进行判断，是否处于最佳测量档位，最后输出控制档位；

二分查找算法的自适应测量步骤：首先查询信号幅值与测量档位，接着判断信号幅值是否超出当前量程，将垂直档位按照2mV～10V的编号，计算出当前档位的编号作为low，当信号大小超过当前量程时，将下个档位作为low，执行二分查找过程，直至信号处于最佳量程或者测量档位为最大档位结束。

2.根据权利要求1所述的一种示波器自动测试方法，其特征在于步骤三、利用时间函数模型，将示波器控制和测量参数看作随时间变化的函数，实现预设序列的自动测试中还含有以下步骤：

预设序列信号是随时间推进而变化的，建立时间函数模型研究测量参数的预设示波器测量时，设置水平时基、垂直档位、触发电平和采集方式控制参数，将其分别看作为时间的函数，以X₁(t)，X₂(t)，…，X_n(t)表示；

在程序控制方面以时间为线索，获取上位机时间，在LabVIEW平台设计读取测试序列的配置文件，提供设置预设序列测试的人机界面，按照信号特征写入测试的序列号、信号可能出现的时间范围及信号的幅值与频率范围，待上位机时间到达测试序的设定的时间t_i时刻时，根据配置文件中的测试信息完成测试参数的自动设置或修改。