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測試與測量  

客製化示波器簡化操作過程

上網時間: 2015年04月10日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:數位示波器  測試自動化  按鈕  VB腳本  CustomDSO 

作者:Arthur Pini,電子工程師兼技術支援專員

現在的數位示波器都能提供令人印象深刻的擷取、測量和分析工具套件,協助工程師和技術人員進行測試作業。儘管如此,仍然存在一些期望能簡化設定和自動操作的情況,特別是對於只需要簡單或重複性測量的人來說。示波器可以讓工程師進行客製化操作,將儀器功能限制於一些選定的測試或實現半自動化測試。以下面是就利用客製化使用者介面或測試自動化功能協助實現這一目的的例子:

  ·你需要簡化示波器操作,才能讓沒有經驗的用戶執行重複性測試。

  ·你需要進行一系列自動化測試,而無需將儀器連接到控制器或自動測試系統。

  ·你需要利用專門的程式或演算法,以便分析或測量擷取到的資料。

  ·相較於傳送資料至外部電腦,擷取到的波形需要進行更快速的處理

簡化設定和測試流程

不同的示波器製造商提供不同的客製途徑。例如Teledyne LeCroy HDO6054示波器使用一種叫做CustomDSO的功能,可以在顯示器上顯示使用者可配置的按鈕,啟動想要的操作,或者用客製化的圖形化使用者介面(GUI)取代預設的使用者介面。另一家示波器製造商則提供可編程現有使用者介面的能力,透過程式設計刪除或限制原有的選項,從而簡化儀器操作。還有些製造商提供巨集編程功能,主要根據一系列所儲存的面板設定。你可以編程組成目標測試元素的一系列設定。在某些情況下,你甚至可以編程動態操作。

所有數位示波器都有儲存和記憶面板設定的功能。這個功能可以讓你設定儀器功能後將設定參數保存下來供日後使用,或供經驗較少的用戶使用。這些儲存的設定可以根據需要隨時取用。基本模式的CustomDSO(某些型號選配)擴展了這個功能,讓用戶能將多個設定檔連結成一個相關的測試序列,按一下使用者定義的按鈕即可啟用一項測試。所啟用的設定本身包含對其它設定的啟用,從而可建立多層次的測試。圖1顯示基本模式CustomDSO應用的一個例子,它實現了SPI低速序列介面測試的自動化設定。

圖1:具備SPI測試選項的CustomDSO按鈕訊號條圖。
圖1:具備SPI測試選項的CustomDSO按鈕訊號條圖。最多可以定義8個按鈕,每個按鈕啟用一個特定的測試設定。

位於顯示器底部的8個按鈕每1個都是用CustomDSO建立的,每個按鈕都可以設定一個特定測試。操作人員提示資訊可以利用追蹤標籤插入。在圖1中只分配了5個按鈕,按下任一按鈕都可以調出額外的相似按鈕組,用於指導使用者完成整個測試。

圖2顯示CustomDSO的設定功能表。在基本模式中,多達8個CustomDSO按鈕中的每個按鈕都與一個示波器設定檔相關聯。檔名的根部分被分配為按鈕標籤。在這個例子中,按鈕3將啟用名為‘SPI Decode Table.lss’的設定檔,並將該按鈕標籤為SPI Decode Table。示波器的面板設定檔實際上是定義儀器狀態的VB(Visual Basic)腳本。每個設定檔都包含額外的CustomDSO按鈕定義,因此多個設定檔可以連結起來,並在多種拓撲中啟用。

圖2:CustomDSO設定顯示‘SPI Decode Table’設定檔與按鈕3產生關聯。
圖2:CustomDSO設定顯示‘SPI Decode Table’設定檔與按鈕3產生關聯。按下這個按鈕將會執行相應的設定檔,將示波器設定為想要的設定值。同時,它還能啟用其它CustomDSO按鈕實現更多其他測試。

此外,面板設定檔可以包含使示波器作業自動化的動態操作。

值得注意的是,在圖2所示的CustomDSO描述框中,CustomDSO有兩種操作模式(釦圖左所示)。第2種模式是‘插入’(plug-In),是一種功能更強大的模式,可讓用戶在設定檔中加入自家的ActiveX控制項。這些控制項由Visual Basic、Visual C++或其它ActiveX相容程式設計語言編寫的常式加以定義。有了ActiveX控制項後,就可以建立客製的使用者介面。還有大量的互動式元件可用,包括按鈕、核取方塊、選項按鈕、清單方塊、圖片框以及一般對話方塊。

圖3顯示使用兩個按壓按鈕的插入式GUI例子。第1個按鈕是Single Trigger,啟動單次訊號擷取。第2個按鈕將通道1(C1)中的波形傳送到波形記憶體M1,再依次從M1傳送到M2、M2到M3以及M3到M4,經由現有的波形記憶體有效率地傳送先前儲存的波形。如果是以手動進行的話,後面這項功能幾乎需要按12次按鈕。

圖3:CustomDSO PlugIn用於建立一種用戶定義GUI的例子。
圖3:CustomDSO PlugIn用於建立一種用戶定義GUI的例子。該GUI中包含了按鈕、核取方塊、選項按鈕、清單方塊、圖片框和一般對話方塊。

Visual Basic腳本

在這種示波器中,設定檔是其中包含一個完整Visual Basic Script程式的ASCII文字檔,當Visual Basic(VB)程式執行時,會將儀器恢復到先前記錄的狀態。實際上,每次儲存面板設定時,儀器都會有效率地編寫一個程式,在該程式執行時使儀器返回儲存時的狀態。

除了啟用設定的狀態以外,VB腳本還可以用來建立利用標準遠端指令控制示波器的程式。用戶可以從內部執行的設定檔實現示波器作業的‘自動化’。

舉例來說,用戶可以編寫一個VB腳本,將縮放波形的中心移動到由游標確定的位置。事實上,縮放波形將追隨游標位置移動。清單1顯示了這個腳本。腳本的儲存採用與設定檔相同(.lss)的檔案擴展,並由啟用面板設定或將它連結到一個CustomDSO按鈕加以執行。透過使用VB腳本再結合CustomDSO,就可以編寫出極具互動性的測試。圖4顯示用於執行VB腳本的CustomDSO。

清單1:縮放波形中心追蹤游標的VB腳本(zoom_trac.lss)。

set app = CreateObject("LeCroy.XStreamDSO")

' 在顯示器上顯示一項訊息

app.SystemControl.PersistentMessage = "Script running; turn off cursor to stop."

' 將觸發模式改為停止

app.Acquisition.TriggerMode = "Stopped"

' 將游標類型設定為水平絕對值

app.Cursors.Type ="HorizAbs"

' 開啟游標

app.Cursors.View = True

' 將縮放1波形水準擴展係數設為10:1

app.Zoom.Z1.Zoom.HorZoom = 10

' 開啟縮放1波形

app.Zoom.Z1.View = True

' 迴圈讓縮放中心追蹤游標水平位置,當游標關閉時退出

While app.Cursors.View = True

' 強制立即觸發

' 將參數設為0,False,等待可觸發的事件

app.Acquisition.Acquire -1,True

' 讀取游標水平位置

curtime=app.Cursors.XPos1

' 將Zoom Z1中心設為游標位置

app.Zoom.Z1.Zoom.HorCenter=curtime

Wend

' 清除螢幕上的訊息

app.SystemControl.PersistentMessage = ""

' 斷開自動連結

Set app = Nothing

圖4:利用CustomDSO執行VB腳本‘zoom_Track.lss”。
圖4:利用CustomDSO執行VB腳本‘zoom_Track.lss”。當腳本執行時,縮放波形的中心將追蹤水平的游標絕對位置。從圖中可以看出,游標將永遠位於縮放波形Z1的中心。

利用面板設定、CustomDSO和基於VB腳本的設定,為控制示波器測量流程提供了大量靈活性。它還可提供簡化示波器操作的簡單途徑,讓沒有經驗的使用者遵循基於CustomDSO按鈕的腳本。

客製處理和測量

客製化還可以為示波器的工具組增加專用的處理功能,讓用戶在現有的示波器上進行專門的分析和測量。以下討論能夠應用於中階桌上型示波器的技術以及客製化技巧。

所有主要製造商生產的中、高階示波器都提供了可選功能,可在示波器處理路徑中插入基於協力廠商程式的某種數學客製化操作。所有的示波器都支援MATLAB。本文提到的示波器支援MATLAB、VB、C/C++、Excel或Java。這個功能基於可提供高度客製化的COM架構。使用者定義的演算法可在建立後插入示波器的處理路徑中,取得的結果可以作為處理過的數學函數或測量,並像任何其它示波器波形或測量一樣顯示出來。這些波形還可以透過內部或使用者定義的演算法進一步地處理。

由於示波器使用微軟自動控制命令實現遠端控制,而這些命令也可以嵌入使用者定義的演算法中實現‘智慧演算法’,從而像以VB腳本時一樣在計算過程中即時進行決定。

以圖5的示波器測量裝置為例。其中一個100MHz的正弦載波被一個10kHz的方波進行頻率調製。利用一個簡單的MATLAB腳本為波形進行解調,解調後的波形顯示為數學曲線F1。編輯方塊讓用戶可建立、編輯或載入腳本,而無需離開使建立或修改腳本非常方便的示波器環境。

圖5:嵌入式的MATLAB腳本可解調FM,並顯示調變波形。
圖5:嵌入式的MATLAB腳本可解調FM,並顯示調變波形。編輯方塊讓用戶無需離開示波器環境就能完成腳本的創建或編輯。

FM訊號的類比解調是利用圖5中編輯方塊第一行所示的MATLAB‘解調’功能實現的。這個功能將來源波形、載波頻率、採樣頻率和解調類型分別作為參數。解調功能的輸出必須進行濾波,為其下兩行程式碼以MATLAB建置1MHz、二階的Butterworth低通濾波器。還可以用相同技術來建立客製測量以及數學函數,其過程是相同的。

快速客製處理

示波器的客製化選項中存在一種先進的功能,可針對基於用戶的波形或測量運算,提供存取至示波器資料的記憶體映射。這個功能被稱為快速多波埠(FastMultiWavePort;FMWP),支援將C/C++語言編寫的客製處理演算法插入示波器處理串流中。FMWP利用共用記憶體視窗最大限度地增加了從擷取系統到用戶處理部分的資料輸送量。其結果可被傳送回示波器或獨立進行處理。這個功能可以支援多達4個波形輸入和輸出,以及最多8個參數輸出。

圖6顯示使用FMWP從示波器擷取兩個波形,同時輸出兩個處理後的波形,並傳回一個參數至示波器。輸出部份由一個透過記憶體映射資料存取輸入波形的C++程式進行計算。F1的輸出就是輸入C1的相反值,而F2是輸入C2的絕對值。參數P1則是兩個輸入的相關係數。FMWP的最大優點在於可讓工程師建立自己的專用程式碼,並以最大可能的處理速度將它應用至示波器資料。

圖6:P1中的FMWP參數設定以及輸出F1(輸入C1的相反值)和F2(輸入C2的絕對值),是由執行於輸入訊號記憶體映射資料上的C++程式所建立的。
圖6:P1中的FMWP參數設定以及輸出F1(輸入C1的相反值)和F2(輸入C2的絕對值),是由執行於輸入訊號記憶體映射資料上的C++程式所建立的。

本文小結

由於示波器具有廣泛的工具集和應用靈活性,因而成為電子設計和測試的關鍵儀器之一。客製化功能可為示波器的工具組簡化測試、專用處理和內部自動化,進一步擴展儀器的用途。

(參考原文:Customize your oscilloscope to simplify operations,by Arthur Pini)





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