陳 志

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基于LabVIEW的插值校驗(yàn)電路脈沖輸出的程序設(shè)計(jì)

陳 志

（上海理工大學(xué) 光電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，上海 200093）

為了實(shí)現(xiàn)在脈沖插值校驗(yàn)電路中輸入脈沖連續(xù)可調(diào)并能使頻率發(fā)生改變，設(shè)計(jì)出了一款基于LabVIEW脈沖輸出程序。該程序主要通過USB連接到Agilent 33521B信號(hào)發(fā)生器上，讓計(jì)算機(jī)能夠控制波形發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生相應(yīng)波形，實(shí)現(xiàn)相關(guān)參數(shù)的調(diào)節(jié)，并且能夠給定dF/dt的值，使得波形頻率F在dF/dt的速率下隨時(shí)間變化。最后的測(cè)試結(jié)果表明：所設(shè)計(jì)的程序滿足脈沖插值校驗(yàn)電路對(duì)輸入脈沖的各種要求。在檢定操作中使用脈沖插入系統(tǒng)前，對(duì)脈沖插入系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行校驗(yàn)，通過校驗(yàn)，檢驗(yàn)脈沖內(nèi)插設(shè)備相對(duì)于已知的頻率范圍和頻率變化速率反應(yīng)的正確性。

插值校驗(yàn)；LabVIEW；Agilent33521B

0 引言

目前絕大多數(shù)的計(jì)數(shù)器多數(shù)都只能計(jì)出完整的整數(shù)倍脈沖數(shù)，從而忽略了某些不完整的脈沖，在短時(shí)間的累計(jì)過程中，這些不完整的脈沖的數(shù)量對(duì)最后流量計(jì)校準(zhǔn)的影響非常大，從而造成了較大的誤差[1]?；贗SO7278-3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)提出的脈沖插值技術(shù)可以很好地解決上述問題[2]。在使用脈沖插入系統(tǒng)之前，應(yīng)對(duì)脈沖插入系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行校驗(yàn)[3-10]，在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中給定的校驗(yàn)電路中，需要波形發(fā)生器提供脈沖信號(hào)，并且需要能使頻率F隨時(shí)間變化，這樣才能檢查脈沖內(nèi)插值設(shè)備相對(duì)于已知的頻率范圍和頻率變化速率反應(yīng)的正確性?；谶@種情況，傳統(tǒng)的波形發(fā)生器肯定不能滿足我們的需要，所以我們?cè)贚abVIEW[11-13]的環(huán)境下設(shè)計(jì)相關(guān)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)需求，最后并對(duì)軟件的功能進(jìn)行測(cè)試。

1 脈沖插入系統(tǒng)校驗(yàn)電路

圖1給出的是校驗(yàn)電路的方框圖。脈沖發(fā)生器提供兩種輸出，這兩種輸出頻率的差別在于設(shè)置到可調(diào)節(jié)分頻器的系數(shù)。頻率為F的脈沖由計(jì)數(shù)器A來(lái)計(jì)數(shù)，頻率為F/R的脈沖由我們檢定的插值計(jì)數(shù)器來(lái)計(jì)數(shù)，兩組脈沖的啟動(dòng)和停止由同一個(gè)開關(guān)控制。設(shè)間隔時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)器A累計(jì)采樣的脈沖大于10000個(gè)，然后按下停止開關(guān)，如果計(jì)數(shù)器A的讀數(shù)與脈沖插入器的讀數(shù)乘上分頻系數(shù)的值相比誤差在0.01%的范圍內(nèi)，說(shuō)明脈沖插入器的分辨力是極好的。

圖1 檢驗(yàn)電路方框圖

為了校驗(yàn)插入設(shè)備對(duì)頻率變化的反應(yīng)，還應(yīng)進(jìn)行附加的校驗(yàn)，用下圖中的斜波發(fā)生器提供給定時(shí)間內(nèi)脈沖頻率的變化。這部分功能也是在由我們?cè)贚abVIEW上進(jìn)行附加的編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2 程序設(shè)計(jì)

在程序設(shè)計(jì)開始之前，必須要先安裝相關(guān)的驅(qū)動(dòng)，由于LabVIEW和Agilent33521B都有自己的驅(qū)動(dòng)，所以在開發(fā)的過程中既要安裝NIVISA17.0，又要安裝Keysight IO Libraries Suite。其中NIVISA17.0是通用的底層接口驅(qū)動(dòng)，Keysight IO Libraries Suite是KEYSIGHT公司提供的IO程序庫(kù)套件。由于NI公司提供了各種簡(jiǎn)單的儀器驅(qū)動(dòng)程序，我們只需要在這些程序上根據(jù)我們的需要進(jìn)行二次開發(fā)即可[13-15]。

本文設(shè)計(jì)是利用Ni公司做的Agilent 3352X Series Standard Waveform.vi子程序?yàn)殡r形，設(shè)計(jì)的一款關(guān)于實(shí)現(xiàn)相關(guān)參數(shù)的調(diào)節(jié)，并且能夠給定dF/dt的值，使得波形頻率F在dF/dt的速率下隨時(shí)間變化的程序。其中VISA resource name為當(dāng)前IO的路徑,由系統(tǒng)默認(rèn)生成。當(dāng)選擇完路徑后，下面4個(gè)參數(shù)選擇項(xiàng)依次為：波形選擇，輸出幅值，輸出頻率，斜率改變量。波形選擇默認(rèn)為正弦波（Sine），根據(jù)業(yè)務(wù)需求只提供正弦波和余弦波可選擇；輸出幅值默認(rèn)為0.1 Vpp，在規(guī)定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)任意值可調(diào)；輸出頻率默認(rèn)為100 Hz，在規(guī)定范圍內(nèi)也可以任意調(diào)節(jié)；斜率改變量為輸出頻率隨時(shí)間改變量的大小，可以設(shè)定數(shù)值，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率的變化。前面板上的波形圖為輸出波形的實(shí)時(shí)顯示，可以從中看出波形頻率的變化。整個(gè)程序設(shè)計(jì)分為兩部分，第一部分圖2是實(shí)現(xiàn)對(duì)原始參數(shù)如波形、幅值、頻率等的調(diào)節(jié)來(lái)現(xiàn)實(shí)對(duì)波形發(fā)生器的控制。第二部分圖3是加了斜率改變量功能，并且在波形圖上實(shí)時(shí)顯示，實(shí)現(xiàn)總開關(guān)對(duì)其他開關(guān)的復(fù)位功能。

在圖2中數(shù)字1表示的子Vi是Initialize.vi，其作用通過給定的資源名打開內(nèi)部的VISA，完成儀器的識(shí)別，最后實(shí)現(xiàn)儀器的初始化。數(shù)字2表示的子VI是Configure Standard Waveform.vi，作用是通過配置輸出波形，輸出幅值，輸出頻率，偏移量來(lái)產(chǎn)生波形。數(shù)字3表示的子VI是Enable Channel Output.vi，其功能是當(dāng)總開邏輯值為False時(shí)，停止儀器輸出波形，同時(shí)總開關(guān)和While循環(huán)的條件接線端相連接，控制著整個(gè)程序的啟動(dòng)或停止。數(shù)字4表示的子VI是Close.vi，實(shí)現(xiàn)關(guān)閉功能，保證儀器的安全。在圖2中通過事件結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)：事件選擇器標(biāo)簽設(shè)定4個(gè)邏輯功能分別對(duì)應(yīng)4種參數(shù)的值改變，當(dāng)選擇改變哪個(gè)參數(shù)時(shí)（發(fā)生相應(yīng)的事件源），事件結(jié)構(gòu)相應(yīng)的選擇要處理的事件。當(dāng)沒有事件源發(fā)生時(shí)，事件結(jié)構(gòu)會(huì)執(zhí)行超時(shí)標(biāo)簽里的事件，因?yàn)槲覀冃枰岊l率隨時(shí)間不斷變化，所以把頻率改變所導(dǎo)致發(fā)生的事件寫到超時(shí)邏輯中。這樣通過LabVIEW就能控制波形發(fā)生器了。

在圖2中，是針對(duì)脈沖插值校驗(yàn)做的改進(jìn)部分。根據(jù)ISO 7278-3:1995國(guó)標(biāo)的脈沖插入系統(tǒng)的校驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中，需要使頻率F在一定的速率下隨時(shí)間變化，在圖3的程序設(shè)計(jì)中，利用兩個(gè)時(shí)間計(jì)數(shù)器的差值來(lái)得出程序運(yùn)行的時(shí)間。通過前面板任意設(shè)定的斜率改變量與運(yùn)行時(shí)間的乘積再加上給定的頻率，得到的結(jié)果就是頻率隨時(shí)間的變。LabVIEW自帶仿真信號(hào)子VI，通過給仿真信號(hào)設(shè)置波形、頻率、幅值，就可以在前面板上得到了波形發(fā)生器輸出波形的實(shí)時(shí)圖像。圖2右下角用兩個(gè)條件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)當(dāng)總開關(guān)復(fù)位時(shí)，其他所有開關(guān)都要復(fù)位的效果。

3 軟件實(shí)驗(yàn)測(cè)試

當(dāng)程序編寫完后，在LabVIEW設(shè)定相關(guān)參數(shù)，波形選擇正弦波，幅值選擇0.1，初始頻率選擇1000 HZ，設(shè)定斜率為5，每5秒采樣1次輸出頻率，共采樣十次數(shù)據(jù)。

圖2 33521B波形發(fā)生器分程序框圖

從表1中采樣的數(shù)據(jù)可以看出輸出的頻率隨時(shí)間的變化下符合正比例函數(shù)的曲線，說(shuō)明采樣數(shù)據(jù)輸出的頻率是在設(shè)定的速率下隨時(shí)間連續(xù)變化，并且程序基本實(shí)現(xiàn)了對(duì)波形發(fā)生器各種參數(shù)的控制，符合檢驗(yàn)電路脈沖輸出的要求。

表1 不同的門控時(shí)間下頻率的變化

Tab.1 Frequency changes at different gating times

圖3為當(dāng)間隔為10秒時(shí)實(shí)物采樣的結(jié)果。

4 結(jié)論

本文基于ISO7278-3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)提出的脈沖插入系統(tǒng)的校驗(yàn)裝置為藍(lán)本，對(duì)其中脈沖輸出部分進(jìn)行了程序的設(shè)計(jì)來(lái)滿足相關(guān)的功能。利用了Lab-VIEW2015為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程對(duì)Agilent-33521B波形發(fā)生器的操控來(lái)進(jìn)行脈沖的輸出。通過軟件的控制，對(duì)于我們控制誤差，采集脈沖信號(hào)有很大的幫助，真正實(shí)現(xiàn)了人機(jī)分離。特別是后續(xù)對(duì)程序進(jìn)行了擴(kuò)展，并不僅僅是為了輸出脈沖信號(hào)，更重要的是實(shí)現(xiàn)了脈沖頻率在一定速率下隨時(shí)間的連續(xù)變化，為我們開展脈沖插入系統(tǒng)校驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

圖3 波形發(fā)生器頻率輸出

[1] 韓偉, 沈昱明. 雙計(jì)時(shí)脈沖插值計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)[J]. 計(jì)量學(xué)報(bào), 2014, 35(6): 131-134.

[2] ISO 7278-3:1998 Liquid hydrocarbons-Dynamic measurement-Proving systems for volumetric meters-Part 3:Pulse interpolation techniques[S]. 1998.

[3] 高文平. 具有分站功能的多通道壓力測(cè)量系統(tǒng)[J]. 軟件, 2015, 36(3): 64-68

[4] 劉紅春. 微波脈沖頻率計(jì)數(shù)器檢定/校準(zhǔn)方法及不確定度分析[J]. 工業(yè)計(jì)量, 2011(s2): 48-49.

[5] 王如迅. 基于SWTBot 技術(shù)的軟件自動(dòng)化測(cè)試的研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 軟件, 2016, 37(02): 121-128.

[6] 顏樂鳴. 基于工作流的軟件測(cè)試過程模型研究[J]. 軟件, 2018, 39(5): 160-165.

[7] 葉常春, 尹良澤. 面向小規(guī)模程序的輕型測(cè)試方法[J]. 軟件, 2015, 36(10): 90-93.

[8] 胡德才, 張瓊飛. 流量計(jì)檢定數(shù)據(jù)采集方法[J]. 油氣田地面工程, 2005, 24(8): 38-38.

[9] 蔣建新. 用脈沖插入技術(shù)實(shí)現(xiàn)指針式流量計(jì)的自動(dòng)檢定[J]. 計(jì)量技術(shù), 2008(10): 47-49.

[10] 常志方, 劉文剛, 韓保. 脈沖計(jì)量技術(shù)概述[J]. 廣東科技, 2013(16): 258-259.

[11] 豈興明, 周建興, 矯津毅. LabVIEW 8.2中文版入門與典型實(shí)例[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2010.

[12] 胡武揚(yáng), 段富海, 董科銳. 基于LabVIEW 的舵機(jī)自動(dòng)加載測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)[J]. 軟件, 2015, 36(5): 24-29.

[13] 趙俊巖. 利用LabVIEW通過USB控制33220A程序設(shè)計(jì)[J]. 電子測(cè)試, 2009(4): 57-59.

[14] 張瑞香, 劉沖, 覃承彬. 基于LabVIEW的Agilent 33220A控制系統(tǒng)[J]. 裝備制造技術(shù), 2006(3): 63-65.

[15] 閏石, 龔培榮, 韓定定. 上海EBIT裝置中的任意波形發(fā)生器的輸出控制[J]. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制, 2007, 15(10): 1330-1332.

Program Design of Pulse Output for Interpolation Calibration Circuit Cased on LabVIEW

CHEN Zhi

(School of Optical-Electrical and Computer Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China)

In order to adjust the input pulse continuously and change the frequency in the pulse interpolation circuit, a LabVIEW-based pulse output program is designed. The program is mainly connected to Agilent 33521B signal generator through USB, so that the computer can control the waveform generator to generate the corresponding waveform and realize the relevant parameters. The value of dF/dt can be adjusted and the waveform frequency F will change with time at the rate of dF/dt. The final test results show that the program meets the various requirements of pulse interpolation circuit for input pulse. Before using the pulse insertion system in the verification operation, the pulse insertion system should be checked. By checking, the correctness of the pulse insertion device in response to the known frequency range and frequency change rate should be checked.

Interpolation check; LabVIEWN; Agilent 33521B

TP311.1

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2018.10.014

陳志(1992-)，男，碩士研究生在讀，研究方向：流量測(cè)量。

陳志. 基于LabVIEW的插值校驗(yàn)電路脈沖輸出的程序設(shè)計(jì)[J]. 軟件，2018，39（10）：64-67