1 系統(tǒng)組成
環(huán)境試驗測試系統(tǒng)將程控儀器、測試總線、計算機與測試軟件相結(jié)合，構(gòu)成通用的虛擬溫控測試平臺，原理框圖如圖1所示。
測試平臺的構(gòu)成由主機(采用PC機作為主控設(shè)備)和程控儀器群通過通用的標(biāo)準(zhǔn)測試總線連接。測試軟件采用VB 6.0語言。
系統(tǒng)采用GPIB作為接口總線，GPIB是HP公司20世紀(jì)70年代初開發(fā)的通用儀器控制接口總線標(biāo)準(zhǔn)。它的特點是：積木式結(jié)構(gòu)，可拆卸、易于重建；控制器可以是計算機、微處理器或簡單的程序控制器；數(shù)據(jù)傳送可靠，使用靈活，價格低廉[2]。因此，GPIB廣泛應(yīng)用于對測試儀器進行計算機控制。根據(jù)測試要求選用了53132A頻率計、6632B電源、4366可編程程控溫箱和射頻切換模塊7000/8811A。
2 測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計
2．1 測試系統(tǒng)的接口模塊
53132A是Agilent公司生產(chǎn)的頻率計數(shù)器，它的最高頻率分辨率可達12位，單次時間間隔分辨率指標(biāo)規(guī)定為150 ps。53132A還具有外同步性能，可用一個外部信號來控制時間間隔測量。為了保證頻率計數(shù)器測量的準(zhǔn)確性，可以加入外部時鐘。6632B是Agilent公司生產(chǎn)程控直流電源，該電源具有GPIB控制接口。S&A 4366 Temperature Test Chamber是美國SAUNDERS公司生產(chǎn)具有GPIB控制接口的可編程程控溫箱。如果使用CO2作為制冷劑，它的溫度控制范圍是-55℃~200℃/LCO2。它的穩(wěn)定范圍是±0.2℃，符合系統(tǒng)的要求。7000/8811A是MATRIX SYSTEM公司的產(chǎn)品。它是1個12輸入、1輸出可選擇的射頻轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊，工作范圍DC~800 MHz，控制轉(zhuǎn)換信號為TTL電平，控制接口為1個形如15針串行口的接口。1~12針為控制端，選通1~12 RF輸入，低電位選通、高電位截止。
2．2 溫控振蕩器振蕩信號檢測
系統(tǒng)采用的檢測電路原理如圖2所示。
放置在程控溫箱中的12個被測試品通過50 Ω RF電纜連接到射頻切換模塊7000/811A上，計算機通過I/O卡和驅(qū)動卡實現(xiàn)12選1，該信號輸入到計數(shù)器53132A。計算機通過GPIB總線向所有程控儀器發(fā)送、接收控制指令。如設(shè)置程控電源電壓、控制溫箱升降溫、讀取計數(shù)器數(shù)據(jù)等。
2．3 I/O卡和驅(qū)動卡
I/O卡和驅(qū)動卡的電路原理圖如圖3所示。
I/O卡是1塊8255可編程并行接口為核心的接口卡。8255的PB口用PB0~PB3實現(xiàn)12選1，通過驅(qū)動卡控制7000/8811A射頻切換模塊的輸入端與頻率計53132A計數(shù)器連接。8255的PC口用于驅(qū)動卡的選通，以便于系統(tǒng)擴展[3]。
3 軟件系統(tǒng)
測試程序軟件采用VB 6.0語言編寫。VB 6.0是Microsoft公司推出的一種可視化編輯軟件，適合于Windows平臺，它簡單易用，適用面廣，無論是通信、數(shù)據(jù)庫，還是多媒體以及普通的Windows應(yīng)用程序，都可以用VB進行開發(fā)。VB的可視化指的是開發(fā)圖形用戶界面(GUI)的方法。使用這種方法，用戶不需要編寫大量代碼去描述界面元素的外觀和位置，而只要把預(yù)先建立的對象托放到屏幕上即可，方便快捷[4-5]。
3．1 測試流程
圖4為此環(huán)境試驗測試程序的主界面，程序流程圖如圖5所示。
系統(tǒng)首先進行預(yù)測，其作用是在對測試品進行溫度環(huán)境測試之前，檢查測試本身或測試與測試制具接觸是否存在問題。具體方法是，檢測試品否有頻率輸出、輸出頻率是否合理。當(dāng)確定所有產(chǎn)品工作狀況正常時，進入測試程序。
測試程序啟動后，系統(tǒng)根據(jù)用戶選擇的試品型號調(diào)入預(yù)先設(shè)定的測試參數(shù)，根據(jù)控制參數(shù)設(shè)定電源電壓以及最大電流，輪流給試品供電。然后根據(jù)溫度控制參數(shù)，控制溫箱升、降溫，當(dāng)?shù)竭_指定溫度后，根據(jù)設(shè)定等候一段時間使試品在該溫度下穩(wěn)定，確保測量的準(zhǔn)確性。
計算機通過I/O以及驅(qū)動卡控制7000/8811A模塊切換試品，由頻率計53132A讀出當(dāng)時產(chǎn)品的實際輸出頻率保存數(shù)組，并進行下一個溫度點的測試。
當(dāng)所有溫度點的測試完成后并合格時，需要進行有源效應(yīng)測試，即檢測供電電源變化對產(chǎn)品輸出頻率的影響。具體要求是，控制電源在額定電壓范圍內(nèi)變化，由53132A讀出頻率值并算出頻差。
3．2 GPIB總線與I/O卡的驅(qū)動程序
計算機通過GPIB總線與53132A頻率計、6632B電源、4366可編程程控溫箱等設(shè)備連接。這些測量儀器和設(shè)備均帶GPIB接口并預(yù)先設(shè)定好地址。計算機內(nèi)部插入GPIB控制卡，美國NI公司提供的一個程序模塊GPIB.bas用于驅(qū)動該控制卡，實現(xiàn)計算機與外圍設(shè)備和測量儀間的數(shù)據(jù)傳輸。下面程序是計算機與53132A頻率計數(shù)據(jù)通信程序片段：
53132A頻率計初始化
Private Sub ini_counter ( )
Dim setstr As String
Send 0， counter， “*RST”， Nlend ‘Reset counter， counter變
‘量代表計數(shù)器的地址，0代表控制卡地址
Send 0， counter， "*CLS"， NLend ′Clear status
Send 0， counter， "*SRE 0"， NLend ′Disable service
′request (0)
Send 0， counter，"：FUNC 'FREQ 1'"， NLend ′Measure
′frequency on channel 1
Send 0， counter， "：INPUT1：IMPEDANCE 50"， NLend ′Input
′1 set to 50 ohms
setstr= "：SENSE：FREQ：ARM：STOP：TIM " & "1.0"
Send 0， counter， setstr， NLend ' Set the gate time
Send 0， counter， "：SENS：EVEN1：LEV 0V"， NLend
Send 0， counter， "：TRIG：COUN：AUTO OFF"，NLend ′Single measurement when triggered
Exit Sub
讀取53132A頻率計數(shù)據(jù)
Public Sub Read_freq(ByRef F As Double)
Dim Freq As String
Send 0， counter， "：SENSE：FREQ：ARM：STOP：
TIM " & "1.0" & "；：READ?"， NLend
Freq = " "
Receive 0， counter， Freq， STOPend
F=Val(Freq)
End Sub
計算機通過I/O以及驅(qū)動卡控制7000/8811A模塊切換試品，該驅(qū)動程序為NTPort Library 2.5，程序片段如下：
I/O計初始化
Private Sub init_iocard()
Outport CR， &H90 ′Port A as input， port B & C as output
Outport PB， &H0 ′clear ports
Outport PC， &H0
End Sub
程序運行Outport時，程序會調(diào)用IO_Routine這個模塊，如下：
Declare Function Inport Lib "IO.dll" Alias "PortIn" (ByVal port As Integer) As Integer
Declare Function Outport Lib "IO.dll" Alias "PortOut" (ByVal port As Integer， ByVal Data As Integer) As Integer
Global Const PA = &H2C0
Global Const PB = &H2C1
Global Const PC = &H2C2
Global Const CR = &H2C3
當(dāng)程序調(diào)用I/O控制時，程序調(diào)用：
Private Sub RF_Switch(Switch As Integer， Switch_Pos As Integer) ‘Switch代表第幾個驅(qū)動卡，Switch_pos代表1個驅(qū)動卡上控制的第幾個位置
Switch_Pos=(Switch-1) * 16+Switch_Pos-1
Outport PC， Switch
Outport PB， (Switch-1) * 16+Switch_Pos-1
End Sub
3．3 測試數(shù)據(jù)存儲技術(shù)
測試子程序運行完畢后，所有數(shù)據(jù)將被存入網(wǎng)上的Access 2000數(shù)據(jù)庫中。VB提供了DAO模型與Microsoft Jet數(shù)據(jù)庫引擎接口的方法。DAO模型是全面控制數(shù)據(jù)庫的完整編程接口，它是設(shè)計關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的對象類的集合。首先在網(wǎng)上服務(wù)器使用Access 2000創(chuàng)建1個TempData.mdb數(shù)據(jù)庫，并將其路徑Map到本地機上，即I：\ 鏡像盤。
在VB 6.0中從工程(P)-〉部件(O)選擇Microsoft ADO Data Control 6.0(OLEDB)，從工程(P)-〉引用(N)選擇Microsoft ActiveX Data Objects 2.0 Library，將Adodb控件添加到程序的圖形界面上。在程序中使用Dim語句給數(shù)據(jù)庫中的每1個對象創(chuàng)建對象變量。如下：
Private objConn As Adodb.Connection
Private objRec As Adodb.Recordset
Dim strconnectionstring As String
然后指明對象變量：
strconnectionstring = "Provider=Microsoft.Jet.OLEDB.4.0；Data Source=I：\Tempdata.mdb" ‘指明數(shù)據(jù)源
Set objConn = New Adodb.Connection ‘Connection對象描述了到數(shù)據(jù)源的物理連接
objConn.Open strconnectionstring ‘打開一個數(shù)據(jù)源連接
Set objRec = New Adodb.Recordset ‘通過Recordset對象可對幾乎所有數(shù)據(jù)進行操作
objRec.Open "Data_SN"， objConn， adOpenKeyset，adLockPessimistic ‘打開數(shù)據(jù)庫中的Data_SN表
將測得的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中的Data_SN表中
With objRec
.AddNew ‘向表中增加新的數(shù)據(jù)
!SN = sn(i) ‘輸入序列號
!Model = model ‘輸入機種號
If mark(i) = “FAIL” Then ‘輸入產(chǎn)品測后狀態(tài)(好、壞)
!Passed = False
Else： !Passed = True
End If
.Update
End With
objRec.Close ‘存儲完后關(guān)閉表Data_SN
objConn.Close ‘關(guān)閉數(shù)據(jù)庫連接
Set objRec = Nothing
Set objConn = Nothing
3．4 檢測結(jié)果判定
采用式(1)計算實際頻率的偏差值(ppm)，式中f0為試品規(guī)定中心頻率。
按照式(1)計算各個溫度點間頻率的漂移是否超限。當(dāng)漂移在允許范圍內(nèi)，繼續(xù)進行有源效應(yīng)測試。實際測量時也可以采用如下的方法：
利用程控儀器搭建虛擬溫控測試平臺來測試不同溫度環(huán)境下產(chǎn)品頻率，通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)匯總于網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。直觀地展示了測試結(jié)果，并便于數(shù)據(jù)查詢。這種方法改變了以往繁瑣的手動設(shè)置溫度、測量和讀數(shù)、計算過程，既節(jié)省了測試時間，又提高了測試測量的精度，使整個測量過程變得方便、快捷、準(zhǔn)確、可靠。
參考文獻
[1] 高益，劉剛，于軍，等.微機控制OCXO測溫電路的設(shè)計與分析[J].壓電與聲光，2006，28(1).
[2] 于英民，于佳.計算機接口技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.
[3] PAUL Oh. 8255 PPI IBM PC interface card[EB/OL].
http：//www.boondog.com/tutorials/8255/8255.htm.2000.
[4] 鄭阿奇，曹戈.Visual Basic實用教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.
[5] 李蘭友.Visual Basic程序設(shè)計教程[M].天津：天津大學(xué)出版社，2004.