通用计数器内石英晶体振荡器自动检测系统的实现

郝　松　李　诺　金月红　秦　同

(辽宁省计量科学研究院，沈阳 110004)

0　引言

通用计数器是频率测量和时间间隔测量的常用设备，其内部石英晶体振荡器的技术指标，直接影响通用计数器的计量性能[1-4]。JJG 180—2002《电子测量仪器内石英晶体振荡器》检定规程要求，日频率波动需要对通用计数器内石英晶体振荡器连续测量24小时，若人工测量，可操作性较差。

本文研制了多通道射频开关，结合图像采集技术，依据JJG 180—2002《电子测量仪器内石英晶体振荡器》检定规程，实现了多个通用计数器内石英晶体振荡器的自动检测。

1　系统组成及控制过程

JJG 180—2002《电子测量仪器内石英晶体振荡器》检定规程中，被测对象分为有晶振频率输出的电子测量仪器和无晶振频率输出的电子测量仪器两种。本文针对这两种情况，设计了含有三个模块的通用计数器内石英晶体振荡器自动检测系统。本系统主要包括：频率测量标准、射频开关、频分放大器、视频监视器和计算机。三个模块示意图如图1、图2和图3所示。

图1　有晶振频率输出检测模块示意图

图2　无晶振频率输出(有标准程控接口)检测模块示意图

图3　无晶振频率输出(无标准程控接口)检测模块示意图

本文实现的自动检测系统的具体实现过程如下：对于被测通用计数器含有晶振频率输出的测量，由计算机控制频率测量标准和射频开关，按照JJG 180—2002《电子测量仪器内石英晶体振荡器》检定规程中的要求，使频率测量标准每隔一小时对被测通用计数器的参考频率输出的标称频率进行一次轮询测量，在每次测量时控制射频开关进行通道选择和切换，进而自动完成多个石英晶体振荡器的标称频率的测量，由计算机对24小时测得的频率实际值按照JJG 180—2002《电子测量仪器内石英晶体振荡器》检定规程的要求进行数据处理，可自动完成开机特性、日频率波动、日老化率、1s频率稳定度及频率准确度的测量。对于被测通用计数器无晶振频率输出但有标准程控接口的测量，由频率测量标准通过射频程控开关连接到各被测通用计数器，由计算机通过协议每隔一小时读取各通用计数器测量的标准频率值来完成多个石英晶体振荡器上述指标的测量。对于被测通用计数器无晶振频率输出且无标准程控接口的测量，由计算机通过GPIB协议控制频率标准和视频监控器，使视频监控器每隔一小时对被测通用计数器的示值进行拍照存储，测量完毕后进行数据处理，计算得出上述指标数据。

2　射频程控开关的实现

本系统研制的射频程控开关为十路输入和一路输出的开关，其具体的硬件结构如图4所示。

图4　射频程控开关系统结构示意图

该程控开关主要由液晶显示模块、主控模块、通讯模块、键盘模块、总线驱动模块、开关通道驱动模块及输入、输出通道组成，主要完成按照程控指令选通指定通道的信号，将其传输至频率计量标准。其中，主控模块根据通讯接口传输过来的指令，通过总线驱动模块控制相应的开关通道驱动模块工作，以使相应的通道与输出通道连通。液晶显示模块主要用于指示当前导通的通道。主控主要采用ARM7的芯片，其主频可以高达72MHz，完全满足设计的需求。开关通道驱动模块以MC1413等达林顿管芯片，具有较强的驱动能力。键盘模块主要采用BC7281等专用键盘芯片，最多支持64个按键。射频程控开关的软件流程图如图5所示。

图5　射频程控开关软件流程图

3　视频捕捉的实现

为了解决无程控接口的通用计数器的校准问题，本系统引入了视频处理技术。可以根据需要使用USB摄像头对被校准的通用计数器进行视频捕捉(视频捕捉是将一个视频流和音频流数字化，然后存储在硬盘或其他存储介质上的过程)。本系统使用了罗技公司生产一款720p高清摄像头进行视频捕捉，其具备自动对焦和快速抓拍等功能。

本文采用VFW(VideoForWindows)实现视频捕获。VFW是专门用于实时视频捕获的工具包，它能使应用程序数字化并播放从传统模拟视频源得到的视频剪辑，其关键是播放时不需要专用硬件。VFW提供的接口可以被大多数的视频采集卡支持，并有多种视频压缩驱动供选择。在本系统的上位机程序中，使用VC直接对VFW进行操作，在进行了相应的分辨率、捕获速度等基本参数的设置后，就可以控制USB摄像头进行图像捕获。由于本系统利用VC调用了AVICap窗口类，该类描述了声频与视频流的细节,所以使得本系统的上位机程序从繁复的AVI文件格式、声频视频缓冲管理以及底层声频视频驱动访问等等解脱出来。

最终，本系统的上位机软件控制USB摄像头每隔1小时对被测通用计数器进行拍照，并将捕获的图片按照时间顺序进行存储，以便校准人员进行数据处理。

4　系统的实现

本文硬件系统包括频率测量标准、射频开关、频分放大器、视频监视器和计算机，应用VC++，结合VB实现了系统的控制。该系统对于有晶振频率输出的通用计数器内部晶振和无晶振频率输出但有标准程控接口的通用计数器内部晶振可实现全自动检测，对于无晶振频率输出且无标准程控接口的通用计数器内部晶振可实现半自动检测。系统软件流程图如图6所示。

图6　系统软件流程图

5　小结

本文依据JJG 180—2002《电子测量仪器内石英晶体振荡器》检定规程实现了通用计数器内石英晶体振荡器自动检测系统，对于具有晶振频率输出或无晶振频率输出但有标准程控接口的计数器，本系统可以自动出具Word格式的检测记录；对于没有晶振频率输出且没有标准程控接口的计数器，本系统可以自动拍摄当时的采集结果，并在检测结束后进行人工录入。通过射频程控开关和视频监视器，可以同时对多达10台待测设备自动计量，极大的提高了工作效率。

[1]宋静怡.石英晶体振荡器在无线通信领域中的应用.新西部(学术版)，2006(12)

[2]胡诞康.石英晶体振荡器在通信产业中的应用.无线电工程，2001，31(12)

[3]聂瑞霞，宋春.品体振荡器固有频率对稳频时间的影响分析.电子质量，2010(6)

[4]熊民宣.晶体震荡器在计量检定中应注意的因素探讨.现代电子技术，2003(1)

[5]马连峰，汤赛楠.基于VFIN的视频捕获方法的研究与应用.电脑知识与技术，2009，5(31)