怎么设计一款数控跳频滤波器计算机辅助测试系统？

　　在射频／微波系统中需要把信号频谱进行恰当地分离，完成这一功能的元件就是滤波器，该家族中的数控跳频滤波器以多频点跳变、跳变灵活、速度快、适应性强等特点日益受到用户的青睐。随着仿真软件的不断完善，生产材料和生产工艺水平的不断提高，数控跳频滤波器的批量生产成为了可能。面对成百上千的数控跳频滤波器测试任务和测试数据整理工作，如何高效地进行产品测试，减轻测试人员的工作强度，摆在了生产厂家的面前。鉴于此，在通过大量的数控跳频滤波器测试实践后，利用计算机软件和硬件技术，结合矢量网络分析仪，设计出了界面友好、操作简单、运行稳定可靠的数控跳频滤波器计算机辅助测试（CAT）系统，该系统的使用效果非常理想。
　　1 硬件组成和设计
　　1.1 数控跳频滤波器工作原理
　　数控跳频滤波器是数字控制技术同滤波器技术结合的产物，通过向数控跳频滤波器的控制引脚输入不同组合的高低电平来选择滤波器中的电容阵列，从而达到选择滤波器不同工作频率点的目的，其原理如图1所示。
　　
　　如果把高电平用1来表示，低电平用0来表示，那么不同组合的高低电平就相当于二进制编码，如某数控跳频滤波器控制引脚为8，则其二进制编码范围为00000000～11111111，可对应于28=256个频率点。
　　在理解数控跳频滤波器的工作原理的同时进行了大量的测试实践，解决了数控跳频滤波器CAT系统硬件组成的两个关键技术，即频率点的自动跳变和测试数据的自动获取，从而实现了数控跳频滤波器计算机辅助测试系统的硬件组成架构。
　　1.2 频率点的自动跳变
　　计算机的并口（也称为打印口）是25针D形接头，它有一个8 bit的并行数据端口，可以写入数据，也可以读出数据，引脚是。PIN2～PIN9，定义如表1所示。
　　
　　如果把这8个引脚当成一般的数字输出的脚位看待，上述8个引脚就相当于是8个数字I／O输出的位置一般。当通过数据端口传送数据时，就是改变这8支脚的电平状态；而接收方也按照相同的编码原则解释，就可以获得传送的数据。
　　将计算机并口的8 bit数据端口引脚和数控跳频滤波器的控制引脚连接起来，形成如图2所示的物理链路，通过计算机软件编程控制数据端口数据的自动输出和更新，以选择数控跳频滤波器的不同的电容阵列，从而实现数控跳频滤波器频点的自动跳变。
　　
　　1.3 测试数据的自动获取
　　矢量网络分仪是数控跳频滤波器的主要测试仪器，为了满足用户自动测试的需要，厂家通常在设备上提供USB、LAN、GPIB等用于和计算机通信的接口，以及和这些接口编程相关联的动态链接库、COM等组件鉴于设计时使用的矢网是8735D，所以以GPIB通信方式为例来加以说明。
　　首先要在计算机上安装一块PCI-GPIB卡，并安装相应的驱动程序，然后用一条GPIB电缆通过GPIB接口将计算机和矢量网络分析仪连接起来，并设置好矢量网络分析仪的GPIB通信地址，形成如图3所示的获得测试数据的物理链路。最终利用厂家提供的动态库编程自动发送提取插损、BW3dB、VSWR、矩形系数、远端抑制、Q值等数据的命令，得到了相应的测试数据。
　　
　　2 软件架构与设计
　　数控跳频滤波器计算机辅助测试系统基于Windows操作系统平台，使用Microsoft Visual c#2005开发工具和面向对象的编程方法设计，实现了数字化检测精度、完善的用户界面、丰富的操作功能和可扩展性、可重用性、可维护性，并提供有价值的小工具调用功能。
　　2.1 面向对象技术和方法的应用
　　现代面向对象技术的观点是基于一种直观的思维方式，以一种自然的方法来描述客观世界，把客观世界的事物看成一个个不同的对象，每一个对象都有自己的属性和方法，对象之间采用消息等机制进行通信。其基本的特征有数据抽象、封装、继承、多态及消息通信等，比之面向过程的方法在开发效率、代码的可重用性、软件的可扩展性和可维护性等方面具有明显的优点。
　　
　　图中的对象包括了系统的测试、处理、控制、结果的表达与存储等过程，分别使用动态链接库、COM组件、C#中的类和模板等形式进行代码的封装。
　　2.2 软件架构
　　Visual C#开发环境提供了非常好的软件架构模型，使设计出的程序结构更清晰，开发效率更高。具体对象间的通信和连接关系如图5所示。
　　
　　2.3 产品合格判定算法图
　　数控跳频滤波器产品是否合格的判定方式一般分两种：一是判定所有频点的测试数据；二是判定关键频率点的测试数据。不论采用哪种判定方式都必须遵从图6所示的流程。
　　
　　2.4 软件界面
　　在Visual C#中窗体主要有两种实现方式：SDI（single document interface，单文档界面）和MDI（multiple documents interface，多文档界面），本系统采用了MDI多种文档结构，可方便用户进行测试数据的比对，同时有利于测试对象的扩展。系统软件界面如图7所示。
　　
　　3 结语
　　数控跳频滤波器产品可批量生产后，自动化测试代替手工测试是必然趋势。本文设计的数控跳频滤波器计算机辅助测试（CAT）系统就是在这样的形势下设计出来的，具有设计成本低、操作简单、测试效率高等特点，现已在实际的测试工作中广泛使用，极大减轻了测人员的工作强度，测试人员使用后感到非常满意。