频率稳定度测试仪软件的设计与实现

论文摘要

频率稳定度是时间计量基准性能的主要指标之一,它反映标准频率本身的稳定性和其对外界各种干扰因素的敏感程度。高精度时间基准即原子钟技术,关系到国家安全和其他高科技领域发展水平。有了高精度原子钟技术也需要有与之相适应的高精度频率稳定度测量技术。因此,研制具有自主知识产权的新一代频率稳定度测试仪器以适应我国原子钟发展的需要,具有重要的现实意义。本课题正是针对这一战略需要并结合本单位需求,利用原有技术基础,将原有系统进行改进,并结合软件技术的发展和电子技术的进步,实现高精度频率稳定度的自动测量。本文系统论述了频率稳定度测试仪软件的设计和实现。本文首先讨论系统的原理、结构和功能,然后根据频率稳定度特性的数学表征推导出系统的信号处理模型。基于软件的需求分析,运用UML(统建模语言)方法,重点分析了软件系统的框架结构、自动测试流程和数据处理及其算法。最后给出系统实现、结果分析和对下一步工作的展望。本系统软件在结构上可总体分为底层控制程序和应用软件程序两部分。底层控制程序用于控制和测量频率源信号在取样时间内的计数值,采集数据,计算其稳定度值并显示。应用软件程序具有较强的运算能力和处理速度,因此可将底层控制程序获得的数据保存、处理、分析、输出,以及对测试系统的自动流程控制等。两部分软件程序通过串行通信接口实现数据传递,用这样的方式构成了频率稳定度的自动测试系统。本文重点介绍了由单片机汇编语言编写的底层控制程序,它包括计数器控制端程序、DDS控制程序、数据采集及计算程序、数码管显示程序,以及通讯接口协议及程序的编写等。经过测试与改进,本测试仪实现了预期的功能需求,软件工作稳定,测试结果可靠、可信。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外现状与课题意义
• 1.3 课题任务
• 1.4 论文结构
• 第二章 频率稳定度测试仪原理与技术平台
• 2.1 系统原理
• 2.2 系统数学模型
• 2.2.1 频率稳定度计算公式
• 2.2.2 频率准确度计算公式
• 2.3 开发工具与技术平台
• 2.3.1 需求分析方法
• 2.3.2 底层控制程序平台
• 2.3.3 应用程序平台
• 2.3.4 软件测试方法
• 第三章 频率稳定度测试仪软件需求分析
• 3.1 系统功能性需求
• 3.1.1 系统基本实现过程描述
• 3.1.2 底层控制软件需求
• 3.1.3 应用软件需求
• 3.2 系统非功能性需求
• 3.3 软件需求分析
• 3.3.1 底层控制软件系统用例说明
• 3.3.2 应用软件系统用例描述
• 第四章 通讯接口协议及软件设计
• 4.1 通讯接口协议
• 4.1.1 通讯接口功能需求分析
• 4.1.2 通讯接口设计原理
• 4.1.3 通讯接口协议
• 4.2 通讯接口的软件设计
• 4.2.1 通讯接口的程序流程
• 4.2.2 通讯接口的控制程序设计
• 4.3 通讯接口的可靠性设计
• 第五章 频率稳定度测试仪软件设计
• 5.1 程序设计概述
• 5.1.1 单片机简介
• 5.1.2 单片机指令系统简介
• 5.1.3 程序内存分配
• 5.2 中断程序
• 5.2.1 计数中断程序
• 5.2.2 取数中断程序
• 5.2.3 通讯接口中断程序
• 5.3 计算程序
• 5.3.1 计算程序主流程
• 5.3.2 求平方子程序
• 5.3.3 整数开平方子程序
• 5.4 控制DDS程序
• 5.4.1 DDS简介
• 5.4.2 DDS软件设计
• 第六章 功能测试与分析
• 6.1 软件测试
• 6.1.1 软件功能测试
• 6.1.2 软件测试问题汇总
• 6.2 软件对系统的影响
• 6.3 与国外同类产品软件上的比较与分析
• 第七章 结束语
• 7.1 论文工作总结
• 7.2 问题和展望
• 参考文献
• 致谢