在信號發(fā)生器自動化測試中，實現(xiàn)信號序列的生成需要結合硬件控制、序列規(guī)劃、腳本編程以及同步觸發(fā)技術。以下是分步驟的實現(xiàn)方法，涵蓋從序列設計到硬件執(zhí)行的完整流程，并提供Python代碼示例。

一、信號序列生成的核心步驟

1. 序列規(guī)劃

• 定義信號參數(shù)：包括頻率、幅度、相位、波形類型（正弦波、方波、脈沖等）、調制方式（AM/FM/PM）等。
• 時間序列設計：指定每個信號的持續(xù)時間、切換時間（如上升/下降沿）和重復次數(shù)。
• 觸發(fā)控制：設置內部觸發(fā)或外部觸發(fā)信號，確保序列與其他設備同步。

2. 硬件接口選擇

• SCPI命令：通過標準SCPI（可編程儀器標準命令）控制信號發(fā)生器（如Keysight、Rigol、Tektronix設備）。
• 專用API：使用廠商提供的SDK（如NI-DAQmx、ADI庫）實現(xiàn)更復雜的序列控制。
• 網絡通信：通過TCP/IP、USB或GPIB接口發(fā)送命令。

3. 序列生成方式

• 靜態(tài)序列：預先定義所有信號參數(shù)，按順序執(zhí)行。
• 動態(tài)序列：根據(jù)實時反饋（如傳感器數(shù)據(jù)）動態(tài)調整序列參數(shù)。
• 循環(huán)與嵌套：支持重復執(zhí)行子序列或條件分支。

4. 同步與觸發(fā)

• 內部觸發(fā)：信號發(fā)生器自動按時間切換信號。
• 外部觸發(fā)：通過TTL信號或軟件觸發(fā)控制序列切換。
• 事件標記：在序列中插入標記信號，便于數(shù)據(jù)采集設備對齊。

二、代碼實現(xiàn)示例

1. 使用PyVISA控制信號發(fā)生器生成序列

python
import pyvisa
import time

# 初始化資源管理器
rm = pyvisa.ResourceManager()
# 連接信號發(fā)生器（替換為實際地址）
sig_gen = rm.open_resource("TCPIP0::192.168.1.100::inst0::INSTR")

# 定義信號序列參數(shù)
sequence = [
{"type": "SIN", "freq": 1e6, "amp": 1.0, "duration": 2.0},  # 1MHz正弦波，2秒
{"type": "SQU", "freq": 500e3, "amp": 0.5, "duration": 1.5}, # 500kHz方波，1.5秒
{"type": "PULS", "freq": 100e3, "amp": 2.0, "width": 10e-6, "duration": 3.0} # 脈沖序列
]

# 配置信號發(fā)生器（通用設置）
sig_gen.write("OUTP1 ON")  # 啟用輸出
sig_gen.write("SOUR1:BURS:STAT ON")  # 啟用突發(fā)模式（如需）

# 執(zhí)行序列
for step in sequence:
# 設置波形類型
if step["type"] == "SIN":
sig_gen.write("SOUR1:FUNC SIN")
elif step["type"] == "SQU":
sig_gen.write("SOUR1:FUNC SQU")
elif step["type"] == "PULS":
sig_gen.write("SOUR1:FUNC PULS")
sig_gen.write(f"SOUR1:PULS:WIDT {step['width']}")  # 設置脈沖寬度

# 設置頻率和幅度
sig_gen.write(f"SOUR1:FREQ {step['freq']}")
sig_gen.write(f"SOUR1:VOLT {step['amp']}")

# 啟動信號并等待指定時間
print(f"生成 {step['type']}: {step['freq']/1e3}kHz, {step['amp']}Vpp，持續(xù){step['duration']}秒")
time.sleep(step["duration"])

# 關閉輸出
sig_gen.write("OUTP1 OFF")
sig_gen.close()

2. 高級序列控制（使用列表模式）

部分信號發(fā)生器支持列表模式（List Mode），可一次性上傳所有序列參數(shù)，減少通信開銷：

python
# 示例：Keysight 33600系列列表模式配置
sig_gen.write("SOUR1:LIST:SEL ON")  # 啟用列表模式
sig_gen.write("SOUR1:LIST:FREQ 1E6, 500E3, 100E3")  # 頻率列表（1MHz, 500kHz, 100kHz）
sig_gen.write("SOUR1:LIST:VOLT 1.0, 0.5, 2.0")  # 幅度列表
sig_gen.write("SOUR1:LIST:DWEL 2.0, 1.5, 3.0")  # 持續(xù)時間列表（秒）
sig_gen.write("SOUR1:LIST:TRIG:SOUR BUS")  # 通過軟件觸發(fā)切換
sig_gen.write("OUTP1 ON")

# 觸發(fā)序列執(zhí)行（通過SCPI命令或外部信號）
sig_gen.write("SOUR1:LIST:INIT")  # 初始化列表
sig_gen.write("SOUR1:LIST:TRIG")  # 手動觸發(fā)

三、關鍵優(yōu)化技術

1. 動態(tài)序列生成

• 條件分支：根據(jù)測試結果動態(tài)調整序列（如失敗時重復當前步驟）。

pythondef generate_dynamic_sequence(initial_params, max_retries=3):retries = 0sequence = [initial_params]while retries < max_retries:# 模擬測試結果（實際應替換為真實反饋）test_result = simulate_test(sequence[-1])if test_result["pass"]:breakelse:retries += 1# 調整參數(shù)（如降低頻率）adjusted_params = {"freq": sequence[-1]["freq"] * 0.8,"amp": sequence[-1]["amp"],"type": sequence[-1]["type"]}sequence.append(adjusted_params)return sequence

2. 多通道同步

• 通道耦合：確保多通道信號的相位/頻率同步。

python# 示例：Keysight設備同步兩通道sig_gen.write("SOUR1:PHAS 0")  # 通道1相位0°sig_gen.write("SOUR2:PHAS 90")  # 通道2相位90°（相對通道1）sig_gen.write("SOUR1:FREQ 1E6")sig_gen.write("SOUR2:FREQ 1E6")  # 同步頻率

3. 序列驗證

• 參數(shù)檢查：確保頻率/幅度在設備范圍內。

pythondef validate_params(params, device_limits):if params["freq"] < device_limits["min_freq"] or params["freq"] > device_limits["max_freq"]:raise ValueError(f"頻率超出范圍 {device_limits['min_freq']}-{device_limits['max_freq']}Hz")if params["amp"] < device_limits["min_volt"] or params["amp"] > device_limits["max_volt"]:raise ValueError(f"幅度超出范圍 {device_limits['min_volt']}-{device_limits['max_volt']}Vpp")

四、擴展功能

1. 調制信號序列

python# 示例：生成AM調制序列sig_gen.write("SOUR1:FUNC:AM ON")sig_gen.write("SOUR1:AM:INT:FREQ 10E3")  # 調制頻率10kHzsig_gen.write("SOUR1:AM:DEP 50")  # 調制深度50%sig_gen.write("SOUR1:FREQ 1E6")  # 載波頻率1MHz

2. 序列日志記錄

python
import csv

def log_sequence(sequence, filename="sequence_log.csv"):
with open(filename, "w", newline="") as f:
writer = csv.writer(f)
writer.writerow(["Step", "Type", "Freq (Hz)", "Amp (Vpp)", "Duration (s)"])
for i, step in enumerate(sequence):
writer.writerow([
i+1,
step["type"],
step["freq"],
step["amp"],
step["duration"]
])

3. 與自動化測試框架集成

• 結合Pytest：將序列生成作為測試用例的一部分。

python
import pytest

@pytest.mark.parametrize("freq,amp", [(1E6, 1.0), (500E3, 0.5)])
def test_signal_sequence(freq, amp):
sig_gen.write(f"SOUR1:FREQ {freq}")
sig_gen.write(f"SOUR1:VOLT {amp}")
# 執(zhí)行測試并驗證結果

五、常見問題解決

1. 序列執(zhí)行延遲：
   • 減少SCPI命令發(fā)送頻率，使用批量上傳（如列表模式）。
   • 檢查設備緩沖區(qū)是否溢出。
2. 同步錯誤：
   • 確保觸發(fā)信號極性（上升沿/下降沿）與設備設置一致。
   • 使用硬件同步線（如Keysight的LAN/GPIB-to-Trigger轉換器）。
3. 參數(shù)越界：
   • 在生成序列前調用validate_params()檢查范圍。

六、工具與庫推薦

1. 硬件控制：
   • PyVISA（通用SCPI設備）
   • Keysight IO Libraries Suite（官方驅動）
   • NI-DAQmx（National Instruments設備）
2. 序列設計：
   • MATLAB Signal Processing Toolbox（復雜序列生成）
   • LabVIEW（圖形化序列編輯）
3. 同步與觸發(fā)：
   • TTL信號發(fā)生器（如Arduino生成觸發(fā)脈沖）
   • 專用觸發(fā)分配器（如Keysight 81160A）

通過上述方法，可實現(xiàn)信號發(fā)生器自動化測試中的靈活信號序列生成，適用于生產測試、研發(fā)驗證或教育演示等場景。根據(jù)實際設備型號調整SCPI命令和接口配置即可適配不同硬件。