CN108254607A - 数字示波器波形显示方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字示波器波形显示方法及装置，其中该方法包括：获取数字示波器采集的波形数据；在第一显示区显示所述波形数据的全部时域波形；在第一显示区提供一波形选择框，所述波形选择框用于选定所述波形数据的部分时域波形；在第二显示区显示所述波形选择框选定的时域波形；将所述波形选择框选定的时域波形转换为频域波形，在第三显示区显示所述频域波形。本发明可以对数字示波器波形数据进行时域和频域的联合分析，建立数字示波器信号在时域和频域上的时间相关性。

Description

数字示波器波形显示方法及装置

技术领域

本发明涉及数字示波器技术领域，尤其涉及数字示波器波形显示方法及装置。

背景技术

目前的数字示波器产品都配置有彩色显示屏幕，用来显示捕获信号波形的一系列采样点。数字示波器的优点之一就是能够存储捕获的信号波形采样点，方便用户对信号波形进行更加细致的观察和测量。

目前的数字示波器都配置了足够长的存储深度，通过一次采集可以获得较多的波形采样点，用户可以进一步对这些波形采样点分析、测量。通过示波器上位机软件还可以将存储的波形点传至PC进行更高级的分析，例如可以进行FFT处理，分析信号的频谱特征等。有些数字示波器还具有波形录制和回放功能，可以长时间进行波形录制，存储多帧波形数据，并能将录制的波形进行回放。

目前数字示波器的波形数据读取一般有两种方式：

1、一次读取一帧波形数据，示波器一般工作在单次触发模式，示波器触发后完成一次采集就停止，然后可以一次将示波器内存中的波形数据全部读取，此时全部内存数据只对应一帧波形，在读取全部内存数据后，可以在示波器中做进一步的波形分析，或通过远程命令将内存数据传至PC做高级分析，如计算得到信号的频谱特征等。

2、录制和回放方式，示波器连续进行多次触发，每次采集一帧波形数据，连续采集多次，将所有的波形数据帧都保存在内存中，然后可以逐帧回放波形数据，或通过远程命令将内存中的波形数据帧传至PC做高级分析。例如在现有技术中提供了一种异常波形的显示方法，该方法能对录制的波形进行异常检测，将录制的波形数据与一标准波形数据比较，将异常波形数据在窗口中显示，并能显示异常波形数据与前后波形数据之间的关系。

然而，以上两种方式都只能针对完整的一帧波形数据做分析，第一种方式可以在频域对波形进行分析，但频域转换是针对整帧数据，并且没有在时域对波形进行分析。第二种方式可以分析多帧异常波形，以及异常波形帧与前后波形帧的关系，但异常帧的检测是针对整帧数据，无法对帧内的数据进行时间相关分析，另外异常分析是针对时域，没有在频域对波形进行分析。总之，以上两种方式都不能对波形数据提供时域、频域联合分析，不能给出数字示波器信号在时域、频域上的时间相关性。

发明内容

本发明实施例提供一种数字示波器波形显示方法，用以实现数字示波器波形数据时域和频域的联合分析，建立数字示波器信号在时域和频域上的时间相关性，该方法包括：

获取数字示波器采集的波形数据；

在第一显示区显示所述波形数据的全部时域波形；

在第一显示区提供一波形选择框，所述波形选择框用于选定所述波形数据的部分时域波形；

在第二显示区显示所述波形选择框选定的时域波形；

将所述波形选择框选定的时域波形转换为频域波形，在第三显示区显示所述频域波形。

本发明实施例还提供一种数字示波器波形显示装置，用以实现数字示波器波形数据时域和频域的联合分析，建立数字示波器信号在时域和频域上的时间相关性，该装置包括：

波形数据获取单元，用于获取数字示波器采集的波形数据；

第一时域波形显示单元，用于在第一显示区显示所述波形数据的全部时域波形；

波形区域选择单元，用于在第一显示区提供一波形选择框，所述波形选择框用于选定所述波形数据的部分时域波形；

第二时域波形显示单元，用于在第二显示区显示所述波形选择框选定的时域波形；

频域转换单元，用于将所述波形选择框选定的时域波形转换为频域波形；

频域波形显示单元，用于在第三显示区显示所述频域波形。

本发明实施例中，获取数字示波器采集的波形数据，在第一显示区显示所述波形数据的全部时域波形，可以显示出波形数据的整体时域变化趋势；在第一显示区提供一波形选择框，所述波形选择框用于选定所述波形数据的部分时域波形，在第二显示区显示所述波形选择框选定的时域波形，将所述波形选择框选定的时域波形转换为频域波形，在第三显示区显示所述频域波形，可以显示出波形数据的时域和频域细节信息，并提供同一波形区域的时域显示与频域显示，为时域和频域信号建立时间相关性，实现波形数据时域和频域的联合分析，以此改进了现有的数字示波器信号波形读取、分析技术，提供了数字示波器信号波形的时域、频域联合分析工具，方便用户查看波形信号的频谱随时间变化的趋势，扩展了数字示波器的使用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明实施例中数字示波器波形显示方法的示意图；

图2A为本发明实施例中波形显示界面的时域波形显示窗口的示例图；

图2B为本发明实施例中波形显示界面的频域波形显示窗口的示例图；

图3为本发明实施例中数字示波器波形显示装置的示意图；

图4为本发明实施例中数字示波器波形显示装置的具体实例图；

图5A为本发明实施例中波形显示界面的时域波形显示窗口的示例图；

图5B为本发明实施例中波形显示界面的频域波形显示窗口的示例图；

图6A为本发明实施例中波形显示界面的时域波形显示窗口的示例图；

图6B为本发明实施例中波形显示界面的频域波形显示窗口的示例图；

图7A为本发明实施例中波形显示界面的时域波形显示窗口的示例图；

图7B为本发明实施例中波形显示界面的频域波形显示窗口的示例图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

为了改进现有的数字示波器信号波形读取、分析技术，为数字示波器信号时域和频域波形建立时间相关性，提供数字示波器信号波形的时域、频域联合分析工具，扩展数字示波器的使用范围，在本发明实施例中提供一种数字示波器波形显示方法，如图1所示，该方法可以包括：

步骤101、获取数字示波器采集的波形数据；

步骤102、在第一显示区显示波形数据的全部时域波形；

步骤103、在第一显示区提供一波形选择框，波形选择框用于选定波形数据的部分时域波形；

步骤104、在第二显示区显示波形选择框选定的时域波形；

步骤105、将波形选择框选定的时域波形转换为频域波形，在第三显示区显示频域波形。

图1所示流程可以由能够实现其功能的设备、软件实施，例如由数字示波器的上位机软件实施。在具体的实施例中，可以从数字示波器的内存获取数字示波器采集的波形数据。数字示波器对输入信号进行采样，获得波形采样点并存储在数字示波器的内存中，数字示波器的上位机软件可以通过远程命令获取到数字示波器内存中的采样数据。或者可以由数字示波器或上位机软件保存波形数据文件，从波形数据文件中读取数字示波器采集的波形数据。在图1所示流程中，所处理的波形数据可以是一帧波形数据，这样可以实现对帧内波形数据的时频和频域的联合分析；当处理的波形数据是多帧波形数据时，也可以提供帧间数据的时频和频域联合分析。

由图1所示流程可以得知，在本发明实施例中，通过提供第一显示区、第二显示区、第三显示区，同时显示数字示波器采集的波形数据的全部时域波形、部分时域波形以及该部分时域波形对应的频域波形，在第一显示区提供一波形选择框，第二显示区显示波形选择框选定的部分时域波形，同时第三显示区显示波形选择框选定的时域波形对应的频域波形，以同时提供同一波形区域的时域显示与频域显示，从而为时域和频域信号建立时间相关性，实现波形数据的时域、频域联合分析。实施例中，对于第三显示区，可以为用户提供打开或关闭第三显示区的功能。用户可以通过数字示波器上的功能按键，或者通过在触屏上进行触摸操作，打开或关闭第三显示区。当打开第三显示区时，第三显示区会显示在数字示波器显示屏，且与第二显示区同时显示；当关闭第三显示区，第三显示会则会被隐藏，不在数字示波器显示屏上显示。

下面以图2A和图2B为例，给出本发明实施例中数字示波器波形显示方法的具体实现。本例中给出了一波形显示界面，该波形显示界面可以显示于上位机主界面。该波形显示界面包括时域波形显示窗口2A和频域波形显示窗口2B；其中时域波形显示窗口2A包括两个子区域，图2A中框1为第一显示区，该区域可以完整的显示一帧波形数据。因为一帧波形数据包含的数据量较大，在第一显示区显示整帧数据的全部时域波形会较为密集，可以显示出波形数据的整体时域变化趋势，为了观察细节信息，配置了第二显示区(图2A中框3所示)，用于显示第一显示区中波形的时域细节信息。

在第一显示区中还配置了一个波形选择框(图2A中框2所示)。用户通过波形选择框在第一显示区选择一段波形区域后，第二显示区会自动显示波形选择框选择的区域中的波形数据。而第三显示区即频域波形显示窗口2B，会显示第二显示区中时域波形对应的频域波形。

在具体的实施例中，在将波形选择框选定的时域波形转换为频域波形之前，还可以包括：对频域参数进行设置，频域参数包括起始频率、终止频率、加窗参数之一或组合。例如实施时可以提供一些频域参数设置，通常包括起始频率、终止频率、加窗设置等。后续可以依据这些频域参数将波形选择框选定的时域波形转换为频域波形。例如在图2B中第三显示区，示出了起始频率、终止频率和加窗设置。

波形选择框的形状可以根据需要进行设置，例如波形选择框可以是矩形，或者可以是圆形等，为便于用户操作，可以选择矩形的波形选择框。波形选择框的高度不小于波峰与波谷的最大差值，例如可以与第一显示区高度相同。波形选择框可以在第一显示区中移动，用户可以调整波形选择框的位置，例如通过鼠标或触屏操作调整，波形选择框的宽度也可以在第一显示区内横向调整，从而调整波形选择框选择的波形区域大小。

在具体的实施例中，还可以改变波形选择框选定的时域波形，在第二显示区显示改变后的波形选择框选定的时域波形，将改变后的波形选择框选定的时域波形转换为频域波形，在第三显示区显示该频域波形。具体的，可以通过改变波形选择框的位置和/或宽度，改变波形选择框选定的时域波形。

例如，改变波形选择框的位置，可以包括：根据用户对波形选择框的移动操作，改变波形选择框的位置。又如，改变波形选择框的宽度，可以包括：根据用户对波形选择框的左边界和/或右边界的横向位置调整操作，改变波形选择框的宽度。

当用户移动波形选择框，或调整波形选择框的横向长度，第二显示区与第三显示区同步更新波形显示，同时提供同一波形区域的时域显示与频域显示，从而为时域和频域信号建立时间相关性，实现时域、频域联合分析。可见，第一显示区中的波形选择框将第一显示区中的时域波形、第二显示区中的时域波形和第三显示区中的频域波形显示关联起来，实现了时域、频域联合波形分析。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种数字示波器波形显示装置，如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与数字示波器波形显示方法相似，因此该装置的实施可以参见数字示波器波形显示方法的实施，重复之处不再赘述。

图3为本发明实施例中数字示波器波形显示装置的示意图，如图3所示，该装置可以包括：

波形数据获取单元301，用于获取数字示波器采集的波形数据；

第一时域波形显示单元302，用于在第一显示区显示波形数据的全部时域波形；

波形区域选择单元303，用于在第一显示区提供一波形选择框，波形选择框用于选定波形数据的部分时域波形；

第二时域波形显示单元304，用于在第二显示区显示波形选择框选定的时域波形；

频域转换单元305，用于将波形选择框选定的时域波形转换为频域波形；

频域波形显示单元306，用于在第三显示区显示频域波形。

在实施例中，波形数据获取单元301将波形数据传给第一时域波形显示单元302，第一时域波形显示单元302在第一显示区显示波形数据的全部时域波形，如图2A中框1所示，形成全部波形数据的时域趋势显示；当波形区域选择单元303在第一显示区提供的波形选择框选定波形区域，波形区域选择单元303从第一时域波形显示单元302获取该区域的波形数据；第二时域波形显示单元304获得波形区域选择单元303的波形数据，在第二显示区(图2A中框3)显示；频域转换单元305通过FFT等算法将波形选择框选定的时域波形转换为频域波形；频域波形显示单元306将频域转换单元305转换得到的频域波形在第三显示区(图2B)显示。

在一个实施例中，波形数据获取单元301获取到的波形数据可以是一帧波形数据，以便实现对帧内波形数据的时频和频域的联合分析。

图4为本发明实施例中数字示波器波形显示装置的一具体实例图，如图4所示，图3所示装置还可以包括：

频域设置单元401，用于在频域转换单元305将波形选择框选定的时域波形转换为频域波形之前，对频域参数进行设置，频域参数包括起始频率、终止频率、加窗参数等之一或组合。

一个实施例中，波形区域选择单元303还可以用于：改变波形选择框选定的时域波形；

第二时域波形显示单元304还可以用于：在第二显示区显示改变后的波形选择框选定的时域波形；

频域转换单元305还可以用于：将改变后的波形选择框选定的时域波形转换为频域波形；

频域波形显示单元306还可以用于：在第三显示区显示频域转换单元将改变后的波形选择框选定的时域波形转换得到的频域波形。

一个实施例中，波形区域选择单元303具体可以用于：通过改变波形选择框的位置和/或宽度，改变波形选择框选定的时域波形。

一个实施例中，波形区域选择单元303具体可以用于：

根据用户对波形选择框的移动操作，改变波形选择框的位置；

根据用户对波形选择框的左边界和/或右边界的横向位置调整操作，改变波形选择框的宽度。

从上述实施例可以得知，波形区域选择单元303将第一时域波形显示单元302和第二时域波形显示单元304关联起来，用户在第一显示区调整波形选择框时，第二显示区自动显示波形选择框选择区域中的波形数据。而频域转换的时域波形即第二时域波形显示单元304在第二显示区中显示的波形，因此波形区域选择单元303又间接的将第一时域波形显示单元302与频域波形显示单元306关联起来，波形选择框(图2A中框2)选择的波形对应第一显示区(图2A中框1)的一个时间段，波形选择框移动或横向调整长度时，第二显示区(图2A中框3)显示对应时间段的时域波形，第三显示区(图2B)显示对应时间段的频域波形，实现了信号波形的时域、频域联合分析，方便用户查看信号的频谱随时间的变化趋势。

下面再举例说明波形选择框的改变方法以及时域波形、频域波形如何实时根据波形选择框进行改变。

图5A是时域波形显示窗口，图5A中位于上方的波形显示区是第一显示区，其中的方框是波形选择框，图5A中下方较大的波形显示区是第二显示区。第一显示区显示的是数字示波器内存中一帧波形数据的全部时域波形，该波形数据信号是一扫频信号，起始频率为500kHz，终止频率为10MHz，数字示波器内存中的波形点较多，因此第一显示区显示的波形较密集。在第一显示区，使用鼠标拖动波形选择框的任意位置(除左右边框)，波形选择框将跟随鼠标移动，同时第二显示区持续更新，显示波形选择框选中的波形区域，即波形选择框选中的区域在第二显示区放大显示，对应的时间坐标为471.2us到514.4us(箭头所示)。图5B是图5A中第二显示区的时域波形对应的频域波形，可以看到有一个尖峰，其对应的频率为500kHz，正好是该扫频信号的起始频率。

使用鼠标向左拖动选择框的左边界，如图6A所示，此时第二显示区显示的时域波形对应的时间坐标变为458.6us到514.4us(箭头所示)。可以看到图6B中的频域波形除了在500kHz有一个尖峰，同时在10MHz的位置也有一个尖峰，说明目前的信号中有10MHz的成分，从图6A的第二显示区中的时域信号波形可以看出这种对应关系。

再次使用鼠标移动选择框的位置，并适当调整左右边界，如图7A所示，此时第二显示区中的波形对应的时间坐标变为411.2us到465.6us(箭头所示)。可以看到第二显示区中的波形也比较密集，难以看清信号形状。此时图7B中的频域波形有一个明显的尖峰在10MHz，说明图7A的第二显示区中的时域信号对应扫频信号的终止部分，终止频率为10MHz。

综合图5A、5B、6A、6B、7A、7B可以看到信号在时域以及对应频域的变化过程，这在目前基于整个内存数据做频域转换的数字示波器中是无法实现的。

综上所述，本发明实施例中，获取数字示波器采集的波形数据，在第一显示区显示所述波形数据的全部时域波形，可以显示出波形数据的整体时域变化趋势；在第一显示区提供一波形选择框，所述波形选择框用于选定所述波形数据的部分时域波形，在第二显示区显示所述波形选择框选定的时域波形，将所述波形选择框选定的时域波形转换为频域波形，在第三显示区显示所述频域波形，可以显示出波形数据的时域和频域细节信息，并提供同一波形区域的时域显示与频域显示，为时域和频域信号建立时间相关性，实现波形数据时域和频域的联合分析，以此改进了现有的数字示波器信号波形读取、分析技术，提供了数字示波器信号波形的时域、频域联合分析工具，方便用户查看波形信号的频谱随时间变化的趋势，扩展了数字示波器的使用范围。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种数字示波器波形显示方法，其特征在于，包括：

获取数字示波器采集的波形数据；

在第一显示区显示所述波形数据的全部时域波形；

在第一显示区提供一波形选择框，所述波形选择框用于选定所述波形数据的部分时域波形；

在第二显示区显示所述波形选择框选定的时域波形；

将所述波形选择框选定的时域波形转换为频域波形，在第三显示区显示所述频域波形。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述波形数据为一帧波形数据。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述波形选择框选定的时域波形转换为频域波形之前，还包括：对频域参数进行设置，所述频域参数包括起始频率、终止频率、加窗参数之一或组合。

4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，还包括：

改变所述波形选择框选定的时域波形；

在第二显示区显示改变后的所述波形选择框选定的时域波形；

将改变后的所述波形选择框选定的时域波形转换为频域波形，在第三显示区显示该频域波形。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，改变所述波形选择框选定的时域波形，包括：通过改变所述波形选择框的位置和/或宽度，改变所述波形选择框选定的时域波形。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述改变所述波形选择框的位置，包括：根据用户对所述波形选择框的移动操作，改变所述波形选择框的位置；

所述改变所述波形选择框的宽度，包括：根据用户对所述波形选择框的左边界和/或右边界的横向位置调整操作，改变所述波形选择框的宽度。

7.一种数字示波器波形显示装置，其特征在于，包括：

波形数据获取单元，用于获取数字示波器采集的波形数据；

第一时域波形显示单元，用于在第一显示区显示所述波形数据的全部时域波形；

波形区域选择单元，用于在第一显示区提供一波形选择框，所述波形选择框用于选定所述波形数据的部分时域波形；

第二时域波形显示单元，用于在第二显示区显示所述波形选择框选定的时域波形；

频域转换单元，用于将所述波形选择框选定的时域波形转换为频域波形；

频域波形显示单元，用于在第三显示区显示所述频域波形。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述波形数据为一帧波形数据。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：

频域设置单元，用于在所述频域转换单元将所述波形选择框选定的时域波形转换为频域波形之前，对频域参数进行设置，所述频域参数包括起始频率、终止频率、加窗参数之一或组合。

10.如权利要求7、8或9所述的装置，其特征在于，所述波形区域选择单元还用于：改变所述波形选择框选定的时域波形；

所述第二时域波形显示单元还用于：在第二显示区显示改变后的所述波形选择框选定的时域波形；

所述频域转换单元还用于：将改变后的所述波形选择框选定的时域波形转换为频域波形；

所述频域波形显示单元还用于：在第三显示区显示所述频域转换单元将改变后的所述波形选择框选定的时域波形转换得到的频域波形。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述波形区域选择单元具体用于：通过改变所述波形选择框的位置和/或宽度，改变所述波形选择框选定的时域波形。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述波形区域选择单元具体用于：

根据用户对所述波形选择框的移动操作，改变所述波形选择框的位置；

根据用户对所述波形选择框的左边界和/或右边界的横向位置调整操作，改变所述波形选择框的宽度。