CN201110865Y - 一种数字存储示波器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型为一种数字存储示波器，包括：模拟前端、模数转换器、控制处理器，外部存储器、显示器以及电源、触发设置单元、通道转换单元和波形显示处理单元；其中触发设置单元将一个通道设置为触发源，并设置该通道的触发条件和时基；波形显示处理单元根据该通道的触发条件和时基对该通道进行采样，并将波形显示在所述显示器的一窗体上；通道转换单元判断当前通道的采样是否结束，如果是，则将另一通道转换为触发源，并由所述的触发设置单元设置该通道的触发条件和时基；波形显示处理单元根据该通道的触发条件和时基对该通道进行采样，并将波形显示在所述显示器的另一窗体上。
Description
技术领域
本实用新型涉及数字示波器技术，特别涉及数字示波器的触发显示处理技术，具体的讲是一种数字存储示波器。
背景技术
在现有技术中，数字存储示波器整体架构如图1所示，其中包括：模拟前端，模数转换器，具有CPU、存储器和逻辑电路的控制处理器，人机界面，显示器以及电源。其中，模拟前端通过探针采集被测信号，并将采集的模拟信号传送给模数转换器，模数转换器将模拟信号转换为数字信号后传送给控制处理器，在控制处理器的控制下对数字信号进行显示。
数字示波器***主要有数据采样和数据处理显示两部分组成。数据采样部分用来采集并存储要观察的波形数据，数据处理显示部分则将存储在存储器中的波形数据进行相关处理并显示出来。
如图2所示，为现有数字存储示波器的一个例子，其中该数字存储示波器主要包括了模拟前端，ADC信号转换，FPGA单元数据处理、控制，DSP***控制。模拟前端主要作用是实现信号的增益、偏移、带宽控制，控制信号来自FPGA，控制信息来自DSP传输至FPGA。ADC信号转换主要作用将前端调理好的模拟信号转换为数字信号，并且送到FPGA以供处理。FPGA的主要功能包括数据处理、逻辑控制、触发、时基控制等。DSP***包括了数据处理、显示、接口、消息处理等各项功能。
现有数字示波器一般以单一窗体的显示方式来显示波形，也就是说通道CH1，CH2，CH3，CH4，MATH等一些信号都在同一个窗体中显示出来，并且共用同一个时基。这种显示方式虽然可以满足大部分测量的需要，但是，由于CH1，CH2，CH3，CH4通道仅可以共用一个触发源触发同步，在测量一些复杂信号时，其弱点就明显体现出来。例如，在同时观测两个频率相差较大的信号时，由于示波器的时基只有一个，这样在显示波形时就不能同时观察到两信号的整体形状或细节，使得分析波形变得更加复杂。
实用新型内容
本实用新型提供一种数字存储示波器，用以在数字存储示波器的显示屏上可以同时显示两个窗体(分屏显示不同通道的信号)，并且可以在两个窗体上以不同的时基显示波形，使数字存储示波器能够直观、方便的观测不同频率信号及异步信号，使数字存储示波器的触发***更加符合实际需求。
本实用新型的技术方案为：一种数字存储示波器，包括：模拟前端、模数转换器、控制处理器，外部存储器、显示器以及电源、触发设置单元、通道转换单元和波形显示处理单元；其中，所述的模拟前端通过模数转换器与所述的控制处理器连接，所述的控制处理器分别与所述的外部存储器、显示器以及所述的触发设置单元通道转换单元、波形显示处理单元相连接；所述的触发设置单元，将一个通道设置为触发源，并设置该通道的触发条件和时基；所述的波形显示处理单元，根据该通道的触发条件和时基对该通道进行采样，并将波形显示在所述显示器的一窗体上；所述的通道转换单元，判断当前通道的采样是否结束，如果是，则将另一通道转换为触发源，并由所述的触发设置单元设置该通道的触发条件和时基；所述的波形显示处理单元，根据该通道的触发条件和时基对该通道进行采样，并将波形显示在所述显示器的另一窗体上。
本实用新型的有益效果在于：
(一)实现对不同频率信号的细致观察。当信号的频率不同，尤其是频率相差较大时，在一个时基下往往无法同时观察两个信号的整体轮廓及细节。这种情况下，使用本实用新型的交替触发方案可以在屏幕上分屏显示两个通道的信号，并且可以分别调整时基，这样就可以保证清晰、同时的观察到两通道的信号。
(二)实现对异步信号的同时观测。当两通道输入信号为异步信号，并且需要同时观测两通道信号时，本实用新型数字存储示波器使用交替触发方案可以对不同的通道设置不同的触发条件，这样就可以保证示波器的稳定触发、稳定显示，并且可以以不同的时基同时观察两通道的信号。
附图说明
图1为现有技术中数字示波器的结构框图；
图2为现有技术中数字示波器实例的原理图；
图3为本实用新型数字存储示波器的结构框图；
图4为本实用新型数字存储示波器实施例的结构框图；
图5为本实用新型波形数据显示处理流程图；
图6为本实用新型显示器的第一窗体和第二窗体示意图；
图7、8为本实用新型实施例的触发条件介面示意图；
图9为本实用新型实施例的触发流程图；
图10为本实用新型实施例的通道转换电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图说明本实用新型的具体实施方式。
如图3所示，本实用新型提供了一种数字存储示波器，包括：模拟前端、模数转换器、控制处理器，外部存储器、显示器以及电源、触发设置单元、通道转换单元和波形显示处理单元；其中，所述的模拟前端通过模数转换器与所述的控制处理器连接，所述的控制处理器分别与所述的外部存储器、显示器以及所述的触发设置单元通道转换单元、波形显示处理单元相连接；所述的触发设置单元，将一个通道设置为触发源，并设置该通道的触发条件和时基；所述的波形显示处理单元，根据该通道的触发条件和时基对该通道进行采样，并将波形显示在所述显示器的一窗体上；所述的通道转换单元，判断当前通道的采样是否结束，如果是，则将另一通道转换为触发源，并由所述的触发设置单元设置该通道的触发条件和时基；所述的波形显示处理单元，根据该通道的触发条件和时基对该通道进行采样，并将波形显示在所述显示器的另一窗体上。
实施例
本实用新型采用DSP实现了数字示波器的交替触发技术。它主要是在数字示波器的显示屏上可以同时显示两个窗体(分屏显示不同通道的信号)，并且可以在两个窗体上以不同的时基显示波形。
如图4所示，本实施例的数字存储示波器主要包括了模拟前端，ADC信号转换，FPGA单元数据处理、控制，DSP***控制。
模拟前端主要作用是实现信号的增益、偏移、带宽控制，控制信号来自FPGA，控制信息来自DSP传输至FPGA。
ADC信号转换主要作用将前端调理好的模拟信号转换为数字信号，并且送到FPGA以供处理。
FPGA的主要功能包括数据处理、逻辑控制、触发、时基控制等。
DSP***包括了数据处理、显示、接口、消息处理等各项功能。
首先，由用户通过DSP设置各通道触发参数；然后，由DSP根据参数控制触发通道的切换，并且控制FPGA产生采样时序对各通道信号交替采集；最后，由DSP直接从外部存储装置(External Memory)提取交替触发波形数据或通过FPGA提取数据，并由DSP刷新屏幕波形。
如图5所示，为本实用新型交替触发的DSP程序流程。在本程序中信号源与触发源是一致的，例如，信号通道为1(CH1)那么触发源亦为CH1。首先，进入交替触发程序，然后，根据不同的触发源设置不同的触发参数。在程序中，可以默认以触发源为CH1开始设置。
以CH1为例，在触发参数设置也即触发条件的设置中可以做如下设置：
CH1通道的触发类型：边沿触发、脉宽触发、斜率触发或视频触发。
各种触发类型下的触发条件：边沿触发包括边沿的类型(上升沿、下降沿、上升沿&下降沿)；脉宽触发包括脉冲条件(大于、小于或等于脉冲宽度)和脉宽设置(设定脉冲的宽度)；斜率触发包括斜率条件(大于、小于或等于设置的上升或下降时间)、时间设置(设置上升或下降时间)和垂直窗，选择不同的垂直窗即可以分别调节触发电平的上限、下限或同时调节触发电平的上下限；视频触发包括视频极性(正脉冲或负脉冲)、同步(所有行、任意行、奇数场、偶数场)和视频标准(PAL/SECAM或NTSC)。
各种触发类型均可设置触发灵敏度及触发释抑时间：触发灵敏度的设置可以有效防止误触发，触发释抑功能可以使脉冲串波形稳定触发、稳定显示。
除视频触发外，其他触发方式均可设置触发通道耦合方式：交流、直流、高频抑制、低频抑制。
在示波器的时基设置中，可以针对不同的通道设定不同的时基。时基设定完毕即可控制ADC对通道1信号进行采样。通道1采样完毕后即自动进行通道切换，开始对通道2做相同步骤的操作。当通道2数据采集完毕后由DSP刷新屏幕波形，至此完成一次交替触发。这样循环运行交替触发程序就可以实现示波器的交替触发功能。
由于本实用新型主要涉及数字存储示波器交替触发方式的设计，因此，前端模拟部分可以保持各自特点。
参考附图3、附图4，本实用新型设计主要器件包括：ADC信号转换，FPGA单元数据处理、控制，DSP***控制，外部存储器SRAM。
ADC模数转换器：采用最高频率100MHz，8bit ADC，精度3％；
FPGA：采用Altera公司Cyclone芯片；
DSP：采用ADI公司的Blackfin5xx系列芯片；
SRAM：采用容量为1Mbytes的高速存储芯片。
参考附图5，本实用新型采用的软件设计流程为：
设定触发源为CH1；
由DSP根据触发源设置触发条件及时基；
对相应的信号通道进行数据采集；
若CH1、CH2均已采集完毕则刷新波形数据，否则跳由DSP根据触发源设置触发条件及时基。
如图6所示，为本实施例的交替触发的波形分屏显示。其中，每一屏显示一个通道的波形，即：在显示器的第一窗体显示CH1的波形，在显示器的第二窗体显示CH2的波形。CH1、CH2交替触发时，分别调整每一通道的时基。
本实施例可实现对不同频率信号的细致观察：当信号的频率不同，尤其是频率相差较大时，在一个时基下往往无法同时观察两个信号的整体轮廓及细节。这种情况下，使用交替触发技术可以在屏幕上分屏显示通道1和通道2的信号，并且可以分别调整时基，这样就可以保证清晰、同时的观察到两通道的信号。如附图6所示，通道1输入频率为125KHz的正弦波，通道2输入1.25KHz的方波，示波器主触发方式采用交替触发，通道1和通道2均设置为上升沿触发，这样即可得到稳定显示的信号波形。此时，分别调整两通道时基，就可以同时观测两通道波形的整体轮廓或细节。
本实施例可实现对异步信号的同时观测：当两通道输入信号为异步信号，并且需要同时观测两通道信号时，数字示波器在一个触发源下往往是无法稳定触发的。这种情况下，使用交替触发技术可以对不同的通道设置不同的触发条件，这样就可以保证示波器的稳定触发、稳定显示，并且可以以不同的时基同时观察两通道的信号。
如图10所示，未切换电路示意图，其中：
在交替触发模式下，通道切换电路，图中通道转换部分可以简单理解为开关电路，通道的选择即开关的状态(打开或闭合)由DSP根据程序流程自动切换；同时，在交替触发模式下可以设置边沿触发、斜率触发、脉宽触发以及视频触发四种子触发类型，根据不同的触发类型，由DSP控制FPGA做软切换(或称逻辑电路切换)来选择相应的触发通道；FPGA在等待触发标识的同时，控制AD对信号进行预采样，当触发信号符合触发条件时即由FPGA控制AD对满足触发条件的信号进行采样。
触发条件设置界面如图7、8所示：
其中；AUTO表示当前触发状态(可以为RUN、STOP、T’D、WAIT、AUTO、PLAY)；
为USB接口外部存储器的图标；
标示出了相应触发通道(通道1)的触发条件(上升沿触发)及触发电平(0.00μV)； 
分别标示出了对应通道的耦合方式(图中为直流)、垂直档位(500mV、200mV)；
分别表示CH1和CH2的触发偏移时间(0.000S)；右侧菜单为本示波器的触发功能菜单，在触发模式项设定当前触发模式为交替触发，然后选择通道(CH1或CH2)及触发类型(边沿触发、脉宽触发、斜率触发、视频触发)，根据不同的触发类型设定不同的触发条件。
相应触发类型下的触发条件概述如下：边沿触发包括边沿的类型(上升沿、下降沿、上升沿&下降沿)；脉宽触发包括脉冲条件(大于、小于或等于脉冲宽度)和脉宽设置(设定脉冲的宽度)；斜率触发包括斜率条件(大于、小于或等于设置的上升或下降时间)、时间设置(设置上升或下降时间)和垂直窗，选择不同的垂直窗即可以分别调节触发电平的上限、下限或同时调节触发电平的上下限；视频触发包括视频极性(正脉冲或负脉冲)、同步(所有行、任意行、奇数场、偶数场)以及视频标准(PAL/SECAM或NTSC)。
同时，各种触发类型均可设置触发灵敏度及触发释抑时间，并且，除视频触发外，其他触发方式均可设置触发通道耦合方式(交流、直流、高频抑制、低频抑制)。
设置触发条件的子程序流程如图9所示：
首先判断触发类型，然后根据不同的触发类型设置相应类型的独有触发参数。若为边沿触发，则设置边沿类型(上升沿、下降沿、上升沿&下降沿)；若为脉宽触发，则设置脉冲条件(大于、小于或等于脉冲宽度)和脉冲宽度；若为斜率触发，则设置斜率条件(大于、小于或等于设置的上升或下降时间)、时间(上升或下降时间)和垂直窗(设置时间计数的起点与终点)；若为视频触发，则设置视频极性(正脉冲或负脉冲)、同步条件(所有行、任意行、奇数场、偶数场)及视频标准(PAL/SECAM或NTSC)。
最后，设置各种触发类型的共有参数：耦合方式(视频触发除外)、触发灵敏度和触发释抑时间。
以上具体实施方式仅用于说明本实用新型，而非用于限定本实用新型。
Claims (6)
1. 一种数字存储示波器，包括：模拟前端、模数转换器、控制处理器，外部存储器、显示器以及电源；其特征是还包括：触发设置单元、通道转换单元和波形显示处理单元；其中，
所述的模拟前端通过模数转换器与所述的控制处理器连接，所述的控制处理器分别与所述的外部存储器、显示器以及所述的触发设置单元、通道转换单元、波形显示处理单元相连接；
所述的触发设置单元包括：触发源通道设置、通道触发条件设置和时基设置；
所述的波形显示处理单元包括：依据通道触发条件和时基的通道采样部分，以及显示器上显示波形的一窗体；
所述的通道转换单元包括：依据通道采样是否结束判断的触发源通道转换部分；
所述的触发设置单元包括：所述另一通道的触发条件设置和时基设置；
所述的波形显示处理单元包括：依据所述另一通道触发条件和时基的通道采样部分，以及显示器上显示波形的另一窗体。
2. 根据权利要求1所述的数字存储示波器，其特征是，所述的数字存储示波器还包括：波形更新单元；
该波形更新单元与所述的控制处理器相连接；
所述的波形更新单元包括，所述另一通道采样是否结束的判断部分，和更新所述显示器上两个窗体中显示波形的更新部分。
3. 根据权利要求1所述的数字存储示波器，其特征是，所述的触发设置单元包括：边沿触发设置、脉宽触发设置、斜率触发设置和/或视频触发设置；以及时基设置。
4. 根据权利要求3所述的数字存储示波器，其特征是，所述的边沿触发设置、脉宽触发设置、斜率触发设置或视频触发设置均具有触发灵敏度设置和触发释抑时间设置。
5. 根据权利要求3所述的数字存储示波器，其特征是，所述的边沿触发设置、脉宽触发设置或斜率触发设置均具有触发通道耦合方式设置。
6. 根据权利要求1所述的数字存储示波器，其特征是，所述的触发设置单元包括：第一触发设置单元和第二触发设置单元；其中，
所述的第一触发设置单元包括：触发源通道设置、通道触发条件设置和时基设置；
所述的波形显示处理单元包括：依据通道触发条件和时基的通道采样部分，以及显示器上显示波形的第一窗体；
所述的通道转换单元包括：依据通道采样是否结束判断的转换到第二触发设置的触发源通道转换部分；
所述的第二触发设置单元包括：所述另一通道的触发条件设置和时基设置；
所述的波形显示处理单元包括：依据所述另一通道触发条件和时基的通道采样部分，以及显示器上显示波形的第二窗体。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: BEIJING RIGOL TECHNOLOGIES, INC. Free format text: FORMER OWNER: WANG YUE Effective date: 20110510 Free format text: FORMER OWNER: WANG TIEJUN LI WEISEN |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20110510 Address after: 102206 Beijing City, Shahe Town, step on the river village, No. 156 Patentee after: Beijing Rigol Technologies, Inc. Address before: 102206 Beijing City, Shahe Town, step on the river village, No. 156 Co-patentee before: Wang Tiejun Patentee before: Wang Yue Co-patentee before: Li Weisen |
|
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20080903 |