CN101131401A - 一种数字示波器及其显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种数字示波器的显示方法，该方法包括：读取当前帧的采样数据点；计算所述采样数据点在同一象素点上出现的概率；建立所述概率与颜色的对应关系；使所述的采样数据点在象素点上显示为与所述概率对应的颜色。另外，本发明还提供了一种数字示波器。本发明的数字示波器及其显示方法能够实现使用户直观的了解到信号中各成分出现的概率以及通过渐变的颜色显示，即使对于离散的数字信号，也可使信号接近于细腻、平滑。

Description

一种数字示波器及其显示方法

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的显示技术领域，具体来讲是一种数字示波器及其显示方法。

背景技术

随着近些年数字示波器技术的迅速发展，传统的模拟示波器逐渐满足不了市场的需求，但是模拟示波器的某些优势还是数字示波器无法比拟的，模拟示波器的显示方式就是其中一个。

模拟示波器采用的是电子打击荧光屏的方法来显示波形，而荧光屏有一个重要的特点，当荧光屏上某个部位被电子打击的次数越多时，这一部位的亮度就越高。因此，模拟示波器在显示波形时，不仅可以通过波形各部位的明暗特征形象的表达信号内容，还能使波形更加平滑、细腻，视觉效果更佳。

目前的数字示波器基本都是采用LCD液晶显示方式，通常是以直接线性连接数据采样点的方式来显示，并且都是以一种颜色来表示。这种显示波形的方式虽然正确的表达了信号的轨迹变化的一个过程，但是由于数字信号它的离散性特点，因此在观察波形时往往看到信号会出现明显的转折变化，没有模拟示波器那种平滑、细腻的视觉效果，同时一种颜色的波形表示方式也抹去了信号中本应该存在各种概率特征。

发明内容

鉴于上述的数字示波器存在的问题，本发明的目的在于提供一种数字示波器及其显示方法，根据屏幕上不同点出现的概率来决定其亮度，使得数字示波器的显示可以达到模拟示波器的显示效果。

本发明提供了一种数字示波器的显示方法，其中包括：读取当前帧的采样数据点；计算所述采样数据点在同一象素点上出现的概率；建立所述概率与颜色的对应关系；使所述的采样数据点在象素点上显示为与所述概率对应的颜色。

计算所述采样数据点在同一象素点上出现的概率包括：计算显示屏上一列象素点上出现的当前帧的采样数据点的个数N；根据所述采样数据点在显示屏上的纵坐标计算当前帧的采样数据点在同一个象素点上出现的个数R；利用所述的N和R计算所述当前帧的采样数据点在同一象素点上出现的概率I。

计算所述采样数据点在同一象素点上出现的概率包括：计算显示屏上一列象素点上出现的当前帧的采样数据点的个数N；根据所述采样数据点在显示屏上的纵坐标分别计算多帧的采样数据点在同一象素点上出现的个数R_n、..、R₂、R₁；其中，n为帧数；计算多帧的采样数据点在同一象素点上出现个数R_n、...、R₂、R₁的平均值R；根据所述的N和R计算所述多帧的采样数据点在同一象素点上出现的概率I。

所述的多帧的采样数据点是指当前帧和当前帧之前显示的帧的采样数据点。

数字示波器中存储有颜色索引表，建立所述概率与颜色的对应关系包括：计算与所述概率对应的颜色索引值；根据所述颜色索引值从颜色索引表中查找与所述概率对应的颜色。

所述方法还包括：确定显示有采样数据点的两相邻象素点的连线的颜色，并使所述连线在显示屏上显示为该颜色。

所述确定显示有采样数据点的两相邻象素点的连线的颜色包括：比较显示有采样数据点的两相邻象素点的颜色索引值，选择小的颜色索引值作为所述的两相邻象素点的连线的颜色索引值；从颜色索引表中查找与所述的连线的颜色索引值对对应的颜色。

所述确定显示有采样数据点的两相邻象素点的连线的颜色包括：计算显示有采样数据点的两相邻象素点的纵坐标变化率；判断所述的纵坐标变化率与一预先设定阈值的大小；如果所述的纵坐标变化率大于预先设定阈值，则比较所述两相邻象素点的颜色索引值，选择小的颜色索引值作为所述两相邻象素点的连线的颜色索引值。

如果所述纵坐标变化率小于预先设定阈值，则判断所述的两相邻象素点的中点的纵坐标是否位于与前两点的纵坐标之间的范围内；如果判断结果为否，则比较所述的显示有当前帧的采样数据点的两相邻象素点的颜色索引值，选择小的颜色索引值作为所述的两相邻象素点的连线的颜色索引值。

如果判断结果为是，则采用渐变方式确定显示有采样数据点的两相邻象素点的连线的颜色索引值；所述渐变方式是指两相邻象素点的中间采用比两端亮的颜色，越靠近两相邻象素点的颜色越暗。

所述采用渐变方式确定显示有采样数据点的两相邻象素点的连线的颜色索引值包括：根据公式分别计算显示有多帧的采样数据点的两相邻象素点的中点的权值Q₁、Q₂、...、Q_n-1、Q_n；计算所述权值Q₁、Q₂、...、Q_n-1、Q_n的均值，利用所述均值计算中点的颜色索引值；

其中，所述公式为：Q＝M-M×S/(Y₁-Y₂)；M为颜色索引表中颜色的种数，S为中点分别与两相邻象素点之间的象素点的个数，Y₁和Y₂分别为两相邻象素点的纵坐标。

所述方法还包括：采用递减的方式分别确定中点和两相邻象素点的连线上的象素点的颜色索引值；则所述两相邻象素点的连线的颜色索引值由该连线上所有象素点的颜色索引值组成。

所述方法还包括：从颜色索引表中查找与所述连线的颜色索引值相对应的颜色。

采用线性内插方法确定显示有当前帧的采样数据点的两相邻象素点的连线形状。

本发明还提供了一种数字示波器，该数字示波器包括电源、信号输入单元、控制处理单元、显示单元和人机界面单元，所述的数字示波器还包括存储单元、概率生成单元和颜色生成单元；存储单元，与控制处理单元相连接，用于存储概率与颜色的对应关系；概率生成单元，与控制处理单元相连接，用于计算当前帧的采样数据点在同一象素点上出现的概率；颜色生成单元，与控制处理单元相连接，用于根据所述概率生成单元计算出的概率和存储单元中存储的概率与颜色的对应关系得出与概率对应的颜色；并通过控制处理单元使所述的采样数据点在象素点上显示为与所述概率对应的颜色。

所述的颜色生成单元还用于确定显示有采样数据点的两相邻象素点的连线的颜色。

所述控制处理单元包括CPU、存储器和逻辑电路；其中，CPU，与信号输入单元、存储器、逻辑电路、人机界面单元和显示单元相连接，用于控制各组成单元之间的数据通信；存储器，与逻辑电路相连接，用于存储输入信号的采样数据点；逻辑电路，与信号输入单元相连接，用于控制信号输入单元的时基、触发、采样和数据处理。

所述的CPU还用于读取采样数据点。

所述的存储单元位于存储器中。

所述的信号输入单元包括探针、放大器和模数转换单元；其中，探针，用于接收输入的模拟信号；放大器，与所述探针和模数转换单元相连接，用于控制所述模拟信号输入的增益、偏移，以产生一个合适幅度的信号，并将该信号发送给模数转换单元；模数转换单元，用于将输入的模拟信号转换为数字信号，并将该数字信号发送给所述控制处理单元。

所述的显示单元为液晶显示器或等离子显示器。

所述的人机界面单元为键盘、触摸屏、鼠标或者输入和输出端口。

所述的输入和输出端口为RS232、USB、通用接口总线或无线局域网。

所述的输入输出端口为RS232、USB、通用接口总线或无线局域网。

本发明的有益效果在于：

(1)能够通过对波形颜色亮度的分析，使观测者直观的了解到信号中各种成分出现的概率。如观测AM、FM等一些特殊信号，通过本发明的显示方法画出来的波形就可以比较明显的观测到载波频率与调制信号的关系。当载波频率远大于调制信号频率时，包络内的波形颜色明显亮于载波频率与调制信号频率相差不多的情况，并且包络中间的颜色要比上下两端亮。

(2)通过可变的亮度调节方式，抑制一些随机噪声的显示。随机噪声意味着它出现并不是重复性的，因此它出现的概率也意味要比正常波形出现的概率要低，通过选择合适亮度设置可以降低随机噪声的波形亮度以达到抑制噪声的目的。

(3)波形的视觉显示效果会更好。通过渐变的颜色显示，即使对于离散的数字信号，也可使显示的信号波形接近于细腻、平滑。

附图说明

图1为本发明的数字示波器的显示方法的原理示意图；

图2为本发明的一实施例的显示方法流程图；

图3为本发明的又一实施例的显示方法流程图；

图4为本发明的又一实施例的显示方法流程图；

图5为本发明的又一实施例的显示方法流程图；

图6为本发明的一实施例的数字示波器的结构框图；

图7为本发明的另一实施例的数字示波器的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明。

本发明主要是依据数字示波器的采样数据点在显示屏上的同一象素点上出现的概率的不同，而采用多种颜色来显示采样数据点及采样数据点之间的连线；以达到和模拟示波器的显示效果类似的效果。例如，以用户看起来亮的颜色显示在同一象素点上出现概率高的采样数据点，以用户看起来比较暗的颜色显示在同一象素点上出现概率低的采样数据点。

为了实现本发明的方法，需要一个颜色索引表以建立概率和颜色的对应关系，如下表所示为存储在存储单元中的一个颜色索引表的示例，在颜色索引表中存入了128个渐变的颜色，并采用颜色索引值1～128来对应所述的128个渐变的颜色，只要使不同的概率对应不同的颜色索引值，就能查找到与所述概率对应的颜色。

1

2

3

……

126

127

128

根据上述的总体思路，本发明提供了一种数字示波器的显示方法，该方法包括：读取当前帧的采样数据点；计算所述采样数据点在同一象素点上出现的概率；建立所述概率与颜色的对应关系；使所述的采样数据点在象素点上显示为与所述概率对应的颜色。

如图1所示为本发明的数字示波器的显示方法的原理示意图，如图所示，在每一列象素点上出现的一帧波形的采样数据点数的个数是相等的，因为显示屏上每一列象素点上出现的采样数据点数＝数字示波器的采样率×采样时间；其中，数字示波器的采样率一定，而每一列象素点在时间轴上所占的时间也相同，因此在每一列象素点上出现的一帧的采样数据点数的个数也是相同的。这样，只要能计算出采样数据点在同一象素点上出现的次数，就能计算出采样数据点在同一象素点上出现的概率。

采用本发明的显示方法，可以实现运行(RUN)状态和停止(STOP)状态下的采样数据点的点显示和矢量显示。其中，STOP状态是指用于显示的数据是静态的数据，即用于显示的采样数据点为一帧的采样数据点，与其他帧无关；RUN状态是指采样数据点的显示不单与当前帧的采样数据点在同一象素点上出现的个数有关，还与当前帧之前显示的帧的采样数据点在同一象素点上出现的个数有关；因此，RUN状态下采样数据点的显示与波形帧数、波形斜率和象素点出现采样数据点的次数有关。

点显示是指对采样数据点的显示，矢量显示是指显示有采样数据点的两相邻数据点的连线的显示。在STOP状态和RUN状态下可以只进行点显示，也可以在点显示之后进行矢量显示。

实施例一

本实施例是STOP状态下的只进行点显示而不进行矢量显示的情况。如图2为本实施例的STOP状态下进行点显示的方法流程图。

下面结合图2进行详细说明，我们以显示屏上的一列象素点为例进行说明，数字示波器的显示方法可以分为读取过程、计算过程、建立关系过程和显示过程。

读取过程是指读取当前帧的采样数据点(见步骤S101)，这里的读取当前帧的采样数据点可以是从存储器中读取。

计算过程是指计算采样数据点在同一象素点上出现的概率。如图2所示，计算过程具体包括以下步骤：

步骤S102、按照公式计算当前帧的采样数据点在同一列象素点上出现的个数N，该公式为：N＝f×T，其中，f为数字示波器的采样率，T为显示屏上每一列象素点在时间轴上所占的时间；

步骤S103、根据所述采样数据点在显示屏上的纵坐标计算在同一个象素点上出现的当前帧的采样数据点的个数R；例如，共有N个采样数据点在同一列象素点上出现，其中，有X₁个采样数据点的纵坐标为1，则在纵坐标为1的象素点上出现的采样数据点的个数为X₁；有X₂个采样数据点的纵坐标为2，则在纵坐标为2的象素点上出现的采样数据点的个数为X₂；有X₃个采样数据点的纵坐标为3，则在纵坐标为3的象素点上出现的采样数据点的个数为X₃；有X₄个采样数据点的纵坐标为4，则在纵坐标为4的象素点上出现的采样数据点的个数为X₄；且X₁+X₂+X₃+X₄＝N。此处的纵坐标可以是幅值。

步骤S104、根据公式计算当前帧的采样数据点的在同一象素点上出现的概率I，该公式为：I＝R/N。

建立关系过程是指建立所述概率与颜色的对应关系的过程。如图2所示，建立关系过程具体包括以下过程：

步骤S105、根据公式计算与所述概率对应的颜色索引值J，该公式为：J＝I×M，其中M为颜色索引表中存储的颜色种数；

步骤S106、根据所述颜色索引值从颜色索引表中查找与所述概率对应的颜色。

显示过程是指使采样数据点在象素点上显示为在建立关系过程中查找的颜色(见步骤S107)。

下面采用具体的示例对上述的方法流程进行说明。假设数字示波器设置为1us档位，则采样率为f＝100MHz，显示屏上一列象素点在时间轴上所占的时间T＝1us/25(1格有25列象素点)，数字示波器中存储的颜色索引表中共有M＝128种颜色。

1)数字示波器接收外部的一帧输入信号，并将该输入信号经过采样量化的模数转换之后，将该输入信号的采样数据点存储在存储器中。

2)读取存储器中的当前帧的采样数据点；

3)计算当前帧的采样数据点数在同一列象素点上出现的个数N；其中N＝100M×1us/25＝4；；

4)从3)的计算可知在同一列象素点上出现的采样数据点的个数为4，这4个采样数据点的纵坐标分别为X₁＝100，X₂＝99，X₃＝99，X₄＝98；则在纵坐标为100的象素点上出现的采样数据点的个数R₁＝1，在纵坐标为99的象素点上出现的采样数据点的个数R₂＝2，在纵坐标为98的象素点上出现的采样数据点的个数R₃＝1；

5)计算采样数据点在纵坐标为100的象素点上出现的概率I₁＝R₁/N＝1/4；计算采样数据点在纵坐标为99的象素点上出现的概率I₂＝R₂/N＝1/2；计算采样数据点在纵坐标为98的象素点上出现的概率I₃＝R₃/N＝1/4；

6)计算概率I₁对应的颜色索引值J₁＝I₁×M＝(1/4)×128＝32；计算概率I₁对应的颜色索引值J₂＝I₂×M＝(1/2)×128＝64；计算概率I₃对应的颜色索引值J₃＝I₃×M＝(1/4)×128＝32；

7)从颜色索引表中查找与颜色索引值J₁、J₂和J₃对应的颜色，并使采样数据点在纵坐标分别为100、99和98的象素点上显示为与J₁、J₂和J₃对应的颜色。

实施例二

本实施例是在STOP状态下既要进行点显示也要进行矢量显示的情况。如图3所示为本实施例的STOP状态下的方法流程图。

下面结合图3进行详细说明，步骤S101、S102、S103、S104和S105如图3所示，在实施例一中已经进行了详细说明，这里就不再赘述。这里将详细介绍已经计算出象素点的颜色索引值之后，如何确定显示有采样数据点的两相邻象素点之间的连线的颜色。这里确定连线形状的内插方法可以采用线性内插方法，本发明对此不再赘述，本发明着重于确定插入的连线的颜色。

首先比较显示有采样数据点的两相邻象素点的颜色索引值，选择小的颜色索引值作为所述的两相邻象素点的连线的颜色索引值。具体步骤如下：

步骤S206、判断当前象素点的前面是否存在显示有采样数据点的象素点；如果判断结果为是，则执行步骤S207；如果判断结果为否，则结束本方法流程。

步骤S207、读取前面象素点的颜色索引值L；

步骤S208、判断I≤L是否成立，如果判断结果为是，则执行步骤S210；如果判断结果为否，则执行步骤S209；

步骤S209、设置上述两相邻象素点的连线的颜色索引值K＝L；

步骤S210、设置上述两相邻象素点的连线的颜色索引值K＝I。

在进行了上述的过程后还要执行下述的步骤将连线显示在显示屏上。

步骤S211、从颜色索引表查找与颜色索引值K对应的颜色；

步骤S212、采用所述的颜色在显示屏上显示连线。

下面接着实施例一中的具体示例进行说明矢量显示，在实施例一中已经计算出纵坐标为100的象素点的颜色索引值J₁＝32，纵坐标为99的象素点的颜色索引值J₂＝64，比较J₁和J₂可知，J₁＜J₂，则此两象素点之间的连线的颜色索引值K＝J₁＝32；再从颜色索引表中查找与K相对应的颜色，使用该颜色将连线显示在显示屏上。

实施例三

本实施例是RUN状态下的只进行点显示而不进行矢量显示的情况。如图4所示为本实施例的RUN状态下点显示的方法流程图。

RUN状态下的点显示和STOP状态下的点显示的基本原理相同，计算每一帧的采样数据点在同一象素点上出现的概率的方法也相同，不同之处在于，RUN状态的点显示不单是根据当前帧的采样数据点来计算概率值，而是还要考虑之前显示的多帧的采样数据点来计算平均概率值。在本实施例中，假设当前帧和之前显示的多帧一共有n帧，n＞1，n为正整数。

如图所示，RUN状态下的点显示方法也可以分为读取过程、计算过程、建立关系过程和显示过程。其中读取过程(见步骤S101)、建立关系过程(见步骤S105和步骤S106)和显示过程(S107)如图所示，与实施例一中相同，此处不再赘述。

下面详细介绍计算过程，计算过程是指计算采样数据点在同一象素点上出现的概率。如图4所示，计算过程具体包括以下步骤：

步骤S102、按照公式计算当前帧的采样数据点数在同一列象素点上出现的个数N，该公式为：N＝f×T，其中，f为数字示波器的采样率，T为显示屏上每一列象素点在时间轴上所占的时间；

步骤S303、根据所述采样数据点在显示屏上的纵坐标分别计算n帧采样数据点在同一象素点上出现的个数R_n、...、R₂、R₁；

步骤S304、计算多帧的采样数据点在同一个象素点上出现的个数平均值R＝(R_n+...+R₂+R₁)/n；

步骤S305、计算采样数据点在同一象素点上出现的概率I＝R/N。

在上述的计算过程中，步骤S303还包括以下子步骤：

步骤3031、设置所述当前帧为第n帧；

步骤3032、根据所述采样数据点在显示屏上的纵坐标计算第n帧的采样数据点在同一象素点上出现的的个数R_n；此处的计算方法可以参照实施例一中的步骤S103；

步骤3033、设置n＝n-1；并判断n是否等于零；

步骤3034、如果步骤3033的判断结果为否，则执行步骤3035；如果步骤3033的判断结果为是，则执行步骤S304；

步骤3035、从所述存储单元读取第n帧波形的采样数据点，并重复步骤3032至步骤3034。

实施例四

本实施例是在RUN状态下的既要进行点显示也要进行矢量显示的情况。如图5所示为本实施例的RUN状态下的方法流程图。

步骤S101、S102、S303、S304、S305和S105如图5所示，在实施例三中已经进行了详细说明，此处不再赘述。下面主要介绍在计算出采样数据点在同一象素点上出现的概率I，并且计算出与概率对应的颜色索引值J后，如何确定显示有采样数据点的两相邻象素点之间的连线的颜色。这里的连线的内插方法可以采样线性内插，本发明对此不再赘述，本发明着重于确定插入的连线的颜色。

如图5所示，在RUN状态下进行矢量显示主要包括以下步骤：

步骤S406、计算显示有当前帧的采样数据点的两相邻象素点的纵坐标变化率V；所述的纵坐标变化率可以是两相邻象素点的纵坐标的差值；

步骤S407、判断纵坐标变化率V与一预先设定阈值P的大小，即判断V是否大于P；如果判断结果为是，则执行步骤S408；如果判断结果为否，则执行步骤S409；

其中，预先设定阈值P可以根据波形显示区域的大小来确定阈值范围，显示区域的垂直高度越高，阈值相应需要设置越大；在本发明中可以设置预先设定阈值P为20个象素大小；

步骤S408、选择两相邻象素点的颜色索引值中的小者作为连线的颜色索引值K；

步骤S409、判断两相邻象素点是否位于前两点的范围内；此处的前两点是指当前帧的前两点。如果判断结果为是，则执行步骤S410；如果判断结果为否，则执行步骤S408；

步骤S410、利用渐变方式计算两相邻象素点的连线的颜色索引值K；其中，渐变方式是指两相邻象素点的中点显示为看起来亮的颜色，两头采用暗的颜色；

步骤S211和步骤S212、从颜色索引表中查找与颜色索引值K对应的颜色，并采用该颜色在显示屏上显示所述的两相邻象素点的连线。

其中，步骤S410还包括以下步骤：

步骤1’、根据公式计算显示当前帧的采样数据点的两相邻象素点的中点的权值Q_n；

步骤2’、从存储器读取所述当前帧之前显示的多帧的采样数据点，并根据公式分别计算与所述两相邻象素点对应的显示有多帧的采样数据点的两相邻象素点的中点的权值Q₁、Q₂、...Q_n-1；

所述公式为：Q_n＝M-M×S/(Y₁-Y₂)；其中，M为颜色索引表中颜色的种数，S为中点与两相邻象素点之间的象素点的个数，Y₁和Y₂分别为两相邻象素点的纵坐标；

步骤3’、根据公式计算所述当前帧的采样数据点的两相邻象素点的中点的平均权值Q_x，该公式为：Q_x＝(Q₁+Q₂+...Q_n)/n，该权值Q_x即为所述当前帧的采样数据点的两相邻象素点的中点的颜色索引值J_x；

步骤4’、计算所述中点与两相邻象素点的连线上的象素点的颜色索引值J_m、...、J₂、J₁，其中，J_m为所述中点的颜色索引值J_x，J₁为最靠近所述两相邻象素点的索引值；

步骤5’、设置所述两相邻象素点的连线的颜色索引值K＝{J_m、...、J₂、J₁}。

其中，步骤4’还包括以下子步骤：

步骤41’、设置Q＝0，Q为整数；

步骤42’、计算J_m-Q＝J_x-Q；

步骤43’、设置Q＝Q+1，并判断Q是否等于m；

步骤44’、如果步骤43’的判断结果为否，则重复步骤42’和步骤43’；如果步骤43’的判断结果为是，则执行步骤5’。

实施例五

如图6所示为本发明的数字示波器的结构框图。如图6所示的数字示波器包括电源11、信号输入单元、控制处理单元、显示单元21和人机界面单元。其中，信号输入单元包括模数转换单元16、可变增益放大器(VGA)17和探针18；控制处理单元包括中央处理器(CPU)19、存储器14和逻辑电路15；人机界面单元包括键盘13和输入/输出端口(I/O Port)12；显示单元21可以是液晶显示器或者等离子显示器。在本发明中，人机界面单元还可以包括触摸屏或者鼠标。

所述的数字示波器还包括存储单元201、概率生成单元202和颜色生成单元203。

下面详细介绍数字示波器的各组成单元的连接方式和功能。

电源11主要用于为整个数字示波器提供电源。

探针18，用于接收待测的模拟信号；

VGA17与探针18和模数转换单元16相连接，用于控制前端模拟信号输入的增益和偏移，以将探针18接收的模拟信号进行放大处理，从而产生一个合适幅度的信号，并将信号输出给模数转换单元16；

模数转换单元16，用于接收从VGA输入的信号，并将该信号转换为数字信号；

逻辑电路15与模数转换单元16相连接，用于控制模数转换单元的时基、触发、采样、数据处理等；

存储器14与逻辑电路15相连接，用于存储处理后的数字信号，即输入模拟信号的采样数据；这里的存储器14可以是FLASH、SDRAM或者高速SRAM。

CPU19是整个数字示波器的核心部分，与存储器14、逻辑电路15、键盘13和输入输出/端口12相连接，用于处理包括从键盘和输入/输出端口12输入的外部信息，进行数据处理、实现输入/输出控制、控制逻辑电路以及各组成单元之间的数据通信等。

键盘13主要用于向用户提供外部操作界面。

输入/输出端口12，主要实现数据传输，主要包括RS232、USB、通用接口总线(GPIB)和LAN。

显示屏21，与CPU19相连接，用于显示波形。

存储单元201，与CPU19相连接，用于存储概率与颜色的对应关系，即颜色索引表。该颜色索引表主要用于建立概率和颜色的对应关系，在颜色索引表中存入了多个渐变的颜色，并采用颜色索引值来对应所述的多个渐变的颜色，只要将不同的概率对应不同的颜色索引值，就能查找到与所述概率对应的颜色。

概率生成单元202，与控制处理单元相连接，用于计算读取的采样数据点在同一象素点上出现的概率；

颜色生成单元203，与控制处理单元相连接，用于根据所述概率生成单元计算出的概率和存储单元中存储的概率与颜色的对应关系得出与概率对应的颜色；并通过控制处理单元使所述的采样数据点在象素点上显示为与所述概率对应的颜色。

下面结合图2说明本发明的数字示波器实现STOP状态下的点显示的过程。

首先由探针18接收待测的模拟信号，经过VGA17的放大处理后，再经过由逻辑电路15控制的模数转换单元16转换为数字信号，并将处理后的采样数据存储在存储器14中。

CPU19从存储器14读取当前帧的采样数据点(见步骤S101)；

接着由概率生成单元202计算一列象素点上出现的当前帧的采样数据点的个数N；并根据采样数据点在显示单元21上的纵坐标计算当前帧的采样数据点在同一个象素点上出现的个数R；再利用公式计算所述采样数据点在同一象素点上出现的概率I，该公式为I＝R/N(见步骤S102、S103和S104)；

颜色生成单元203根据上述概率生成单元202计算出的概率I从存储单元存储的颜色索引表中查找与所述概率I对应的颜色；具体为，利用公式J＝I×M计算颜色索引值J；再从存储单元201存储的颜色索引表中查找与所述颜色索引值对应的颜色(见步骤S105和S106)；

CPU19利用颜色生成单元203得到的颜色，使所述的采样数据点在象素点上显示为与所述概率I对应的颜色(见步骤S107)。

在本实施例中，数字示波器的颜色生成单元203还用于确定显示有采样数据点的两相邻象素点的连线的颜色。

下面介绍结合图3说明采用本实施例的数字示波器实现STOP状态下的点显示和矢量显示的过程。其中，进行点显示的过程(见步骤S101、S102、S103、S104和S105)如图2所示，此处不再赘述。

下面具体介绍在进行了点显示之后，颜色生成单元203如何确定显示有采样数据点的两相邻象素点的连线的颜色。

首先，颜色生成单元203通过比较显示有采样数据点的两相邻象素点的颜色索引值，选择小的颜色索引值作为所述的两相邻象素点的连线的颜色索引值。再根据得到的连线的颜色索引值从颜色索引表中查找对应的颜色。具体步骤如下：

步骤S206、判断当前象素点的前面是否存在显示有采样数据点的象素点；如果判断结果为是，则执行步骤S207；如果判断结果为否，则结束本方法流程。

步骤S207、读取前面象素点的颜色索引值L；

步骤S208、判断I≤L是否成立，如果判断结果为是，则执行步骤S210；如果判断结果为否，则执行步骤S209；

步骤S209、设置上述两相邻象素点的连线的颜色索引值K＝L；

步骤S210、设置上述两相邻象素点的连线的颜色索引值K＝I。

接着，由颜色生成单元202从颜色索引表查找与颜色索引值K对应的颜色(见步骤S211)；然后由CPU19采用颜色生成单元203确定的颜色在显示单元21上显示连线。

实施例六

如图7所示为本实施例的数字示波器的结构框图。如图7所示的数字示波器包括电源11、信号输入单元、控制处理单元、显示单元21和人机界面单元。其中，信号输入单元包括模数转换单元16、VGA17和探针18；人机界面单元包括键盘13和输入/输出端口(I/O Port)12；显示单元21可以是液晶显示器或者等离子显示器；控制处理单元包括中央处理器(CPU)19、存储器14和逻辑电路15；其中，存储器14还包括一存储单元201，用于存储颜色索引表，提供概率与颜色的对应关系。本实施例的数字示波器还包括概率生成单元202和颜色生成单元203。

上述的数字示波器的各组成部分的功能与实施例五中的相同，此处不再赘述。

下面结合图4说明采用本实施例的数字示波器实现RUN状态下的点显示的过程。RUN状态下的点显示和STOP状态下的点显示的基本原理相同，计算每一帧的采样数据点在同一象素点上出现的概率的方法也相同，不同之处在于，RUN状态的点显示不单是根据当前帧的采样数据点来计算概率值，而是还要考虑当前帧之前显示的多帧的采样数据点来计算平均概率值。在本实施例中，假设当前帧和之前显示的多帧一共有n帧，n＞1，n为正整数。步骤S101、S105、S106和S107如图4所示，此处不再赘述。

下面具体介绍概率生成单元202计算所述采样数据点在同一象素点上出现的概率的过程。具体包括以下的步骤：

步骤S102、按照公式计算当前帧的采样数据点数在同一列象素点上出现的个数N，该公式为：N＝f×T，其中，f为数字示波器的采样率，T为显示屏上每一列象素点在时间轴上所占的时间；

步骤S303、根据所述采样数据点在显示屏上的纵坐标分别计算n帧采样数据点在同一象素点上出现的个数R_n、...、R₂、R₁；

步骤S304、计算多帧的采样数据点在同一个象素点上出现的个数平均值R＝(R_n+...+R₂+R₁)/n；

步骤S305、计算采样数据点在同一象素点上出现的概率I＝R/N。

在上述的计算过程中，步骤S303还包括以下子步骤：

步骤3031、设置所述当前帧为第n帧；

步骤3032、根据所述采样数据点在显示屏上的纵坐标计算第n帧的采样数据点在同一象素点上出现的的个数R_n；此处的计算方法可以参照实施例一中的步骤S103；

步骤3033、设置n＝n-1；并判断n是否等于零；

步骤3034、如果步骤3033的判断结果为否，则执行步骤3035；如果步骤3033的判断结果为是，则执行步骤S304；

步骤3035、从存储器中读取第n帧波形的采样数据点，并重复步骤3032至步骤3034。

在本实施例中，数字示波器的颜色生成单元203还用于确定显示有采样数据点的两相邻象素点的连线的颜色。

下面结合图5说明本实施例的数字示波器实现RUN状态下的点显示和矢量显示的过程。图中的步骤S101、S102、S303、S304、S305和S105如图5所示，此处不再赘述。下面主要介绍在计算出采样数据点在同一象素点上出现的概率I，并且计算出与概率对应的颜色索引值J后，颜色生成单元203如何确定显示有采样数据点的两相邻象素点之间的连线的颜色。这里的连线的内插方法可以采用线性内插方法，本发明对此不再赘述，本发明着重于确定插入的连线的颜色。

如图5所示，颜色生成单元203在确定连线的颜色时主要包括以下步骤：

步骤S406、计算显示有当前帧的采样数据点的两相邻象素点的纵坐标变化率V；所述的纵坐标变化率可以是两相邻象素点的纵坐标的差值；

步骤S407、判断纵坐标变化率V与一预先设定阈值P的大小，即判断V是否大于P；如果判断结果为是，则执行步骤S408；如果判断结果为否，则执行步骤S409；

其中，预先设定阈值P可以根据波形显示区域的大小来确定阈值范围，显示区域的垂直高度越高，阈值相应需要设置越大；在本发明中可以设置预先设定阈值P为20个象素大小；

步骤S408、选择两相邻象素点的颜色索引值中的小者作为连线的颜色索引值K；

步骤S409、判断两相邻象素点是否位于前两点的范围内；如果判断结果为是，则执行步骤S410；如果判断结果为否，则执行步骤S408；

步骤S410、利用渐变方式计算两相邻象素点的连线的颜色索引值K；其中，渐变方式是指两相邻象素点的中点显示为看起来亮的颜色，两头采用暗的颜色；

步骤S211和步骤S212、从颜色索引表中查找与颜色索引值K对应的颜色，并采用该颜色在显示屏上显示所述的两相邻象素点的连线。

其中，步骤S410还包括以下步骤：

步骤1’、根据公式计算显示当前帧的采样数据点的两相邻象素点的中点的权值Q_n；

步骤2’、从存储器读取所述当前帧之前显示的多帧的采样数据点，并根据公式分别计算与所述两相邻象素点对应的显示多帧的采样数据点的两相邻象素点的中点的权值Q₁、Q₂、...Q_n-1；

所述公式为：Q_n＝M-M×S/(Y₁-Y₂)；其中，M为颜色索引表中颜色的种数，S为中点与两相邻象素点之间的象素点的个数，Y₁和Y₂分别为两相邻象素点的纵坐标。

步骤3’、根据公式计算所述当前帧波形的采样数据点的两相邻象素点的中点的平均权值Q_x，该公式为：Q_x＝(Q₁+Q₂+...Q_n)/n，该权值Q_x即为所述当前帧波形的采样数据点的两相邻象素点的中点的颜色索引值J_x；

步骤4’、计算所述中点与两相邻象素点的连线上的象素点的颜色索引值J_m、...、J₂、J₁，其中，J_m为所述中点的颜色索引值J_x，J₁为最靠近所述两相邻象素点的索引值；

步骤5’、设置所述两相邻象素点的连线的颜色索引值K＝{J_m、...、J₂、J₁}。

其中，步骤4’还包括以下子步骤：

步骤41’、设置Q＝0，Q为整数；

步骤42’、计算J_m-Q＝J_x-Q；

步骤43’、设置Q＝Q+1，并判断Q是否等于m；

步骤44’、如果步骤43’的判断结果为否，则重复步骤42’和步骤43’；如果步骤43’的判断结果为是，则执行步骤5’。

以上具体实施方式仅用于说明本发明，而非用于限定本发明。

Claims (23)

1.一种数字示波器的显示方法，其中包括：

读取当前帧的采样数据点；

计算所述采样数据点在同一象素点上出现的概率；

建立所述概率与颜色的对应关系；

使所述的采样数据点在象素点上显示为与所述概率对应的颜色。

2.根据权利要求1所述的数字示波器的显示方法，其特征在于，计算所述采样数据点在同一象素点上出现的概率包括：

计算显示屏上一列象素点上出现的当前帧的采样数据点的个数N；

根据所述采样数据点在显示屏上的纵坐标计算当前帧的采样数据点在同一个象素点上出现的个数R；

利用所述的N和R计算所述当前帧的采样数据点在同一象素点上出现的概率I。

3.根据权利要求1所述的数字示波器的显示方法，其特征在于，计算所述采样数据点在同一象素点上出现的概率包括：

计算显示屏上一列象素点上出现的当前帧的采样数据点的个数N；

根据所述采样数据点在显示屏上的纵坐标分别计算多帧的采样数据点在同一象素点上出现的个数R_n、...、R₂、R₁；其中，n为帧数；

计算多帧的采样数据点在同一象素点上出现个数R_n、...、R₂、R₁的平均值R；

根据所述的N和R计算所述多帧的采样数据点在同一象素点上出现的概率I。

4.根据权利要求3所述的数字示波器的显示方法，其特征在于，所述的多帧的采样数据点是指当前帧和当前帧之前显示的帧的采样数据点。

5.根据权利要求1所述的数字示波器的显示方法，其特征在于，数字示波器中存储有颜色索引表，建立所述概率与颜色的对应关系包括：

计算与所述概率对应的颜色索引值；

根据所述颜色索引值从颜色索引表中查找与所述概率对应的颜色。

6.根据权利要求5所述的数字示波器的显示方法，其特征在于，所述方法还包括：确定显示有采样数据点的两相邻象素点的连线的颜色，并使所述连线在显示屏上显示为该颜色。

7.根据权利要求6所述的数字示波器的显示方法，其特征在于，所述确定显示有采样数据点的两相邻象素点的连线的颜色包括：

比较显示有采样数据点的两相邻象素点的颜色索引值，选择小的颜色索引值作为所述的两相邻象素点的连线的颜色索引值；

从颜色索引表中查找与所述的连线的颜色索引值对对应的颜色。

8.根据权利要求6所述的数字示波器的显示方法，其特征在于，所述确定显示有采样数据点的两相邻象素点的连线的颜色包括：

计算显示有采样数据点的两相邻象素点的纵坐标变化率；

判断所述的纵坐标变化率与一预先设定阈值的大小；

如果所述的纵坐标变化率大于预先设定阈值，则比较所述两相邻象素点的颜色索引值，选择小的颜色索引值作为所述两相邻象素点的连线的颜色索引值。

9.根据权利要求8所述的数字示波器的显示方法，其特征在于，如果所述纵坐标变化率小于预先设定阈值，则

判断所述的两相邻象素点的中点的纵坐标是否位于与前两点的纵坐标之间的范围内；

如果判断结果为否，则比较所述的显示有当前帧的采样数据点的两相邻象素点的颜色索引值，选择小的颜色索引值作为所述的两相邻象素点的连线的颜色索引值。

10.根据权利要求9所述的数字示波器的显示方法，其特征在于，如果判断结果为是，则

采用渐变方式确定显示有采样数据点的两相邻象素点的连线的颜色索引值；所述渐变方式是指两相邻象素点的中间采用比两端亮的颜色，越靠近两相邻象素点的颜色越暗。

11.根据权利要求10所述的数字示波器的显示方法，其特征在于，所述采用渐变方式确定显示有采样数据点的两相邻象素点的连线的颜色索引值包括：

根据公式分别计算显示有多帧的采样数据点的两相邻象素点的中点的权值Q₁、Q₂、...、Q_n-1、Q_n；

计算所述权值Q₁、Q₂、...、Q_n-1、Q_n的均值，利用所述均值计算中点的颜色索引值；

其中，所述公式为：Q＝M-M×S/(Y₁-Y₂)；M为颜色索引表中颜色的种数，S为中点分别与两相邻象素点之间的象素点的个数，Y₁和Y₂分别为两相邻象素点的纵坐标。

12.根据权利要求11所述的数字示波器的显示方法，其特征在于，所述方法还包括：采用递减的方式分别确定中点和两相邻象素点的连线上的象素点的颜色索引值；则所述两相邻象素点的连线的颜色索引值由该连线上所有象素点的颜色索引值组成。

13.根据权利要求8、9或12所述的数字示波器的显示方法，其特征在于，所述方法还包括：从颜色索引表中查找与所述连线的颜色索引值相对应的颜色。

14.根据权利要求6所述的数字示波器的显示方法，其特征在于，采用线性内插方法确定显示有当前帧的采样数据点的两相邻象素点的连线形状。

15.一种数字示波器，该数字示波器包括电源、信号输入单元、控制处理单元、显示单元和人机界面单元，其特征在于，所述的数字示波器还包括存储单元、概率生成单元和颜色生成单元；

存储单元，与控制处理单元相连接，用于存储概率与颜色的对应关系；

概率生成单元，与控制处理单元相连接，用于计算当前帧的采样数据点在同一象素点上出现的概率；

颜色生成单元，与控制处理单元相连接，用于根据所述概率生成单元计算出的概率和存储单元中存储的概率与颜色的对应关系得出与概率对应的颜色；并通过控制处理单元使所述的采样数据点在象素点上显示为与所述概率对应的颜色。

16.根据权利要求15所述的数字示波器，其特征在于，所述的颜色生成单元还用于确定显示有采样数据点的两相邻象素点的连线的颜色。

17.根据权利要求15所述的数字示波器，其特征在于，所述控制处理单元包括CPU、存储器和逻辑电路；其中

CPU，与信号输入单元、存储器、逻辑电路、人机界面单元和显示单元相连接，用于控制各组成单元之间的数据通信；

存储器，与逻辑电路相连接，用于存储输入信号的采样数据点；

逻辑电路，与信号输入单元相连接，用于控制信号输入单元的时基、触发、采样和数据处理。

18.根据权利要求17所述的数字示波器，其特征在于，所述的CPU还用于读取采样数据点。

19.根据权利要求17所述的数字示波器，其特征在于，所述的存储单元位于存储器中。

20.根据权利要求15所述的数字示波器，其特征在于，所述的信号输入单元包括探针、放大器和模数转换单元；其中

探针，用于接收输入的模拟信号；

放大器，与所述探针和模数转换单元相连接，用于控制所述模拟信号输入的增益、偏移，以产生一个合适幅度的信号，并将该信号发送给模数转换单元；

模数转换单元，用于将输入的模拟信号转换为数字信号，并将该数字信号发送给所述控制处理单元。

21.根据权利要求15所述的数字示波器，其特征在于，所述的显示单元为液晶显示器或等离子显示器。

22.根据权利要求15所述的数字示波器，其特征在于，所述的人机界面单元为键盘、触摸屏、鼠标或者输入和输出端口。

23.根据权利要求22所述的数字示波器，其特征在于，所述的输入和输出端口为RS2 32、USB、通用接口总线或无线局域网。

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