CN101131404A - 一种数字示波器波形显示方法及数字示波器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数字示波器波形显示方法及数字示波器，其中包括：波形数据采集步骤或装置，将改变水平时基设置前的显示缓冲区的显示数据作为改变水平时基设置时显示数据的数据源；波形数据缩放步骤或装置，对前一次显示在屏幕上的显示数据进行缩放处理；波形数据显示步骤或装置，将缩放处理后的波形数据拷贝到数字示波器系统停止状态的波形显示缓冲区，并将数字示波器系统停止状态的波形显示缓冲区中的波形数据显示在屏幕上。用于结合数字示波器采集数据和波形显示的特点显示和处理在改变水平时基时的波形数据，用以实时准确的反映改变水平时基瞬间的波形数据。

Description

一种数字示波器波形显示方法及数字示波器

技术领域

本发明涉及数字示波器技术，特别涉及数字示波器在改变系统水平时基时的波形显示处理技术，具体的讲是一种数字示波器波形显示方法及数字示波器。

背景技术

在现有技术中，数字示波器整体架构一般包括(如图1所示)：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。

数字示波器系统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。当数字示波器系统在运行状态时，如果改变水平时基档位或位移，则由于采样率或触发点的变化而导致数据的不连续性，造成波形出现瞬间的紊乱，不能正确的反映波形的实时状态。为解决上述问题，现有技术的方法是：在改变水平时基瞬间，将波形数据清零，然后显示在屏幕上，并在停止改变水平时基档位或位移的设置时，再刷新数据。这样的方法不能实时的反映波形数据的状态，给使用者造成视觉上的差异，因此如何显示和处理在改变水平时基时的波形数据成为需要解决的问题。

发明内容

本发明提供一种数字示波器波形显示方法及数字示波器，用于结合数字示波器采集数据和波形显示的特点显示和处理在改变水平时基时的波形数据，用以实时准确的反映改变水平时基瞬间的波形数据。

为了实现上述的发明目的，本发明的目的之一在于，提供一种数字示波器波形显示方法，其中包括以下步骤：波形数据采集步骤，将改变水平时基设置前的显示缓冲区的显示数据作为改变水平时基设置时显示数据的数据源；波形数据缩放步骤，对前一次显示在屏幕上的显示数据进行缩放处理；波形数据显示步骤，将缩放处理后的波形数据拷贝到停止采集状态的波形显示缓冲区，并将停止采集状态的波形显示缓冲区中的波形数据显示在屏幕上。

根据缩放比例得到当前范围内的源数据点的最大值和最小值；根据所述的源数据点的最大值和最小值确定当前目标数据点的最大值和最小值；确定每一个行像素点上波形数据点的最大值和最小值，根据当前行像素点及其前一行像素点波形数据点的最大值和最小值确定当前行像素点上波形数据点的显示方式，并根据所述显示方式及采集顺序显示压缩后波形数据点的波形。

将源数据点数目压缩成目标数据点数目两倍的波形数据点包括以下步骤：确定源数据点数目和目标数据点数目；将源数据点数目与目标数据点数目之比作为缩放比例；将目标数据点数目作为循环次数；根据缩放比例得到当前范围内的源数据点的最大值和最小值；根据所述的源数据点的最大值和最小值确定当前目标数据点的最大值和最小值。

根据波形数据点的最大值和最小值对显示数据进行放大处理的步骤为：确定源数据点数目和目标数据点数目；将源数据点数目与目标数据点数目之比作为缩放比例；将目标数据点数目作为循环次数；确定当前范围内源数据点的前一个数据点和后一个数据点的最大值和最小值；根据缩放比例得到当前范围内的目标数据点的最大值和最小值。

所述的波形数据缩放步骤进一步包括，压缩处理步骤：首先确定采集的波形数据点数目为源数据点数目，屏幕行像素数目为目标数据点数目；将源数据点数目压缩成目标数据点数目两倍的波形数据点，两个压缩后的波形数据点对应二个或二个以上的源数据点，将所述的对应二个或二个以上的源数据点进行逻辑运算，得到所述的两个压缩后的波形数据点的最大值和最小值；确定每一个行像素点上波形数据点的最大值和最小值，根据当前行像素点及其前一行像素点波形数据点的最大值和最小值确定当前行像素点上波形数据点的显示方式，并根据所述显示方式及采集顺序显示压缩后波形数据点的波形。

所述的波形数据缩放步骤进一步包括，放大处理步骤：确定源数据点数目和目标数据点数目；将源数据点数目与目标数据点数目之比作为缩放比例；将目标数据点数目作为循环次数；确定当前范围内源数据点的前一个数据点和后一个数据点的最大值和最小值；根据缩放比例得到当前范围内的目标数据点的最大值和最小值；

线型内插步骤：根据当前范围内的目标数据点的最大值和最小值得到线性内插数据点的最大值和最小值。

本发明的另一目的在于，提供一种数字示波器，包括：模拟前端、模数转换器、控制处理器，人机界面单元、显示器以及电源；还包括：波形显示处理装置；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人机界面单元、显示器以及所述的波形显示处理装置相连接；所述的人机界面单元，用于改变水平时基设置；所述的波形显示处理装置进一步包括：波形数据采集单元，用于将改变水平时基设置前的显示缓冲区的显示数据作为改变水平时基设置时显示数据的数据源；波形数据缩放单元，用于对前一次显示在屏幕上的显示数据进行缩放处理；波形数据显示单元，用于将缩放处理后的波形数据拷贝到数字示波器系统停止状态的波形显示缓冲区，并将数字示波器系统停止状态的波形显示缓冲区中的波形数据显示在所述的显示器上。

所述的波形数据缩放单元包括：根据缩放比例得到当前范围内的源数据点的最大值和最小值，根据所述的源数据点的最大值和最小值确定当前目标数据点的最大值和最小值；确定每一个行像素点上波形数据点的最大值和最小值。

所述的波形数据显示单元包括：根据当前行像素点及其前一行像素点波形数据点的最大值和最小值确定当前行像素点上波形数据点的显示方式，并根据所述显示方式及采集顺序显示压缩后波形数据点的波形。

所述的数字示波器还包括：线型内插单元，用于根据当前范围内的目标数据点的最大值和最小值得到线性内插数据点的最大值和最小值。

所述的人机界面单元包括键盘、触摸屏、鼠标、通信接口或其结合；所述的显示器包括液晶显示器或等离子显示器。

本发明的有益效果在于，通过提供一种数字示波器波形显示方法及数字示波器，能够从根本上保持了数据的连续性，为下一步波形数据的显示和波形数据的缩放奠定了坚实的基础，为用户能够比较连续的观测改变水平设置时的波形数据提供了保障。并使前一次显示在屏幕上的数据点能够比较连续的显示出来，提高了在改变水平时基时波形的视觉效果，实现了波形数据改变设置前后的完美过渡，使用户能够直观的观察到波形的变化。通过波形显示处理和缩放处理的结合，达到了数据采集和数据显示的统一，实现了系统在运行状态时改变水平时基的波形效果的过渡。既考虑到数据的前后连续性，又直观地显示了改变水平设置时的波形效果。

附图说明

图1为现有技术中数字示波器的结构框图；

图2为本发明波形数据压缩处理流程图；

图3为本发明波形数据放大处理流程图；

图4为本发明波形数据显示处理流程图；

图5为本发明的具体实施方式的结构框图；

图6为本发明的数据压缩示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的具体实施方式。

实施例1

本发明提供了一种数字示波器波形显示方法，如图3所示包括以下步骤：波形数据采集步骤，将改变水平时基设置前的显示缓冲区的显示数据作为改变水平时基设置时显示数据的数据源；波形数据缩放步骤，对前一次显示在屏幕上的显示数据进行缩放处理；波形数据显示步骤，将缩放处理后的波形数据拷贝到数字示波器系统停止状态的波形显示缓冲区，并将数字示波器系统停止状态的波形显示缓冲区中的波形数据显示在屏幕上。

本发明方法是在结合示波器采集数据和波形显示特点的基础上进行处理的，能够实时准确的反映改变水平时基瞬间的波形数据。下面详细说明其基本原理：

1)波形数据采集

数字存储示波器的最主要部分就是数据采集，因此如何采集改变水平时基时的波形数据并显示出来成为本算法的关键所在。当用户改变水平档位或水平位移时，在改变的瞬间，示波器硬件进行相关的设置，这时候采集的数据是不连续的。如果用户一直改变水平设置，这时的数据前后相差较大，不能正确直观的反映改变水平时基的波形数据状态，显示在屏幕上的波形数据出现紊乱，这也是传统的方法不能解决的重要原因，因此进行波形数据清零处理。本算法本着实时的反映波形数据和让用户直观的观察到改变水平时基时的波形状态出发，结合系统停止状态时的波形处理方法，将在改变设置前的显示缓冲区的数据作为改变设置时显示数据的数据源，这样既避免了改变设置时采集到的数据不稳定，又提供了可靠的数据源，保持了数据的连续性，避免在改变设置瞬间的视觉差异。

2)波形数据缩放

在改变水平档位时，造成数据采样率的变化，同时波形数据随着水平档位的变化进行放大或缩小，因为本算法采用把上次显示在屏幕上的数据进行缩放，然后显示在屏幕上，如果仅仅对采样数据的每个点，进行简单的缩放，不能达到最佳的显示效果。本发明中在波形数据缩放时采用最大最小值的方法，根据波形数据点的最大值和最小值进行缩放，保持了波形数据的完整性，不会造成波形数据特征点的丢失，能够完整的保持波形的特征点。

3)波形显示

在改变设置过程中用户最关心的是屏幕中的波形数据以及中间过程的视觉效果。因此，本算法结合系统停止状态的波形显示处理的基础上，将处理过的波形数据拷贝到停止状态的波形显示缓冲区，然后根据波形数据显示算法，将波形显示在屏幕上，由于数据的连续性不会造成视觉上的差异。当改变水平时基时，屏幕通过显示放大或缩小的波形数据，能够直观的观察到改变水平时基时的波形效果，能够比较理想的处理系统在运行状态下改变水平时基时的波形数据显示的过渡。

如图2、3所示为波形缩放处理的流程，其中首先确定源数据点的数目和目标数据点的数目，然后计算缩放比例，利用目标数据点的数目进行循环，根据缩放比例和所要缩放数据的最大值和最小值确定当前目标数据点的最大值和最小值，如果为放大，则是确定需要线性内插点的最大值和最小值。

线性内插：参考图4，主要介绍了本算法系统流程图，在改变水平时基设置时，将上次显示在屏幕上的波形数据拷贝到缓冲区，然后根据水平档位的改变利用停止状态下的波形缩放算法进行缩放，然后将处理过的数据拷贝到停止状态下的显示缓冲区中，利用波形显示算法将波形画处理，然后拷贝到屏幕上。

波形数据压缩处理的例子：设采集的波形数据点为10，显示屏行象素数为3，现将10个采集的波形数据点压缩为6个波形数据点，也就是在一个行象素的列上显示2个压缩后的波形数据点。显示数据进行压缩处理的具体步骤为：

确定源数据点数目S为10和目标数据点数目D为3；

将源数据点数目与目标数据点数目之比作为缩放比例N，即：10/3，该缩放比例N约为3.3，在压缩源数据点时，作如下计算(如图6所示)：

1)在进行第一次压缩时，用源数据点数目10除以目标数据点数目3，其压缩比为3.3，余数为1；判断余数与目标数据点数目3是否具有可整除的关系，如果否，则将10个源数据点的前三个源数据点压缩为二个波形数据点，该二个波形数据点对应于第一个行像素点。将10个源数据点的前三个源数据点进行“或”运算得到压缩后二个波形数据点的最大值，将10个源数据点的前三个源数据点进行“与”运算得到压缩后二个波形数据点的最小值。

判断循环次数是否为3，如果是则结束循环。

2)在进行第二次压缩时，用源数据点数目10除以目标数据点数目3，其压缩比为3.3，余数为1；判断1)和2)的余数之和2与目标数据点数目3是否具有可整除的关系，如果否，则将10个源数据点的中间三个源数据点压缩为二个波形数据点，该二个波形数据点对应于第二个行像素点。将10个源数据点的中间三个源数据点进行“或”运算得到压缩后二个波形数据点的最大值，将10个源数据点的中间三个源数据点进行“与”运算得到压缩后二个波形数据点的最小值。

判断循环次数是否为3，如果是则结束循环。

3)在进行第三次压缩时，用源数据点数目10除以目标数据点数目3，其压缩比为3.3，余数为1；判断1)、2)和3)的余数之和3与目标数据点数目3是否具有可整除的关系，如果是，则将10个源数据点的后四个源数据点压缩为二个波形数据点，该二个波形数据点对应于第三个行像素点。将10个源数据点的后四个源数据点进行“或”运算得到压缩后二个波形数据点的最大值，将10个源数据点的后四个源数据点进行“与”运算得到压缩后二个波形数据点的最小值。

判断循环次数是否为3，如果是则结束循环。

这样，在将10个采集的波形数据点压缩为6个波形数据点的过程中，通过计算余数之和与目标数据点数目之间是否具有可整除的关系，来判断由3个点压缩为两个点，还是由4个点来压缩为2个点。而压缩比决定了采用几个源数据点进行压缩，例如压缩比为3.3则选择3个源数据点或4个源数据点压缩为2个数据点。根据缩放比例得到当前范围内的源数据点的最大值和最小值；

根据所述的源数据点的最大值和最小值确定当前目标数据点的最大值和最小值。由于所述的目标数据点数目为屏幕行像素数，将源数据点数目压缩成屏幕行像素两倍的波形数据点，两个压缩的波形数据点对应一个行像素点，确定每一个行像素点上波形数据点的最大值和最小值，根据当前行像素点及其前一行像素点波形数据点的最大值和最小值确定当前行像素点上波形数据点的显示方式，并根据所述显示方式及采集顺序显示压缩后波形数据点的波形。

根据波形数据点的最大值和最小值对显示数据进行放大处理的步骤为：确定源数据点数目和目标数据点数目；将源数据点数目与目标数据点数目之比作为缩放比例；将目标数据点数目作为循环次数；确定当前范围内源数据点的前一个数据点和后一个数据点的最大值和最小值；根据缩放比例得到当前范围内的目标数据点的最大值和最小值，以及在两个放大后波形数据点之间确定需要线性内插点的最大值和最小值。

实施例2

本发明提供了一种数字示波器，其包括：模拟前端、模数转换器、控制处理器，人机界面单元、显示器以及电源；其特征是还包括：波形显示处理装置；其中，可采用DSP作为控制处理器，采用键盘作为人机界面单元，采用LCD作为显示器。

所述的模拟前端通过模数转换器与DSP连接，DSP分别与键盘、LCD显示器相连接；所述的波形显示处理装置可以作为程序置于DSP中，或作为逻辑电路与DSP连接。

键盘接收改变水平时基设置的指令；波形显示处理装置的波形数据采集单元，用于将改变水平时基设置前的显示缓冲区的显示数据作为改变水平时基设置时显示数据的数据源；波形数据缩放单元，用于对前一次显示在屏幕上的显示数据进行缩放处理；波形数据显示单元，用于将缩放处理后的波形数据拷贝到数字示波器系统停止状态的波形显示缓冲区，并将数字示波器系统停止状态的波形显示缓冲区中的波形数据显示在所述的显示器上。

所述的波形数据缩放单元包括：波形数据压缩单元，用于根据波形数据点的最大值和最小值对显示数据进行压缩处理。

所述的波形数据缩放单元包括：波形数据放大单元，用于根据波形数据点的最大值和最小值对显示数据进行放大处理。

根据所述的源数据点的最大值和最小值确定当前目标数据点的最大值和最小值。由于所述的目标数据点数目为屏幕行像素数，将源数据点数目压缩成屏幕行像素两倍的波形数据点，两个压缩的波形数据点对应一个行像素点，确定每一个行像素点上波形数据点的最大值和最小值，根据当前行像素点及其前一行像素点波形数据点的最大值和最小值确定当前行像素点上波形数据点的显示方式，并根据所述显示方式及采集顺序显示压缩后波形数据点的波形。

如图2、3所示为波形缩放处理的流程，其中首先确定源数据点的数目和目标数据点的数目，然后计算缩放比例，利用目标数据点的数目进行循环，根据缩放比例和所要缩放数据的最大值和最小值确定当前目标数据点的最大值和最小值，如果为放大，则是确定需要线性内插点的最大值和最小值。

线性内插：参考图4，主要介绍了本发明系统流程图，在改变水平时基设置时，将上次显示在屏幕上的波形数据拷贝到缓冲区，然后根据水平档位的改变利用停止状态下的波形缩放算法进行缩放，然后将处理过的数据拷贝到停止状态下的显示缓冲区中，利用波形显示算法将波形画处理，然后拷贝到屏幕上。线型内插单元可以集成或设置在DSP中

所述的人机界面单元可选方案包括键盘、触摸屏、鼠标、通信接口或其结合。所述的显示器也可为等离子显示器。

采用本发明能达到以下的技术效果：

1)通过本发明的数据采集的选择，能够从根本上保持了数据的连续性，为下一步波形数据的显示和波形数据的缩放奠定了坚实的基础，为用户能够比较连续的观测改变水平设置时的波形数据提供了保障。

2)通过波形缩放算法，使前一次显示在屏幕上的数据点能够比较连续的显示出来，提高了在改变水平时基时波形的视觉效果，实现了波形数据改变设置前后的完美过渡，使用户能够直观的观察到波形的变化。

3)通过波形显示算法和缩放算法的结合，达到了数据采集和数据显示的统一，实现了系统在运行状态时改变水平时基的波形效果的过渡。既考虑到数据的前后连续性，又直观地显示了改变水平设置时的波形效果。

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 (11)

1.一种数字示波器波形显示方法，其特征是包括以下步骤：

波形数据采集步骤，将改变水平时基设置前的显示缓冲区的显示数据作为改变水平时基设置时显示数据的数据源；

波形数据缩放步骤，对前一次显示在屏幕上的显示数据进行缩放处理；

波形数据显示步骤，将缩放处理后的波形数据拷贝到停止采集状态的波形显示缓冲区，并将停止采集状态的波形显示缓冲区中的波形数据显示在屏幕上。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，根据缩放比例得到当前范围内的源数据点的最大值和最小值；

根据所述的源数据点的最大值和最小值确定当前目标数据点的最大值和最小值；

确定每一个行像素点上波形数据点的最大值和最小值，根据当前行像素点及其前一行像素点波形数据点的最大值和最小值确定当前行像素点上波形数据点的显示方式，并根据所述显示方式及采集顺序显示压缩后波形数据点的波形。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，将源数据点数目压缩成目标数据点数目两倍的波形数据点包括以下步骤：

确定源数据点数目和目标数据点数目；

将源数据点数目与目标数据点数目之比作为缩放比例；

将目标数据点数目作为循环次数；

根据缩放比例得到当前范围内的源数据点的最大值和最小值；

根据所述的源数据点的最大值和最小值确定当前目标数据点的最大值和最小值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，根据波形数据点的最大值和最小值对显示数据进行放大处理的步骤为：

确定源数据点数目和目标数据点数目；

将源数据点数目与目标数据点数目之比作为缩放比例；

将目标数据点数目作为循环次数；

确定当前范围内源数据点的前一个数据点和后一个数据点的最大值和最小值；

根据缩放比例得到当前范围内的目标数据点的最大值和最小值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的波形数据缩放步骤进一步包括，压缩处理步骤：

首先确定采集的波形数据点数目为源数据点数目，屏幕行像素数目为目标数据点数目；

将源数据点数目压缩成目标数据点数目两倍的波形数据点，两个压缩后的波形数据点对应二个或二个以上的源数据点，将所述的对应二个或二个以上的源数据点进行逻辑运算，得到所述的两个压缩后的波形数据点的最大值和最小值；

确定每一个行像素点上波形数据点的最大值和最小值，根据当前行像素点及其前一行像素点波形数据点的最大值和最小值确定当前行像素点上波形数据点的显示方式，并根据所述显示方式及采集顺序显示压缩后波形数据点的波形。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的波形数据缩放步骤进一步包括，放大处理步骤：确定源数据点数目和目标数据点数目；将源数据点数目与目标数据点数目之比作为缩放比例；将目标数据点数目作为循环次数；确定当前范围内源数据点的前一个数据点和后一个数据点的最大值和最小值；根据缩放比例得到当前范围内的目标数据点的最大值和最小值；

线型内插步骤：根据当前范围内的目标数据点的最大值和最小值得到线性内插数据点的最大值和最小值。

7.一种数字示波器，包括：模拟前端、模数转换器、控制处理器，人机界面单元、显示器以及电源；其特征是还包括：波形显示处理装置；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人机界面单元、显示器以及所述的波形显示处理装置相连接；

所述的人机界面单元，用于改变水平时基设置；

所述的波形显示处理装置进一步包括：

波形数据采集单元，用于将改变水平时基设置前的显示缓冲区的显示数据作为改变水平时基设置时显示数据的数据源；

波形数据缩放单元，用于对前一次显示在屏幕上的显示数据进行缩放处理；

波形数据显示单元，用于将缩放处理后的波形数据拷贝到数字示波器系统停止状态的波形显示缓冲区，并将数字示波器系统停止状态的波形显示缓冲区中的波形数据显示在所述的显示器上。

8.根据权利要求7所述的数字示波器，其特征是，所述的波形数据缩放单元包括：根据缩放比例得到当前范围内的源数据点的最大值和最小值，根据所述的源数据点的最大值和最小值确定当前目标数据点的最大值和最小值；确定每一个行像素点上波形数据点的最大值和最小值。

9.根据权利要求7所述的数字示波器，其特征是，所述的波形数据显示单元包括：根据当前行像素点及其前一行像素点波形数据点的最大值和最小值确定当前行像素点上波形数据点的显示方式，并根据所述显示方式及采集顺序显示压缩后波形数据点的波形。

10.根据权利要求9所述的数字示波器，其特征是还包括：线型内插单元，用于根据当前范围内的目标数据点的最大值和最小值得到线性内插数据点的最大值和最小值。

11.根据权利要求6所述的数字示波器，其特征是，所述的人机界面单元包括键盘、触摸屏、鼠标、通信接口或其结合；

所述的显示器包括液晶显示器或等离子显示器。

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