CN103809002A

CN103809002A - 数字荧光示波器自动设置的控制方法

Info

Publication number: CN103809002A
Application number: CN201210448978.5A
Authority: CN
Inventors: 吕华平; 陆全晗
Original assignee: JIANGSU LVYANG ELECTRONIC INSTRUMENT GROUP CO Ltd
Current assignee: JIANGSU LVYANG ELECTRONIC INSTRUMENT GROUP CO Ltd
Priority date: 2012-11-09
Filing date: 2012-11-09
Publication date: 2014-05-21

Abstract

本发明属电子测量仪器领域，尤其涉及一种数字荧光示波器自动设置系统的控制方法。本发明的数字荧光示波器自动设置的控制方法，包括如下步骤：（1）对信号频率进行测定；（2）根据信号频率确定扫描时基，然后再调正通道量程；（3）衰减量程的自动设置；（4）被测信号触发电平自动设置。本发明通过ARM控制FPGA（现场可编程逻辑阵列）硬件系统，为数字荧光示波器提供了一种自动设置功能。方便用户在不清楚接入信号的情况下，将示波器幅度档位、时基档位、触发电平自动设置到合适的档位，将波形信号快速显示在屏幕上。

Description

数字荧光示波器自动设置的控制方法

技术领域

本发明属电子测量仪器领域，尤其涉及一种数字荧光示波器自动设置系统的控制方法。

背景技术

数字荧光示波器是最新一代的示波器，它是将电信号数字化，以三维信息（信号的幅度、时间、以及幅度相对于时间的分布）实时地捕捉、存储、显示和分析的仪器。它集模拟示波器和数字存储示波器的优点于一身，既有数字存储示波器的信号存储、处理及测量显示功能，又有模拟示波器的实时捕获和三维显示特性。普通中、低挡示波器进行信号测量时，需要通过手工调节水平时基、垂直幅度、触发电平等功能健，使被测信号在示波器上稳定的显示。但是有时我们并不清楚被测信号参数大体的范围，对普通的用户较难准确调节相应的功能健。

发明内容

本发明的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种数字荧光示波器自动设置的控制方法，其将被测信号波形快速稳定的显示。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：其包括如下步骤：

（1）对信号频率进行测定；

（2）根据信号频率确定扫描时基，然后再调正通道量程；

（3）衰减量程的自动设置；

（4）被测信号触发电平自动设置。

数字荧光示波器自动设置功能在信号检测中具有很强的使用价值。我们通过自动设置功能，将被测信号的频率、幅度、触发电平自动检测出来，从而将被测信号波形快速稳定的显示。经过自动设置后的信号在显示屏上为2-10个周期，信号的垂直幅度显示为2-6格。这样给用户使用带来了很大的便利。由于自动设置功能涉及到信号频率、幅度、触发电平的测量。对被测信号的测定是ARM通过控制FPGA对A/D采集的数据进行分析得到。这就要求这些数据需要在一个确定的水平时基档位下采集，因此需要首先对信号频率进行测定。根据信号频率确定扫描时基，然后再调正通道量程。如果波形数据超出显示屏幕8格范围，则增大衰减量程，再判断波形数据的最大值和最小值距波形数据显.示零点的距离是否小于6格且大于1格，若波形数据的最大值和最小值距零点的距离小于1格，则可减小衰减量程。直至波形幅度显示在合适位置。

扫描时基自动设置范围为40mS/div-1nS/div，衰减量程自动设置范围为5mV/div-5V/div。

本发明通过ARM控制FPGA（现场可编程逻辑阵列）硬件系统，为数字荧光示波器提供了一种自动设置功能。方便用户在不清楚接入信号的情况下，将示波器幅度档位、时基档位、触发电平自动设置到合适的档位，将波形信号快速显示在屏幕上。

具体实施方式

本发明的数字荧光示波器自动设置的控制方法，包括如下步骤：

（1）对信号频率进行测定；

（2）根据信号频率确定扫描时基，然后再调正通道量程；

（3）衰减量程的自动设置；

（4）被测信号触发电平自动设置。

扫描时基自动设置范围为40mS/div-1nS/div。衰减量程自动设置范围为5mV/div-5V/div。

扫描时基自动设置：本发明由ARM直接控制硬件FPGA测频电路来实现自动设置的频率测定，需要将测频的闸门信号时间控制适当的值，对加入到通道电路信号进行测试。而通道信号与触发信号是相关信号，因此可以通过对触发信号进行频率测定。由于被测信号的直流电平未知，不能准确没置触发电平。可以将输入耦合置交流，滤除信号中的直流电平，然后再将触发电平设置为零电平，这样信号经过触发电平比较器后将被测信号整形为快沿方波形式的触发信号。如果同时有多路信号输入，由ARM控制FPGA测频电路同时对多路信号测频，最后由FPGA控制打开前置通道中频率较低的通道作为触发源。

本发明所述的数字荧光示波器自动设置的频率范围为2.5Hz-1GHz。采用直接测频导致的测量误差主要是被测信号计数产生的±1的误差。在忽略闸门信号自身误差的情况下，测量精度为：△f_x=±1/T₀。而测量低频时，由于±1误差产生的测量误差较大，所以测量低频时不宜采用直接测频方法。可以采用直接测周期的方法，该方法在被测信号频率越低时，±1误差对测量误差的影响较小，因为测周期时的±1误差是标准频率信号频率的±1误差。标准频率越大该误差较小，且不随被测频率降低而增大。但是被测信号波形的陡峭程度以及噪声的叠加在测量过程中是无法事先知道和控制的，因此直接测周期时，存在着很多的误差因素。暂且将这些因素引起的误差称为“触发误差”。利用“多周期测量法”可以减小触发误差对测周期的影响。本发明将这三种方法结合起来使用，实现对信号精确的测频。在直接测频和直接测周期的误差相等时，就确定了一个测频和测周期的分界点，称为中界频率。

f_{m} = \sqrt{f_{0} \cdot f_{c}}

式中f₀—测频时选用的闸门信号频率，本设计采用2.5Hz，即闸门时间400ms的倒数。

f_c—测周期时选用的标准频率信号频率，本设计采用10MHz。

f_m—中界频率，本设计采用5kHz，此时计数值M=2000。

当fx>fm时，采用直接测频法，当fx<fm时，采用多周期测量法。由于输入信号的频率未知，可采用测频、测周期同时进行。闸门打开时开始对被测触发信号上升沿进行计数，当第一次判断到触发信号的上升沿时开始对标准频率信号进行计数，直到闸门信号关闭，如果此时的触发信号计数值为0或者1，则停止触发信号计数和标准频率信号计数，这时表示测定的频率小于2.5Hz或者是直流电平，根据自动设置的要求将当前档位设置为最低档位40ms；如果触发信号的计数值大于1则继续等待一个上升沿，得到触发信号计数值X，同时停止标准频率信号计数得到计数值N。当X>M时，直接利用f_x=M×f₀得到被测信号的频率；当X<M时，则f_x＝X/N×f_c,这样通过直接测频与多周期测量结合法就可以精确的测定多路输入信号的频率。

本发明的自动设置的时基范围为1ns-40ms，FPGA将计算得到的频率值通过SPI方式传输给ARM，ARM通过查找表判断频率值在哪个区间来设置相应的时基档位，如当f_x>2.5Hz并且f_x<10Hz时即可以设置为40ms档位。

衰减量程的自动设置：

由于数字荧光示波器接入的信号是未知的，要测量信号幅度可以依次设置模拟通道幅度档位从5mv-5v，但是这样实现查找效率太低，可以采用二分查找法实现信号幅度的测定。将采集数据进行最大值和最小值的求解，对给定值进行比较。只要在规定的范围内即可以确定此时的幅度档位。为了提高测定的速度，FPGA同时采集多路通道的信号，从而可以同时实现多路通道信号自动设置。

将通道耦合方式改为直流耦合，衰减设置为中值档位。因为现在进行幅度测量时直流偏置是需要采集显示的分量。

ARM给FPGA发送参数测量功能打开命令。再将FPGA采集到的四通道数据读取过来，进行幅度的测定。ARM对每个通道的数据进行最大值最小值的求取，为了避免噪声对信号的影响，首先将异常值去掉，在剩余的数据中求取最大值（MAX_AVERAGE）和最小值（MIN_AVERAGE）。将测得的最大值和最小值与给定值进行比较。

利用二分法快速搜索适当的幅度档位，具体步骤如下：

（1）将显示屏幅度方向平均分为四份，分界线由下至上依次对应为MIN_LOW、MIN_HIGH、0、MAX_LOW、MAX_HIGH。

（2）最小值LEFT=5mv，最大值RIGHT=5v，中值档位MIDDLE=（LEFT+RIGHT）/2。

（3）如果MAX_LOW<MAX_AVERAGE<MAX_HIGH，并且MIN_AVERAGE>MIN_LOW；或者MIN_LOW<MIN_AVERAGE<MIN_HIGH，并且MAX_AVERAGE<MAX_HIGH，则找到适合的幅度档位；或者LEFT=ROGHT，则将LEFT赋值给MIDDLE，则MIDDLE即为设置的信号幅度值，查找结束。

（4）如果MAX_HIGH<MAX_AVERAGE；或者MIN_LOW>MIN_AVERAGE，表示信号幅度超过了显示屏，将搜索范围缩小到右半边，重新设置LEFT=MIDDLE+1，再计算中值MIDDLE，重新搜索。

（5）如果不是(3)、(4)则表示现在幅度档位太大，使信号衰减过多，因此将搜索范围缩小到左半边，重新设置RIGHT=MIDDLE-1，计算中值MIDDLE，重新搜索。

被测信号触发电平自动设置：根据巳知被测信号幅度值，将触发电平数值设置为被测信号幅度中间值。

Claims

1.一种数字荧光示波器自动设置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）对信号频率进行测定；

（2）根据信号频率确定扫描时基，然后再调正通道量程；

（3）衰减量程的自动设置；

（4）被测信号触发电平自动设置。

2.根据权利要求1所述的数字荧光示波器自动设置的控制方法，其特征在于，扫描时基自动设置范围为40mS/div-1nS/div。

3.根据权利要求2所述的数字荧光示波器自动设置的控制方法，其特征在于，衰减量程自动设置范围为5mV/div-5V/div。