CN105510664A

CN105510664A - 一种数字示波器的自动设置方法

Info

Publication number: CN105510664A
Application number: CN201510136335.0A
Authority: CN
Inventors: 曾浩; 赵佳; 赵勇; 张沁川; 邱渡裕; 杨扩军
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2015-10-08
Filing date: 2015-10-08
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2035-10-08
Also published as: CN105510664B

Abstract

本发明公开了一种数字示波器的自动设置方法，先将数字示波器的相关基础参数进行初始化，再采集所有通道信号，找出有输入信号的通道，最后对这些通道进行设置。在具体设置时，用二分查找法搜索幅度档位，得到幅度最大值、最小值、幅度所占格数、直流偏等，再与给定的值进行比较，决定幅度测定的走向，即重新计算和采集，直到测得的幅度最大值、最小值、幅度所占格数都满足要求时结束，其中，对于直流信号，可直接根据直流偏设置此通道的幅度档位；最后，通过计算完成多路信号的幅度和偏置电压的测定，使多路信号在屏幕中显示。其次，根据数字示波器的时基系统设置时基档位。最后设置触发电平完成设置。

Description

一种数字示波器的自动设置方法

技术领域

本发明属于测量仪器技术领域，更为具体地讲，涉及一种数字示波器的自动设置方法。

背景技术

在电子技术飞速发展的时代，数字示波器的自动设置经历了三个阶段：从最初通过手动调节幅度档位、水平时基档位、通道耦合以及触发等相关控制参数使被测信号在示波器上稳定的显示；到后来的用时长、不能准确找到输入信号的自动设置；而现在则要求“又快又准”的高效的自动设置，即在不清楚接入信号的情况下，自动设置示波器的幅度档位、水平时基档位、通道偏置、通道耦合以及触发等相关控制参数到合适的档位，从而将被测信号快速、准确、稳定的显示在屏幕上。方便了用户对未知信号的捕捉和观测。

目前的设计方法都是先对所有通道都测频，再设置时基档位，然后调整幅度档位，重复循环，直到波形在屏幕的规定范围内为止，在设置合适的幅度档位之前一直是重复采集、读取数据、比较判断。此方法效率不高。

目前已有数字示波器的自动设置方法，即2014年05月21日公开的，公开号为CN103809002A、题为“数字荧光示波器自动设置的控制方法”。该方法用到就是上述方法。然而方法存在着如下的问题：

首先，此方法直接测频，不一定能能测成功。由于硬件测频需要设置恰当的幅度档，使触发电平设置恰当，才能使测频准确。若在较小的幅度档位测频，会导致通道饱和，此时需要很长的时间等待恢复正常，处理不当会使测频错误，严重影响自动设置的准确性。

其次，此方法对无信号的通道也会去采集、读数、判断，重复测幅的复杂过程。例如只有一个通道有信号，那么此通道会成功设置好，然而剩下的无信号通道就会经过多次采集、取数、找值、判断过程，浪费了一半的时间在没有信号的通道上判断。并且在波形已经可以观测但未达到最佳观察的档位时，依旧采用重新采集读数判断的测幅过程直到最佳观测档位。此方法只有在所有通道均有信号、或者带有较小的直流偏且幅度大的交流信号才会有很好的效果，其他情况则会使自动设置时间翻倍。

另外一个自动设置方法，即2009年12月23日公开的，公开号为CN101609106B、题为“数字示波器的自动设置方法”。此方法不仅存在着上述方法中存在问题，而且还存在着如下问题：

首先，测幅时将前端模拟输入通道设置为交流耦合方式，直接滤掉直流成分，最后测幅完成再直流耦合，单独获取直流偏。但是这样无疑又是如测幅过程一样的采集、读数、比较判断的重复过程。再一次的浪费自动设置的时间。

其次，在最后将多路信号均分屏幕，每一路信号各占屏幕的一部分，这时又是一个如测幅过程一样重复采集判断过程。又一次的浪费自动设置的时间。

最后，自动设置针对已经激活的通道进行，对有接入信号但未打开的通道就无法设置，此方法不设计不合理。

综上所述，现有设计的主要问题有：时间开销大、测频不稳定、设置最佳幅度档位过程没效率、对有直流成分的信号处理无能为力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种数字示波器的自动设置方法，能够将被测信号的波形快速、准确、稳定的显示在显示屏上，还能快速、准确处理直流信号的自动设置。

为实现上述发明目的，本发明一种数字示波器的自动设置方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、初始化基础参数并判断所有通道内有无输入信号

(1.1)、数字示波器初始化

将采集模式设置为峰值检测模式；将前端模拟输入通道设置为直流耦合方式，同时在每个输入通道内设置标志位flag，初始化所有标志位flag＝0；其中，flag的取值为1和0，当flag＝1标志该通道幅度设置完成，flag＝0标志该通道幅度设置未完成；以及初始化数字示波器的其他基础参数值；

(1.2)、判断所有通道内有无输入信号

采集模块同时采集所有输入通道的信号，得到每个输入通道中信号幅度的最大值和最小值；在某一个通道内，如果max(d1,d2)所占格数小于半格，则此通道无信号输入，设置为默认的幅度档位，并且设置此通道标志位flag＝1,进入步骤2；如果max(d1,d2)所占格数大于半格，则此通道有信号输入，保持标志位flag＝0不变，并进入步骤2；其中，d1为输入通道内信号幅度的最大值与波形数据显示零点的距离，d2为输入通道内信号幅度的最小值与波形数据显示零点的距离；

(2)、采用二分查找法设置有输入信号通道的幅度档位

(2.1)、读取标志位flag，如果flag＝1，则进入步骤(2.8)；如果flag＝0，则进入步骤(2.2)；

(2.2)、将输入通道的幅度档位设置为MIDDLE，MIDDLE＝(LEFT+RIGHT)/2，其中，LEFT为数字示波器的幅度档位最小值，RIGHT为数字示波器的幅度档位最大值；

采集模块采集输入信号，得到输入信号幅度的最大值和最小值，以及输入信号幅度所占格数和输入信号的直流偏；再判断输入信号幅度的最大值是否等于ADC量程的最大值(RANGE_MAX)，或者输入信号幅度的最小值是否等于ADC量程的最小值(RANGE_MAIN)，如果其中一项满足相等，则进入步骤(2.6)，否则进入步骤(2.3)；

(2.3)、判断输入信号幅度所占格数是否大于1格，如果大于等于1格，则进入步骤(2.4)，否则进入步骤(2.5)；

(2.4)、判断输入信号幅度所占格数是否大于8格，如果大于等于8格，则进入步骤(2.6)，否则设置此通道标志位flag＝1，进入步骤(2.8)；

(2.5)、判断输入信号是否是直流信号，如果是直流信号，根据直流偏的值直接设置此通道的幅度档位，并设置此通道标志位flag＝1；否则，保持通道标志位flag＝0不变，并进入步骤(2.7)；

(2.6)、将数字示波器的搜索范围缩小到屏幕的右半边，并重新设置LEFT＝MIDDLE+1，保持此通道标志位flag＝0不变，再返回到步骤(2.2)；

(2.7)、将数字示波器的搜索范围缩小到屏幕的左半边，并重新设置RIGHT＝MIDDLE-1，保持此通道标志位flag＝0不变，再返回到步骤(2.2)；

(2.8)、该通道幅度设置完成，记录该通道内信号幅度的最大值和最小值，当前的幅度档位(CURR_YID)，以及该通道内信号幅度所占格数(CURR_DIV)和信号的直流偏；再统计所有通道的通道标志位flag是否都为1，如果所有通道的通道标志位flag＝1，则进入步骤(2.9)，否则返回到步骤(2.1)；

(2.9)、将数字示波器的屏幕按照输入信号的路数平均分配，使每一路信号均占用屏幕的相等部分，得到每个通道的信号波形在屏幕显示应占的格数(LAST_DIV)；再通过步骤(2.8)中记录的幅度所占格数(CURR_DIV)和当前的幅度档位(CURR_YID),计算出每个通道最终的幅度档位(LAST_YID)＝CURR_YID*CURR_DIV/LAST_DIV，完成多路信号的幅度测定；

(3)、设置数字示波器的时基档位

(3.1)、将输入通道设置为交流耦合方式，滤除输入信号中的直流电平，再将触发电平设置为零电平；

(3.2)、根据数字示波器的时基系统设置时基档位

如果数字示波器有多个时基系统，则一次测出所有有输入信号通道的频率f_i，i＝1，2，…，N，N表示有输入信号的通道个数，再根据频率f_i在时基表中的位置，设置数字示波器对应输入信号通道的时基档位；

如果数字示波器有一个时基系统，则在有输入信号的通道中任意选择一个通道作为触发源，测出触发源的频率f，再根据频率f在时基表中的位置来设置数字示波器的时基档位；

(4)、设置触发电平位置。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明数字示波器的自动设置方法，先将数字示波器的相关基础参数进行初始化，再采集所有通道信号，找出有输入信号的通道，最后对这些通道进行设置。在具体设置时，用二分查找法搜索幅度档位，得到幅度最大值、最小值、幅度所占格数、直流偏等，再与给定的值进行比较，决定幅度测定的走向，即重新计算和采集，直到测得的幅度最大值、最小值、幅度所占格数都满足要求时结束，其中，对于直流信号，可直接根据直流偏设置此通道的幅度档位；最后，通过计算完成多路信号的幅度和偏置电压的测定，使多路信号在屏幕中显示。其次，根据数字示波器的时基系统设置时基档位。最后设置触发电平完成设置。

同时，本发明数字示波器的自动设置方法还具有以下有益效果：

(1)、为了避免遗漏有接入信号但未激活的通道，本发明首先对所有输入通道进行一次采集，判断出哪些有通道有输入信号，再针对有输入信号的通道自动设置，减少针对无信号通道的无意义的自动设置，提高了自动设置的效率；

(2)、用二分查找法快速完成测幅过程；具体讲，为了进一步提高效率，同时采集多路输入信号，本发明同时实现对多路输入信号进行自动测幅，然后完成多输入信号时的幅度设置，这样避免了重复采集、计算判断的过程，节约了几次的测幅所需的时间，提高了自动设置的效率。

(3)、对直流信号在测幅过程完成判断和设置；对有直流成分的信号自动设置偏置电压。同样避免了重复采集、计算判断的过程，同时方便用户观测有直流成分的信号。

(4)、本发明只针对有输入信号的通道测频，且一次完成所有需要测频的通道的频率测定以及设置。

附图说明

图1是本发明一种数字示波器的自动设置方法的原理框图；

图2是数字示波器的幅度档位设置流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图1是本发明一种数字示波器的自动设置方法的原理框图。

在本实施例中，采用的数字示波器的时基档位范围为1ns/div～10s/div，幅度档位范围为2mV/div～10V/div，采集模块采用的是8位ADC，显示屏纵向显示区为8格，每格25个像素点。如图1所示，本发明一种数字示波器的自动设置方法，包括以下步骤：

S1、数字示波器初始化

将数字示波器的时基档位初始为20ms/div，幅度档位初始为5mV/div；将采集模式设置为峰值检测模式；将前端模拟输入通道设置为直流耦合方式，同时在每个输入通道内设置标志位flag，初始化所有标志位flag＝0；其中，flag的取值为1和0，当flag＝1标志该通道幅度设置完成，flag＝0标志该通道幅度设置未完成；以及初始化数字示波器的其他基础参数值；

S2、判断所有通道内有无输入信号

采集模块同时采集所有输入通道的信号，得到每个输入通道中信号幅度的最大值和最小值；

在某一个通道内，如果max(d1,d2)所占格数小于半格，则此通道无信号输入，设置为默认的幅度档位，并且设置此通道标志位flag＝1,进入步骤2；在本实施例中，默认的幅度档位为：5V/div；如果max(d1,d2)所占格数大于半格，则此通道有信号输入，保持标志位flag＝0不变，并进入步骤2；其中，d1为输入通道内信号幅度的最大值与波形数据显示零点的距离，d2为输入通道内信号幅度的最小值与波形数据显示零点的距离；

S3、采用二分查找法设置有输入信号通道的幅度档位

在本实施例中，如图2所示，采用二分查找法设置有输入信号通道的幅度档位包括以下步骤：

S3.1、读取每个输入通道的标志位flag，如果flag＝1，则进入步骤S3.8；如果flag＝0，则进入步骤S3.2；

S3.2、将输入通道的幅度档位设置为MIDDLE，MIDDLE＝(LEFT+RIGHT)/2，其中，LEFT为数字示波器的幅度档位最小值，RIGHT为数字示波器的幅度档位最大值；

采集模块采集输入信号，得到输入信号幅度的最大值(MAX)和最小值(MIN)，以及输入信号幅度所占格数和输入信号的直流偏；再判断输入信号幅度的MAX是否等于ADC量程的最大值(RANGE_MAX)，或者输入信号幅度的MIN是否等于ADC量程的最小值(RANGE_MAIN)，如果其中一项满足相等，则进入步骤S3.6，否则进入步骤S3.3；

S3.3、判断输入信号幅度所占格数是否大于1格，如果大于等于1格，则进入步骤S3.4，否则进入步骤S3.5；

S3.4、判断输入信号幅度所占格数是否大于8格，如果大于等于8格，则进入步骤S3.6，否则设置此通道标志位flag＝1，进入步骤S3.8；

S3.5、判断输入信号是否是直流信号，如果是直流信号，根据直流偏的值直接设置此通道的幅度档位，并设置此通道标志位flag＝1，进入步骤S3.8；否则，保持通道标志位flag＝0不变，并进入步骤S3.7；

S3.6、此时，表示幅度档位太小，使信号幅度超过了显示屏幕，因此将数字示波器的幅度档位的搜索范围缩小到屏幕的右半边，并重新设置LEFT＝MIDDLE+1，保持此通道标志位flag＝0不变，再返回到步骤S3.2；

S3.7、此时，表示幅度档位太大，使信号衰减太多，因此将数字示波器的幅度档位的搜索范围缩小到屏幕的左半边，并重新设置RIGHT＝MIDDLE-1，保持此通道标志位flag＝0不变，再返回到步骤S3.2；

S3.8、该通道幅度设置完成，记录该通道内信号幅度的最大值和最小值，当前的幅度档位(CURR_YID)，以及该通道内信号幅度所占格数(CURR_DIV)和信号的直流偏；再统计所有通道的通道标志位flag是否都为1，如果所有通道的通道标志位flag＝1，则进入步骤S3.9，否则返回到步骤S3.1；

S3.9、将数字示波器的屏幕按照有输入信号的路数平均分配，使每一路信号均占用屏幕的相等部分，得到每个通道的信号波形在屏幕显示应占的格数(LAST_DIV)；再通过步骤S3.8中记录的幅度所占格数(CURR_DIV)和当前的幅度档位(CURR_YID),计算出每个通道最终的幅度档位(LAST_YID)＝CURR_YID*CURR_DIV/LAST_DIV，完成多路信号的幅度测定；

在对多路信号的幅度测定时，如果其中某路信号存在直流偏，则数字示波器将根据该通道内信号幅度的最大值和最小值、直流偏的值自动设置偏置电压，使该路信号能在屏幕中显示，并且显示该偏置电压，最终使多路信号显示在屏幕的不同位置；

S4、设置数字示波器的时基档位

S4.1、将输入通道设置为交流耦合方式，滤除输入信号中的直流电平，再将触发电平设置为零电平；

S4.2、根据数字示波器的时基系统设置时基档位

S5、设置触发电平位置。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims

1.一种数字示波器的自动设置方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、初始化基础参数并判断所有通道内有无输入信号

(1.1)、数字示波器初始化

(1.2)、判断所有通道内有无输入信号

采集模块同时采集所有输入通道的信号，得到每个输入通道中信号幅度的最大值和最小值；在某一个通道内，如果果max(d1,d2)所占格数小于半格，则此通道无信号输入，设置为默认的幅度档位，并且设置此通道标志位flag＝1,进入步骤2；如果max(d1,d2)所占格数大于半格，则此通道有信号输入，保持标志位flag＝0不变，并进入步骤2；其中，d1为输入通道内信号幅度的最大值与波形数据显示零点的距离，d2为输入通道内信号幅度的最小值与波形数据显示零点的距离；

(2)、采用二分查找法设置有输入信号通道的幅度档位

(2.6)、将数字示波器的搜索范围缩小到屏幕的右半边，并重新设置LEFT＝MIDDLE+1，保持此通道标志位flag＝0不变，再返回到步骤(2.1)；

(2.7)、将数字示波器的搜索范围缩小到屏幕的左半边，并重新设置RIGHT＝MIDDLE-1，保持此通道标志位flag＝0不变，再返回到步骤(2.1)；

(3)、设置数字示波器的时基档位

(3.2)、根据数字示波器的时基系统设置时基档位

如果数字示波器有多个时基系统，则一次测出所有有输入信号通道的频率f_i，i＝1,2,…,N，N表示有输入信号的通道个数，再根据频率f_i在时基表中的位置，设置数字示波器对应输入信号通道的时基档位；

(4)、设置触发电平位置。

2.根据权利要求1所述的数字示波器的自动设置方法，其特征在于，所述的默认的幅度档位为：5V/div。

3.根据权利要求1和2所述的数字示波器的自动设置方法，其特征在于，所述数字示波器的幅度档位范围为2mV/div～10V/div；所述数字示波器的时基档位范围为1ns/div～10s/div。

4.根据权利要求1所述的数字示波器的自动设置方法，其特征在于，所述的步骤(2.9)中，对多路信号的幅度测定时，如果其中某路信号存在有直流成分的信号，则数字示波器将根据该通道内信号幅度的最大值和最小值，以及直流偏的值自动设置偏置电压，使该路信号能在屏幕中显示，并且显示该偏置电压值。