CN105807114B

CN105807114B - 数字示波器采集数据的存取方法、装置及数字示波器

Info

Publication number: CN105807114B
Application number: CN201410845998.5A
Authority: CN
Inventors: 吴雁
Original assignee: Shenzhen Gaoyi Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Gaoyi Electronic Technology Co Ltd
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2014-12-31
Publication date: 2018-06-26
Anticipated expiration: 2034-12-31
Also published as: US10656182B2; CN105807114A; WO2016107355A1; US20170285072A1

Abstract

本发明涉及一种数字示波器采集数据的存取方法，包括如下步骤：依据设定的采样频率，将被测信号通过ADC采样并转换为二进制数据，不间断地按照设定规则存入缓存；同时，依据设定的时基参数和设定的触发条件，在采集得到的数据满足触发条件时产生触发事件；根据触发事件由缓存中读出该触发事件所对应的数据段，并将其形成波形显示；其中，将所采集的数据存入缓存的过程，独立于触发事件的产生、数据的读出及显示的过程。本发明还涉及一种实现上述方法的装置及示波器。实施本发明的数字示波器采集数据的存取方法、装置及数字示波器，具有以下有益效果：其能够实现无缝采集、采样率可以不受到时基参数的限制以及存储深度不受波形处理速度的限制。

Description

数字示波器采集数据的存取方法、装置及数字示波器

技术领域

本发明涉及测量仪器领域，更具体地说，涉及一种数字示波器采集数据的存取方法、装置及数字示波器。

背景技术

对于当前的数字示波器而言，这些示波器都具有数据采集存储部分，且该部分都是由触发和时基控制的。一般来讲，其控制原理是：当示波器处于采集状态时，ADC（模数转换单元）和采集存储器开始工作，示波器探针上面的电压信号经过ADC转换成二进制数据，保存在采集存储器里面；ADC的采样频率由时基和采样存储器的深度来决定；示波器根据触发时间和当前的时基，来决定什么时候保存采集数据或停止保存；当采集存储器停止保存时，存储器里面保留的就是示波器要处理的数据；数据处理器从采集存储器读出数据并处理；采集存储器里面的数据被读取完之后，和采集存储器开始下一次数据保存，并如此循环。

传统的数据采集存储器工作方式，分为单段存储和多段存储。在单段存储方式下，数据采集单元不间断采集数据，并根据触发信号的产生时间和时基的设定，来控制采集存储器中的数据写入；数据读出单元把采集存储器里面的数据读出，供后续的数据处理模块进行处理。在数据读出的过程中，数据不能写入，因此示波器会有个“死区”，在“死区”期间，示波器不会记录采集到的数据。

在多段存储的方式下，一个相对比较大的缓存划分成多份小的采集存储器，每一份采集存储器记录一段波形数据。每份采集存储器的工作方式跟单段存储的方式大致相同，但是采集存储器可以交替工作，即在前一份采集存储器停止写入时，数据采集单元可以写入下一份采集存储器。这种多段存储的方式可以有效减少死区时间，但是仍然无法做到无缝采集。原因是，每份采集存储器只能记录一段数据，而这一段数据的起始和结束，实际上是由触发信号来控制的。如果触发信号时间间隔跟每份采集存储器对应的时间刚刚好相等，数据就刚好无缝地保存在相邻的采集存储器里面，但是在实际应用中，触发信号的间隔是不确定的，因此，两段波形就不是无缝连续的了。

此外，在现有的单段或者多段存储方式下，因为每次触发事件对应着一段采集存储器，在同样的采样频率下，触发间隔越短，对应的采集存储器越短，也就是存储深度越浅，所以，捕获率越高，对应的每段数据就越短，捕获率和存储深度互相制约，不能同时实现最大的捕获率和最深的存储深度。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不能无缝采集、采样率受到时基参数限制、不能同时实现最大的捕获率和最深的存储深度的缺陷，提供一种能够实现无缝采集、采样率不会受到限制、能够同时实现最大的捕获率和最深的存储深度的数字示波器测量数据的存取方法、装置及数字示波器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种数字示波器采集数据的存取方法，包括如下步骤：

依据设定的采样频率，将被测信号通过ADC采样并转换为二进制数据，不间断地按照设定规则存入缓存；

同时，依据设定的时基参数和设定的触发条件，当上述采集到的数据在满足触发条件时产生触发事件；

由所述缓存中读出该所述触发事件所对应的缓存中的数据段，并将其形成波形显示；

其中，将所采集的数据存入所述缓存的过程，独立于所述触发事件的产生、数据的读出及显示的过程。

更进一步地，在所述读取数据时，根据所述触发事件中的地址信息或时间信息，直接获得或者通过计算后获得所述触发事件所对应的数据段在所述存储器当中的位置信息，从而从所述缓存中准确读取所述触发事件所对应的数据段。

更进一步地，在数据采集过程中，在读取所述数据并显示的同时，继续按照设定规则向所述缓存中写入当前采集的数据；所述读取到的数据是该位置在本次覆盖时写入的数据；其中，所述缓存被循环使用，当所述缓存被写入到其最后位置后，返回所述缓存开始存储的位置，按照所述设定规则，将当前数据写入，并覆盖该位置之前被写入的数据；当前数据不间断地、周期性地覆盖所述缓存内的存在数据；此时，所述缓存的写指针继续按照所述设定规则变化，且指向所述缓存在本次数据写入中尚未被覆盖的位置。

更进一步地，在所述将数据存入缓存的步骤中，所述缓存被所述数据循环写入，所述缓存的循环写入周期T是所述缓存的总容量除以所述数据写入所述缓存时的写入速度；所述触发事件所对应的数据段在所述缓存的保留时间t从被存入开始，到被读出为止；所述缓存具有的深度使得T > t，也就是缓存的循环写入周期大于所述触发事件所对应的数据段的保留时间。

更进一步地，将多个所述触发事件排列在一起，形成触发事件列表，根据所述触发事件列表，在采集数据的同时读取所述缓存中跟触发事件对应的数据段并显示；或在停止数据采集后，根据所述触发事件列表中的触发事件，读取所述缓存里面的对应的数据段并显示。

更进一步地，在停止采集数据且更改触发条件的情况下，按照新的触发条件扫描所述缓存中的数据并重新生成新的触发事件和触发事件列表；根据新的触发事件列表中的所列的触发事件，读取相应的数据并显示相对应的波形。

更进一步地，所述设定规则包括由所述缓存的一端开始存储，且每写入一个数据其写入地址指针自动加一或减一，指向下一个存储位置。

本发明还涉及一种实现上述方法的装置，包括：

数据采集单元：用于依据设定的采样频率，将被测信号通过ADC采样并转换为二进制数据，不间断地按照设定规则存入缓存；

触发事件产生单元：与所述数据采集单元协同工作，依据设定的时基参数和设定的触发条件，在所述数据采集单元采集到的数据满足触发条件时产生触发事件；

数据读出单元：用于根据触发事件由所述缓存中读出该触发事件所对应的一段数据，并将其用于形成波形显示；

更进一步地，所述触发事件包含了该所述触发事件所对应的一段数据的地址信息或者时间信息，使得数据读出单元根据所述触发事件可以找到该所述触发事件所对应的一段数据的位置；所述触发事件产生单元还包括将多个触发事件排列在一起以形成触发事件列表的列表形成模块；所述数据读出单元根据所述触发事件列表中各个触发事件，读取所述缓存中的与该触发事件对应的数据段并显示，或所述数据读出单元在停止数据采集后，根据所述触发事件列表中的各个触发事件，读取所述缓存中与该触发事件对应的数据段并显示。

本发明还涉及一种数字示波器，其将测量得到的信号转换为数字数据并显示，所述示波器使用上述任意一项所述的采集数据存储读出方法存储并取出其显示数据。

实施本发明的数字示波器采集数据的存取方法、装置及数字示波器，具有以下有益效果：由于不是直接使用触发信号去控制采集数据的存入，而是在产生触发信号时生成触发事件，同时，该触发事件和数据的存入是不相关的。在读取数据时，对于缓存的存储并没有停止，所以不存在现有技术中的“死区”问题；因此，其能够实现无缝采集、采样率不会受到限制。

附图说明

图1是本发明数字示波器采集数据的存取方法、装置及数字示波器实施例中方法的操作流程图；

图2是所述第一实施例中某一时刻读取数据时缓存的状态示意图；

图3是所述实施例中装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步说明。

请参见图1和图3，如图3所示，在数字示波器采集数据的存取方法、装置及数字示波器实施例中，该装置包含数据采集单元、触发事件产生单元、数据读出单元以及用来存储数据的缓存。

其中，数据采集单元的工作方式，如图1的S11所示。数据采集单元依照设定的采集频率，将被测信号转换为二进制数据，按照所述设定规则，保存在缓存当中。在本实施例中，该数字示波器将被测信号转换为二进制数据的过程，和现有技术并没有本质的区别，但是，所述数据采集单元有两个关键地方不同于现有技术：

一是采样频率不受时基限制，现有的技术，在快时基情况下，采样频率可以达到标称的最高频率，但是在慢时基时，例如10ms/div以下时，采样频率需要降低，否则缓存容量不够存放足够的数据。本实施例的采样频率可以在全时基量程保持一致。

二是写入缓存的过程不受时基限制，也不受触发信号限制。在本实施例中的缓存写入过程，是按顺序把采集得到的数据循环写入整个缓存，当所述缓存被写入到其最后位置后，返回所述缓存开始存储的位置继续写入，并覆盖该位置之前被写入的数据；新数据（即当前数据或本次写入的数据）不间断地、周期性地更新覆盖所述缓存内的旧数据（即该缓存位置上本次写入之前存在的数据）。如此，采集得到的数据在缓存当中保存的时间是缓存的更新周期时间，在数据被更新前，数据读出单元可以在任意时刻去读取。

触发事件产生单元的工作方式，如图1的S12~S14所示。

S12在S11启动的时候同时启动，步骤S12判断采集单元的数据是否满足触发条件，如果满足条件，执行下一步骤，否则重复本步骤；

S13读取触发点的数据的地址，并生成触发事件：在本实施例中，触发事件产生单元里面包含有一个地址计数器，它是跟缓存写入地址计数器联动的，当采集的数据满足触发条件时，读取该地址计数器，就可以得到该数据在缓存里面的地址。然后，再根据设定的触发延时和时基的设定，就可以计算该触发事件所对应的数据段的起始地址和结束地址。

触发事件所对应的数据段的起始地址和结束地址，可以在触发事件发生单元计算，放在触发事件列表里面，也可以把起始地址和结束地址交由数据读出单元计算，触发事件只包含触发点的地址信息。本实施例的触发事件只包含触发点的地址信息，这样做可以减少触发事件列表所占用的存储空间。

步骤S14把步骤S13产生的触发事件列在一起，形成一个触发事件列表。触发事件列表存在的意义，是因为后续的数据处理单元并不总是在每个触发事件发生的时候即时处理（即不能对事件进行实时处理），所以，把一段时间的触发事件列在一起形成触发事件列表，使得数据读出单元和后续的数据处理单元可以按照它们自己的工作节奏，以最高的效率处理触发事件列表里的每个触发事件。

数据读取单元执行S15的步骤，在本步骤中，根据触发事件产生单元传递过来的触发事件列表，按顺序把触发事件列表中每个触发事件对应的数据段读出来，交由后续的数据处理单元处理。

在本实施例中，触发事件列表仅仅记录了该次触发事件的触发点的位置，数据读取单元要根据触发点的延时和时基的设定，来计算该次触发事件所对应的数据段的起始位置和结束位置，然后才能准确找到对应的数据。

如果触发事件包含了该触发事件的数据段的起始位置和结束位置，那么，在本步骤就不需要先计算地址。

步骤S16是后续的数据处理单元对数据的处理。

值得一提的是，在本实施例中，本步骤S11与后面的步骤是不相关的，即不管后面的步骤如何执行，本步骤都会一直按照上述规则一直循环执行，除非停止或者重新采集数据，例如，操作人员按下停止按钮或改变时基参数。

在本实施例，上述的触发事件列表的好处在于，读取所述触发事件所对应的一段数据的时间，可以独立于触发事件发生的时间，也就是，只要该所述触发事件所对应的一段数据在缓存中未被新采集的数据覆盖，可以在任意时间被读取。

需要强调的是，在本实施例中，触发事件的产生、数据的读出及显示独立于所上将采集的数据存入缓存的步骤（即步骤S11）。也就是说，在本实施例中，读取所述数据并显示的同时，继续按照设定规则向所述缓存中写入当前测得数据，使得缓存中一直保留着最近一段的时间的数据，该时间段等于缓存的循环周期；此时，缓存的写指针继续按照所述设定规则变化，且指向所述缓存中保留时间最长的数据所在的位置；在本实施例中，上述过程中读取出来的数据都是该存储位置上本次写入（即上述的循环周期内写入）的数据，而不是该位置上之前写入的数据，因为该位置上之前写入的数据不是被本次写入的数据覆盖了，就是读指针还没有指向存储有之前写入数据的存储位置。

图2示出了本实施例中，一个读取数据的时刻缓存的写指针、读指针以及该缓存在循环写入中的位置的结构示意图。在图2中，由其顶部开始，写指针由上而下变化，即数据写入该缓存是由上而下进行的。

在图2中，数据写入缓存时是由其顶部开始的，从顶部写入时起计时，写指针移动（或指向）图2中的位置所花费或使用的时间是T1，从当前的T1位置到缓存最底部，写指针移动需要花T2的时间，因此，写满该缓存的总的缓存周期T = T1 + T2。

以其写指针为分界，其紧靠写指针位置下方的数据是停留时间最长的数据，该数据即将被更新；其紧靠写指针位置上方的数据是刚写入的数据，刚写入的数据将会在写入周期T后被更新。

本实施例中还涉及一种实现上述方法的装置，请参见图3。图3中示出了该装置的大致结构。该装置包括：数据采集单元、触发事件产生单元、数据读出单元和用于存储数据的缓存；其中，数据采集单元用于依据设定的采样频率，将被测信号通过ADC采样并转换为二进制数据，不间断地按照设定规则存入缓存；触发事件产生单元与所述数据采集单元协同工作，依据设定的时基参数和设定的触发条件，在所述数据采集单元采集到的数据满足触发条件时产生触发事件；数据读出单元用于根据触发事件由所述缓存中读出该触发事件所对应的一段数据，并将其用于形成波形显示；其中，将所采集的数据存入所述缓存的过程，独立于所述触发事件的产生、数据的读出及显示的过程。

在本实施例中，上述触发事件包含了该所述触发事件所对应的一段数据的地址信息或者时间信息，使得数据读出单元根据所述触发事件可以（或能够）找到该所述触发事件所对应的一段数据的位置；其中，所述触发事件产生单元还包括将多个触发事件排列在一起以形成触发事件列表的列表形成模块（图中未示出）；所述数据读出单元根据所述触发事件列表中各个触发事件，读取所述缓存中的与该触发事件对应的数据段并显示，或所述数据读出单元在停止数据采集后，根据所述触发事件列表中的各个触发事件，读取所述缓存中与该触发事件对应的数据段并显示。

本实施例还涉及一种数字示波器，其将测量得到的信号转换为数字数据并显示，所述示波器使用上述的采集数据存储读出方法存储并取出其显示数据。

在本实施例中，总体上来讲，该示波器包含了一个大容量的内存，在实时采集的模式时，ADC可以始终工作在最高采样率或指定的采样率上。数据采集及存储单元一方面不间断地将ADC传送过来的数据存入缓存，另外同时也不间断的把ADC传送过来的数据传送给触发事件发生单元。触发事件发生单元根据预设好的触发条件和时基，不间断监视数据采集单元送过来的数据，把所有触发事件记录下来，形成一个触发事件列表。数据读取单元根据当前的时基、当前的触发延时和触发事件列表提供的地址信息，从缓存中提取响应的波形数据段，交给数据处理器进行处理。触发事件列表上每一个触发事件，对应着一条波形。在本实施例中，上述缓存可以是单口的存储器，例如DDR/DDR2/DDR3等，也可以是双口的存储器，例如QDR等。在使用单口存储器时，写入和读出过程要分时共用同一个端口。从端口时序来看，写入过程不是连续的，读出过程也不是连续的；但是从数据的完整性来看，写入的数据本身是连续完整不丢失的，读出的数据本身也是连续完整不丢失的，因此，应该视为数据被连续写入或者被连续读出。

此外，该示波器还可以进入数据分析模式，在数据分析模式，示波器停止采集记录新的数据，用户这时候可以翻查和分析已经采集好的数据记录。在数据分析模式下，用户会改变一些设定，例如调节时基，或者选择观察内存当中的某一段时间的波形，等等。此时，触发事件产生单元可以根据新设定的时基参数和触发条件，产生新的触发事件列表，数据读取单元会根据新的触发事件列表和其他设定，来提取对应的波形数据，重新在显示屏上构造新的波形。

总体上来讲，在本实施例中，在大部分时基下，由于缓存的记录深度远远超过一段波形，因此可以记录远不止一段波形的数据。缓存的写入更新周期与缓存的深度和采样率有关，跟触发信号没有关系。保存在缓存里面的数据，不管根据触发信号分成多少段，也不管每段波形之间的时间间隔是多少，只要在缓存里面停留的时间不超过缓存的写入周期，都会被完整记录保留在缓存中。后续的读取单元要在缓存的写入周期内，把要显示的数据从缓存里面读出来。只要读取单元和显示单元处理得足够快，能把每段要显示的波形都读出并显示，那么，示波器就可以做到无缝采样、无死区显示波形。

在现有的单段或者多段存储方式下，因为每次触发事件对应着一段缓存，那么，在同样的采样频率下，触发间隔越短，对应的缓存越短，也就是存储深度越浅，所以，捕获率越高，对应的每段数据就越短，捕获率和存储深度互相制约。

而在本实施例中，因为缓存的写入过程，完全独立于触发过程和读取过程，缓存里面可以包含很多段波形；波形的捕获率，取决于触发事件产生的速度和后续的读取单元和显示单元的处理速度，跟缓存大小无关，因此，存储深度和捕获率互相不制约，本发明在理论上指出了，如何让示波器同时达到最大捕获率和最大存储深度，这是示波器架构的一个重要的创新和突破。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种数字示波器采集数据的存取方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的数字示波器采集数据的存取方法，其特征在于，在所述读取数据时，根据所述触发事件中的地址信息或时间信息，直接获得或者通过计算后获得所述触发事件所对应的数据段在所述存储器当中的位置信息，从而从所述缓存中准确读取所述触发事件所对应的数据段。

3.根据权利要求1所述的数字示波器采集数据的存取方法，其特征在于，在数据采集过程中，在读取所述数据并显示的同时，继续按照设定规则向所述缓存中写入当前采集的数据；所述读取到的数据是该位置在本次覆盖时写入的数据；其中，所述缓存被循环使用，当所述缓存被写入到其最后位置后，返回所述缓存开始存储的位置，按照所述设定规则，将当前数据写入，并覆盖该位置之前被写入的数据；当前数据不间断地、周期性地覆盖所述缓存内的存在数据；此时，所述缓存的写指针继续按照所述设定规则变化，且指向所述缓存在本次数据写入中尚未被覆盖的位置。

4.根据权利要求1所述的数字示波器采集数据的存取方法，其特征在于，在所述将数据存入缓存的步骤中，所述缓存被所述数据循环写入，所述缓存的循环写入周期T是所述缓存的总容量除以所述数据写入所述缓存时的写入速度；所述触发事件所对应的数据段在所述缓存的保留时间t从被存入开始，到被读出为止；所述缓存具有的深度使得T>t，也就是缓存的循环写入周期大于所述触发事件所对应的数据段的保留时间。

5.根据权利要求1所述的数字示波器采集数据的存取方法，其特征在于，将多个所述触发事件排列在一起，形成触发事件列表；根据所述触发事件列表，在采集数据的同时读取所述缓存中跟触发事件对应的数据段并显示，或在停止数据采集后，根据所述触发事件列表中的触发事件，读取所述缓存里面的对应的数据段并显示。

6.根据权利要求5所述的数字示波器采集数据的存取方法，其特征在于，在停止采集数据且更改触发条件的情况下，按照新的触发条件扫描所述缓存中的数据并重新生成新的触发事件和触发事件列表；根据新的触发事件列表中的所列的触发事件，读取相应的数据并显示相对应的波形。

7.根据权利要求1所述的数字示波器采集数据的存取方法，其特征在于，所述设定规则包括由所述缓存的一端开始存储，且每写入一个数据其写入地址指针自动加一或减一，指向下一个存储位置。

8.一种实现如权利要求1所述的数字示波器采集数据存取方法的装置，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述触发事件包含了该所述触发事件所对应的一段数据的地址信息或者时间信息，使得数据读出单元根据所述触发事件可以找到该所述触发事件所对应的一段数据的位置；所述触发事件产生单元还包括将多个触发事件排列在一起以形成触发事件列表的列表形成模块；所述数据读出单元根据所述触发事件列表中各个触发事件，读取所述缓存中的与该触发事件对应的数据段并显示，或所述数据读出单元在停止数据采集后，根据所述触发事件列表中的各个触发事件，读取所述缓存中与该触发事件对应的数据段并显示。

10.一种数字示波器，其将测量得到的信号转换为数字数据并显示，其特征在于，所述示波器使用如权利要求1-7任意一项所述的数字示波器采集数据的存取方法存储并取出其显示数据。