CN106199114B - 一种数字示波器的触发零电平自校正方法 - Google Patents
一种数字示波器的触发零电平自校正方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种数字示波器的触发零电平自校正方法，分别从小到大、从大到小两个方向搜索得到相对于基线零电平的临界比较电平的控制编码，然后平均得到触发零电平校正值，搜索方法为：逐步调整DAC模块的控制编码，将控制编码输入DAC模块，转换得到直流电平信号，输入触发比较器，在没有输入信号的情况下获取由比较器的输出结果，当触发信号第一次跳变后，反转搜索方向并减小调节步进，触发信号跳变后再次反转搜索方向，以调节步进为1进行搜索，触发信号再次发生跳变时对应的控制编码即为临界触发零电平的控制编码。本发明在临界触发零电平的控制编码时，采用“大步向前，小步后退”调整控制编码的调节步进，实现高效率、高精度的触发零电平校正。
Description
技术领域
本发明属于数字示波器技术领域，更为具体地讲，涉及一种数字示波器的触发零电平自校正方法。
背景技术
自校正是示波器必不可少的功能之一。示波器在初次使用时，使用一定时间后器件老化时，环境温度改变导致温漂时，必须对示波器进行校正。一台没有经过校正的示波器，无论其设计指标多高，也无法保证测量结果的正确性。自校正功能中需要校正的参数比较多，其中包括对触发电平的校正。
图1是数字示波器的触发原理图。如图1所示，通过比较器将输入信号与比较电平相比较，当信号电平值大于比较电平时触发信号为高电平1，相反则为低电平0，从而产生触发信号。在没有外部输入信号且理想情况下，比较器的比较电平输入端应该为触发零电平。在实际使用中，由于环境温度改变和器件老化等影响，导致触发零电平发生偏移，因此需要校正触发零电平。
在数字示波器中，比较电平通常是由控制器向DAC(Digital to analogconverter，数字模拟转换器)模块输入控制编码，转换得到直流电平信号。DAC模块的控制编码值D和输出模拟信号电压值VOFF的转换关系公式为：VOFF＝D*Vref/2N，其中N表示DAC模块的分辨率，Vref是DAC模块的基准电压源电压值。
触发电平的校正分别在触发耦合为交流和直流状态下进行，先在直流耦合条件下进行校正，再进行交流耦合条件下的校正。耦合方式不同，但其校正原理一样，但是直流耦合方式下，需要校准每个幅度档位；而交流耦合只需在一个幅度档位中校正即可。如何快速、准确地完成数字示波器的触发零电平校正，是数字示波器自校正领域的重要研究课题。
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触发零电平自校正方法，实现高效率、高精度的触发零电平校正。
为实现上述发明目的，本发明数字示波器的触发零电平自校正方法包括以下步骤：
S1：设置数字示波器的触发耦合方式为直流，触发方式为边沿触发，基线位置为零点位置；
S2：从0开始向上调整比较电平的控制编码，搜索得到刚好大于基线零电平时的临界比较电平对应的控制编码C1，搜索的具体步骤包括：
S2.1：设置DAC模块的比较电平输入控制编码x的初始值x＝0，控制编码的调节步进初始值Δu＝1，设置标志Flag＝0；
S2.2：如果Flag＝1，令调节步进Δu＝K1Δu，其中K1表示步进增大系数，K1＞1，否则令调节步进Δu＝1；
S2.3：令控制编码x＝x+Δu，将控制编码输入DAC模块，转换得到直流电平，输入触发比较器，获取触发信号电平y；
S2.4：如果y＝1，返回步骤S2.2，否则进一步判断是否Flag＝1，如果不是，进入步骤S2.5，否则记录当前控制编码为C1；
S2.5：令其中K2表示步进减小系数，K2＞1，控制编码x＝x-Δu，将控制编码输入DAC模块，获取触发信号电平y；
S2.6：如果y＝0，返回步骤S2.5，否则设置标志Flag＝1，返回步骤S2.2；
S3：从2N-1开始向下调整比较电平的控制编码，搜索得到刚好小于基线零电平时的临界比较电平对应的控制编码C2，其中N表示DAC模块的分辨率，搜索的具体步骤包括：
S3.1：设置DAC模块的比较电平输入控制编码x的初始值x＝2N-1，控制编码的调节步进初始值Δu＝1，设置标志Flag＝0；
S3.2：如果Flag＝1，令调节步进Δu＝K1Δu，否则令调节步进Δu＝1；
S3.3：令控制编码x＝x-Δu，将控制编码输入DAC模块，转换得到模拟信号，输入触发比较器，获取触发信号电平y；
S3.4：如果y＝0，返回步骤S3.2，否则进一步判断是否Flag＝1，如果不是，进入步骤S3.5，否则记录当前控制编码为C2；
S3.5：令控制编码x＝x+Δu，将控制编码输入DAC模块，获取触发信号电平y；
S3.6：如果y＝1，返回步骤S3.5，否则设置标志Flag＝1，返回步骤S3.2；
S4：计算得到触发零电平对应控制编码T＝(C1+C2)/2，从而完成触发零电平的校正。
本发明数字示波器的触发零电平自校正方法，分别从小到大、从大到小两个方向搜索得到相对于基线零电平的临界比较电平的控制编码，然后平均得到触发零电平校正值，搜索方法为：逐步调整DAC模块的控制编码，将控制编码输入DAC模块，转换得到直流电平信号，输入触发比较器，在没有输入信号的情况下获取由比较器的输出结果，当触发信号第一次跳变后，反转搜索方向并减小调节步进，触发信号跳变后再次反转搜索方向，以调节步进为1进行搜索，触发信号再次发生跳变时对应的控制编码即为临界触发零电平的控制编码。
本发明在搜索临界触发零电平的控制编码时，采用“大步向前，小步后退”的方式调整控制编码的调节步进，快速得到临界触发零电平的控制编码，使自校正功能的实现效率更高，并使控制编码的误差范围在±1个DAC值。采用本方法可以使数字示波器的操作者便捷地完成触发零电平的校正，提高了产品使用精度，进而提高了产品的性能。
附图说明
图1是数字示波器的触发原理图；
图2是本发明数字示波器的触发零电平自校正方法的流程图；
图3是本发明中从小到大搜索的流程图；
图4是本发明中从大到小搜索的流程图。
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2是本发明数字示波器的触发零电平自校正方法的流程图。如图2所示，本发明数字示波器的触发零电平自校正方法包括以下步骤：
S201：初始化数字示波器：
设置数字示波器的触发耦合方式为直流，触发方式为边沿触发，基线位置为零点电平位置。
S202：从小到大搜索临界控制编码：
从0开始向上调整比较电平的控制编码，搜索得到刚好大于基线零电平时的临界比较电平对应的控制编码C1。图3是本发明中从小到大搜索的流程图。如图3所示，本发明中从小到大搜索触发零电平的控制编码的具体步骤包括：
S301：初始化参数：
设置DAC模块的比较电平输入控制编码x的初始值x＝0，控制编码的调节步进初始值Δu＝1，设置标志Flag＝0。
S302：判断是否Flag＝1，如果不是，进入步骤S303，否则进入步骤S304。
S303：增大调节步进：
令调节步进Δu＝K1Δu，其中K1表示步进增大系数，用于控制调节步进增大的幅度，显然K1＞1，根据实验统计得到K1较优的取值范围为2≤K1≤4。进入步骤S305；
S304：最小化调节步进：
令调节步进Δu＝1，进入步骤S305。
S305：令控制编码x＝x+Δu，将控制编码输入DAC模块，转换得到直流电平信号，输入触发比较器，获取触发信号电平y。由于在没有接入外部信号，触发器的输入信号即为基线信号，比较器对比较电平和基线零电平信号进行比较。可见，从小到大搜索时，一开始比较电平低于基线零电平，触发信号电平为1。
S306：判断是否y＝1，即判断当前的比较电平是否低于基线零电平，如果是，返回步骤S302，否则说明触发信号发生了从1到0的跳变，进入步骤S307。
S307：判断是否Flag＝1，如果不是，则说明比较电平第一次超过了基线零电平，触发信号第一次发生跳变，进入步骤S309，否则进入步骤S308。
S308：记录当前控制编码：
说明比较电平第二次超过了基线零电平，而且此时调节步进为1，记录当前控制编码为C1。
S309：此时比较电平第一次超过了基线零电平，由于并不能确定是否此时比较电平刚好超过基线零电平，因此需要减小步进，并将搜索方向反转。即令控制编码x＝x-Δu，K2表示步进减小系数，用于控制反向搜索的步进减小幅度，其取值范围为K2＞1，根据实验统计得到K2较优的取值范围为2≤K2≤4，本实施例中令K2＝4，表示向上取整，即步进减小过程中Δu的最小值为1。将控制编码输入DAC模块，获取触发信号电平y。
S310：判断是否y＝0，即判断比较电平是否超过基线零电平，如果是，返回步骤S309，否则说明比较电平低于基线零电平，此时触发信号发生了从0到1的跳变，进入步骤S311。
S311：设置校正标志Flag＝1。当比较电平超过基线零电平之后反向搜索又低于了基线零电平，说明此时比较电平已经在基线零电平附近了，需要再次反转搜索方向，然后以较小步进调节控制编码。即返回步骤S302。
S203：从大到小搜索临界控制编码：
从2N-1开始向下调整触发零电平的控制编码，搜索得到刚好小于基线零电平时的临界比较电平对应的控制编码C2，其中N表示DAC模块的分辨率。图4是本发明中从大到小搜索的流程图。如图4所示，本发明中从大到小搜索触发零电平的控制编码的具体步骤包括：
S401：初始化参数：
设置DAC模块的比较电平输入控制编码x的初始值x＝2N-1，控制编码的调节步进初始值Δu＝1，设置标志Flag＝0。
S402：判断是否Flag＝1，如果不是，进入步骤S403，否则进入步骤S404。
S403：增大调节步进：
令调节步进Δu＝K1Δu，进入步骤S405；
S404：最小化调节步进：
令调节步进Δu＝1，进入步骤S405。
S405：令控制编码x＝x-Δu，将控制编码输入DAC模块，转换得到直流电平信号，输入触发比较器，获取触发信号电平y。可见，从大到小搜索时，一开始比较电平大于基线零电平时，触发信号电平为0。
S406：判断是否y＝0，即判断当前的比较电平是否大于基线零电平，如果是，返回步骤S402，否则说明此时触发信号发生了从0到1的跳变，进入步骤S407。
S407：判断是否Flag＝1，如果不是，则说明比较电平第一次低于基线零电平，进入步骤S409，否则进入步骤S408。
S408：记录当前控制编码：
说明比较电平第二次低于基线零电平，而且此时调节步进为1，记录当前控制编码为C2。
S409：此时比较电平第一次低于基线零电平，由于并不能确定是否此时比较电平刚好低于基线零电平，因此需要将搜索方向反转，并减小步进。即令控制编码x＝x+Δu，将控制编码输入DAC模块，获取触发信号电平y。
S410：判断是否y＝1，即判断是否比较电平低于基线零电平，如果是，返回步骤S409，否则说明比较电平高于基线零电平，此时触发信号发生了从1到0的跳变，进入步骤S411。
S411：设置校正标志Flag＝1。当比较电平低于基线零电平之后反向搜索又超过了基线零电平，说明此时比较电平已经在基线零电平附近了，需要再次反转搜索方向，然后以较小步进调节控制编码。即返回步骤S402。
S204：计算触发零电平对应控制编码：
根据从两个方向搜索得到的临界控制编码C1和C2，计算得到触发零电平对应控制编码T＝(C1+C2)/2，从而完成触发零电平的校正。
根据以上步骤可知，本发明中所采用的自校正方法，从两个方向搜索触发零电平的临界控制编码，在每次刚开始搜索时，使调节步进大幅度增加，使其快速逼近基线零电平，当其跨越了基线零电平时，则减小步进且反向搜索，当接近基线零电平时，以最小步进1来继续搜索，最终以±1个DAC值为误差逼近触发电平。本发明的自校正方法在搜索临界控制编码时，利用“大步向前，小步后退”的原理，实现快速的校正流程，减少自校正时间，提高自校正功能的效率。
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 (3)
1.一种数字示波器的触发零电平自校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：设置数字示波器的触发耦合方式为直流，触发方式为边沿触发，基线位置为零点位置；
S2：从0开始向上调整比较电平的控制编码，搜索得到刚好大于基线电平时的临界比较电平对应的控制编码C1，搜索的具体步骤包括：
S2.1：设置DAC模块的比较电平输入控制编码x的初始值x＝0，控制编码的调节步进初始值Δu＝1，设置标志Flag＝0；
S2.2：如果Flag＝1，令调节步进Δu＝K1Δu，其中K1表示步进增大系数，K1＞1，否则令调节步进Δu＝1；
S2.3：令控制编码x＝x+Δu，将控制编码输入DAC模块，转换得到直流电平，输入触发比较器，获取触发信号电平y；
S2.4：如果y＝1，返回步骤S2.2，否则进一步判断是否Flag＝1，如果不是，进入步骤S2.5，否则记录当前控制编码为C1；
S2.5：令其中K2表示步进减小系数，K2＞1，控制编码x＝x-Δu，将控制编码输入DAC模块，获取触发信号电平y；
S2.6：如果y＝0，返回步骤S2.5，否则设置标志Flag＝1，返回步骤S2.2；
S3：从2N-1开始向下调整比较电平的控制编码，搜索得到刚好小于基线电平时的临界比较电平对应的控制编码C2，其中N表示DAC模块的分辨率，搜索的具体步骤包括：
S3.1：设置DAC模块的比较电平输入控制编码x的初始值x＝0，控制编码的调节步进初始值Δu＝1，设置标志Flag＝0；
S3.2：如果Flag＝1，令调节步进Δu＝K1Δu，否则令调节步进Δu＝1；
S3.3：令控制编码x＝x-Δu，将控制编码输入DAC模块，转换得到模拟信号，输入触发比较器，获取由触发信号电平y；
S3.4：如果y＝0，返回步骤S3.2，否则进一步是否Flag＝1，如果不是，进入步骤S3.5，否则记录当前控制编码为C2；
S3.5：令K2＞1，控制编码x＝x+Δu，将控制编码输入DAC模块，获取触发信号电平y；
S3.6：如果y＝1，返回步骤S3.5，否则设置标志Flag＝1，返回步骤S3.2；
S4：计算得到触发零电平对应控制编码T＝(C1+C2)/2，从而完成触发零电平的校正。
2.根据权利要求1所述的触发零电平自校正方法，其特征在于，所述步进增大系数K1的取值范围为2≤K1≤4。
3.根据权利要求2所述的触发零电平自校正方法，其特征在于，所述步进减小系数K2的取值范围2≤K2≤4。
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