CN202770889U - 具有显示三维波形信息的高刷新率数字示波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有显示三维波形信息的高刷新率数字示波器，被测信号经模拟信号调理单元送至触发单元和A/D转换单元，采样数据处理单元控制A/D转换单元采样并将采样数据存储至采样数据存储单元；三维波形处理单元从采样数据存储单元依次读取数据序列SAMPLE，映射、统计成表征三维信息的数据点阵，数据点阵的列数和行数分别等于显示单元波形显示区域的水平分辨率X和垂直分辨率Y；波形数据衰减单元从三维波形处理单元读取数据点阵与波形数据衰减单元的数据点阵合并传至CPU控制单元；波形数据衰减单元对合并结果一次衰减后保存至数据点；CPU控制单元将接收到的数据转换成用颜色或亮度表示的图像数据后传输至显示单元显示。

Description

具有显示三维波形信息的高刷新率数字示波器

技术领域

本实用新型涉及数字示波器，尤其是涉及具有显示三维波形信息的高刷新率数字示波器。

背景技术

目前市售的示波器，多由CPU作为处理核心，采用串行的方法对波形数据进行处理，即：模拟信号经A/D采样后存储在一个采样数据存储器中，一条波形采样完成后，把采样数据存储器中的数据传输给CPU，CPU对数据进行图形化处理后送给显示部件进行显示。这就导致数据传输、图形化处理和显示都需要耗费CPU大量的时间，使得在CPU空闲之前，不能对模拟信号进行新的采样，从而丢失大量的波形信息，当被测信号中出现偶然的异常信号时，示波器可能无法观测到异常的发生。更有甚者，随着示波器存储深度指标越来越高，每一条波形都将产生大量的数据，采用上述以CPU为核心的串行处理方式实现深存储已经变得不太可能；因为大量的数据传输给CPU进行显示处理，无论是数据传输还是图形化处理，每个环节都将变成瓶颈，从而导致示波器根本无法流畅的显示波形。

因此，还有一种示波器（姑且定义为：部分并行示波器），不直接将采样数据传输给CPU，而是将采样数据经过预处理后再传输给CPU进行显示处理。上述所谓的采样数据预处理，其实质是将采样数据进行图形化处理。这样做的优点是：其一，将采样数据图形化处理后，最终需要传输给CPU的数据量大大减少，节省数据传输时间；其二，将采样数据图形化处理后，可以将多条波形的图形化数据进行叠加处理而不会增加数据量，显示器每显示一屏数据，都是多条波形叠加的结果；其三，CPU可以将图形化的数据直接用于显示，节省了CPU将采样数据图形化的时间；其四，采样数据图形化处理过程和CPU对图形化数据的显示过程近似并行执行，缩短了数据的处理时间。但是，其存在的不足是：它的数据采样、图形化处理、图形化数据传输给CPU这几个过程，还是串行的方式，即必须按三步走：第一步，数据采样；第二步，图形化处理；第三步，图形化数据传输给CPU。只有在第三步完成后，才能再次执行第一步过程，进行新的数据采样，所以针对模拟信号的采样仍然存在死区。

另外，在显示信息方面，目前大部分示波器波形显示所能表现出来的只是信号幅度随时间变化的二维信息，无法区分所显示的波形图样上，哪部分信号是偶然的、哪部分信号是经常重复性的；也就是说缺少第三个维度，即：信号在屏幕的每一个像素上的重复程度。即便是所述的部分并行示波器，多条波形叠加后的图形数据，仍然是一个二维信息。使用余辉算法的数字示波器从某种程度上可以部分展示这种信息，但仅限于每屏数据之间的累计，仅仅展示出在更大时间跨度上信号的重复性特征，对于进入余辉处理前的单条或多条波形本身并没有统计其信号重复性特征。

发明内容

本实用新型目的在于提供一种具有显示三维波形信息的高刷新率数字示波器，达到使波形显示更具层次感，通过观察显示的波形图样，直观上即可区分出偶然信号和重复信号，同时波形刷新率可达100万次/秒以上。

为实现上述目的，本实用新型采取下述技术方案：

本实用新型所述具有显示三维波形信息的高刷新率数字示波器，包括模拟信号调理单元、A/D转换单元、触发单元、采样数据处理单元、采样数据存储单元、三维波形处理单元、波形数据衰减单元、CPU控制单元和显示单元；被测信号经所述模拟信号调理单元处理后分别送至所述触发单元和所述A/D转换单元，所述采样数据处理单元在触发单元的触发控制下控制A/D转换单元采样，并将采样数据处理成数据序列SAMPLE存储至所述采样数据存储单元；所述三维波形处理单元从采样数据存储单元依次读取所述数据序列SAMPLE，映射、统计成表征三维信息的数据点阵WAVE_3D；所述数据点阵WAVE_3D的列数等于所述显示单元波形显示区域的水平分辨率X，行数等于显示单元波形显示区域的垂直分辨率Y；经预定的时间间隔T，所述波形数据衰减单元从三维波形处理单元读取数据点阵WAVE_3D，并将数据点阵WAVE_3D与波形数据衰减单元中的数据点阵WAVE_HIS进行合并，将合并结果传输至所述CPU控制单元；波形数据衰减单元对所述合并结果进行一次衰减，将衰减后的结果保存至所述数据点阵WAVE_HIS；CPU控制单元将接收到的数据转换成用颜色或亮度表示的图像数据后传输至显示单元显示。

所述采样数据存储单元有两路外部总线：一路与所述采样数据处理单元连接，另一路与所述三维波形处理单元连接；所述采样数据存储单元内部包含总线交叉开关A和两个采样数据存储器B1、B2；所述采样数据存储器B1和采样数据存储器B2均用于存储所述数据序列SAMPLE，采样数据存储器B1和采样数据存储器B2的总线分别与总线交叉开关A连接。

所述三维波形处理单元包括波形生成器、波形缓冲模块、波形合并器以及三维波形存储模块；所述三维波形存储模块用于存储所述数据点阵WAVE_3D；所述波形缓冲模块用于存储数据点阵WAVE_BUF，所述数据点阵WAVE_BUF的行数、列数分别与所述数据点阵WAVE_3D的行数、列数相等；波形缓冲模块有两路外部总线：一路与波形生成器连接，另一路与波形合并器连接；波形缓冲模块内部包含总线交叉开关B及两个缓冲存储器C1、C2；所述缓冲存储器C1和缓冲存储器C2均用于存储所述数据点阵WAVE_BUF，所述缓冲存储器C1和缓冲存储器C2的总线分别与总线交叉开关B连接；所述三维波形存储模块有两路外部总线：一路与波形合并器连接，另一路与所述波形数据衰减单元连接；三维波形存储模块内部包含总线交叉开关C及两个波形存储器D1、D2；所述波形存储器D1和波形存储器D2均用于存储所述数据点阵WAVE_3D，波形存储器D1和波形存储器D2的总线分别与总线交叉开关C连接；所述波形生成器从所述采样数据存储单元依次读取所述数据序列SAMPLE, 映射、统计成表征三维信息的数据点阵WAVE_BUF；生成的数据点阵WAVE_BUF经由所述波形合并器与所述三维波形存储模块中的数据点阵WAVE_3D合并，合并结果替换原有数据点阵WAVE_3D。

所述波形数据衰减单元包含历史波形存储器和波形衰减器，所述历史波形存储器用于存储所述数据点阵WAVE_HIS；数据点阵WAVE_HIS的行数、列数分别与数据点阵WAVE_3D的行数、列数相等；所述波形衰减器分别对数据点阵WAVE_3D与数据点阵WAVE_HIS进行合并，并将合并结果输出至CPU控制单元，所述合并结果经由所述波形衰减器衰减后，替换原有数据点阵WAVE_HIS。

本实用新型优点主要体现为：

1、数据图形化过程本身基本是并行的，数据图形化过程和图形化数据传输给CPU的过程是并行的，数据图形化过程和CPU对数据进行显示的过程也是并行的。即：信号从采样到处理成三维波形信息，再到新旧数据的合并、传输给CPU，数据衰减处理等这些过程都可以并行执行，大大消除了采样死区，使示波器可接近理论上的最大刷新率；

2、每一条波形经过处理后都具有三维信息特征，多条波形叠加合并后进一步增强了三维信息特征，使CPU控制单元转换成用颜色或亮度表示的图像数据也具有三维信息特征；

3、已经显示过的数据不进行立即清除，而是逐步衰减并与新的数据进行合并，使波形图像在屏幕上逐渐消失且消失时间可控，进一步增强波形显示的层次感，便于观察偶发信号。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理框图。

图2是图1的采样数据存储单元的内部电路原理结构框图。

图3是图1的三维波形处理单元的内部电路原理结构框图。

图4是图1的波形数据衰减单元的内部电路原理结构框图。

图5是本实用新型所述的三维波形处理单元的部分流程图。

图6是本实用新型所述的波形数据衰减单元流程图。

图7是本实用新型所述示波器的采样过程示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型所述具有显示三维波形信息的高刷新率数字示波器，包括模拟信号调理单元、A/D转换单元、触发单元、采样数据处理单元、采样数据存储单元、三维波形处理单元、波形数据衰减单元、CPU控制单元和显示单元。其中采样数据处理单元、采样数据存储单元、三维波形处理单元以及波形数据衰减单元都采用FPGA（现场可编程门阵列）和存储器实现，容量不大的存储器也可以采用FPGA来实现。

被测信号经模拟信号调理单元处理后分别送至触发单元和A/D转换单元，采样数据处理单元在触发单元的触发控制下控制A/D转换单元进行采样，并将采样数据存储至采样数据存储单元，最终处理成数据序列SAMPLE。

在示波器中，采样得来的数据并不能简单的直接用于显示，否则显示的波形将是混乱的，必须要结合示波器的设置进行相关处理，形成最终的数据序列SAMPLE。结合示波器的设置进行的相关处理，一般是根据触发时刻进行的采样数据截取，或者在采样数据的基础上进行插值处理。以采样数据的截取为例，参考图7所示，当触发位置位于屏幕中间时，为了显示一屏波形，采样数据处理单元必须将对应触发时刻前后各半屏的采样数据截取出来送至后续处理单元。这些处理在绝大部分示波器中是必须的，技术是现成和成熟的，不作详细说明。

如图2所示，采样数据存储单元有两路外部总线：一路与采样数据处理单元连接，另一路与三维波形处理单元连接；采样数据存储单元内部包含总线交叉开关A和两个采样数据存储器：采样数据存储器B1、采样数据存储器B2；采样数据存储器B1和采样数据存储器B2均用于存储数据序列SAMPLE，采样数据存储器B1和采样数据存储器B2的总线分别与总线交叉开关A连接；

采样数据处理单元完成一条波形的采集与处理后，当前与采样数据处理单元连接的采样数据存储器中的数据序列SAMPLE需要传送至三维波形处理单元进行处理，因此，采样数据存储单元需要进行内部存储器总线切换，根据与三维波形处理单元连接的采样数据存储器B1或采样数据存储器B2中的数据是否被读取完毕，执行如下操作：

步骤一：若未读取完毕，则等待所述读取操作完成；否则执行步骤二；

步骤二：总线交叉开关A进行一次存储器交换操作：将与采样数据处理单元连接的采样数据存储器B1连接到三维波形处理单元，同时将与三维波形处理单元连接的采样数据存储器B2连接到采样数据处理单元；或者，将与采样数据处理单元连接的采样数据存储器B2连接到三维波形处理单元，同时将与三维波形处理单元连接的采样数据存储器B1连接到采样数据处理单元；

步骤三：三维波形处理单元从采样数据存储器B1或采样数据存储器B2中读取数据序列SAMPLE。

采样数据存储单元实质是一个双缓冲结构，总线交叉开关A的作用是：将采样数据存储器B1连接到采样数据处理单元时，将采样数据存储器B2连接到三维波形处理单元；反之，将采样数据存储器B2连接到采样数据处理单元时，将采样数据存储器B1连接到三维波形处理单元。这种双缓冲结构保证采样数据处理单元和三维波形处理单元可以并行工作。总线交叉开关A每次进行存储器交换之前，有一个防护性的判断，即判断与三维波形处理单元连接的采样数据存储器B1或采样数据存储器B2中的数据是否被完全读取，如果被完全读取立即进行存储器交换，否则等待数据读取完成再进行存储器交换。这种防护性判断对三维波形处理单元处理速度有较大的包容性，如果三维波形处理单元处理速度很快，总线交叉开关A不需要等待就可以进行存储器交换，如果三维波形处理单元处理速度慢一些，总线交叉开关A需要适当地等待后再进行存储器交换。

存储器交换操作完成后，三维波形处理单元可以从采样数据存储器B1或采样数据存储器B2中读取数据序列SAMPLE。

数据序列SAMPLE的最终用途是在显示单元波形显示区域上绘制波形，绘制波形是依照幅度和时间的关系进行的，一般说来，示波器在水平方向上表示时间，垂直方向上表示信号幅度；要把数据序列SAMPLE绘制到显示单元波形显示区域上，需要计算数据序列SAMPLE中的每一个数应该用显示单元波形显示区域中的哪一个像素表示，但是在实现上不能直接对显示单元操作，需要把显示单元波形显示区域用数据点阵表示。数据点阵WAVE_3D的列数等于显示单元波形显示区域的水平分辨率X，数据点阵WAVE_3D的行数等于显示单元波形显示区域的垂直分辨率Y。数据点阵WAVE_3D与显示单元波形显示区域的这种对应关系，使显示单元波形显示区域的每一个像素都可以分别用数据点阵WAVE_3D的一个数据点表示。

如图3所示，三维波形处理单元包括波形生成器、波形缓冲模块、波形合并器和三维波形存储模块；三维波形存储模块用于存储数据点阵WAVE_3D；波形缓冲模块用于存储数据点阵WAVE_BUF，数据点阵WAVE_BUF的行数与数据点阵WAVE_3D的行数相等，数据点阵WAVE_BUF的列数与数据点阵WAVE_3D的列数相等。

三维波形处理单元中，读取和处理数据序列SAMPLE的是波形生成器，波形生成器先将数据序列SAMPLE处理至数据点阵WAVE_BUF，方法如下：

波形生成器从与之连接的采样数据存储单元中依次读取数据序列SAMPLE的第n个数据V_n，其中0＜n≤N，0≤V_n≤V_MAX，N等于数据序列SAMPLE中数据元素的总数，V_MAX等于A/D转换单元可能输出的最大值；

令 ：x＝floor((n－1)×X÷N)＋1，y＝round(V_n×(Y－1)÷V_MAX)＋1；

其中，floor()表示下取整，round()表示四舍五入；以x作为数据点阵WAVE_BUF的列坐标，以y作为数据点阵WAVE_BUF的行坐标，读取数据点阵WAVE_BUF第x列第y行数据点的值Z；

以上两个表达式的实际意义是：根据数据序列SAMPLE的每一个数的先后次序和数值大小的关系，亦即时间和幅度的关系，按比例定位到数据点阵WAVE_BUF第x列第y行数据点。

波形生成器根据预设的最大值Z_MAX进行判断，若Z＜Z_MAX，则将Z值加1后写回数据点阵WAVE_BUF第x列第y行，否则不进行任何处理；

下面举例说明根据数据序列SAMPLE定位数据点阵WAVE_BUF并统计的方法：

假定显示单元波形显示区的水平分辨率X＝600，垂直分辨率Y＝400，则数据点阵WAVE_BUF和数据点阵WAVE_3D一样，具有400行和600列。这样做的目的是：使得数据点阵WAVE_BUF的每个数据点，和波形显示区的每个像素一一对应。

同时假定数据序列SAMPLE的长度是12万个数据即N＝120000，并且A/D具有8比特分辨率，即输出最大值为255，则V_MAX＝255。则波形生成器从采样数据存储单元依次读取数据处理如下：

根据表达式：

x＝floor((n－1)×X÷N)＋1

y＝round(V_n×(Y－1)÷V_MAX)＋1

假设从采样数据存储单元中取出的第3个数为120，即n＝3， V₃＝120；

x＝floor((3－1)×600÷120000)＋1＝1；

y＝round(120×(400－1)÷255)＋1＝189；

读取数据点阵WAVE_BUF第1列第189行的数据Z，并和预设的最大值Z_MAX比较，如果Z < Z_MAX，则将Z值加1后，写回数据点阵WAVE_BUF第1列第189行，否则不作处理。

波形生成器将数据序列SAMPLE处理至数据点阵WAVE_BUF后，数据点阵WAVE_BUF中保存的是单条波形转换成三维信息后的数据：每个数据点的值表征单条波形的第三维信息，即：信号在波形显示区的每一个像素上的重复程度。这时需要根据示波器的波形显示模式作进一步处理：

一般可以将示波器的波形显示模式设置成点模式或者线模式，如果示波器波形显示模式被设置为点模式，不需要对数据点阵WAVE_BUF做任何处理，如果示波器波形显示模式被设置为线模式，波形生成器需要在数据点阵WAVE_BUF中进行连线处理，连线的方法有通行的算法可以采用，本专利不做说明。

为了让示波器达到更高的波形刷新率，需要将多条波形转换成三维信息后的结果累加起来，最终一次性在屏幕上加以显示。因为目前液晶显示屏的刷新频率一般为几十赫兹，用几十赫兹的频率去显示每秒高达几十万条甚至上百万条波形，唯一的办法就是波形叠加显示。

数据点阵WAVE_BUF是一个临时缓冲，内部存储的是单条波形转换成三维信息后的数据，多条波形对应的三维信息数据存放在数据点阵WAVE_3D中，因此数据点阵WAVE_BUF需要和数据点阵WAVE_3D进行点对点运算，并把运算结果写入数据点阵WAVE_3D中，运算由波形合并器完成，流程参见图5，步骤如下：

步骤一：按一定顺序依次读取数据点阵WAVE_BUF中第i个数据点的值B_i，其中0＜i≤(X×Y)，令temp1＝B_i；所谓按一定顺序依次读取，既可以是先读取一列再读取下一列，也可以是先读取一行再读取下一行，只要按一定规律读取即可；

步骤二：将数据点阵WAVE_BUF中第i个数据点的值复位为0；

步骤三：以读取数据点阵WAVE_BUF相同的顺序，读取数据点阵WAVE_3D第i个数据点的值Z_i；若temp1＋Z_i＜Z_MAX，则令Z_i＝temp1＋Z_i，否则令Z_i＝Z_MAX；

步骤四：将Z_i写回数据点阵WAVE_3D第i个数据点；

步骤五：返回步骤一，直到数据点阵WAVE_BUF中数据点全部处理完毕；

上述步骤的实际意义是：对数据点阵WAVE_BUF和数据点阵WAVE_3D相同位置的每个点的值做加法，如果相加的结果小于Z_MAX，则把相加的结果放入数据点阵WAVE_3D中，否则把Z_MAX放入数据点阵WAVE_3D中。

数据点阵WAVE_3D每个数据点的值表征多条波形的第三维信息——信号在波形显示区的每一个像素上的重复程度。

波形缓冲模块有两路外部总线：一路与波形生成器连接，另一路与波形合并器连接；波形缓冲模块内部包含总线交叉开关B及两个缓冲存储器：缓冲存储器C1、缓冲存储器C2；缓冲存储器C1和缓冲存储器C2均用于存储数据点阵WAVE_BUF，缓冲存储器C1和缓冲存储器C2的总线分别与总线交叉开关B连接； 

波形生成器在生成数据点阵WAVE_BUF后，当前与波形生成器连接的缓冲存储器中的数据点阵WAVE_BUF需要传送至波形合并器与数据点阵WAVE_3D中的数据进行合并，因此，波形缓冲模块需要进行内部存储器总线切换，根据与波形合并器连接的缓冲存储器C1或缓冲存储器C2中的数据是否被读取完毕，执行如下操作：

步骤一：若未读取完毕，则等待读取操作完成；否则执行步骤二；

步骤二：总线交叉开关B进行一次存储器交换操作：将与波形生成器连接的缓冲存储器C1连接到波形合并器，同时将与波形合并器连接的缓冲存储器C2连接到波形生成器；或者，将与波形生成器连接的缓冲存储器C2连接到波形合并器，同时将与波形合并器连接的缓冲存储器C1连接到波形生成器； 

步骤三：波形合并器从缓冲存储器C1或缓冲存储器C2中读取数据点阵WAVE_BUF。

波形缓冲模块的这种结构与采样数据存储单元类似，是一种双缓冲结构，通过总线交叉开关进行切换，这种双缓冲结构保证波形生成器和波形合并器可以并行工作。总线交叉开关B在进行存储器交换操作前有一个防护性的判断：即判断与波形合并器连接的缓冲存储器是否已被读取完毕。

三维波形存储模块有两路外部总线：一路与波形合并器连接，另一路与波形数据衰减单元连接；三维波形存储模块内部包含总线交叉开关C及两个波形存储器：缓冲存波形存储器D1、缓冲存波形存储器D2；缓冲存波形存储器D1和缓冲存波形存储器D2均用于存储数据点阵WAVE_3D，缓冲存波形存储器D1和缓冲存波形存储器D2的总线分别与总线交叉开关C连接；三维波形存储模块的这种结构和采样数据存储单元类似，都是双缓冲结构，通过总线交叉开关进行切换，这种双缓冲结构保证三维波形处理单元和波形数据衰减单元可以并行工作。

经过预定的时间间隔T，当前与波形合并器连接的波形存储器中的数据点阵WAVE_3D需要传送至波形数据衰减单元进行处理，因此，三维波形存储模块需要进行内部存储器总线切换，根据波形合并器当前是否正在对数据点阵WAVE_BUF 和数据点阵WAVE_3D执行点对点运算，执行如下步骤：

步骤一：如果正在执行点对点运算，则等待运算完成，否则执行步骤二；这一步动作是为了保证数据点阵WAVE_BUF的所有数据被完整的累加到数据点阵WAVE_3D中，这种等待是后级处理单元等待前级处理单元，而且这种等待是在固定时间间隔T附近进行的微调，不会形成处理瓶颈。

步骤二：总线交叉开关C进行一次存储器交换操作：将与波形合并器连接的缓冲存波形存储器D1连接到波形数据衰减单元，同时将与波形数据衰减单元连接的缓冲存波形存储器D2连接到波形合并器；或者，将与波形合并器连接的缓冲存波形存储器D2连接到波形数据衰减单元，同时将与波形数据衰减单元连接的缓冲存波形存储器D1连接到波形合并器；

步骤三：波形数据衰减单元从缓冲存波形存储器D1或缓冲存波形存储器D2读取三维波形数据数据点阵WAVE_3D。

上述三个步骤的作用是周期性的把最新的数据点阵WAVE_3D数据推送给波形数据衰减单元。预定的时间间隔T与示波器屏幕的刷新频率有关，如果屏幕的刷新频率是50Hz，则表示屏幕每20ms可以更新一次数据，则让T≥20ms，T小于20ms没有意义，因为屏幕来不及更新数据。

在长度为T的时间段里，可能有成千上万条波形经数据点阵WAVE_BUF合并到数据点阵WAVE_3D中，最终会一次性的送至后级作显示处理。从T的大小可以看出，波形数据衰减单元在长度为T的时间段内从与之连接的波形存储器读取数据并处理，时间十分宽裕，在目前的技术条件下，在设定的时间间隔T到来时，与之连接的波形存储器中的数据早已处理完毕，总线交叉开关C可以在需要的时候随时进行存储器交换。

如图4所示，波形数据衰减单元包含历史波形存储器和波形衰减器，历史波形存储器用于存储数据点阵WAVE_HIS；数据点阵WAVE_HIS的行数与数据点阵WAVE_3D行数相等，数据点阵WAVE_HIS的列数与数据点阵WAVE_3D列数相等；

波形衰减器有两个主要功能，一是把新的未经显示的数据与已经显示过的数据进行点对点合并，即数据点阵WAVE_3D和数据点阵WAVE_HIS进行点对点合并，合并的结果送给CPU显示；二是把已经送给CPU作显示处理的数据按时间间隔T作衰减，每次衰减的步距是ΔZ，衰减后的结果放在WAVE_HIS中。处理流程参见图6，步骤如下：

步骤一：令z_high等于数据点阵WAVE_3D中数据点的最大值；

步骤二：按一定顺序依次读取数据点阵WAVE_3D中第i个数据点的值Z_i，其中0＜i≤(X×Y)，令temp1＝round(Z_i×Z_MAX÷z_high)；其中，round()表示四舍五入；所谓按一定顺序，既可以是先读取一列再读取下一列，也可以是先读取一行再读取下一行，只要按一定规律读取即可；

这一步的作用是：根据当前数据点阵WAVE_3D中数据点的实际最大值z_high和预设允许的最大值Z_MAX的比例关系，将数据点阵WAVE_3D中的所有数据放大                                                

倍，例如：z_high为85，Z_MAX为255，则需要将数据点阵WAVE_3D中的所有数据放大

即3倍。

步骤三：将数据点阵WAVE_3D中第i个数据点的值复位为0；

步骤四：以读取数据点阵WAVE_3D相同的顺序，读取WAVE_HIS第i个数据点的值HIS_i；若temp1＞HIS_i，则令temp2＝temp1，否则令temp2＝HIS_i；这一步的作用是：比较两个数的大小，把较大的一个数送给temp2。

步骤五：把temp2传输给CPU控制单元；

步骤六：对temp2进行一次衰减：若temp2 大于一个预设值ΔZ，则temp2＝temp2–ΔZ，否则，令temp2＝0；预设值ΔZ，与示波器的显示设置有关，用户可设置波形图像在屏幕上逐渐消失的时间长度，时间越长，ΔZ越小。

步骤七：将temp2写回WAVE_HIS中第i个数据点；

步骤八：返回步骤二，直到数据点阵WAVE_3D中数据点全部处理完毕。

上述步骤全部处理完成后，一屏新的波形数据已经传输给了CPU控制单元，并且当前与波形数据衰减单元连接数据点阵WAVE_3D中的所有数据全部为0，存储在波形数据衰减单元的数据点阵WAVE_HIS中也叠加了新的波形数据，并且按照用户的显示设置对数据进行了一次衰减。

对一个特定数据点而言，如果合并时数据点阵WAVE_3D中对应数据点的值较WAVE_HIS中对应数据点的值小，则数据点阵WAVE_3D中对应数据点的值将不被采用，而是将数据点阵WAVE_HIS中对应数据点的值送交显示后再进行一次衰减；如果上述条件始终满足并持续下去，则该数据点对应的屏幕像素点的颜色和亮度会持续衰减，直到与显示区域的背景色融合、消失。

CPU控制单元仅以时间间隔1/T的频率对波形数据衰减单元传送来的数据进行一次颜色转换，其转换工作可以通过查颜色表实现。

本实施例提到的预设的最大值Z_MAX，和数据点阵WAVE_3D、数据点阵WAVE_BUF以及WAVE_HIS中每个数据点能表示的最大值有关，如果这些数据点阵使用的是单字节表示，则1＜Z_MAX≤255，如果这些数据点阵使用的是双字节表示，则1＜Z_MAX≤65535。

经过上述处理，由于合理安排处理单元，示波器的刷新率可以逼近理论上最大值。示波器的刷新率与被测信号的频率、示波器的时基都有关系。示波器在触发捕获一条波形时，每条波形之间不可能绝对没有间隙，这由被测信号是否满足触发条件有关。假如被测信号的频率为10MHz，则如图7所示每条波形之间的时间间隙最大为一个信号周期即100ns，如果示波器的时基处于50ns每格，波形显示区水平时基共12格，则屏幕所能显示波形的时间长度为600ns，采用本实用新型的处理方式，示波器的刷新率可以达到此种情况下的理论最高刷新率，约140万次/秒。

Claims (3)

1.一种具有显示三维波形信息的高刷新率数字示波器，包括模拟信号调理单元、A/D转换单元、触发单元、采样数据处理单元、采样数据存储单元、三维波形处理单元、波形数据衰减单元、CPU控制单元和显示单元；所述模拟信号调理单元控制输入端与所述触发单元和所述A/D转换单元的控制输出端相连接，其特征在于：所述采样数据存储单元有两路外部总线：一路与所述采样数据处理单元连接，另一路与所述三维波形处理单元连接；所述采样数据存储单元内部包含总线交叉开关A和两个采样数据存储器B1、B2；所述采样数据存储器B1和采样数据存储器B2均用于存储所述数据序列SAMPLE，采样数据存储器B1和采样数据存储器B2的总线分别与总线交叉开关A连接。

2.根据权利要求1所述具有显示三维波形信息的高刷新率数字示波器，其特征在于：所述三维波形处理单元包括波形生成器、波形缓冲模块、波形合并器以及三维波形存储模块。

3.根据权利要求1所述具有显示三维波形信息的高刷新率数字示波器，其特征在于：所述波形数据衰减单元包含历史波形存储器和波形衰减器。

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