CN205427009U - 一种高效率检测信号的示波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高效率检测信号的示波器，包括输入模块、设置模块、处理模块和用于显示波形的显示模块。输入模块连接至处理模块，用于获取输入信号。设置模块连接至显示模块和处理模块，用于设定通道的耦合方和电压档位。处理模块连接至显示模块和设置模块，用于获取输入信号的电压的最大值和最小值，并根据电压的最大值和最小值确定通道有无信号；如果有，则控制设置模块将耦合方式设定为交流耦合；获取信号周期，并根据信号周期确定时基档位；控制设置模块将耦合方式切换为直流耦合并将电压档位设定为最大档位，获取电压的最大值和最小值，判断信号是否处于预定波形显示区；如果否，则控制设置模块减小电压档位并重新获取电压的最大值和最小值。

Description

一种高效率检测信号的示波器

技术领域

本实用新型涉及信号检测领域，具体涉及一种高效率检测信号的示波器。

背景技术

目前现有一些示波器的autoset算法执行效率比较低下，其工作原理是软件根据采集到的波形数据计算出相应的电压的最大值、最小值以及周期数，来确定显示的电压档位和时基档位。该算法的执行时间会随着接入信号频率的减小而变长，工作效率低下。

如何提高autoset的算法执行效率，让工程师们能够快速的检测到信号，提高工作效率，是目前一个急需解决的问题。

现有的示波器对于高频信号，能够快速检测，但是对于20Hz以下低频信号，则需要花费较长时间进行检测，而且随着信号频率的减小，检测时间会加长。

实用新型内容

本实用新型提供一种高效率检测信号的示波器，包括用于显示波形的显示模块，还包括输入模块、设置模块和处理模块。

输入模块连接至处理模块，用于获取输入信号。设置模块连接至显示模块和处理模块，用于设定通道的耦合方和电压档位。处理模块连接至显示模块和设置模块，用于获取输入信号的电压的最大值和最小值，并根据电压的最大值和最小值确定通道有无信号；在确定通道有信号的情况下，控制设置模块将耦合方式设定为交流耦合；获取信号周期，并根据信号周期确定时基档位；控制设置模块将耦合方式切换为直流耦合并将电压档位设定为最大档位，获取电压的最大值和最小值，判断信号是否处于预定波形显示区；在判断信号未处于预定波形显示区的情况下，控制设置模块减小电压档位并重新获取电压的最大值和最小值。

处理模块包括现场可编程门阵列(FPGA，Field－ProgrammableGateArray，现场可编程逻辑门阵列)。

处理模块根据电压的最大值和最小值确定通道有无信号的方式为：当电压的最大值处于第三阈值以下，或者电压的最小值处于第八阈值以上，或者电压的最小值处于第三阈值以下且最大值处于第八阈值以上时，处理模块确定通道为有信号；各阈值由小到大的顺序为第三阈值、第八阈值。

对于单通道信号，预定波形显示区为显示模块中处于第三阈值至第八阈值以外且处于第一阈值至第十阈值以内的区域；各阈值由小到大的顺序为第一阈值、第三阈值、第八阈值、第十阈值。

对于双通道信号，预定波形显示区为显示模块中处于第二阈值至第四阈值以外且处于第一阈值至第五阈值以内的区域以及处于第七阈值至第九阈值以外且处于第六阈值至第十阈值以内的区域；各阈值由小到大的顺序为第一阈值、第二阈值、第四阈值、第五阈值、第六阈值、第七阈值、第九阈值、第十阈值。

在本实用新型的一种实施方式中，第一阈值至第十阈值的具体取值为纵坐标5、纵坐标25、纵坐标50、纵坐标75、纵坐标95、纵坐标105、纵坐标125、纵坐标150、纵坐标175、纵坐标195。或者，在本实用新型的一种实施方式中，第一阈值至第十阈值的具体取值为5mv、25mv、50mv、75mv、95mv、105mv、125mv、150mv、175mv、195mv。本领域的技术人员可以根据实际情况，灵活设置各个阈值的具体取值。

示波器还包括用于对信号进行测频的硬件测频模块，处理模块还用于在硬件测频模块测频成功且通道中有交流信号的情况下(双通道的信号都为交流信号，或者双通道的信号一个为交流信号、一个为直流信号，或者单通道的信号为交流信号)，控制设置模块将交流信号的时基中取值最大的时基值作为时基档位，并触发具有最大的时基值的交流信号的通道。

在硬件测频模块测频成功且通道中都是直流信号的情况下(双通道的信号都为直流信号，或者单通道的信号为直流信号)，控制设置模块将时基档位设定为第三预定时基档位，并触发具有最大电压值的信号的通道。

处理模块还用于在硬件测频模块测频失败且通道中有交流信号的情况下(双通道的信号都为交流信号，或者双通道的信号一个为交流信号、一个为直流信号，或者单通道的信号为交流信号)，触发峰峰值(VPP，peak-to-peakvalue,pk-pk)最大的交流信号的通道，并控制设置模块将时基档位设定为第一预定时基，计算预定波形显示区内波形的周期数；若周期数小于第一预定周期数，则控制设置模块加大时基，直至计算出的周期数大于第一预定周期数为止；若时基在第二预定时基时周期数仍小于第一预定周期数，则停止计算，控制设置模块将此时的档位设定为最终时基档位；若周期数大于第二预定周期数，则将当前时基档位减小一个档位并再次计算，直至计算出的周期数小于第二预定周期数。

在硬件测频模块测频失败且通道中都是直流信号的情况下(双通道的信号都为直流信号，或者单通道的信号为直流信号)，控制设置模块将时基档位设定为第三预定时基档位，触发具有最大电压值的信号的通道。在本实用新型的一种实施方式中，第一预定时基为500μs，第二预定时基为10ms；第三预定时基档位的取值为10ms至250μs范围中的任何一个档位值；第一预定周期数为3，第二预定周期数为6。本领域的技术人员可以根据实际情况，灵活设置各个预定时基和预定周期数的取值。

处理模块还用于根据电压的最大值和最小值确定信号的类型，具体为：处理模块计算电压的最大值与最小值的差值，将差值与规定精度进行比较，如果差值小于规定精度，则确定信号只有直流信号；如果差值大于规定精度，则确定信号既有交流信号又有直流信号。规定精度可以为10个像素点的长度，本领域技术人员也可以根据实际情况将规定精度设置为大于或者小于10像素点，但通常不能过大或过小。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用处理模块，利用硬件模块来根据电压的最大值和最小值确定通道有无信号以及判断信号是否处于预定波形显示区，与现有的采用autoset算法执行相同操作的形式相比较，节省了检测信号的时间，提高了工作效率。

附图说明

图1为实施例一的示波器的结构示意图；

图2为实施例一的示波器检测信号的流程示意图；

图3为实施例一的单通道信号的预定波形显示区示意图；

图4为实施例一的双通道信号的预定波形显示区示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

实施例一：

如图1所述为本实用新型实施例一的示波器的结构示意图，示波器包括输入模块001、处理模块002、设置模块003和显示模块004。

本实施例中，处理模块002为现场可编程门阵列(FPGA，Field－ProgrammableGateArray)。FPGA是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

输入模块001用于获取外部输入的信号，下面结合图2详细说明示波器对信号进行检测的流程，示波器对信号进行检测包括有无信号检测过程，还可以包括交直流信号检测过程。

有无信号检测过程主要包括以下步骤：

S001、设定通道的耦合方式。在这个步骤中，设定通道的耦合方式为直流耦合，从而保证在后续的步骤中示波器可以同时检测交流信号和直流信号。

S002、通过设置模块设定电压档位和时基档位。在这个步骤中，电压档位设定为最小档位，例如可以为2mv；时基档位设定为较大档位，例如可以是1ms至10ms之间的值。设置电压档位和时基档位的目的在于尽可能使信号波形完整地显示在示波器屏幕的波形显示区内。

S003、通过FPGA获取信号的电压的最大值和最小值，确定通道有无信号。具体地，当电压的最大值处于纵坐标50(即50mv)以下，或者电压的最小值处于纵坐标150(即150mv)以上，或者电压的最小值处于纵坐标50(即50mv)以下且最大值处于纵坐标150(即150mv)以上时，所述处理模块确定通道为有信号。在本实用新型的其它实施例中，本领域技术人员也可以灵活选择，设置纵坐标50(即50mv)和纵坐标150(即150mv)以外的其它数值来和电压的最大值与最小值进行比较进而确定通道有无信号。

S004、如果有信号，则FPGA控制设置模块将耦合方式设定为交流耦合，再次通过FPGA获取到电压的最大值和最小值，确定通道是否有信号。

S005、如果有信号，则通过FPGA获取信号的周期(连续两条上升沿或下降沿之间，具有相同纵坐标值的两点之间的时间差)，并根据信号的周期确定相应时基档位，控制所述设置模块将耦合方式切换为直流耦合并将电压档位设定为最大档位，通过FPGA获取电压的最大值和最小值，确定信号是否落在预定波形显示区内。本实施例中，对于单通道信号，如图3所示，预定波形显示区为显示模块中处于纵坐标50(即50mv)至150(即150mv)以外且处于纵坐标5(即5mv)至195(即195mv)以内的区域；对于双通道信号，如图4所示，预定波形显示区为显示模块中处于纵坐标25(即25mv)至75(即75mv)以外且处于纵坐标5(即5mv)至95(即95mv)以内的区域以及处于纵坐标125(即125mv)至175(即175mv)以外且处于纵坐标105(即105mv)至195(即1950mv)以内的区域。在本实用新型的其它实施例中，本领域技术人员也可以灵活选择，设置其他的区域为预定波形显示区。

S006、如果确定信号没有落在预定波形显示区内，则调整电压档位，使得信号的电压的最大值或最小值处于预定波形显示区。在这个步骤中，FPGA控制设置模块减小电压档位(即调整电压档位)，重新获取电压的最大值和最小值并再次判断，如果信号没有落在波形显示区内则重复这一步骤，直至波形的最大值或最小值处于预定波形显示区为止，此时可确定电压档位。

至此，有无信号检测的过程结束。

示波器可以进一步进行交直流信号检测，主要包括以下步骤：

S007、通过FPGA计算信号的电压的最大值与最小值的差值并确定信号的类型。在该步骤中，将差值与规定精度进行比较，如果所述差值小于所述规定精度，则确定信号只有直流信号；如果所述差值大于所述规定精度，则确定信号既有交流信号又有直流信号。本实施例中，规定精度为10个像素点的长度，本领域技术人员也可以根据实际情况将规定精度设置为大于或者小于10像素点，但通常不能过大或过小。

S008、硬件测频、确定时基档位。

在该步骤中，时基档位的设置方法随着硬件测频的结果和信号通道的数量的不同而不一样，具体分如下几种情况：

在所述硬件测频模块测频成功且通道中有交流信号的情况下(双通道的信号都为交流信号，或者双通道的信号一个为交流信号、一个为直流信号，或者单通道的信号为交流信号)，控制所述设置模块将交流信号的时基中取值最大的时基值作为时基档位，并触发该取值最大的时基值的交流信号的通道。具体地，如果双通道的信号都为交流信号，且都测频成功，则取两信号中较大的时基值作为时基档位，并触发具有该较大时基值的信号的通道；如果其中一个通道的信号测频失败，另一通道的信号测频成功，则取测频成功的通道的信号的时基值作为时基档位，并触发该通道；如果单通道的信号为交流信号时，取该交流信号的时基值作为时基档位，并触发该通道。

在所述硬件测频模块测频成功且通道中都是直流信号的情况下(双通道的信号都为直流信号，或者单通道的信号为直流信号)，控制所述设置模块将时基档位设定为10ms至250μs，并触发具有最大电压值的信号的通道。具体地，如果双通道的信号都为直流信号，则取10ms至250μs作为时基档位，并触发具有最大电压值的信号的通道；如果单通道的信号为直流信号，则取10ms至250μs作为时基档位，并触发该通道。

在所述硬件测频模块测频失败且通道中有交流信号的情况下(双通道的信号都为交流信号，或者双通道的信号一个为交流信号、一个为直流信号，或者单通道的信号为交流信号)，触发峰峰值最大的交流信号的通道，并控制所述设置模块将时基档位设定为500μs，计算所述预定波形显示区内波形的周期数，若所述周期数小于3，则控制所述设置模块加大时基，直至计算出的周期数大于3为止；若时基在10ms时周期数仍小于3，则停止计算，控制所述设置模块将此时的档位设定为最终时基档位；若所述周期数大于6，则将当前时基档位减小一个档位并再次计算，直至计算出的周期数小于6。

如果对于双通道信号，一个通道为交流信号，另一通道为直流信号，且具有交流信号的通道测频失败，则触发具有该交流信号的通道，并控制所述设置模块将时基档位设定为500μs，计算所述预定波形显示区内波形的周期数，若所述周期数小于3，则控制所述设置模块加大时基，直至计算出的周期数大于3为止；若时基在10ms时周期数仍小于3，则停止计算，控制所述设置模块将此时的档位设定为最终时基档位；若所述周期数大于6，则将当前时基档位减小一个档位并再次计算，直至计算出的周期数小于6。

在所述硬件测频模块测频失败且通道中都是直流信号的情况下(双通道的信号都为直流信号，或者单通道的信号为直流信号)，控制所述设置模块将时基档位设定为10ms至250μs，触发具有最大电压值的信号的通道。

结束。

本实施例利用FPGA来根据电压的最大值和最小值确定通道有无信号以及判断信号是否处于预定波形显示区，与现有的采用autoset算法执行相同操作的形式相比较，节省了检测信号的时间，提高了工作效率。

以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (7)

1.一种高效率检测信号的示波器，包括用于显示波形的显示模块，其特征在于，还包括输入模块、设置模块和处理模块；

所述输入模块连接至所述处理模块，用于获取输入信号；

所述设置模块连接至所述显示模块和所述处理模块，用于设定通道的耦合方式和电压档位；

所述处理模块连接至所述显示模块和所述设置模块，用于获取输入信号的电压的最大值和最小值，并根据所述电压的最大值和最小值确定通道有无信号；

所述处理模块还用于在确定通道有信号的情况下，控制所述设置模块将耦合方式设定为交流耦合；获取信号周期，并根据所述信号周期确定时基档位；控制所述设置模块将耦合方式切换为直流耦合并将电压档位设定为最大档位，获取电压的最大值和最小值，判断信号是否处于预定波形显示区。

2.如权利要求1所述的示波器，其特征在于，所述处理模块包括现场可编程门阵列。

3.如权利要求1所述的示波器，其特征在于，所述处理模块在判断信号未处于预定波形显示区的情况下，控制所述设置模块减小电压档位并重新获取电压的最大值和最小值。

4.如权利要求1所述的示波器，其特征在于，对于单通道信号，所述预定波形显示区为显示模块中处于第三阈值至第八阈值以外且处于第一阈值至第十阈值以内的区域；各阈值由小到大的顺序为第一阈值、第三阈值、第八阈值、第十阈值。

5.如权利要求1所述的示波器，其特征在于，对于双通道信号，所述预定波形显示区为显示模块中处于第二阈值至第四阈值以外且处于第一阈值至第五阈值以内的区域以及处于第七阈值至第九阈值以外且处于第六阈值至第十阈值以内的区域；各阈值由小到大的顺序为第一阈值、第二阈值、第四阈值、第五阈值、第六阈值、第七阈值、第九阈值、第十阈值。

6.如权利要求1-5任一项所述的示波器，其特征在于，还包括用于对信号进行测频的硬件测频模块，所述处理模块还用于

在所述硬件测频模块测频成功且通道中有交流信号的情况下，控制所述设置模块将交流信号的时基中取值最大的时基值作为时基档位，并触发具有最大的时基值的交流信号的通道；

在所述硬件测频模块测频成功且通道中都是直流信号的情况下，控制所述设置模块将时基档位设定为第三预定时基档位，并触发具有最大电压值的信号的通道。

7.如权利要求6所述的示波器，其特征在于，所述处理模块还用于根据电压的最大值和最小值确定信号的类型。