CN2938113Y - 一种数字示波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种数字示波器，该数字示波器包括电源、信号输入单元、控制处理单元、随机存储器、显示单元、输入和输出端口和人机界面单元，其特征在于，所述数字示波器还包括：波形录制单元，与控制处理单元相连接，用于将数字示波器的波形录制参数和满足所述波形录制参数的波形存储至所述波形存储单元；波形回放单元，与控制处理单元相连接，根据用户输入的波形回放参数，从波形存储单元读取满足所述波形回放参数的波形，并将该波形显示在显示单元上；波形存储单元，耦合于控制处理单元，用于存储录制的波形。本实用新型的数字示波器能够实现长时间的波形记录。

Description

一种数字示波器

技术领域

本实用新型涉及数字示波器领域，具体来讲是一种具有波形录制功能的数字示波器。

背景技术

数字示波器主要是用于观察信号的时域变化关系，波形的记录长度主要决定于其自身的存储深度和采样率，波形的记录长度T、存储深度L和采样率Sa具有如下的关系：T＝L/Sa；因此，当L固定的情况下，Sa又需要满足实际测量要求的情况下，想观察长时间的信号时域变化，基本无法达到。

目前，国内外市场上的示波器主要是通过提高存储深度L的做法，这种做法从一定程度上提高了示波器的波形记录长度。例如目前示波器领域中最高存储深度的示波器为Agilent公司的一款128M的示波器，它从硬件将波形记录长度提高了将近2到3个数量级。但是，由于存储深度L毕竟有限，要真正做到长时间的波形记录必定也需要相应提高存储深度，因此如果需要长时间的波形记录很难通过此种方案来实现。而且示波器的存储深度基本都是由高速SRAM来实现的，增大存储深度意味着成本的提高，这是每一个生产厂商必须考虑的问题。

实用新型内容

鉴于上述的问题，本实用新型的目的在于提供一种可以实现长时间的波形记录的数字示波器。

本实用新型提供了一种数字示波器，该数字示波器包括电源、信号输入单元、控制处理单元、随机存储器、显示单元、输入和输出端口以及人机界面单元；所述数字示波器还包括波形录制单元、波形回放单元和耦合于控制处理单元的波形存储单元，其中，波形录制单元，与控制处理单元相连接，用于将用户设置的波形录制参数和满足所述波形录制参数的波形数据缓存至随机存储器；并且当用户输入存储命令时，将缓存在随机存储器中的波形录制参数和满足所述波形录制参数的波形数据存储至所述波形存储单元；波形回放单元，与控制处理单元相连接，用于根据用户输入的波形回放参数和回放命令，从波形存储单元读取满足所述波形回放参数的波形数据，并将该波形数据存储至随机存储器；以及将满足所述波形回放参数的波形显示在显示单元上。

所述的随机存储器为同步动态随机存储器或静态随机存储器；所述的随机存储器包括数据缓存区和显示存储区。

所述的波形录制单元包括：缓存模块，用于将用户设置的波形录制参数和满足所述波形录制参数的波形数据缓存至所述的随机存储器的数据缓存区；存储模块，用于在缓存结束后，当用户输入存储命令时，将缓存在所述数据缓存区的波形录制参数和满足所述波形录制参数的波形数据存储至波形存储单元。

所述的波形回放单元包括：调出模块，用于根据用户输入的波形回放参数和回放命令，从波形存储单元读取满足所述波形回放参数的波形数据，并将该波形数据存储至随机存储器；显示模块，用于将存储在显示存储区的满足所述波形回放参数的波形显示在显示单元上。

所述人机界面单元与控制处理单元相连接，用于用户设置波形录制参数和用户输入存储命令、回放命令和波形回放参数。

所述的耦合于控制处理单元是指：随机存储器以及输入和输出端口分别与控制处理单元相连接，并且波形存储单元与随机存储器或者输入和输出端口相连接。

所述的波形存储单元为非易失性存储器、U盘或PC机的硬盘。

所述的输入和输出端口为RS232、USB或通用接口总线。

所述控制处理单元包括CPU、采样信号存储器和逻辑电路；其中，CPU，与信号输入单元、采样信号存储器、逻辑电路、人机界面单元和显示单元相连接，用于控制各组成单元之间的数据通信；采样信号存储器，与逻辑电路相连接，用于存储输入信号的采样数据；逻辑电路，与信号输入单元相连接，用于控制信号输入单元的时基、触发、采样和数据处理。

所述的信号输入单元包括探针、放大器和模数转换单元；其中探针，用于接收输入的模拟信号；放大器，与所述探针和模数转换单元相连接，用于控制所述模拟信号输入的增益、偏移，以产生一个合适幅度的信号，并将该信号发送给模数转换单元；模数转换单元，用于将输入的模拟信号转换为数字信号，并将该数字信号发送给所述控制处理单元。

所述的显示单元为液晶显示器或等离子显示器；所述的人机界面单元为键盘、触摸屏或鼠标。

本实用新型的有益效果在于，提供了一种具有波形录制功能的数字示波器，该数字示波器能够实现长时间的波形记录，以达到定性观察波形的时域变化过程。具体如下：

1)能够实现长时间的波形记录。通过设定录制的间隔时间(Δt)以及录制的帧数(F)，可以达到录制时间长度为T＝Δt×F的波形记录；并且，由于波形存储单元可以采用价格低于SDRAM的非易失性存储器，所以可以用低成本的存储器而实现长时间的波形记录；

2)能够实现录制波形的存储。录制的波形可以存储在数字示波器的内部FLASH中，甚至可以通过输入和输出端口(USB Host、USB Device、RS232或GPIB)存储到外部设备中，该外部设备可以使用U盘、PC机的硬盘等等，这样就可以实现更多的波形记录；

3)能够实现录制波形的回放。当用户需要对记录的波形数据进行重新分析的情况下，可以调出录制的波形并且进行回放，或者指定某一帧的波形进行分析，用户可以方便的在第二时间分析信号。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的数字示波器的结构框图；

图2为本实用新型的数字示波器的波形显示方法的流程图；

图3为本实用新型的数字示波器的波形录制过程的流程图；

图4为本实用新型的数字示波器的波形回放过程的流程图；

图5为本实用新型的另一实施例的数字示波器的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型。由于现有技术中的数字示波器中的用于存储显示波形的随机存储器(如同步动态随机存储器)在掉电以后会丢失数据，而且数字示波器的波形记录长度是由该实时存储器的存储深度所决定，如果要提高该实时存储器的存储深度将会导致成本的剧增。

因此，本实用新型提供了一种具有全新波形录制功能的数字示波器，该数字示波器可以通过用户设定的录制间隔时间以及录制的帧数，将数字示波器采样的波形数据，以可变的时间间隔按帧为单位存储在非易失性存储设备上，以实现长时间的波形记录；对于录制波形的存储，可以将录制的波形存储在示波器的内部FLASH中，也可以通过输入和输出端口存储到外部设备中；用户可以在任意时刻对已存储的录制波形进行回放，并且用户可以根据需要设置回放时的帧和帧的时间间隔以及回放的起始帧和终止帧。

本实用新型提供了一种数字示波器，该数字示波器包括电源、信号输入单元、控制处理单元、随机存储器、显示单元、输入和输出端口以及人机界面单元；所述数字示波器还包括波形录制单元、波形回放单元和耦合于控制处理单元的波形存储单元，其中，波形录制单元，与控制处理单元相连接，用于将用户设置的波形录制参数和满足所述波形录制参数的波形数据缓存至随机存储器；并且当用户输入存储命令时，将缓存在随机存储器中的波形录制参数和满足所述波形录制参数的波形数据存储至所述波形存储单元；波形回放单元，与控制处理单元相连接，用于根据用户输入的波形回放参数和回放命令，从波形存储单元读取满足所述波形回放参数的波形数据，并将该波形数据存储至随机存储器；以及将满足所述波形回放参数的波形显示在显示单元上。

本实用新型的数字示波器通过CPU将采集到的波形数据，按照用户设定的波形录制的时间间隔将数据存储到随机存储器，此处的随机存储器可以为同步动态存储器(SDRAM)或静态存储器(SRAM)；再将随机存储器中已录制的波形数据存储到内部非易失性存储器或外部存储器中。这样在任何时刻，即使是在掉电以后，用户都可以方便的从内部非易失性存储器或外部存储器中调出已录制的波形数据到随机存储器中，然后通过回放功能实现波形的再现。而且相比较于随机存储器，提高内部非易失性存储器或外部存储器的容量的成本比较低。

如图1所示为本实用新型的数字示波器的结构框图。如图1所示的数字示波器包括电源10、信号输入单元、控制处理单元、同步动态随机存储器(SDRAM)203、显示单元12、输入和输出端口(I/O port)205和人机界面单元。其中信号输入单元包括探针18、可变增益放大器(VGA)17和模数转换单元16；控制处理单元包括逻辑电路15、采样信号存储器14和中央处理器(CPU)13；人机界面单元为键盘11，人机界面单元还可以是触摸屏或鼠标。

本实用新型的数字示波器还包括波形录制单元201、波形回放单元202和波形存储单元204。

下面详细介绍数字示波器的各组成单元的连接方式和功能。

电源10主要用于为整个数字示波器提供电源。

探针18，用于接收待测的模拟信号；

VGA17位于探针18和模数转换单元16之间，用于控制前端模拟信号输入的增益和偏移，以将探针18接收的模拟信号进行放大处理，从而产生一个合适幅度的信号，并将信号输出给模数转换单元16；

模数转换单元16，用于接收从VGA17输入的信号，并将该信号转换为数字信号；

逻辑电路15与模数转换单元16相连接，用于控制模数转换单元16的时基、触发、采样、数据处理等；

采样信号存储器14与逻辑电路15相连接，用于存储输入模拟信号的采样信号，这里的采样信号存储器14可以是高速SRAM。

CPU13是整个数字示波器的核心部分，与波形录制单元201、波形回放单元202、SDRAM203和波形存储单元204、采样信号存储器14、逻辑电路15、键盘11和I/O端口205相连接，用于处理包括从键盘11或者I/O端口205输入的外部信息，进行数据处理、实现输入输出控制、控制逻辑电路以及各组成单元之间的数据通信等。

键盘11主要用于向用户提供外部操作界面。在本实用新型中，用户可以通过键盘11设置波形录制参数和输入存储命令、回放命令和波形回放参数。

I/O端口205，主要实现数据传输，可以为RS232、USB和通用接口总线(GPIB)。在本实用新型中，如果采用外部存储器，则该外部存储器通过I/O端口205与示波器相连接。

显示单元12，与CPU13相连接，用于显示波形。

SDRAM203，与CPU13相连接，用于实时存储用于显示的波形或者录制的波形。SDRAM包括用于缓存录制的波形数据的数据缓存区和缓存用于显示的波形数据的显示存储区。所述的数据缓存区的大小由硬件决定，理论上是越大越好。本实施例中的数据缓存区为1M字节(byte)，具有1000帧的录制长度，每帧的数据长度为1K。

波形录制单元201，与CPU13相连接，用于将用户设置的波形录制参数和满足所述波形录制参数的波形数据缓存至随机存储器；并且当用户输入存储命令时，将缓存在随机存储器中的波形录制参数和满足所述波形录制参数的波形数据存储至所述波形存储单元。其中，波形录制单元201还包括：缓存模块，用于将用户设置的波形录制参数和满足所述波形录制参数的波形数据缓存至所述的随机存储器的数据缓存区；存储模块，用于在缓存结束后，当用户输入存储命令时，将缓存在所述数据缓存区的波形录制参数和满足所述波形录制参数的波形数据存储至波形存储单元。

波形回放单元202，与CPU13相连接，用于根据用户输入的波形回放参数和回放命令，从波形存储单元读取满足所述波形回放参数的波形数据，并将该波形数据存储至随机存储器；以及将满足所述波形回放参数的波形显示在显示单元上。其中，波形回放单元202还包括：调出模块，用于根据用户输入的波形回放参数和回放命令，从波形存储单元读取满足所述波形回放参数的波形数据，并将该波形数据存储至随机存储器；显示模块，用于将存储在显示存储区的满足所述波形回放参数的波形显示在显示单元上。

波形存储单元204，与SDRAM203相连接，用于存储录制的波形。在本实用新型中，波形存储单元204为非易失性存储器(FLASH)。

下面结合图2说明本实用新型的数字示波器的显示方法的流程图。

首先由CPU13判断是否有用户从键盘输入的信息。如果有，则处理键盘消息，即根据不同的按键信息执行不同的动作(见步骤S201)，例如，用户按下自动(AUTO)键，则示波器开始执行自动测量功能；如果没有用户从键盘输入的信息，则继续保持目前的状态。

在处理完键盘消息后，判断是否有接口(如I/O端口)消息。如果有，例如上位机(如PC机)向示波器发送了一个命令，则处理I/O端口的消息，则处理I/O端口消息，即示波器根据不同的端口消息执行不同的动作(见步骤S202)。

在处理完键盘消息和接口消息后，CPU13判断当前的运行状态(见步骤S203)。如果步骤S203的判断结果为运行状态，则CPU13执行步骤S204；如果步骤S203的判断结果为停止状态，则CPU13执行步骤S206。

在步骤S204中，CPU13判断信号输入单元的信号采样是否完成；如果判断结果为是，则执行步骤S205；如果判断结果为否，则执行步骤S207。

在步骤S205中，对已经采样到的数据进行信号处理，例如，在不满足波形录制条件的情况下，可以执行现有技术中的信号处理(如数字滤波、测量等)，以通过SDRAM进行现有技术中实时波形显示；当满足波形录制条件的情况下，可以中断常规的波形显示处理，而进行波形录制过程。在本实用新型中，将着重介绍波形录制单元201进行波形录制的过程。

在步骤S206中，对信号进行信号处理。例如，在不满足波形回放条件的情况下，可以执行现有技术中的信号处理(如垂直及水平缩放等)，以进行停止状态下的常规波形显示；当满足波形回放条件的情况下，可以中断常规的波形显示处理，而进行波形回放过程。在本实用新型中，着重介绍波形回放单元202进行波形回放的过程。

在步骤S207中，将经过信号处理后的数据显示在显示单元12上。如果是在步骤S204之后执行步骤S207，则可以为显示上次处理过的波形。

下面结合图3说明本实用新型的数字示波器的波形录制过程。所述的波形录制过程由波形录制单元201完成，具体步骤如下：

步骤S301，波形录制单元201将当前示波器的波形录制参数存储到SDRAM203中的数据缓存区，这里的波形录制参数是指示波器的设置，包括录制的时间间隔、起始帧和终止帧等信息，可以根据用户需求和硬件条件设定。

步骤S302，波形录制单元201判断是否满足波形录制参数，例如利用示波器中的定时器判断时间间隔是否已经结束，如果时间间隔已经结束，即满足波形录制参数时，则执行步骤S303；如果时间间隔未结束，即不满足波形录制参数时，继续通过SDRAM203进行实时的波形显示。

步骤S303、波形录制单元201设置n＝波形录制参数中的起始帧，该起始帧即为满足波形录制参数的当前帧。

步骤S304、波形录制单元201将第n帧的波形数据缓存至SDRAM203的数据缓冲区中；这里的波形数据是从采样信号存储器14中输出的。

步骤S305、波形录制单元201设置n＝n+1，其中n为整数。

步骤S306、波形录制单元201判断n是否等于结束帧，如果判断结果为是，则执行步骤S307；如果判断结果为否，则重复步骤S304至步骤S306。

步骤S307、波形录制单元201通过CPU13将SDRAM203中的数据缓冲区中录制的波形数据存储至波形存储单元204中。此步骤为当用户从键盘输入存储命令时执行。

在上述的步骤中，步骤S301至步骤S306由波形录制单元201中的缓存模块执行，步骤S307由波形录制单元201中的存储模块执行。

下面，结合图4说明本实用新型的数字示波器进行波形回放的过程。所述的波形回放过程由波形录制单元201完成，具体步骤如下：

步骤S401、当用户需要对录制的波形进行回放时，用户输入回放命令，则波形回放单元202中先读取波形录制参数，通过读取的波形录制参数，用户就能知道存储在波形存储单元204中的波形数据的起始帧和终止帧，也就是能够知道已存的总的波形数据的帧数。这样，用户就能够在存储的波形数据的范围内设置回放的起始帧和终止帧。

步骤S402、波形回放单元202读取用户设置的波形回放参数，该波形回放参数包括回放的起始帧和终止帧，还包括波形回放的时间间隔。

步骤S403、波形回放单元202判断是否满足波形回放参数，即利用数字示波器中的定时器判断回放的时间间隔是否结束，如果是，则满足波形回放参数，执行步骤S404；如果不是，则不满足波形回放参数，波形回放过程结束。

步骤S404、波形回放单元202设置n＝波形回放参数中的起始帧；

步骤S405、波形回放单元202通过CPU13从波形存储单元204中读取第n帧的波形数据；在步骤S405中，需要通过波形数据指针定位第n帧的地址，该数据指针的计算公式为：波形录制数据的起始帧的地址+(n-1)×每帧1K数据；那么第n帧的波形数据就是从上述计算出来的数据指针开始的1K数据。

步骤S406、波形回放单元202将第n帧的波形数据存储至SDRAM203中的显示存储区中；

步骤S407、波形回放单元202设置n＝n+1，其中，n为整数；

步骤S408、波形回放单元202判断n是否等于波形回放参数中的终止帧，如果判断结果为是，则执行步骤S409；如果判断结果为否，则重复步骤S405至步骤S408。

步骤S409，波形回放单元202通过CPU13将SDRAM203中的显示存储区中的波形数据显示在显示单元中。

在上述的步骤中，步骤S401至步骤S408由波形回放单元202中的调出模块执行，步骤S409由波形回放单元202中的显示模块执行。在波形回放过程中，即可以进行一次回放即结束，也可以进行循环回放。

在本实用新型中，用于存储录制的波形数据的波形数据单元既可以是如图1所示的内部的非易失性存储器(FLASH)；还可以是如图5所示的外部存储设备。

如图5所示，与图1的数字示波器的不同之处在于，图5的波形存储单元204不是与SDRAM203相连接的内部的非易失性存储器，而是通过I/O端口和数字示波器相连接，该波形存储单元204可以是移动存储器(如U盘)，还可以是PC机的硬盘。如图5所示的数字示波器中的电源10、信号输入单元、控制处理单元、波形录制单元201、波形回放单元202、SDRAM203、显示单元12、人机界面单元和I/O端口205的连接方式和功能都与图1中的相同。图5中的数字示波器进行波形显示、波形录制过程和波形回放过程与图1中的数字示波器相同，具体见图2、图3和图4。

以上具体实施方式仅用于说明本实用新型，而非用于限定本实用新型。

Claims (11)

1.一种数字示波器，该数字示波器包括电源、信号输入单元、控制处理单元、随机存储器、显示单元、输入和输出端口以及人机界面单元，其特征在于，所述数字示波器还包括波形录制单元、波形回放单元和耦合于控制处理单元的波形存储单元，其中

波形录制单元，与控制处理单元相连接，用于将用户设置的波形录制参数和满足所述波形录制参数的波形数据缓存至随机存储器；并且当用户输入存储命令时，将缓存在随机存储器中的波形录制参数和满足所述波形录制参数的波形数据存储至所述波形存储单元；

波形回放单元，与控制处理单元相连接，用于根据用户输入的波形回放参数和回放命令，从波形存储单元读取满足所述波形回放参数的波形数据，并将该波形数据存储至随机存储器；以及将满足所述波形回放参数的波形显示在显示单元上。

2.根据权利要求1所述的数字示波器，其特征在于，所述的随机存储器为同步动态随机存储器或静态随机存储器；所述的随机存储器包括数据缓存区和显示存储区。

3.根据权利要求2所述的数字示波器，其特征在于，所述的波形录制单元包括：

缓存模块，用于将用户设置的波形录制参数和满足所述波形录制参数的波形数据缓存至所述的随机存储器的数据缓存区；

存储模块，用于在缓存结束后，当用户输入存储命令时，将缓存在所述数据缓存区的波形录制参数和满足所述波形录制参数的波形数据存储至波形存储单元。

4.根据权利要求2所述的数字示波器，其特征在于，所述的波形回放单元包括：

调出模块，用于根据用户输入的波形回放参数和回放命令，从波形存储单元读取满足所述波形回放参数的波形数据，并将该波形数据存储至随机存储器；

显示模块，用于将存储在显示存储区的满足所述波形回放参数的波形显示在显示单元上。

5.根据权利要求1所述的数字示波器，其特征在于，所述人机界面单元与控制处理单元相连接，用于用户设置波形录制参数和用户输入存储命令、回放命令和波形回放参数。

6.根据权利要求1所述的数字示波器，其特征在于，所述的耦合于控制处理单元是指：随机存储器以及输入和输出端口分别与控制处理单元相连接，并且波形存储单元与随机存储器或者输入和输出端口相连接。

7.根据权利要求1所述的数字示波器，其特征在于，所述的波形存储单元为非易失性存储器、U盘或PC机的硬盘。

8.根据权利要求1所述的数字示波器，其特征在于，所述的输入和输出端口为RS232、USB或通用接口总线。

9.根据权利要求1所述的数字示波器，其特征在于，所述控制处理单元包括CPU、采样信号存储器和逻辑电路；其中

CPU，与信号输入单元、采样信号存储器、逻辑电路、人机界面单元和显示单元相连接，用于控制各组成单元之间的数据通信；

采样信号存储器，与逻辑电路相连接，用于存储输入信号的采样数据；

逻辑电路，与信号输入单元相连接，用于控制信号输入单元的时基、触发、采样和数据处理。

10.根据权利要求1所述的数字示波器，其特征在于，所述的信号输入单元包括探针、放大器和模数转换单元；其中

探针，用于接收输入的模拟信号；

放大器，与所述探针和模数转换单元相连接，用于控制所述模拟信号输入的增益、偏移，以产生一个合适幅度的信号，并将该信号发送给模数转换单元；

模数转换单元，用于将输入的模拟信号转换为数字信号，并将该数字信号发送给所述控制处理单元。

11.根据权利要求1所述的数字示波器，其特征在于，所述的显示单元为液晶显示器或等离子显示器；所述的人机界面单元为键盘、触摸屏或鼠标。

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