一種數(shù)字示波器的波形搜索方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于波形搜索技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種數(shù)字示波器的波形搜索 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 示波器作為最為通用的測試儀器廣泛運(yùn)用于各個行業(yè)，一臺功能豐富的示波器能 夠得到更多用戶的青睞。隨著電子技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，電子電路系統(tǒng)度越來越 復(fù)雜、數(shù)據(jù)傳輸量也越來越大。通過調(diào)節(jié)示波器觸發(fā)類型的方法捕獲用戶感興趣的波形特 征已經(jīng)不能滿足需求，快速的從海量數(shù)據(jù)中搜索出所有用戶關(guān)心的波形特征能夠適應(yīng)當(dāng)今 復(fù)雜的電子電路系統(tǒng)測試需求。
[0003] 國內(nèi)示波器行業(yè)由于研究時間相對較短，普遍采用"現(xiàn)場可編程邏輯器件（FPGA) + 微處理器"的架構(gòu)。微處理器多數(shù)為單線程、系統(tǒng)時鐘不到200MHz。波形特征搜索采用軟 件的方式實現(xiàn)，即根據(jù)用戶設(shè)置的搜索條件在緩存區(qū)尋找符合條件的數(shù)據(jù)點(diǎn)。該方法有明 顯的缺陷：
[0004] (一）速度慢
[0005] 影響示波器的響應(yīng)時間。微處理器的單線程、低時鐘的工作方式?jīng)Q定了波形特征 搜索的指令逐步執(zhí)行、耗時嚴(yán)重。如ADSP BF531系統(tǒng)典型時鐘為133. 3MHz，在某時基檔位 下搜索波形的上升時間需要1000個時鐘周期。那么需要的時間約為7. 5us。
[0006] (二）降低波形捕獲率
[0007] 波形捕獲率Waeq與波形數(shù)據(jù)處理時間（采集的死區(qū)時間）D和采集時間T aeq的關(guān)系 如下：
[0009] 采用軟件的方式實現(xiàn)波形特征搜索功能，采用的是將緩沖區(qū)數(shù)據(jù)逐次的跟用戶設(shè) 定條件做比較，符合條件則標(biāo)記，然后繼續(xù)比較，直到緩沖區(qū)數(shù)據(jù)比較完成。這樣逐次比較 的過程浪費(fèi)大量的示波器處理時間，延長了波形采集的死區(qū)時間D，由上述公式可知，也就 降低了波形捕獲率。
[0010] (三）范圍小
[0011] 軟件方式只是查找顯示緩存區(qū)的數(shù)據(jù)。顯示緩存區(qū)存儲容量小，只有幾百個采樣 點(diǎn)，搜索到用戶感興趣的波形數(shù)量小，或者根本不能搜索到用戶感興趣的波形特征，但用戶 感興趣的波形特征卻存在。同時示波器中海量波形數(shù)據(jù)庫中的波形特征無法搜索，也極大 地降低了示波器的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種數(shù)字示波器的波形搜索方法， 利用硬件協(xié)同處理裝置實現(xiàn)波形搜索功能，改善數(shù)字示波器波形搜索速度慢、波形捕獲率 低、范圍小的缺陷。
[0013] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明一種數(shù)字示波器的波形搜索方法，其特征在于，包括 以下步驟：
[0014] (1)、對硬件協(xié)同處理裝置進(jìn)行初始化
[0015] (1. 1)、對信號整形電路初始化
[0016] 信號整形電路中的多路選擇器A選擇通道1作為默認(rèn)的信號輸入通道；
[0017] 根據(jù)數(shù)字示波器采集系統(tǒng)得到輸入信號的幅度V，將比較器H的閾值電平設(shè)置為 V/2,比較器L的閾值電平設(shè)置為0 ;
[0018] (1. 2)、對 FPGA 初始化
[0019] 將FPGA中的多路選擇器B、時間計數(shù)器模塊、地址生成器模塊、數(shù)據(jù)選擇器模塊、 觸發(fā)時間記錄模塊、波形搜索模塊、協(xié)同處理控制器模塊、波形搜索數(shù)據(jù)存儲器模塊進(jìn)行初 始化；
[0020] (2)、波形搜索參數(shù)設(shè)置
[0021] 用戶通過數(shù)字示波器的人機(jī)交互界面向硬件協(xié)同處理裝置設(shè)置相關(guān)波形參數(shù)；
[0022] (3)、信號輸入
[0023] 輸入信號經(jīng)過信號調(diào)理電路后輸入到硬件協(xié)同處理裝置，再經(jīng)過其內(nèi)部的信號整 形電路后得到數(shù)字信號，最后將數(shù)字信號送到FPGA中的多路選擇器B，并行執(zhí)行步驟（4)和 (5)；
[0024] (4) FPGA實現(xiàn)波形搜索
[0025] (4. 1)、使能裝置中的時間計數(shù)器模塊、地址生成器模塊，并根據(jù)步驟⑵的設(shè)置 相關(guān)波形參數(shù)使能指定的波形搜索模塊，并將多路選擇器B的輸出接入到該波形搜索模 塊，指定波形搜索模塊輸出的數(shù)據(jù)流通過數(shù)據(jù)選擇器模塊輸出到波形搜索數(shù)據(jù)存儲器中；
[0026] (4. 2)、FPGA重復(fù)的從輸入的數(shù)字信號流中查找符合條件的數(shù)字信號，如果沒有 找到符合條件的數(shù)字信號，則繼續(xù)執(zhí)行步驟（4. 2)，如果找到符合條件的數(shù)字信號，則進(jìn)一 步根據(jù)步驟（2)設(shè)置的參數(shù)判斷是否有持續(xù)時間長度要求，如果有持續(xù)時間長度要求的波 形，則進(jìn)入步驟（4.3);如果沒有持續(xù)時間長度要求的波形，則進(jìn)入步驟（4.4);
[0027] (4. 3)、記錄該數(shù)字信號出現(xiàn)的起始時間Ts和結(jié)束時間Te，得到該數(shù)字信號的波 形時間長度T = (Te-Ts)，再比較波形時間長度T與用戶設(shè)置的時間值Tu是否滿足用戶設(shè) 置關(guān)系，如果滿足，則將起始時間Ts送到時間數(shù)據(jù)總線上，再進(jìn)入步驟（4.5);如果不滿足， 則不向時間數(shù)據(jù)總線上傳輸數(shù)據(jù)；
[0028] (4. 4)、記錄該數(shù)字信號出現(xiàn)的起始時間Ts，并將起始時間Ts送到時間數(shù)據(jù)總線 上，再進(jìn)入步驟（4.5);
[0029] (4. 5)、當(dāng)時間數(shù)據(jù)總線上出現(xiàn)有效時間數(shù)據(jù)時，地址生成器從0地址依次循環(huán)產(chǎn) 生操作波形搜索數(shù)據(jù)存儲器所需要的寫地址，再根據(jù)當(dāng)前的地址將數(shù)據(jù)選擇器輸出的數(shù)據(jù) 流存入波形搜索數(shù)據(jù)存儲器中；
[0030] (5)、觸發(fā)時間記錄
[0031] 首先使能觸發(fā)時間記錄模塊，觸發(fā)時間記錄模塊在數(shù)字示波器有效的觸發(fā)信號產(chǎn) 生時，將時間計數(shù)器當(dāng)前的計數(shù)值鎖存到Dt"gCT中；將地址生成器當(dāng)前的地址鎖存到A &lgCT 中；
[0032] (6)、處理器數(shù)據(jù)處理
[0033] (6. 1)、處理器對數(shù)字示波器本次采集后的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和顯示；
[0034] (6. 2)、在步驟（6. 1)完成后，處理器讀取數(shù)字示波器當(dāng)前的時基檔位，計算出屏 幕顯示的時間長度Ddlsplay;讀取D "gCT、預(yù)觸發(fā)深度值Plength、波形搜索數(shù)據(jù)存儲器長度Pflfci, 計算出屏幕顯示所需的時間范圍D lf3ft和D Hght;
[0037] 其中，Dttlgra^t作為波形搜索數(shù)據(jù)與數(shù)字示波器觸發(fā)點(diǎn)對齊的參考值、D ^和D "ght 分別為屏幕顯示波形搜索數(shù)據(jù)對應(yīng)的最小值和最大值；
[0038] (6. 3)、處理器從At"gCT中依次向觸發(fā)前數(shù)據(jù)區(qū)讀取數(shù)據(jù)，如果讀取數(shù)據(jù)在D lrft和 Dt"gCT之間則在屏幕上標(biāo)記，如果讀取數(shù)據(jù)小于D lrft時則進(jìn)入步驟（6. 4);
[0039] (6. 4)、處理器從At"gCT中依次向觸發(fā)后數(shù)據(jù)區(qū)讀取數(shù)據(jù)，如果讀取數(shù)據(jù)在D &lgCT 和D"ght之間則在屏幕上標(biāo)記，如果讀取數(shù)據(jù)大于D "ght則停止標(biāo)記，且表示本次波形搜索完 成。
[0040] 本發(fā)明的發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的：
[0041] 本發(fā)明一種數(shù)字示波器的波形搜索方法，在硬件協(xié)同處理裝置中，根據(jù)用戶設(shè)置 的相關(guān)波形參數(shù)將經(jīng)過數(shù)字示波器的信號調(diào)理電路和信號整形電路的模擬信號轉(zhuǎn)換為1 路或者2路數(shù)字信號，該數(shù)字信號進(jìn)入用戶選中的波形搜索模塊。波形搜索模塊在FPGA的 系統(tǒng)時鐘下不斷檢測輸入的數(shù)字信號流符合用戶設(shè)置參數(shù)的邏輯電平，并將該邏輯電平出 現(xiàn)的起始時間Ts存入波形搜索數(shù)據(jù)存儲器中。微處理器從存儲器中讀取時間數(shù)據(jù)再據(jù)根 據(jù)當(dāng)前數(shù)字示波器的時基檔位計算出標(biāo)記點(diǎn)在屏幕上的對應(yīng)位置。
[0042] 同時，本發(fā)明一種數(shù)字示波器的波形搜索方法還具有以下有益效果：
[0043] (1)、本發(fā)明采用硬件（FPGA)的方式實現(xiàn)波形搜索，節(jié)約了搜索的時間。FPGA的時 鐘為300MHz左右，微處理器（如ADSP BF531)時鐘為133MHz左右，比如顯示緩存區(qū)有1600 個數(shù)據(jù)，采用微處理器搜索邊沿特征的時間至少為1600*7. 5ns = 12us，采用FPGA搜索邊沿 特征的時間5*3. 2ns = 16ns。單從消耗的時間來看，F(xiàn)PGA能夠在更短的時間內(nèi)完成。
[0044] (2)、微處理器的指令是逐條（串行）執(zhí)行，影響數(shù)字示波器的響應(yīng)時間。FPGA實 現(xiàn)搜索是并行執(zhí)行，即與數(shù)字示波器的采集同時運(yùn)行；幾乎不影響數(shù)字示波器的響應(yīng)時間， 微處理器只需要讀取存儲器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記，相對于采用純軟件實現(xiàn)波形特征搜索節(jié)約 了大量時間，對數(shù)字示波器的波形數(shù)據(jù)處理時間（采集的死區(qū)時間）D影響非常小，對波形 捕獲率的影響也就非常小。
[0045] (3)、軟件方法只能搜索顯示緩存區(qū)的數(shù)據(jù)，搜索搜索范圍由顯示緩存區(qū)大小決 定。增大硬件協(xié)同處理裝置存儲器的容量，則可以存儲更多的波形搜索數(shù)據(jù)，大容量存儲器 存儲