[发明专利]具有显示三维波形信息的高刷新率数字示波器

说明书

技术领域

本发明涉及数字示波器，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

本发明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，本发明采取下述技术方案： 

本发明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。