專利名稱：一種基于有限狀態機的示波器條件觸發方法
技術領域：
本發明是一種電子測量儀器的觸發方法，特別是用于波形顯示的示波器的技術領域。
背景技術：
“觸發”是示波器中必不可少的一個重要環節。沒有觸發的作用，波形的顯示就很難得到穩定。而對于一些特殊波形的捕獲和觀察，復雜的觸發機制也是無可避免的。典型的觸發機具有一個輸入端和一個輸出端，輸入端一般連接待測信號而輸出端連接波形采樣控制器。其主要工作過程是觸發機不斷連續監測待測信號，一旦發現符合觸發條件，觸發機就輸出觸發使能信號。因此，觸發機的核心就是對待測信號是否符合條件的連續監測，而不同的觸發方式、功能就對應著上述的“條件”。
現有的示波器大多采用邊沿觸發的方式，檢測能力有限。目前一些高檔的示波器支持一些較為復雜的觸發方式，如電視觸發、脈寬觸發、毛刺觸發、事件觸發、延遲觸發、跳便觸發等，對信號的分析有著很大的益處。但是，現代示波器所需要探測的波形是多種多樣的。在某些特殊場合，待測信號與雜散信號混合在一起，有時待測信號的出現只是一瞬間。如何在各種雜散波形中找出想要的波形片斷是一件令工程師非常頭痛的事情。高檔示波器所提供的那些較復雜的觸發功能每一種大多是針對某個特定的情況進行觸發，而對于一些特殊信號，特別是形狀特殊的波形往往就顯得無能為力。例如，在一個PSK信號中找出一個特定的相位跳變，在一系列類正弦波串中找出一個斜率特定的三角波等等。
發明內容
技術問題本發明的目的是提供一種基于有限狀態機的示波器條件觸發方法，該方法具有很強的通用性和特定性。通用性在于用戶可以任意設置十分復雜的觸發條件進行波形觸發，并且只要對其進行正確的設置，就可以實現邊沿觸發、脈寬觸發、毛刺觸發、超時觸發、延遲觸發、欠幅觸發、跳變觸發等現代示波器中多種多樣的復雜觸發方式；特定性在于，用戶可以使用本觸發方法篩選出特定性很強的波形，如特定的幅度、特定的斜率和特定的時間。
技術方案條件觸發方法基于一個復雜的具有N+1個狀態的有限狀態機。上式中的N可以為任意大于等于1的整數，表示可編程觸發機的可編程觸發等待狀態；而上式中的“1”為“觸發使能”狀態，為所有觸發機所共有的。
在此狀態機中，除觸發使能狀態外，每個狀態(即每一個可編程觸發等待狀態)都可以跳轉到其它任何一個狀態。為方便器件，可以用“Con m:n”表示從m狀態到n狀態的可編程設置的轉移條件。轉移條件的總數為M個，一般的，M=PN2+1.]]>每個條件可以從4個預設的條件中選擇。預設的條件包括“自動條件”、“禁止條件”、“超時條件”以及“邊沿條件”。其中，自動條件指此條件永遠成立，邊沿條件指滿足特定電平的特定邊沿極性時成立的條件(電平和邊沿極性由用戶設定)，超時條件指滿足延時特定的時間后成立的條件(時間由用戶設定)，禁止條件指此條件永不成立。
條件觸發方法為用戶根據波形的復雜程度設置狀態機的級數為n，n為一個大于等于1的整數；系統向用戶提供四種可選條件，分別為①自動條件、②邊沿條件、③超時條件、④禁止條件；其中，自動條件指次條件永遠成立，邊沿條件指滿足特定電平的特定邊沿極性時成立的條件，超時條件指滿足延時特定的時間后成立的條件，禁止條件指此條件永不成立；為了達到正確的觸發，用戶需要根據波形的形狀來對每一個轉移條件進行選擇。條件的選擇方法如下a)若想使該條件永遠成立，可以選擇“自動條件”，此條件一般用于判斷步驟的無條件轉移；b)若想在波形達到特定的電平并符合特定的邊沿極性的時候條件成立，可以選擇“邊沿條件”；
c)若想延時一個特定時間后條件成立，可以選擇“超時條件”；d)若想使該條件永不成立，可以選擇“禁止條件”；用戶由待測波形和以上所述的選擇方法由系統所提供的四個待選條件中的一個作為條件i:j(i，j均為小于或等于n的自然數且i≠j)；條件觸發方法如下1)系統依次判斷條件1:2～1:n是否成立，一旦發現1:i成立(2≤i≤n)，則跳轉到步驟i，否則如果全部不成立則繼續停留此步驟進行判斷；2)系統依次判斷條件2:1～2:n是否成立，一旦發現2:i成立(1≤i≤n且i≠2)，則跳轉到步驟i，否則如果全部不成立則繼續停留此步驟進行判斷；3)系統依次判斷條件3:1～3:n是否成立，一旦發現3:i成立(1≤i≤n且i≠3)，則跳轉到步驟i，否則如果全部不成立則繼續停留此步驟進行判斷；……n-1)系統依次判斷條件n-1:1～n-1:n是否成立，一旦發現n-1:i成立(1≤i≤n且i≠n-1)，則跳轉到步驟i，否則如果全部不成立則繼續停留此步驟進行判斷；n)系統依次判斷條件n:1～n:n-1是否成立，一旦發現n:i成立(1≤i≤n-1)，則跳轉到步驟j，否則如果全部不成立則跳轉到步驟n+1；n+1)系統判斷條件n:t是否成立，如果成立則跳轉到步驟n+2，否則如果全部不成立則跳轉到步驟n；n+2)系統輸出觸發使能信號；n+3)結束。
系統提供的自動條件指，此條件永遠成立；系統運行到判斷該條件時應立即根據條件成立的跳轉方法進行步驟的跳轉。
系統提供的邊沿條件指，當輸入波形達到特定電平并滿足特定的邊沿極性時，此條件成立；其電平應由用戶在最大信號電平和最小信號電平中任意設定，且邊沿極性應由用戶在“上升沿”、“下降沿”和“雙沿”中選擇。
系統提供的超時條件指從進入判斷該條件的步驟開始計時，直到一特定的時間結束計時；計時期間該條件不成立，而達到特定時間計時停止后該條件立即成立；此時間應由用戶任意設定。
選擇完成后，觸發機開始工作。狀態機的狀態隨著輸入波形的變化而跳轉。一旦狀態機的狀態跳轉到“觸發使能”狀態，說明輸入波形完全滿足了用戶的要求。此時，觸發機輸出一個觸發使能信號，完成條件觸發。
有益效果只要N足夠大，本觸發方法可以對幾乎任何復雜的波形進行觸發。工程實踐說明，當N＝3，P＝7的時候就已經能夠滿足絕大多數場合的應用。
適當的進行條件設置，本觸發方法還可以等效為其它的觸發方法。例如，當附圖2中的Con1、Con2均為“自動”，Con4為邊沿觸發，其他條件均為禁止時，本觸發方式就等效為普通示波器的邊沿觸發；當附圖2中的Con2為超時，Con1、Con4為邊沿觸發，其他條件均為禁止時，本觸發方式等效為延遲觸發。類似的，通過用戶對觸發機正確、巧妙的條件設置，本觸發方式可以等效為邊沿觸發、脈寬觸發、毛刺觸發、超時觸發、延遲觸發、欠幅觸發、跳變觸發等現代示波器中多種多樣的觸發方式。
圖1是本發明觸發有限狀態機的原理示意圖。
圖2是當N＝3時觸發有限狀態機的原理示意圖。
圖3是本發明的工作流程示意圖。
圖4是本發明的一個具體實施方法。
具體實施例方式
本發明的實施可分為兩個部分有限狀態機和條件產生器。其中，有限狀態機可由邏輯器件，包括可編程邏輯陣列(Field Programmable GateArray，FPGA)或專用集成電路(ASIC)等很方便的實現。而條件產生器可由模數轉換器(ADC)+邏輯器件或電平比較器+邏輯器件的方法來實現。
本發明的基于有限狀態機的示波器條件觸發方法中，條件觸發方法為
用戶根據波形的復雜程度設置狀態機的級數為n，n為一個大于等于1的整數；系統向用戶提供四種可選條件，分別為①自動條件、②邊沿條件、③超時條件、④禁止條件；其中，自動條件指次條件永遠成立，邊沿條件指滿足特定電平的特定邊沿極性時成立的條件，超時條件指滿足延時特定的時間后成立的條件，禁止條件指此條件永不成立；條件的選擇方法如下e)若想使該條件永遠成立，可以選擇“自動條件”，此條件一般用于判斷步驟的無條件轉移；f)若想在波形達到特定的電平并符合特定的邊沿極性的時候條件成立，可以選擇“邊沿條件”；g)若想延時一個特定時間后條件成立，可以選擇“超時條件”；h)若想使該條件永不成立，可以選擇“禁止條件”；用戶由待測波形和以上所述的選擇方法由系統所提供的四個待選條件中的一個作為條件i:j(i，j均為小于或等于n的自然數且i≠j)；條件觸發方法如下1)統依次判斷條件1:2～1:n是否成立，一旦發現1:i成立(2≤i≤n)，則跳轉到步驟i，否則如果全部不成立則繼續停留此步驟進行判斷；2)系統依次判斷條件2:1～2:n是否成立，一旦發現2:i成立(1≤i≤n且i≠2)，則跳轉到步驟i，否則如果全部不成立則繼續停留此步驟進行判斷；3)依次判斷條件3:1～3:n是否成立，一旦發現3:i成立(1≤i≤n且i≠3)，則跳轉到步驟i，否則如果全部不成立則繼續停留此步驟進行判斷；……n-1)系統依次判斷條件n-1:1～n-1:n是否成立，一旦發現n-1:i成立(1≤i≤n且i≠n-1)，則跳轉到步驟i，否則如果全部不成立則繼續停留此步驟進行判斷；n)系統依次判斷條件n:1～n:n-1是否成立，一旦發現n:i成立(1≤i≤n-1)，則跳轉到步驟i，否則如果全部不成立則跳轉到步驟n+1；n+1)系統判斷條件n:t是否成立，如果成立則跳轉到步驟n+2，否則如果全部不成立則跳轉到步驟n；n+2)系統輸出觸發使能信號；n+3)結束。
系統提供的自動條件指，此條件永遠成立；系統運行到判斷該條件時應立即根據條件成立的跳轉方法進行步驟的跳轉。
系統提供的邊沿條件指，當輸入波形達到特定電平并滿足特定的邊沿極性時，此條件成立；其電平應由用戶在最大信號電平和最小信號電平中任意設定，且邊沿極性應由用戶在“上升沿”、“下降沿”和“雙沿”中選擇。
系統提供的超時條件指從進入判斷該條件的步驟開始計時，直到一特定的時間結束計時；計時期間該條件不成立，而達到特定時間計時停止后該條件立即成立；此時間應由用戶任意設定。
附圖6為本方法P＝7時的一個實施例。圖中，DA為數模轉換器。電平比較器+數模轉換器構成了完整的邊沿比較器用來產生所需的邊沿觸發條件。此條件以及FPGA內部算法產生的超時、自動、禁止等條件經過選擇后送入FPGA內的有限狀態機。有限狀態機完成最終的觸發任務。這種方法的優點是具有比較快的實時邊沿比較能力和較高的整體運行速度。
權利要求
1.一種基于有限狀態機的示波器條件觸發方法，其特征在于條件觸發方法為用戶根據波形的復雜程度設置狀態機的級數為n，n為一個大于等于1的整數；系統向用戶提供四種可選條件，分別為①自動條件、②邊沿條件、③超時條件、④禁止條件；其中，自動條件指次條件永遠成立，邊沿條件指滿足特定電平的特定邊沿極性時成立的條件，超時條件指滿足延時特定的時間后成立的條件，禁止條件指此條件永不成立；條件的選擇方法如下i)若想使該條件永遠成立，可以選擇“自動條件”，此條件一般用于判斷步驟的無條件轉移；j)若想在波形達到特定的電平并符合特定的邊沿極性的時候條件成立，可以選擇“邊沿條件”；k)若想延時一個特定時間后條件成立，可以選擇“超時條件”；l)若想使該條件永不成立，可以選擇“禁止條件”；用戶由待測波形和以上所述的選擇方法由系統所提供的四個待選條件中的一個作為條件i∶j(i，j均為小于或等于n的自然數且i≠j)；條件觸發方法如下1)統依次判斷條件1∶2～1∶n是否成立，一旦發現1∶i成立(2≤i≤n)，則跳轉到步驟i，否則如果全部不成立則繼續停留此步驟進行判斷；2)系統依次判斷條件2∶1～2∶n是否成立，一旦發現2∶i成立(1≤i≤ni≠2)，則跳轉到步驟i，否則如果全部不成立則繼續停留此步驟進行判斷；3)系統依次判斷條件3∶1～3∶n是否成立，一旦發現3∶i成立(1≤i≤n且i≠3)，則跳轉到步驟i，否則如果全部不成立則繼續停留此步驟進行判斷；……n-1)系統依次判斷條件n-1∶1～n-1∶n是否成立，一旦發現n-1∶i成立(1≤i≤n且i≠n-1)，則跳轉到步驟i，否則如果全部不成立則繼續停留此步驟進行判斷；n)系統依次判斷條件n∶1～n∶n-1是否成立，一旦發現n∶i成立(1≤i≤n-1)，則跳轉到步驟i，否則如果全部不成立則跳轉到步驟n+1；n+1)系統判斷條件n∶t是否成立，如果成立則跳轉到步驟n+2，否則如果全部不成立則跳轉到步驟n；n+2)系統輸出觸發使能信號；n+3)結束。
2.根據權利要求1所述的基于有限狀態機的示波器條件觸發方法，其特征在于系統提供的自動條件指，此條件永遠成立；系統運行到判斷該條件時應立即根據條件成立的跳轉方法進行步驟的跳轉。
3.根據權利要求1所述的基于有限狀態機的示波器條件觸發方法，其特征在于系統提供的邊沿條件指，當輸入波形達到特定電平并滿足特定的邊沿極性時，此條件成立；其電平應由用戶在最大信號電平和最小信號電平中任意設定，且邊沿極性應由用戶在“上升沿”、“下降沿”和“雙沿”中選擇。
4.根據權利要求1所述的基于有限狀態機的示波器條件觸發方法，其特征在于系統提供的超時條件指從進入判斷該條件的步驟開始計時，直到一特定的時間結束計時；計時期間該條件不成立，而達到特定時間計時停止后該條件立即成立；此時間應由用戶任意設定。
全文摘要
一種基于有限狀態機的示波器條件觸發方法，其條件觸發方法為用戶根據波形的復雜程度設置狀態機的級數為n，n為一個大于等于1的整數；系統向用戶提供四種可選條件，分別為①自動條件、②邊沿條件、③超時條件、④禁止條件；其中，自動條件指次條件永遠成立，邊沿條件指滿足特定電平的特定邊沿極性時成立的條件，超時條件指滿足延時特定的時間后成立的條件，禁止條件指此條件永不成立；該方法具有很強的通用性和特定性，用戶可以任意設置十分復雜的觸發條件進行波形觸發，并且只要對其進行正確的設置，就可以實現邊沿觸發、脈寬觸發、毛刺觸發、超時觸發、延遲觸發、欠幅觸發、跳變觸發等現代示波器中多種多樣的復雜觸發方式。
文檔編號G01R13/00GK1710429SQ20051004073
公開日2005年12月21日 申請日期2005年6月24日 優先權日2005年6月24日
發明者戴戈 申請人:東南大學