專利名稱：具有動態錄制波形圖像的示波器的制作方法
技術領域：
本發明涉及示波器，尤其是涉及具有動態錄制波形圖像的示波器。
背景技術：
目前的數字示波器都給出“存儲深度”這樣一個指標，該指標說明存儲一條波形的最大字節數，一般從幾百Byte到上百兆Byte不等，上百兆Byte的存儲深度，對于觀察一條瞬時波形來說已經足夠大。示波器給出存儲深度指標的這種存儲，這里稱為靜態存儲，因為這種存儲不能自動連續進行，需要人工進行一系列按鍵操作才可存儲一條波形，而且存儲下來的波形也只能一條一條的進行觀看，就像看幻燈片一樣是靜態的。但是如果要對一個快速變化的信號進行持續的記錄，依靠存儲深度這個功能指標是不現實的。中國專利號ZL200620119307. 4公開了一種有波形錄制功能的示波器，實現方式是把波形數據以可變的時間間隔按幀為單位存儲至非易失的存儲設備上，以實現長時間的波形記錄。回放時，根據需要把記錄的數據按幀和可變的時間間隔進行回放。從實現方法上看，該示波器按幀為單位直接錄制采樣的波形數據，存在的不足是其一，數據傳輸和存儲的瓶頸問題。假如示波器的存儲深度為2M，說明在屏幕上顯示的每一條波形數據量均為 2M,如果示波器每秒更新50條波形(這算是比較低的更新速度)，那就意味著每秒有100M 的數據需要傳輸和存儲；目前來說，要實現這樣的數據傳輸和非易失存儲難度較大，成本很高；其二，如果要避免上述缺陷，用改變存儲波形的時間間隔的方式，即犧牲每秒存儲波形的條數來緩解傳輸和存儲問題，則每秒存儲波形的條數遠遠少于實際測量時波形的條數， 在回放時會和實際錄制時的狀態相去甚遠，也漏掉了許多的信息；其三，如果要避免上述其一和其二存在的缺陷，用降低每條波形數據量的方式，一是降低示波器存儲深度來減少數據量，二是對數據進行再次抽樣來減少數據量，但不管哪種方式，最終的結果都是為了錄制波形，必須犧牲許多顯示信息；其四，如果要同時錄制兩個或兩個以上通道的數據時，缺陷更明顯。

發明內容
本發明目的在于提供一種具有動態錄制波形圖像的示波器，使其在錄制波形時不受示波器存儲深度和通道數量的限制，而且錄制的幀數可以與示波器測量時實際顯示幀數一致，不遺漏任何信息。為實現上述目的，本發明采樣如下方案
本發明所述具有動態錄制波形圖像的示波器，它包括模擬信號調理單元、A/D轉換單元、觸發單元、高速邏輯單元、采樣緩沖單元、CPU控制單元、系統存儲單元、顯示單元、外部總線接口單元、顯示合成單元、動態錄制單元和動態回放單元。被測試信號經過信號調理模塊調理后分別送入觸發單元和A/D轉換單元，高速邏輯單元在觸發單元的觸發控制下控制 A/D轉換單元進行采樣，采樣后的數據經由高速邏輯單元傳輸至采樣緩沖單元。完成一次波形采集后，高速邏輯單元把波形數據從采樣緩沖單元轉移至CPU控制單元，由CPU控制單元轉化成與屏幕像素對應的圖像數據，或者高速邏輯單元把波形數據從采樣緩沖單元讀出并轉化成與屏幕像素對應的圖像數據后再傳輸給CPU控制單元。所述顯示合成單元與CPU控制單元連接，把需要顯示的各種與屏幕像素對應的圖像數據按圖層進行管理，以方便對這些圖像數據進行獨立維護，并且可以有選擇性的顯示。 這些圖層可以是各個通道波形數據轉化而成的波形圖層、用于顯示測量文本的文本圖層、 用于顯示菜單操作的菜單圖層、用于顯示狀態信息的狀態圖層、用于顯示光標的光標圖層、 用于顯示波形數學運算的運算圖層、用于顯示柵格的柵格圖層等所有需要獨立維護的任何圖層。顯示合成單元根據預設參數或者用戶菜單指令對圖層進行圖像合成處理，合成處理的核心是對圖層進行取舍并控制先后層次關系，合成后的圖像數據送給顯示單元或者動態錄制單元。這里要區分的是送給顯示單元的數據和送給動態錄制單元的數據是獨立的， 它們可以相同，也可以不同，這取決于用戶設置的參數動態錄制的畫面是否要和當前測試畫面完全一致。所述動態錄制單元與CPU控制單元連接，給顯示合成單元發送指令告訴需要合成的圖像內容，并對顯示合成單元合成的圖像數據進行壓縮運算以節省存儲空間，壓縮后的數據傳輸給存儲空間進行存儲，所述存儲空間可以是系統存儲單元，也可以是外部總線接口擴展的存儲空間。所述動態回放單元與CPU控制單元連接，根據用戶設置的參數從存儲空間讀取動態錄制的數據，并對數據進行解壓縮運算，使數據恢復至壓縮前的狀態，解壓縮以后的數據傳輸至顯示單元用于顯示。所述存儲空間可以是系統存儲單元，也可以是外部總線接口擴展的存儲空間。所述系統存儲單元為FLASH或者硬盤，用來存儲示波器系統需要掉電保持的各種數據。 所述外部總線接口單元為USB、LAN或其它總線接口，可以用來連接PC機或其它存儲設備。本發明優點在于利用“示波器所有的測量應用最終都是以圖像的方式呈現給用戶，，這一特點，采用錄制圖像的方法，來實現錄制波形之目的，使其在錄制波形時，不受示波器存儲深度和通道數量的限制，而且錄制圖像的幀數與示波器測量顯示的幀數相同，達到完全再現測量時的所有波形信息的功能。


圖1是本發明的電路原理框圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明所述具有動態錄制波形圖像的示波器，它包括模擬信號調理單元、A/D轉換單元、觸發單元、高速邏輯單元、采樣緩沖單元、CPU控制單元、系統存儲單元、顯示單元、外部總線接口單元、顯示合成單元、動態錄制單元和動態回放單元。被測試信號經過信號調理模塊調理后分別送入觸發單元和A/D轉換單元，高速邏輯單元在觸發單元的觸發控制下控制A/D轉換單元進行采樣，采樣后的數據經由高速邏輯單元傳輸至采樣緩沖單元。完成一次波形采集后，高速邏輯單元把波形數據從采樣緩沖單元轉移至CPU控制單元，由CPU控制單元轉化成與屏幕像素對應的圖像數據，或者高速邏輯單元把波形數據從采樣緩沖單元讀出并轉化成與屏幕像素對應的圖像數據后再傳輸給 CPU控制單元。這兩步的差異在于，波形數據轉化成與屏幕像素對應的圖像數據是由CPU控制單元完成還是由高速邏輯單元完成。如果由CPU控制單元完成，高速邏輯單元把波形數據從采樣緩沖單元轉移至CPU控制單元的過程將會耗費一定的時間，這將由示波器存儲深度決定，太大的存儲深度會在數據傳輸時占用更多的時間；如果由高速邏輯單元完成，高速邏輯單元把圖像數據傳輸給CPU控制單元的時間將是固定的，不受示波器存儲深度影響。 假如示波器的存儲深度為5M，這樣的數據量在高速邏輯單元和CPU控制單元之間進行轉移，將會耗費大量的時間，如果轉化成與屏幕像素對應的圖像數據后再傳送，假如圖像分辨率為500*400，數據量不到200K字節，如果每個像素不需要顏色信息，只用一個位就可以表示，這時的數據量不到2 字節。顯示合成單元與CPU控制單元連接，把需要顯示的各種與屏幕像素對應的圖像數據按圖層進行管理，以方便對這些圖像數據進行獨立維護，并且可以有選擇性的顯示。這些圖層可以是各個通道波形數據轉化而成的波形圖層、用于顯示測量文本的文本圖層、用于顯示菜單操作的菜單圖層、用于顯示狀態信息的狀態圖層、用于顯示光標的光標圖層、用于顯示波形數學運算的運算圖層、用于顯示柵格的柵格圖層等所有需要獨立維護的任何圖層。顯示合成單元根據預設參數或者用戶菜單指令對圖層進行圖像合成處理，合成處理的核心是對圖層進行取舍并控制先后層次關系，合成后的圖像數據送給顯示單元或者動態錄制單元。送給顯示單元的數據和送給動態錄制單元的數據是獨立的，它們可以相同，也可以不同，這取決于用戶設置的參數動態錄制的畫面是否要和當前測試畫面完全一致。數字示波器可以顯示很多的信息，可以有操作菜單、有光標測量、有柵格、有自動測量等，還可以同時顯示多條波形，這些顯示信息按圖層進行管理，將會增加顯示維護的靈活度，而且可以控制層次感。比如示波器有菜單操作，一般都希望菜單處于顯示畫面的最前端而不被其他顯示信息覆蓋，這時菜單就可以單獨定義一個圖層，在這個圖層里只有菜單圖像，菜單變化時只刷新這個圖層即可，不用考慮會對其它顯示內容帶來影響。為了保持菜單在顯示最前端，顯示合成單元在合并圖像時，把菜單圖像的優先級定為最高，它的顯示內容可以覆蓋優先級低的顯示內容，實際流程可以是這樣的顯示合成單元先把優先級最低的圖層數據拷貝到一個緩沖區，然后把優先級稍高一級的數據也拷貝到這個緩沖區，拷貝時，后拷貝的數據可以覆蓋先拷貝的數據，每個圖像層中，沒有顯示內容的區域不拷貝。這樣，從最低優先級到最高優先級的層都拷貝完成后，最終的顯示圖像就合并完成，菜單自然就在最前端顯示。如果有些層不需要顯示時，顯示合成單元就不拷貝這些層，從而達到不顯示的目的。動態錄制單元與CPU控制單元連接，給顯示合成單元發送指令告訴需要合成的圖像內容，并對顯示合成單元合成的圖像數據進行壓縮運算以節省存儲空間，壓縮后的數據傳輸給相關存儲空間進行存儲，所述相關存儲空間可以是系統存儲單元，也可以是外部總線接口擴展的存儲空間。動態錄制時，控制顯示合成單元合成圖像的內容，達到控制錄制畫面的效果。比如在動態錄制時，不希望錄制的畫面有菜單出現，則讓顯示合成單元在針對動態錄制圖像的合成中，不合并菜單層即可實現。合并出的圖像是位像，與屏幕像素一一對應。既然是圖像，尤其是位像，就可以用壓縮算法進行壓縮處理。目前圖像壓縮算法有很多，不是本專利涉及的范疇。一幅示波器顯示畫面經過壓縮后，數據量可以減小到原圖像的十分之一甚至幾十分之一。動態回放單元與CPU控制單元連接，根據用戶設置的參數從相關存儲空間讀取動態錄制的數據，并對數據進行解壓縮運算，使數據恢復至壓縮前的狀態，解壓縮以后的數據傳輸至顯示單元用于顯示。所述相關存儲空間可以是系統存儲單元，也可以是外部總線接口擴展的存儲空間。實際回放時，用戶一般需要進行手動瀏覽或者進行快進、快退、跳轉等操作，其實質就是從所有的圖像數據中，讀取哪一幀圖像數據的問題。
權利要求
1.一種具有動態錄制波形圖像的示波器，它包括模擬信號調理單元、A/D轉換單元、觸發單元、高速邏輯單元、采樣緩沖單元、CPU控制單元、系統存儲單元、顯示單元、外部總線接口單元、顯示合成單元、動態錄制單元和動態回放單元；其特征在于被測試信號經過模擬信號調理單元調理后分別送入觸發單元和A/D轉換單元，高速邏輯單元在觸發單元的觸發控制下控制A/D轉換單元進行采樣，采樣后的數據經由高速邏輯單元傳輸至采樣緩沖單元；完成一次波形采集后，高速邏輯單元把波形數據從采樣緩沖單元轉移至CPU控制單元， 由CPU控制單元轉化成與屏幕像素對應的圖像數據，或者高速邏輯單元把波形數據從采樣緩沖單元讀出并轉化成與屏幕像素對應的圖像數據后再傳輸給CPU控制單元。
2.根據權利要求1所述具有動態錄制波形圖像的示波器，其特征在于所述顯示合成單元與CPU控制單元連接，把需要顯示的各種與屏幕像素對應的圖像數據按圖層進行管理；所述圖層為各個通道波形數據轉化而成的波形圖層、用于顯示測量文本的文本圖層、 用于顯示菜單操作的菜單圖層、用于顯示狀態信息的狀態圖層、用于顯示光標的光標圖層、 用于顯示波形數學運算的運算圖層、用于顯示柵格的柵格圖層以及所有需要獨立維護的圖層。
3.根據權利要求1所述具有動態錄制波形圖像的示波器，其特征在于所述動態錄制單元與CPU控制單元連接，給顯示合成單元發送指令告訴需要合成的圖像內容，并對顯示合成單元合成的圖像數據進行壓縮運算，壓縮后的數據傳輸給存儲空間進行存儲，所述存儲空間為系統存儲單元或外部總線接口擴展的存儲空間。
4.根據權利要求1所述具有動態錄制波形圖像的示波器，其特征在于所述動態回放單元與CPU控制單元連接，根據用戶設置的參數從存儲空間讀取動態錄制的數據，并對數據進行解壓縮運算，使數據恢復至壓縮前的狀態；解壓縮以后的數據傳輸至顯示單元用于顯示；所述存儲空間是系統存儲單元或是外部總線接口擴展的存儲空間。
5.根據權利要求1所述具有動態錄制波形圖像的示波器，其特征在于所述系統存儲單元為FLASH或硬盤，用來存儲示波器系統需要掉電保持的各種數據。
6.根據權利要求1所述具有動態錄制波形圖像的示波器，其特征在于所述外部總線接口單元為USB、LAN或其它總線接口，用于連接PC機或其它存儲設備。
全文摘要
本發明公開了一種具有動態錄制波形圖像的示波器，包括模擬信號調理單元、A/D轉換單元、觸發單元、高速邏輯單元、采樣緩沖單元、CPU控制單元、系統存儲單元、顯示單元、外部總線接口單元、顯示合成單元、動態錄制單元和動態回放單元。被測試信號經過信號調理模塊調理后分別送入觸發單元和A/D轉換單元，高速邏輯單元在觸發單元的觸發控制下控制A/D轉換單元進行采樣，采樣后的數據由高速邏輯單元傳輸至采樣緩沖單元；高速邏輯單元把波形數據從采樣緩沖單元轉移至CPU控制單元，由CPU控制單元轉化成與屏幕像素對應的圖像數據。本發明優點在于采用錄制圖像方法實現錄制波形之目的，使其在錄制波形時，不受示波器存儲深度和通道數量的限制。
文檔編號G01R13/04GK102495255SQ201110420259
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月15日 優先權日2011年12月15日
發明者張興杰 申請人:張興杰