利用ds6000数字示波器显示图案

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1、利用利用 DS6000 系列数字示波器系列数字示波器显示图案显示图案 一般数字示波器都含有 XY 模式，其通常用于观察李萨如 (Lissajous)图形，通过图 形的形状可以得到两个信号间的相位，幅度和频率关系。此外，利用任意波发生器产生 指定的任意波，输入示波器，配合三个示波器的主要特性，几乎可以得到任意指定的图 案。 示波器特性示波器特性 刷新率刷新率 在XY模式下,没有触发,每次采集到一段波形,而且每次采集的波形可能是完全不同 的。为了显示稳定完整的图案，要求示波器具有足够高的刷新率。在相同时间 T 内如 果捕获的帧数越多， 相应地在两次捕获之间的时间也就越小， 漏失信号的机会也就降低

2、了。高刷新率使得在 XY 下显示出复杂的图案成为可能。 nn+1n+2n+3n+4n+mT图 1 刷新率高，捕获间隔小 存储深度存储深度 如果存储深度足够大， 一次捕获就能反映出信号的原貌， 不会漏失信号的每一个细 节，避免了反复修改设置，捕获波形，查看分段细节的麻烦。存储深度和刷新率是相互 制约的，存储深度大，势必导致每次捕获的时间长，从而降低了刷新率。大的存储深度 使得 XY 下即使对于复杂的图案，仍能显示出完整的形状。 nT图 2 存储深度大，一次捕获完整的信息 多级灰度显示多级灰度显示 屏幕上显示的波形点数远远小于一次捕获的点数，比如，存储深度为 10M 的示波 器，其屏幕分辨率为，8

3、00*480=384000，屏幕最多能显示 384K 个点，而实际捕获点至 少是显示点的 26 倍(1M/384K)。如果根据 YT 方式显示来计算，压缩倍数将达到 12500(10M/800)，按照常规的显示方式，屏幕显示的信息量只有内存的 1/125000，大量 的信息将不能在屏幕上得到显示， 大存储深度的特性得不到直观的体现。 多级灰度显示 时， 将不能在屏幕上显示的点信息依据一定的规则叠加到显示位置上， 使屏幕显示出更 多捕获点的信息。 a bcdefghi图 3 捕获内存点 deacegi图 4 显示点 当内存点压缩一半显示在屏幕上时， 如果没有多级灰度显示， 则会损失掉一半的采样点

4、信息(b,d,f,h不能在屏幕上显示)。采用了多级灰度显示后，被压缩掉的点信息将 依据一定的规则叠加到临近能够显示的点上(b 分解叠加到 a,c 上)，内存信息能够在屏 幕上得到完整的反映。 在屏幕显示区域， 如果其亮度越高， 表示波形点在该区域约密集， 出现的概率也就越高。多级灰度显示结合大的存储深度，显示的图案不但形状完整，而 且具有亮度变化。XY 下不再只能显示简单的几何图形，也能够显示多变的图案。 图 5 没有多级灰度的显示，显示信息量不足 图 6 多级灰度显示，显示完整的内存信息量 DS6000 系列特点系列特点 DS6000 系列示波器采用了全新的 UltraVision技术，拥有

5、最高 180Kwfm/s 的刷新 率，最大 140M 的存储深度，和多级灰度显示能力。这些性能特点将极大地方便用户发 现异常信号，分析捕获波形的细节，直观判断出信号的垂直分布趋势。利用这些特性可 以在 XY 下显示非常有趣的图案。 XY 显示显示图案图案原理原理 在 XY 模式下， 每一个显示点的位置由两个通道采集到的波形点确定，一个通道作 为 X 坐标，另一个通道作为 Y 坐标。每采集到一个 X 和一个 Y 就绘制一个点，每个点 绘制完成后并不会立即清除屏幕， 这样在单位时间内， 如果绘制很多个点并且点的位置 UltraVision 是 有规律的变化，就能在屏幕上看到明显的图案。 为了显示一

6、条直线，必须保持一个通道的信号不变，另一个通道的信号改变；如果 两个通道的信号都发生变化，将会绘制出斜线。根据这个原理，如果两个通道的信号发 生不规律的变化将会在屏幕上显示出非规则几何形状的图案。 信号不再是简单的函数信 号，需要使用任意波发生器产生图案所对应的波形。 xytxy图 7 XY 显示原理 任意波的产生任意波的产生 对于一个图案，其都是由像素点构成的，而且大部分像素点都是连续的。只要依次 输出其像素点所对应的信号， 就能在 XY 下显示出该像素点。需要一个规则来将图案转 换成连续的任意波，下面介绍三种产生任意波的方法。 逐列逐列(行行)扫描扫描 以逐列扫描为例介绍扫描过程。对一个图

7、案，依次按从左到右，从上到下的方式进 行扫描，如果扫描到图像颜色，则输出一个 X 和一个 Y 到两个任意波中。扫描完成后， 将产生的两个任意波文件导入到任意波发生器中， 同步输出，就能在 XY 模式下看到所 绘制的图案。 123图 8 逐列扫描方法 逐列(行)扫描的方式对于一列(行)上对应的像素点间连续的情况(图 9 逐列扫描显 示 1)，表现很好。但如果一列(行)上对应的像素点不连续(图 10 逐列扫描显示 2)，则 会在不连续的区域绘制出点。 这是因为任意波发生器输出的是模拟连续波形， 在波形跳 变的位置，示波器仍有可能采集到波形点。 图案结束到图案起始(逐列扫描时，有效图案最后一列到有效

8、图案第一列(A 的最后一行；逐行扫描时，有效图案最后一行到第一行)，会有一条明显的线。这是由于任意 波周期输出时， 从前一个周期结束到后一个周期开始之间的波形跳变导致的。 在产生任 意波时，可以从最后一列向前扫描一遍，这样结束点和起始点就相同了。虽然去掉了周 期间的跳变，但将任意波的波形数据量增大了一倍。 图 9 逐列扫描显示 1 图 10 逐列扫描显示 2 逐列(行)扫描时对于同一列(行)上像素点不连续的情况有明显的缺陷，下面讨论另 一种方式避免这个问题。 逐列逐列(行行)扫描扫描，边界路由，边界路由 基本原理仍旧是从左到右，从上到下扫描。区别为：在进行列扫描时，后一列的扫 描方向和前一列相

9、反。比如，前一列从上到下扫描，后一列则从下到上扫描，第三列再 从上向下扫描， 依次进行下去。 采用这种交替方向的扫描方法可以省去列与列之间产生 的任意波跳变，确保列之间的过渡平滑。 在一列上扫描到两个不连续的点时， 通过图案的边界路由到目的点。 由于对于边界 连续的图案， 任意两个边界上的点都可以通过边界路由到， 产生的任意波在图案边界内 部变化，所以不会在图案的空心区域绘制出波形点。对于边界不连续的图案，仍旧需要通过一个方向的直接跳变。产生任意波时，最后一个点也通过边界路由到第一个点，以 避免任意波周期产生时的跳变，消除显示时的回扫线。采用这种方法，可以避免在图案 内部空心区域显示出点，显示

10、更贴近于原始图案。 A AA A123abcacbb图 11 边界路由原理 边界路由的具体实现原理为：图中某一列，a 到 c 存在跳变，产生任意波时并不是 直接从 a 跳变到 b,而是通过内部边界进行路由。 先横向变化到 b， 再斜向变化到 b,最后 再变化到 c，完成波形 a 到 c 的路由。 图 12 边界路由显示 1 图 13 边界路由显示 2 a,b 之间存在不连续的轮廓，所以会存在波形跳跃的扫描线，另一条为回扫时产生的波形跳变。 图 14 不连续的边界，不连续区域出现像素点 对于不连续的点， 通过边界进行路由， 所以边界点出现的概率要远高于图案中间的 点(对比图 10 逐列扫描显示

11、2 和图 12 边界路由显示 1)，在 XY 上显示出来就是图案 的边界相对于内部是高亮的，出现的概率越高，显示的亮度越高。所以，多级灰度显示 功能， 能够通过屏幕显示反映出波形的概貌， 在哪些区域概率高， 采样点多， 变化缓慢。 逐列逐列(行行)扫描，灰度显示扫描，灰度显示 前两种方式中，忽略了图案的亮度信息。在数字余辉显示示波器中，波形点的亮度 表示了波形的发生概率， 如果使每个图案像素点产生的任意波保持时间和该像素点的亮 度成比例关系，示波器在 XY 下就能显示出和图案近似的亮度变化效果。 产生任意波时， 逐列从左到右， 从上到下的扫描， 后一列的扫描方法和前一列相反。 当扫描到有效的图

12、案点时计算其灰度，根据灰度换算出亮度，灰度越高，在该点产生的 任意波点数就越多。XY 时采集到的同一位置波形点越多，其显示点亮度越高，从而可 以表示出图案的灰度信息。 图 15 图案亮度显示 1 图 16 图案亮度显示 2 示波器的设置示波器的设置 XY 时将采集到的波形点对应成坐标显示在屏幕上，如果采样率越大，其图案显示 就越细腻。固定存储深度时，采样率越高，其采样时间会越小，可能不能反映图案的完 整形状。 图 17 高采样率，形状不完整，细节清楚 但如果系统刷新率够高， 即使每次采集到的不是完整的图案， 由于人眼存在视觉残 留，看到的图案仍旧是完整和细腻的。 图 18 高刷新率，高采样率

13、如果采样率降低，图案显示将变粗糙，而且刷新率下降，但图案轮廓是完整的。 图 19 低采样率，余辉显示 对于余辉显示示波器， 其显示波形是多次叠加的效果， 只要适当设置余辉显示时间， 多次采样的波形叠加显示，低采样率时仍旧能看到完整的轮廓和比较清楚的细节。 DS6000 系列示波器在 XY 下的最高采样率和最大存储深度分别为 2.5G 和 70M， 而且采样率可调。如果关注细节，可以设置高的采样率，如果关注轮廓可以设置成大的 存储深度。如果需要同时兼顾细节和轮廓，可以将示波器调整到最高刷新率状态，此时 采样率最高，存储深度最小，利用 DS6000 的余辉显示和高刷新率特性，还是能观察到 完整的波形轮廓。 总结总结 本文介绍了数字示波器的几个基本特性及应用， XY 显示原理，并介绍三种生成 任意波在示波器上显示图案的方法，讨论了各自的显示特点，最后分析了刷新率，存储 深度在 XY 显示时的相互关系。 展望展望 在通过边界路由方法中，如果边界比较复杂，将会产生许多过渡点，生成的任意波 点数很多，更简便的方法是从图案中计算最短的路径路由，有待后续继续探讨。