專利名稱：示波器圖象數(shù)據(jù)采集裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及示波器檢定和測量，特別是一種示波器圖象數(shù)據(jù)采集裝置。
通常，對示波器圖象數(shù)據(jù)的采集是依靠CCD攝像機從模擬示波器的熒屏上捕捉顯示的波形，然后根所捕捉到的圖象信息輸入計算機來處理，這種方式需要一塊專門的圖象捕捉電路卡完成攝像機與計算機的配接。由于CCD攝像機輸出的是標準制式的視頻信號，故需要解決的問題首先是攝像機的掃描如何與示波器的水平掃描相同步，其次還要考慮視頻信號數(shù)字化以后的合成問題。美國專利4736250提出解決上述問題的一種方法，它是利用CPU通過攝像機的視頻場消隱信號和引入一個表征示波器水平掃描的觸發(fā)信號來確定示波器掃描與攝像機掃描之間的關系，并通過兩幀圖象存貯器、一個加法器和一個多路開關進行多幀畫面的合成。這種方法需要示波器具有觸發(fā)輸出端口，由于觸發(fā)輸出端口顯示波器的一個輔助功能，有部分示波器并不具備這種輸出端口，故這種方法具有一定的局限性，不能適用所有的模擬示波器。
本實用新型的目的在于提供一種能夠在各種型號的模擬示波器上捕捉到所顯示的波形的裝置，同時進一步使捕捉電路的圖象存貯器容量減少到一幀。
本實用新型的技術(shù)方案如下將圖象捕捉電路卡，插入微機的擴展插槽中，該電路卡上具有視頻信號輸入端、觸發(fā)信號輸出端和視頻信號輸出端。與CCD攝像機連接后，即可捕捉到示波器熒屏上顯示的波形。在解決攝像機與示波器掃描之間的同步上采取由攝像機掃描去觸發(fā)輸入示波器的被測對象或直接觸發(fā)示波器的水平掃描，這種方法可以保證示波水平掃描的起始時刻與攝像機輸出的某一幀圖象起始點對準，同時還可以使A／D變換后的數(shù)字化圖象合成處理變得簡單，這時只需在A／D變換后的數(shù)據(jù)總線上加入一個波形背景分離電路和一幀圖象存貯器即可完成示波器水平一個掃描過程所包含的任意一幀畫面的合成。
由于模擬示波器的水平掃描系統(tǒng)都有“外觸發(fā)輸入功能，所以采用這種方案構(gòu)成的圖象捕捉電路配上CCD攝像機就能夠捕捉各種型號的模擬示波器熒屏上顯示的波形圖象；同時這種捕捉同步方案還可以把示波器的水平掃描一個周期與一幀圖象存貯器間對應起來，故捕捉合成示波器水平掃描一個周期顯示的波形圖象只需一幀圖象存貯容量。
以下結(jié)合實施例對本實用新型作更進一步的描述。


圖1為本實用新型的電路原理框圖圖2為波形背景分離電路原理圖圖3為掃描識別與觸發(fā)脈沖輸出電路原理圖圖1中，CCD攝像機輸出的視頻信號分別送入A／D轉(zhuǎn)換部分和視頻箝位同步分離部分，A／D轉(zhuǎn)換部分能夠把攝像機輸出的視頻模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，視頻箝位同步分離部分可以箝位同步頭并分解出各種同步信號；經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后輸出的數(shù)字信號分別送至切換開關SW1和象素判別部分；象素判別部分可實時判別A／D輸出的象素數(shù)據(jù)是波形還是背景，SW1由象素判別輸出控制；象素判別的輸出分別送到SW1的控制端，RAM控制和掃描識別與觸發(fā)脈沖輸出部分，RAM控制電路產(chǎn)生圖象存貯單元的地址和讀、寫等信號，掃描識別與觸發(fā)脈沖輸出電路可以產(chǎn)生觸發(fā)信號和識別示波器的掃描是否開始或結(jié)束；同時，視頻箝位同步分離部分的輸出分別送至定時控制電路、掃描識別與觸發(fā)脈沖輸出電路和CPU(通過接口與計算機連接)，定時控制電路產(chǎn)生時鐘以及各種時序控制信號，定時控制電路的輸出送入RAM控制電路部分，RAM控制的輸出送至圖象存貯單元，計算機可通過其I／O口發(fā)出指令到定時控制部分，RAM控制部分和掃描識別與觸發(fā)脈沖輸出部分；圖象存貯單元的數(shù)據(jù)由I／O口與計算機連接，最后輸出兩路信號，一路信號即觸發(fā)脈沖輸出信號可連接到示波器的外觸發(fā)輸入端或被測裝置的各觸發(fā)輸入端，另一路視頻輸出信號可以連接到外加的視頻監(jiān)視器的視頻輸入端。
參見圖2，視頻數(shù)據(jù)總線連至U1、U2的A組輸入端和U4的輸入端。CPU數(shù)據(jù)總線連接至U3的輸入端。U3的輸出端連接至U1、U2的B組輸入端。U1的輸出端6連接至U6的輸入端2，U1的輸出端5分別接至U7的輸入端1和U9的輸入端1，U2的輸出端5接至U6的輸入端13。U6的輸出端12接至U9的輸入端2，U9的輸出端3分別接至U8的輸入端3和U5的 端1，U8的輸出端4接至U4的 端1，U4的輸出和U5的輸出相連接合并作為輸出總線引出。
A／D輸出的數(shù)據(jù)傳至8位比較電路與U3中鎖存的背景值相比較，比較的最終結(jié)果從U9的3端輸出。當A／D輸出的數(shù)據(jù)大于U3的數(shù)值時，表示當前數(shù)據(jù)是波形象素的亮度值，U9的3端輸出高電平，使得輸出切換電路U4輸出當前數(shù)據(jù)，U5關閉呈高阻態(tài)。當A／D輸出的數(shù)據(jù)小于或等于U3的數(shù)值時，表示當前數(shù)據(jù)是背景象素，U9的3端輸出低電平，使得輸出切換電路U5輸出全“0”數(shù)據(jù)，U4關閉呈高阻態(tài)。U9的3端輸出的比較結(jié)果同時還送至RAM控制部分和掃描識別與觸發(fā)脈沖輸出部分。U3中的數(shù)值應大于或等于背景象素的最大值、小于波形象素的最小值。輸出切換電路U5輸出全“0”的作用之一就是為了調(diào)整U3的數(shù)值滿足上述條件。
上述電路U3、U4、U5為“八D”鎖存器，采用74F373和74LS374型號，U1、U2為數(shù)字比較器，采用74F85型號反向器，U7、U8采用74HC14型號，與門U6采用74F11，或門U9采用74F32型號。
參見圖3，由視頻箝位與同步分離電路發(fā)出的奇、偶場信號和計算機發(fā)出的電路工作方式選擇信號分別接至U10的2個輸入端1和2，U10的輸出端3連至U13的一個輸入端1。象素判別信號接至U12的一個輸入端5，同時，工作方式選擇信號接至U11的輸入端1，其輸出端2接至U12的另一個輸入端4，U12的輸出端6接至U13的另一個輸入端2，U13的輸出端3接至U14的時鐘輸入(CLK)端3，觸發(fā)或掃描識別復位信號接至U14的清零控制(CD)端1。U14的輸入端2和置位控制端4接至＋5V(或邏輯高電平)，U14的輸出端5接至U15的正邊沿觸發(fā)輸入端4。工作方式選擇信號接至U15的復位清零(CLR)端3，U15的負邊沿觸發(fā)輸入端5和輸出端7短接通過電阻接至三極管G1的基極，G1的發(fā)射極接地。由G1的集電集引出觸發(fā)脈沖輸出信號，掃描識別信號由U14的輸出端5引出。
當工作方式選擇信號為H時，電路為觸發(fā)脈沖輸出工作方式。
當工作方式選擇信號為L時，電路為掃描識別工作方式。
圖3中，反向器U11型號為74HC14，與門U10、U12型號為74LS08，或門U13型號為74LS32，D觸發(fā)器U14型號為74LS74，U15為精密單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。
以下對整個電路圖象捕捉過程的原理作以簡要描述。
①在當前一幀視頻信號快要結(jié)束，下一幀視頻信號尚未開始期間，CPU把“掃描識別與觸發(fā)脈沖輸出”電路設置為“觸發(fā)脈沖輸出”工作方式。當下一幀視頻信號到來時刻，裝置進入捕捉圖象過程，觸發(fā)脈沖輸出端口輸出一個正向脈沖去觸發(fā)波測信號(被測信號是單次過程)或者直接觸發(fā)示波器水平掃描(波測信號是重復過程)。
②CPU在捕捉過程開始的第一幀圖象期間，打開圖象存貯器進行全幀圖象捕捉。示波器熒屏畫面可看成是由許多象素點排列組成，圖象存貯器的每個單元的地址對應每個象素點的位置，存貯單元中的數(shù)據(jù)對應著畫面上象素的灰度值，所以當捕捉過程中的第一幀圖象信號結(jié)束時，圖象存貯器已存有一幀畫面數(shù)據(jù)，即示波器熒屏上波形象素位置對應的存貯單元內(nèi)容是象素的灰度值。
③在第一幀圖象信號已結(jié)束，第二幀圖象信號尚未開始的場消隱期，CPU把“掃描識別與觸發(fā)脈沖輸出”電路設置為“掃描識別”工作方式。并在第二幀圖象信號期間根據(jù)“波形背景分離”電路中的象素判別結(jié)果有選擇地存貯象素數(shù)據(jù)。如果象素判別結(jié)果為“H”時，則表示當前A／D轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)據(jù)是波形象素的灰度值，CPU打開圖象存貯器將其寫入對應的地址單元，如果象素判別結(jié)果為“L”時，則表示當前A／D轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)據(jù)是背景象素灰度值，CPU關閉圖象存貯器將其放棄。
④在第二幀圖象信號已結(jié)束，第三幀圖象信號尚未開始的場消隱期，CPU通過檢查“掃描識別與觸發(fā)脈沖輸出”電路的掃描識別信號邏輯狀態(tài)來確定示波器的一個掃描周期是否結(jié)束。如果掃描識別信號為“H”，則表示示波器熒屏上還有掃線，CPU重復步驟③繼續(xù)進行捕捉，并重復步驟④進行判斷，如果為“L”則表示示波器一個掃描周期已結(jié)束，熒屏上無波形顯示，CPU結(jié)束捕捉過程。
此時，一幀圖象存貯器中合成了示波器水平一個掃描周期，熒屏上所顯示的全部波形象素的灰度數(shù)據(jù)，可供CPU進行分布，處理與顯示。
權(quán)利要求1.一種示波器圖象數(shù)據(jù)采集裝置，它是包括由CCD攝像頭、A/D轉(zhuǎn)換、圖象存貯單元、定時控制、D/A轉(zhuǎn)換、視頻箝位同步分離、RAM控制電路組成的可與計算機I/O擴展槽接口的電路卡，其特征在于它還包括波形背景分離電路和掃描識別與觸發(fā)脈沖輸出電路，其中波形背景分離電路由象素判別和開關切換電路SW1組成，其電路的具體連接關系為由CCD攝像頭將采集的信號分別送至A/D轉(zhuǎn)換電路和視頻箝位同步分離電路，A/D的輸出分別送至開關切換電路SW1和象素判別部分；開關切換SW1的輸出分別送至圖象存貯單元電路和D/A轉(zhuǎn)換電路；象素判別的輸出分別送至開關切換電路SW1的控制端，RAM控制電路和掃描識別與觸發(fā)脈沖輸出電路；視頻箝位同步分離電路的輸出分別送至定時控制、掃描識別與觸發(fā)脈沖輸出電路和擴展槽；定時控制的輸出送至RAM控制電路；RAM控制電路的輸出送至圖象存貯單元電路；通過與計算機I/O口連接，由計算機CPU發(fā)出指令到定時控制、RAM控制電路和掃描識別與觸發(fā)脈沖輸出電路，圖象存貯單元電路的數(shù)據(jù)輸出總線和掃描識別與觸發(fā)脈沖輸出電路輸出的掃描識別信號連接至計算機I/O口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖象數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于所述的波形背景分離電路由鎖存器、比較器、反向器及一個3輸入端與門和一個2輸端或門構(gòu)成，由A／D轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)據(jù)連接至比較器U1、U2的A組輸入端和鎖存器U4的輸入端，CPU數(shù)據(jù)總線連接至鎖存器U3的輸入端，U3的輸出端連接至U1、U2的B組輸入端，U1的輸出端6連接至3輸入端與門U6的輸入端2，U1的輸出端5連接至反向器U7的輸入端1和2輸入端或門U9的輸入端1，比較器U2的輸出端5連接至U6的輸入端13，反向器U7的輸出端2接至U6的輸入端1，U6的輸出端12接至U9的輸入端2，U9的輸出端3分別接至U8的輸入端3和U5的 端，U8的輸出端4接至U4的 端1，U4的輸出和U5的輸出相連接作為輸出數(shù)據(jù)總線引出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖象數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于所述的掃描識別與觸發(fā)脈沖輸出電路是由反向器、與門、或門、D觸發(fā)器、精密單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器、三極管和外圍元件構(gòu)成，視頻箝位同步分離電路輸出的奇、偶場信號和電路工作方式選擇信號接至與門U10的輸入端，U10的輸出端接入或門U13的輸入端，象素判別信號接至U12的輸入端，工作方式選擇信號接至U11的輸入端，其輸出端接至U12的另一個輸入端，U12的輸出端接至U13的另一輸入端，U13的輸出端接至U14的時鐘輸入端，觸發(fā)或掃描識別復位信號接至U14的清零控制端，U14的輸出端接至U15的正邊沿觸發(fā)輸入端，工作方式選擇信號接至U15的復位清零端，U15的負邊沿觸發(fā)輸入端和反向輸出端接至三極管G1的基極。
專利摘要本實用新型涉及示波器檢定和測量領域。它是采用由攝象機掃描去觸發(fā)輸入示波器的被測對象或直接觸發(fā)示波器的水平掃描的方案。其特征在于它包括波形背景分離電路和掃描識別與觸發(fā)輸出電路，它保證了示波器水平掃描的起始時刻與攝象機輸出的某一幀圖象起始點對準，還可以完成示波器水平掃描過程所包含的任意多幀畫面的合成，解決了目前示波器圖象采集裝置需要示波器必須具有觸發(fā)輸出端口的問題。適用于各種示波器圖象的采集及示波器檢定和測量。
文檔編號G01R35/00GK2190306SQ9421226
公開日1995年2月22日 申請日期1994年5月21日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月21日
發(fā)明者方明, 陳耀明 申請人:電子工業(yè)部第20研究所