一種用fpga分段存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)示波器平均采集的技術(shù)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及到數(shù)字示波器，是示波器實(shí)現(xiàn)平均采集的一種方式，適用于一般低成 本深存儲(chǔ)示波器。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)字示波器是電子測(cè)量領(lǐng)域中的一種常見的儀器，用于采集、顯示以及存儲(chǔ)波形， 還可以進(jìn)行各種參數(shù)的分析功能。示波器有很多采集模式，其中一種是平均模式。這種模式 將平均連續(xù)采集的波形點(diǎn)，過(guò)濾掉噪聲和信號(hào)毛刺，又不損害帶寬，但是要求是周期信號(hào)。 適用于電源質(zhì)量分析或諧波分析等。示波器存儲(chǔ)波形可以存在FPGA內(nèi)部的存儲(chǔ)器中，也可 以存在外部容量較大的存儲(chǔ)器中?？梢赃B續(xù)存儲(chǔ)一次采集的波形，也可以分段存儲(chǔ)波形。分 段存儲(chǔ)將較大的外部存儲(chǔ)分成多個(gè)小存儲(chǔ)器，這樣可以存多次的采集波形。本發(fā)明就是利 用分段存儲(chǔ)來(lái)完成波形的平均采集。
[0003] 平均運(yùn)算過(guò)程參看下面的數(shù)學(xué)公式：
[0005] 其中Aven為平均后的采樣點(diǎn)，η為當(dāng)前的平均次數(shù)，s i為第i次的采樣點(diǎn)。由上 式可以看出，平均次數(shù)越多，每一次新捕獲的波形數(shù)據(jù)對(duì)于平均結(jié)果影響越小，平均效果越 好。
[0006] 在實(shí)際應(yīng)用中，受限系統(tǒng)的運(yùn)算速度和存儲(chǔ)容量，平均次數(shù)η也不可能無(wú)窮大，一 般到256次。
[0007] 平均模式可以通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)。軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)，每次采集的數(shù)據(jù)通過(guò)軟件暫存下來(lái)，然 后讀取下一次的采集數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)相加，根據(jù)設(shè)定的平均次數(shù)求和，最后除以平均次數(shù) 得到平均采樣點(diǎn)。在平均次數(shù)比較大的情況下，軟件運(yùn)算量很大，運(yùn)算速度跟不上波形的刷 新速度。而且軟件還要負(fù)責(zé)示波器別的控制和計(jì)算，這樣平均運(yùn)算導(dǎo)致示波器整體性能下 降。利用軟件實(shí)現(xiàn)的平均采樣模式還有個(gè)弊端，就是不能停止波形展寬和壓縮，因?yàn)檐浖?理的是有限的顯示點(diǎn)，而不是原始點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對(duì)以上問(wèn)題本發(fā)明提供了一種用硬件FPGA實(shí)現(xiàn)平均模式，利用FPGA速度方面 的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到平均采集數(shù)據(jù)和輸入的新數(shù)據(jù)的速度相當(dāng)，不影響波形的刷新率，另外還可以 停止波形，展寬和壓縮以及移動(dòng)看到屏幕外更多波形的用FPGA分段存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)示波器平均 采集的技術(shù)。
[0009] 技術(shù)方案：鑒于低成本深存儲(chǔ)示波器的實(shí)際情況，存儲(chǔ)深度只達(dá)到兆級(jí)，這樣平均 次數(shù)不可能很大，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)最大平均次數(shù)為256次，便于FPGA數(shù)據(jù)處理，一般平均次數(shù)為 2的η次方。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)平均采集模式用到了外部的大容量的存儲(chǔ)器，也用了 FPGA內(nèi)部的 存儲(chǔ)區(qū)。
[0010] -種用FPGA分段存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)示波器平均采集的技術(shù)，其特征在于：包括ADC采樣模 塊、幀數(shù)據(jù)處理模塊、分段存儲(chǔ)及平均模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊；示波器中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC采樣 模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)存入FPGA后，由幀數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行幀數(shù)據(jù)處理，幀數(shù)據(jù) 處理后進(jìn)入分段存儲(chǔ)及平均模塊，平均后的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)輸出模塊輸出給CPU，最后輸出顯 不。
[0011] 所述的分段存儲(chǔ)及平均模塊的平均過(guò)程見公式2 :
[0012] SUM_AVEn= SUM_AVE n i+DATA.NEff-DATA.OLD (2)
[0013] SUM_AVE"^平均數(shù)據(jù)和，SUM_AVE " i為上一次平均和，DATA_NEW為最新一次幀處理 數(shù)據(jù)，DATA_0LD為設(shè)定的平均次數(shù)最開始的幀處理數(shù)據(jù)，后兩者都存于FPGA內(nèi)部的存儲(chǔ)區(qū) 內(nèi)。
[0014] 當(dāng)用戶通過(guò)圖形界面發(fā)出平均采集的指令后，初始化SUM_AVE單元為0,二選一 單元選擇0, DATA_0LD單元先不參與運(yùn)算，即公式2中先不減最開始的幀處理數(shù)據(jù)，因?yàn)楝F(xiàn) 在幀數(shù)據(jù)累加次數(shù)還沒(méi)有達(dá)到設(shè)定平均次數(shù)。將第一幀數(shù)據(jù)存入DATA_NEW單元，然后將 DATA_NEW里的數(shù)據(jù)送入加法器的同時(shí)，通過(guò)分段讀寫控制模塊將此數(shù)據(jù)寫入外部存儲(chǔ)1里 面，加法器運(yùn)算結(jié)果再反饋到SUM_AVE單元，顯然第一次的運(yùn)算結(jié)果SUiLAVE 1= DATA_NEW， 第一次的平均結(jié)果就為SUM_AVE/1。依次類推，第二幀數(shù)據(jù)存入DATA_NEW單元，然后送入加 法器的同時(shí)也存入外部存儲(chǔ)2里，結(jié)果為SUM_AVE 2= SUM_AVE i+DATA.NEW，第二次的平均結(jié) 果就為SUM_AVE/2。依次類推到第m幀數(shù)據(jù)，存入外部存儲(chǔ)m，送入加法器運(yùn)算結(jié)果為SUM_ AVEni= SUM_AVE " i+DATA_NEW，第m次的平均結(jié)果就為SUM_AVE/m，此時(shí)才達(dá)到平均m次數(shù)的 效果。同時(shí)外部的分段存儲(chǔ)也結(jié)束了，之后重新采集的數(shù)據(jù)就要從頭覆蓋循環(huán)存儲(chǔ)了，在覆 蓋之前把原來(lái)里面存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)讀出來(lái)緩存做減法運(yùn)算。
[0015] 繼續(xù)采集，新幀數(shù)據(jù)正在存入DATA_NEW單元，此時(shí)通過(guò)分段讀寫控制模塊將外 部存儲(chǔ)1中的數(shù)據(jù)讀入DATA_0LD單元，二選一單元選擇DATA_0LD里面的數(shù)據(jù)。然后將 DATA_NEW和DATA_0LD單元里的數(shù)據(jù)送入加法器的同時(shí)通過(guò)分段讀寫控制模塊將DATA_ NEW里的數(shù)據(jù)寫入外部存儲(chǔ)1里面，覆蓋掉之前數(shù)據(jù)。SUM_AVEjt為公式SSUiLAVE ni= SUM_ AVEni i+DATA.NEW-DATAjLD所示。周而復(fù)始循環(huán)直到采集停止命令。平均結(jié)果為相加和除 以平均次數(shù)。
[0016] 軟件實(shí)現(xiàn)的平均處理因?yàn)檫\(yùn)算量大，一般只是處理屏幕上的有限的顯示點(diǎn)，停止 時(shí)不能展寬看波形的細(xì)節(jié)。用此發(fā)明處理方式可以提高其展寬效果。本發(fā)明的平均輸出結(jié) 果并不只是顯示點(diǎn)，而是包含了顯示點(diǎn)的原始數(shù)據(jù)。軟件可以根據(jù)一定的比例來(lái)抽取數(shù)據(jù) 進(jìn)行顯示。停止展寬時(shí)抽取比例不同而已。由于本發(fā)明定位于外部存儲(chǔ)空間有限的深存儲(chǔ) 示波器，全硬件實(shí)現(xiàn)，速度上得到保證，節(jié)省CPU開銷。同時(shí)得到較好的平均效果，并且可以 停下來(lái)展寬一定的倍數(shù)看波形。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1為用FPGA分段存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)示波器平均采集技術(shù)的整體框圖。
[0018] 圖2為本發(fā)明的分段存儲(chǔ)及平均模塊的示意圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0019] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0020] 如圖1所述，本發(fā)明提供了一種用FPGA分段存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)示波器平均采集的技術(shù)，包 括ADC采樣模塊、幀數(shù)據(jù)處理模塊、分段存儲(chǔ)及平均模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊；示波器中，模數(shù)轉(zhuǎn) 換器ADC采樣模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)存入FPGA后，由幀數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行幀數(shù) 據(jù)處理，幀數(shù)據(jù)處理后進(jìn)入分段存儲(chǔ)及平均模塊，平均后的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)輸出模塊輸出給 CPU，最后輸出顯示。
[0021] 如圖2所示，所述的分段存儲(chǔ)及平均模塊的平均過(guò)程見公式（2):
[0022] SUM_AVEn= SUM_AVE n i+DATA.NEff-DATA.OLD (2)
[0023] SUM_AVE"^平均數(shù)據(jù)和，SU