专利名称：具有动态录制波形图像的示波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及示波器，尤其是涉及具有动态录制波形图像的示波器。
背景技术：
目前的数字示波器都给出“存储深度”这样一个指标，该指标说明存储一条波形的最大字节数，一般从几百Byte到上百兆Byte不等，上百兆Byte的存储深度，对于观察一条瞬时波形来说已经足够大。示波器给出存储深度指标的这种存储，这里称为静态存储，因为这种存储不能自动连续进行，需要人工进行一系列按键操作才可存储一条波形，而且存储下来的波形也只能一条一条的进行观看，就像看幻灯片一样是静态的。但是如果要对一个快速变化的信号进行持续的记录，依靠存储深度这个功能指标是不现实的。中国专利号ZL200620119307. 4公开了一种有波形录制功能的示波器，实现方式是把波形数据以可变的时间间隔按帧为单位存储至非易失的存储设备上，以实现长时间的波形记录。回放时，根据需要把记录的数据按帧和可变的时间间隔进行回放。从实现方法上看，该示波器按帧为单位直接录制采样的波形数据，存在的不足是其一，数据传输和存储的瓶颈问题。假如示波器的存储深度为2M，说明在屏幕上显示的每一条波形数据量均为 2M,如果示波器每秒更新50条波形(这算是比较低的更新速度)，那就意味着每秒有100M 的数据需要传输和存储；目前来说，要实现这样的数据传输和非易失存储难度较大，成本很高；其二，如果要避免上述缺陷，用改变存储波形的时间间隔的方式，即牺牲每秒存储波形的条数来缓解传输和存储问题，则每秒存储波形的条数远远少于实际测量时波形的条数， 在回放时会和实际录制时的状态相去甚远，也漏掉了许多的信息；其三，如果要避免上述其一和其二存在的缺陷，用降低每条波形数据量的方式，一是降低示波器存储深度来减少数据量，二是对数据进行再次抽样来减少数据量，但不管哪种方式，最终的结果都是为了录制波形，必须牺牲许多显示信息；其四，如果要同时录制两个或两个以上通道的数据时，缺陷更明显。
发明内容
本发明目的在于提供一种具有动态录制波形图像的示波器，使其在录制波形时不受示波器存储深度和通道数量的限制，而且录制的帧数可以与示波器测量时实际显示帧数一致，不遗漏任何信息。为实现上述目的，本发明采样如下方案
本发明所述具有动态录制波形图像的示波器，它包括模拟信号调理单元、A/D转换单元、触发单元、高速逻辑单元、采样缓冲单元、CPU控制单元、系统存储单元、显示单元、外部总线接口单元、显示合成单元、动态录制单元和动态回放单元。被测试信号经过信号调理模块调理后分别送入触发单元和A/D转换单元，高速逻辑单元在触发单元的触发控制下控制 A/D转换单元进行采样，采样后的数据经由高速逻辑单元传输至采样缓冲单元。完成一次波形采集后，高速逻辑单元把波形数据从采样缓冲单元转移至CPU控制单元，由CPU控制单元转化成与屏幕像素对应的图像数据，或者高速逻辑单元把波形数据从采样缓冲单元读出并转化成与屏幕像素对应的图像数据后再传输给CPU控制单元。所述显示合成单元与CPU控制单元连接，把需要显示的各种与屏幕像素对应的图像数据按图层进行管理，以方便对这些图像数据进行独立维护，并且可以有选择性的显示。 这些图层可以是各个通道波形数据转化而成的波形图层、用于显示测量文本的文本图层、 用于显示菜单操作的菜单图层、用于显示状态信息的状态图层、用于显示光标的光标图层、 用于显示波形数学运算的运算图层、用于显示栅格的栅格图层等所有需要独立维护的任何图层。显示合成单元根据预设参数或者用户菜单指令对图层进行图像合成处理，合成处理的核心是对图层进行取舍并控制先后层次关系，合成后的图像数据送给显示单元或者动态录制单元。这里要区分的是送给显示单元的数据和送给动态录制单元的数据是独立的， 它们可以相同，也可以不同，这取决于用户设置的参数动态录制的画面是否要和当前测试画面完全一致。所述动态录制单元与CPU控制单元连接，给显示合成单元发送指令告诉需要合成的图像内容，并对显示合成单元合成的图像数据进行压缩运算以节省存储空间，压缩后的数据传输给存储空间进行存储，所述存储空间可以是系统存储单元，也可以是外部总线接口扩展的存储空间。所述动态回放单元与CPU控制单元连接，根据用户设置的参数从存储空间读取动态录制的数据，并对数据进行解压缩运算，使数据恢复至压缩前的状态，解压缩以后的数据传输至显示单元用于显示。所述存储空间可以是系统存储单元，也可以是外部总线接口扩展的存储空间。所述系统存储单元为FLASH或者硬盘，用来存储示波器系统需要掉电保持的各种数据。 所述外部总线接口单元为USB、LAN或其它总线接口，可以用来连接PC机或其它存储设备。本发明优点在于利用“示波器所有的测量应用最终都是以图像的方式呈现给用户，，这一特点，采用录制图像的方法，来实现录制波形之目的，使其在录制波形时，不受示波器存储深度和通道数量的限制，而且录制图像的帧数与示波器测量显示的帧数相同，达到完全再现测量时的所有波形信息的功能。
图1是本发明的电路原理框图。
具体实施例方式如图1所示，本发明所述具有动态录制波形图像的示波器，它包括模拟信号调理单元、A/D转换单元、触发单元、高速逻辑单元、采样缓冲单元、CPU控制单元、系统存储单元、显示单元、外部总线接口单元、显示合成单元、动态录制单元和动态回放单元。被测试信号经过信号调理模块调理后分别送入触发单元和A/D转换单元，高速逻辑单元在触发单元的触发控制下控制A/D转换单元进行采样，采样后的数据经由高速逻辑单元传输至采样缓冲单元。完成一次波形采集后，高速逻辑单元把波形数据从采样缓冲单元转移至CPU控制单元，由CPU控制单元转化成与屏幕像素对应的图像数据，或者高速逻辑单元把波形数据从采样缓冲单元读出并转化成与屏幕像素对应的图像数据后再传输给 CPU控制单元。这两步的差异在于，波形数据转化成与屏幕像素对应的图像数据是由CPU控制单元完成还是由高速逻辑单元完成。如果由CPU控制单元完成，高速逻辑单元把波形数据从采样缓冲单元转移至CPU控制单元的过程将会耗费一定的时间，这将由示波器存储深度决定，太大的存储深度会在数据传输时占用更多的时间；如果由高速逻辑单元完成，高速逻辑单元把图像数据传输给CPU控制单元的时间将是固定的，不受示波器存储深度影响。 假如示波器的存储深度为5M，这样的数据量在高速逻辑单元和CPU控制单元之间进行转移，将会耗费大量的时间，如果转化成与屏幕像素对应的图像数据后再传送，假如图像分辨率为500*400，数据量不到200K字节，如果每个像素不需要颜色信息，只用一个位就可以表示，这时的数据量不到2 字节。显示合成单元与CPU控制单元连接，把需要显示的各种与屏幕像素对应的图像数据按图层进行管理，以方便对这些图像数据进行独立维护，并且可以有选择性的显示。这些图层可以是各个通道波形数据转化而成的波形图层、用于显示测量文本的文本图层、用于显示菜单操作的菜单图层、用于显示状态信息的状态图层、用于显示光标的光标图层、用于显示波形数学运算的运算图层、用于显示栅格的栅格图层等所有需要独立维护的任何图层。显示合成单元根据预设参数或者用户菜单指令对图层进行图像合成处理，合成处理的核心是对图层进行取舍并控制先后层次关系，合成后的图像数据送给显示单元或者动态录制单元。送给显示单元的数据和送给动态录制单元的数据是独立的，它们可以相同，也可以不同，这取决于用户设置的参数动态录制的画面是否要和当前测试画面完全一致。数字示波器可以显示很多的信息，可以有操作菜单、有光标测量、有栅格、有自动测量等，还可以同时显示多条波形，这些显示信息按图层进行管理，将会增加显示维护的灵活度，而且可以控制层次感。比如示波器有菜单操作，一般都希望菜单处于显示画面的最前端而不被其他显示信息覆盖，这时菜单就可以单独定义一个图层，在这个图层里只有菜单图像，菜单变化时只刷新这个图层即可，不用考虑会对其它显示内容带来影响。为了保持菜单在显示最前端，显示合成单元在合并图像时，把菜单图像的优先级定为最高，它的显示内容可以覆盖优先级低的显示内容，实际流程可以是这样的显示合成单元先把优先级最低的图层数据拷贝到一个缓冲区，然后把优先级稍高一级的数据也拷贝到这个缓冲区，拷贝时，后拷贝的数据可以覆盖先拷贝的数据，每个图像层中，没有显示内容的区域不拷贝。这样，从最低优先级到最高优先级的层都拷贝完成后，最终的显示图像就合并完成，菜单自然就在最前端显示。如果有些层不需要显示时，显示合成单元就不拷贝这些层，从而达到不显示的目的。动态录制单元与CPU控制单元连接，给显示合成单元发送指令告诉需要合成的图像内容，并对显示合成单元合成的图像数据进行压缩运算以节省存储空间，压缩后的数据传输给相关存储空间进行存储，所述相关存储空间可以是系统存储单元，也可以是外部总线接口扩展的存储空间。动态录制时，控制显示合成单元合成图像的内容，达到控制录制画面的效果。比如在动态录制时，不希望录制的画面有菜单出现，则让显示合成单元在针对动态录制图像的合成中，不合并菜单层即可实现。合并出的图像是位像，与屏幕像素一一对应。既然是图像，尤其是位像，就可以用压缩算法进行压缩处理。目前图像压缩算法有很多，不是本专利涉及的范畴。一幅示波器显示画面经过压缩后，数据量可以减小到原图像的十分之一甚至几十分之一。动态回放单元与CPU控制单元连接，根据用户设置的参数从相关存储空间读取动态录制的数据，并对数据进行解压缩运算，使数据恢复至压缩前的状态，解压缩以后的数据传输至显示单元用于显示。所述相关存储空间可以是系统存储单元，也可以是外部总线接口扩展的存储空间。实际回放时，用户一般需要进行手动浏览或者进行快进、快退、跳转等操作，其实质就是从所有的图像数据中，读取哪一帧图像数据的问题。
权利要求
1.一种具有动态录制波形图像的示波器，它包括模拟信号调理单元、A/D转换单元、触发单元、高速逻辑单元、采样缓冲单元、CPU控制单元、系统存储单元、显示单元、外部总线接口单元、显示合成单元、动态录制单元和动态回放单元；其特征在于被测试信号经过模拟信号调理单元调理后分别送入触发单元和A/D转换单元，高速逻辑单元在触发单元的触发控制下控制A/D转换单元进行采样，采样后的数据经由高速逻辑单元传输至采样缓冲单元；完成一次波形采集后，高速逻辑单元把波形数据从采样缓冲单元转移至CPU控制单元， 由CPU控制单元转化成与屏幕像素对应的图像数据，或者高速逻辑单元把波形数据从采样缓冲单元读出并转化成与屏幕像素对应的图像数据后再传输给CPU控制单元。
2.根据权利要求1所述具有动态录制波形图像的示波器，其特征在于所述显示合成单元与CPU控制单元连接，把需要显示的各种与屏幕像素对应的图像数据按图层进行管理；所述图层为各个通道波形数据转化而成的波形图层、用于显示测量文本的文本图层、 用于显示菜单操作的菜单图层、用于显示状态信息的状态图层、用于显示光标的光标图层、 用于显示波形数学运算的运算图层、用于显示栅格的栅格图层以及所有需要独立维护的图层。
3.根据权利要求1所述具有动态录制波形图像的示波器，其特征在于所述动态录制单元与CPU控制单元连接，给显示合成单元发送指令告诉需要合成的图像内容，并对显示合成单元合成的图像数据进行压缩运算，压缩后的数据传输给存储空间进行存储，所述存储空间为系统存储单元或外部总线接口扩展的存储空间。
4.根据权利要求1所述具有动态录制波形图像的示波器，其特征在于所述动态回放单元与CPU控制单元连接，根据用户设置的参数从存储空间读取动态录制的数据，并对数据进行解压缩运算，使数据恢复至压缩前的状态；解压缩以后的数据传输至显示单元用于显示；所述存储空间是系统存储单元或是外部总线接口扩展的存储空间。
5.根据权利要求1所述具有动态录制波形图像的示波器，其特征在于所述系统存储单元为FLASH或硬盘，用来存储示波器系统需要掉电保持的各种数据。
6.根据权利要求1所述具有动态录制波形图像的示波器，其特征在于所述外部总线接口单元为USB、LAN或其它总线接口，用于连接PC机或其它存储设备。
全文摘要
本发明公开了一种具有动态录制波形图像的示波器，包括模拟信号调理单元、A/D转换单元、触发单元、高速逻辑单元、采样缓冲单元、CPU控制单元、系统存储单元、显示单元、外部总线接口单元、显示合成单元、动态录制单元和动态回放单元。被测试信号经过信号调理模块调理后分别送入触发单元和A/D转换单元，高速逻辑单元在触发单元的触发控制下控制A/D转换单元进行采样，采样后的数据由高速逻辑单元传输至采样缓冲单元；高速逻辑单元把波形数据从采样缓冲单元转移至CPU控制单元，由CPU控制单元转化成与屏幕像素对应的图像数据。本发明优点在于采用录制图像方法实现录制波形之目的，使其在录制波形时，不受示波器存储深度和通道数量的限制。
文档编号G01R13/04GK102495255SQ201110420259
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月15日 优先权日2011年12月15日
发明者张兴杰 申请人:张兴杰