可旋转显示画面的示波器的制造方法
【专利摘要】本发明是关于一种可旋转显示画面的示波器，其包含有一数据采集单元、一绘图处理单元、一中央处理单元及一触控显示单元，其中该数据采集单元是供外部信号输入，并输入信号处理为一组数字波形数据，该绘图处理单元是与该中央处理单元及该数据采集单元连接，且具有一波形处理单元，波形处理单元由该中央处理单元控制使能一第一坐标波形处理模块及一第二坐标波形处理模块其中之一，以处理数字波形数据为对应第一或第二坐标的波形显示接口后，再以该触控显示单元显示；如此，波形显示接口再切换坐标而进行旋转时，可通过硬件电路切换第一及第二坐标波形处理模块达成，不需通过软件的坐标转换运算，提升更新率。
【专利说明】可旋转显示画面的示波器
【技术领域】
[0001] 本发明是关于一种可携式测量仪器，尤指一种具显示画面旋转功能的可携式数字 不波器。
【背景技术】
[0002] 示波器是一种用来测量电子信号波形的仪器，其普遍使用于检测、研究电子信号 及电子元件的特性曲线等。
[0003] 现有的示波器内部的电路主要如图10所示，其包含：
[0004] 一数据采集单元70,其具有一组信号输入端口 71以供外部信号输入，并进行信号 放大、采样及模拟数字转换后获得一组数字波形数据并输出；
[0005] -绘图处理单元80,与该数据采集单元70连接，并于接收数字波形数据后，将数 字波形数据处理为一波形显示画面输出；
[0006] -中央处理单元90,与该数据采集单元70连接，以设定数据采集单元70信号放大 倍率取样频率等参数；
[0007] -显示单元100,其与该绘图处理单元80连接，并接收且显示绘图处理单元80输 出的波形显示画面。
[0008] 传统的示波器多为桌上型，不易携带，而拜电子元件的体积缩小之赐，现有一种体 积较小、较易携带的可携式示波器，但其操作方式仍为机械式按键，操作上较麻烦且显示画 面较小，由于近年来可携式电子装置有逐渐改良为触控操作的趋势，示波器的制造商也有 意将可携式示波器改良增加一触控操作接口，但也因此面临了显示画面旋转的技术瓶颈。
[0009] 由于支援画面旋转为现有可携式电子装置几乎必备的功能之一，其可方便使用者 可以横摆着看或直立着看，但现有的手持式装置通常是令输出待显示的数据直接以软件进 行坐标转换运算，将原本的画面从第一坐标转换(如横向坐标）为第二坐标(直向坐标）之 后，再输出给显示单元显示，依现有上述示波器若采用软件方式进行波形的绘制与坐标转 换，则必须将波形显示画面经过坐标运算（如矩阵运算）后再输出，一般是以内建于中央处 理单元90中的软件程序来执行，如此将大幅增加处理波形显示画面所需时间，以致使波形 显示画面的更新率（Refresh Rate)大幅降低，更新率降低对于一般智能手机等手持式装置 的使用上可能几乎没有影响，但对于示波器而言，一旦更新率降低，则其测量高频信号时， 将会使高频信号中的某些偶发的突波信号未被显示，且更新率越低，偶发的突波信号未被 显示的机率就越高，因此，更新率过低将不利于使用者观察信号的波形。为此，现有可携式 示波器尚无法兼具旋转显示方向并且同时具备高更新率的目的，但采用触控操作接口已是 趋势，必须积极寻求相关技术的解决方案。
【发明内容】
[0010] 有鉴于上述示波器因采用坐标转换来旋转波形显示画面而降低更新率的技术缺 陷，本发明的主要目的是提出一种可克服此一技术缺陷，而真正实现一旋转显示画面的示 波器。 toon] 欲达上述目的所使用的主要技术手段是令该可旋转显示画面的示波器包含有：
[0012] -数据采集单元，其具有一信号输入端口供外部信号输入，并将输入信号处理为 一组包含多个采样点的数字波形数据后输出；
[0013] 一绘图处理单元，与该数据采集单元连接，且具有一波形处理单元，该波形处理单 元包含有一第一坐标波形处理模块及一第二坐标波形处理模块，并于接收数据采集单元输 出的数字波形数据后，以该第一坐标波形处理模块及第二坐标波形处理模块其中一者将数 字波形数据处理为对应坐标的一波形显示接口后输出；
[0014] 一中央处理单元，与该数据采集单元及该绘图处理单元连接，并使能该第一坐标 波形处理模块及第二坐标波形处理模块其中之一，以处理绘图处理单元接收的数字波形数 据；
[0015] 一触控显示单元，其与该绘图处理单元及该中央处理单元连接，接收并显示绘图 处理单元输出的波形显示接口，且接收触控手势后，输出操作指令予该中央处理单元。
[0016] 上述本发明是以中央处理单元使能第一及第二坐标波形处理模块的其中之一，以 处理数字波形数据，而第一坐标波形处理模块及第二坐标波形处理模块分别处理将数字波 形数据处理成对应两种不同的坐标的波形显示画面，当中央处理单元使能由第一或第二坐 标波形处理模块处理数字波形数据时，即可使触控显示单元显示波形显示接口的坐标改 变，达到旋转显示画面的效果，而由于第一及第二坐标波形处理模块都是直接将数字波形 数据处理成对应坐标的波形显示接口，不需经过坐标转换，不增加经过坐标转换运算所增 加处理时间，故不会有被迫降低波形画面的更新率的技术缺陷，因此，本发明示波器不必因 加入旋转显示画面的功能而降低波形显示接口的更新率（refresh rate)，而兼具提供良好 的高频信号量测功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不 构成对本发明的限定。在附图中：
[0018] 图1为本发明的电路方块图。
[0019] 图2为图1操作接口存储器中储存的第一坐标操作接口示意图。
[0020] 图3为图1第一坐标波形处理模块处理出的第一坐标波形画面示意图。
[0021] 图4为图3的局部放大图。
[0022] 图5为第一坐标波形画面并整于第一坐标操作接口后显示的示意图。
[0023] 图6为图1操作接口存储器中储存的第二坐标操作接口示意图。
[0024] 图7为图1第二坐标波形处理模块处理出的第二坐标波形画面示意图。
[0025] 图8为图7的局部放大图。
[0026] 图9为第二坐标波形画面并整于第二坐标操作接口后显示的示意图。
[0027] 图10为现有示波器的电路方块图。
【具体实施方式】
[0028] 以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所 采取的技术手段。
[0029] 请参阅图1，本发明可旋转显示画面的示波器包含有：
[0030] 一数据采集单元10,其具有一信号输入端口 11供外部信号输入，并将输入信号处 理为一组包含多个采样点的数字波形数据后输出；
[0031] 一绘图处理单元20,与该数据采集单元10连接，并于接收数据采集单元10输出 的数字波形数据后，以一第一坐标波形处理模块211及一第二坐标波形处理模块212将数 字波形数据处理为对应第一坐标或第二坐标的波形显示接口后输出，其详细内容请容后详 述；
[0032] -中央处理单元30,与该数据采集单元10及该绘图处理单元20连接，并使能该第 一坐标波形处理模块211及第二坐标波形处理模块212其中之一，以处理绘图处理单元20 接收的数字波形数据；
[0033] 一触控显示单元40,其与该绘图处理单元20及该中央处理单元30连接，接收并显 示绘图处理单元20输出的波形显示接口，且接收触控手势后，输出操作指令予该中央处理 单元30。
[0034] 上述绘图处理单元20可与上述中央处理单元30整合于一单芯片中，且该绘图处 理单元20包含有：
[0035] -波形处理单元21，其与该数据采集单元10及该中央处理单元30连接，且包含有 一第一坐标波形处理模块211及一第二坐标波形处理模块212,并由该中央处理单元30使 能第一及第二坐标波形处理模块211、212其中一者接收数据采集单元10输出的该组数字 波形数据，于本实施例中，第二坐标为第一坐标逆时针旋转90度后形成的坐标，或可为第 一坐标顺时针旋转90度后形成的坐标；
[0036] -储存单元22,其与该波形处理单元21连接，且包含有一存取控制器221、一操 作接口存储器222及一数字波形存储器223,其中，该存取控制器221与该操作接口存储器 222及该数字波形存储器223连接，且该操作接口存储器222中储存有一如图2所示的第一 坐标操作接口 51及一如图6所示的第二坐标操作接口 52,该第一及第二坐标操作接口 51、 52各包含有一操作区511、521及一波形显示区512、522,该数字波形存储器223包含有一 波形画面暂存区224及一输出画面暂存区225 ;
[0037] -输出控制单元23,其与该储存单元22中的存取控制器221连接，且包含有一图 层叠加单元231及一显示时序控制器232,该显示时序控制器232又与该触控显示单元40 连接。
[0038] 上述波形处理单元21、储存单元22及输出控制单元23可以现场可程序逻辑阵列 (FPGA)配以DDR存储器或特定应用集成电路（ASIC)实现。
[0039] 当上述中央处理单元30使能由第一坐标波形处理模块211处理数字波形数据时， 由该第一坐标波形处理模块211接收数据采集单元10输出的数字波形数据，并将数字波形 数据的各采样点标示于第一坐标（图中的X-Y坐标）上，并通过存取控制器221逐点写入该 数字波形存储器223的波形画面暂存区224中，而处理为如图3所示的一第一坐标波形画 面61，且其第一坐标波形画面61的尺寸匹配图2中第一坐标操作接口 51的波形显示区512 的尺寸（LXM);该第一坐标波形处理模块211将数字波形数据的各采样点逐点写入该数字 波形存储器223时，由于每一种存储器中存储地址的连续性是固定的，因此，第一坐标波形 处理模块211必须依据第一坐标与数字波形存储器223地址的关系而逐点写入，例如图4 中所示，数字波形存储器223的存储器连续方向为由左至右，即d (m,n)、d (m+!,n)、d (m+2，n；)， 至最 右后再换下一行，因此，对于该第一坐标波形处理模块211而言，写完地址，第一 坐标波形处理模块211下一点会自动跳到d (m+KI,n+1)，进而达到将第一坐标波形画面61逐点 写入波形画面暂存区224的目的；又，该第一坐标波形处理模块211可进一步于将数字波形 数据的各采样点逐点写入该数字波形存储器223时，采用矢量连线处理，即第一坐标波形 处理模块211将数字波形数据标示于第一坐标时，将如图3及4所示，将各采样点Pn-1? Pn+1与前一采样点连线，以Pn+1为例，第一坐标波形处理模块211在写图3的Pn+1点时， 将于波形画面暂存区224的d ^^.?至d (m+9,n+9)地址写入相同像素，因此第一坐标波形处理 模块211在将数字波形数据的各采样点逐点写入数字波形存储器223时，即使两个连续的 采样点对应到第一坐标中不连续的地址(如Pn-1?Pn+1)，则第一坐标波形处理模块211仍 会将其逐点写成连成一线的第一坐标波形画面61，以完成如图3中连续的第一坐标波形画 面61，并将此第一坐标波形画面61输出予该储存单元22,此时，再由输出控制单元23中的 图层叠加单元231通过存取控制器221，按照存储器位置连续性，逐点读取操作接口存储器 222中的第一坐标操作接口 51及波形画面暂存区224中第一坐标波形画面61，并将第一坐 标波形画面61并整至第一坐标操作接口 51的波形显示区512中，以作为对应第一坐标的 波形显示接口，且通过存取控制器221将该第一坐标的波形显示接口存入输出画面暂存区 225中，最后由该输出控制单元23的显示时序控制器232通过存取控制器221读取输出画 面暂存区225中储存如图5所示对应第一坐标的波形显示接口（包含第一坐标操作接口 51 及第一坐标波形画面61)，并由显示时序控制器232逐点读取(如图中虚线箭头表示的扫描 方向）而逐点输出予触控显示单元40显示。
[0040] 同理，当中央处理单元30使能由第二坐标波形处理模块212处理数字波形数据 时，由该第二坐标波形处理模块212接收数据采集单元10输出的数字波形数据，并将数字 波形数据的各采样点标示于第二坐标（图中的X' -Y'坐标）上，并通过存取控制器221将第 二坐标波形画面逐点写入数字波形存储器223的波形画面暂存区224中，而处理为如图7 所示的一第二坐标波形画面62,且该第二坐标波形画面62的尺寸匹配图6中第二坐标操作 接口 52的波形显示区522的尺寸（JXK);不同的是，该第二坐标波形处理模块212在将第 二坐标波形画面逐点写入数字波形存储器223的波形画面暂存区224时，如图8所示，若以 与前图4相同存储器连续方向为例(装置顺时针转了 90度)，则第二坐标波形处理模块212 写完地址d (_+6)的像素后，将接着写d (m+1,n+6)的像素，依此顺序，以将第二坐标波形画面62 逐点写入波形画面暂存区224中；又，该第二坐标波形处理模块212亦可进一步于逐点写入 时，采用矢量连线处理，令各采样点Pn-1?Pn+1与前一采样点连线（Pn+1连接至Pn，Pn连 接至Pn-1，以此类推，第一个采样点不连接)，以完成如图7中连续的第二坐标波形画面62， 由第二坐标波形画面62储存于该数字波形存储器223的波形画面暂存区224中，此后，再 由输出控制单元23中图层叠加单元231按照波形画面暂存区224存储器位置连续性，逐点 读取操作接口存储器222中的第二坐标操作接口 52及波形画面暂存区224中第二坐标波 形画面62,并将第二坐标波形画面62并整至第二坐标操作接口 52的波形显示区522中， 以作为如图9所示对应第二坐标的波形显示接口，再通过存取控制器221存入输出画面暂 存区225中，最后由该输出控制单元23的显示时序控制器232通过存取控制器221逐点读 取输出画面暂存区225中储存如图9所示对应第二坐标的波形显示接口（包含第二坐标操 作接口 52及第二坐标波形画面62)，并由显示时序控制器232逐点读取（如图9中虚线箭 头表示的扫描方向）并输出予触控显示单元40显示，达到旋转显示画面为对应第二坐标的 效果，且显示时序控制器232读取的顺序可对应与图5所示顺序相同，不需更改时序控制器 232读取方式。
[0041] 上述将第一、二坐标波形画面61、62并整于第一、二坐标操作接口 51、52的波形 显示区522中，设定第一及第二坐标操作接口 51、52对应操作区511、521坐标位置的像素 为非透明像素，而设定第一及第二坐标操作接口 51、52对应波形显示区512、522坐标位置 的像素为透明像素，且该图层叠加单元231读取第一及第二坐标操作接口 51、52各坐标的 像素，于读取到非透明的像素时，则直接储存于输出画面暂存区225中，于读取到透明像素 时，则读取对应第一、二坐标波形画面61、62中对应坐标位置的像素而储存于输出画面暂 存区225中，以完成画面的并整。
[0042] 本发明又为兼顾让使用者方便观察及方便操作，故令第一及第二坐标操作接口 51、52会因操作区511、521及波形显示区512、522的大小不同，其中第一坐标操作接口 51 的波形显示区512总面积大于第二坐标操作接口 52波形显示区522的总面积，第二坐标操 作接口 52的操作区521总面积则大于第一坐标操作接口 51操作区511的总面积；使用者 采用第一坐标时，将有较大的波形显示区512,易于观察波形细节，使用者采用第二坐标时， 则有较大的操作区521，可容纳较多或较大的功能图像53供使用者点选，操作较为方便，也 可用来显示更多的波形量测数值(如频率、振幅等）而不会遮盖到波形，便于使用者同时观 察波形及其相对应的量测数值，藉此，可令使用者可依据使用需求切换画面对应的坐标，以 便于观察或操作。
[0043] 又，上述第一及第二坐标操作接口 51、52的操作区511、521中具有一用以切换第 一及第二坐标波形处理模块的功能图像531，以供使用者点选后，令中央处理单元30切换 第一及一第二坐标波形处理模块211、212。
[0044] 上述示波器在进行画面旋转时，使用者只需点碰切换第一及第二坐标波形处理 模块的功能图像531，便由中央处理单元30切换第一坐标波形处理模块211及第二坐标 波形处理模块212进行数字波形数据的处理，而成如上述，不管是第一或第二坐标波形处 理模块211、212,都只需负责一个坐标的处理(包含处理画面及逐点写入波形画面暂存区 224)，不需进行坐标转换的运算，其后端的输出控制单元23也不须因画面旋转而必须改变 读取方向或增加坐标处理等过程，故能减少坐标转换造成的时间延迟，且本发明可直接以 数字电路实现，相较于以软件处理者，本发明缩短波形处理所需的时间，再者，上述波形显 示接口分别对应第一坐标及第二坐标时，将会具有不同大小的操作区511、521及波形显示 区512、522,可于操作时转成对应第二坐标，方便操作，于查看波形时转成第一坐标，详细查 看。
[0045] 综上所述，本发明不仅能避免坐标转换运算造成更新率的降低，亦可供使用者依 使用需求选择转成方便查看的第一坐标或方便操作的第二坐标，兼顾查看波形及便利操作 的需求。
[0046] 以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽 然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不 脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同 变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上 实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【权利要求】
1. 一种可旋转显示画面的示波器，其特征在于，包含有： 一数据采集单元，其具有一信号输入端口供外部信号输入，并将输入信号处理为一组 包含多个采样点的数字波形数据后输出； 一绘图处理单元，与所述数据采集单元连接，且具有一波形处理单元，所述波形处理单 元包含有一第一坐标波形处理模块及一第二坐标波形处理模块，并于接收数据采集单元输 出的数字波形数据后，以所述第一坐标波形处理模块及第二坐标波形处理模块其中一者将 数字波形数据处理为对应坐标的一波形显示接口后输出； 一中央处理单元，与所述数据采集单元及所述绘图处理单元连接，并使能所述第一坐 标波形处理模块及第二坐标波形处理模块其中之一，以处理绘图处理单元接收的数字波形 数据； 一触控显示单元，其与所述绘图处理单元及所述中央处理单元连接，接收并显示绘图 处理单元输出的波形显示接口，且接收触控手势后，输出操作指令予所述中央处理单元。
2. 根据权利要求1所述的可旋转显示画面的示波器，其特征在于，所述绘图处理单元 包含有： 一波形处理单元，其与所述数据采集单元及所述中央处理单元连接，且由所述第一坐 标波形处理模块及所述第二坐标波形处理模块构成，且所述第一坐标波形处理模块将数字 波形数据处理为第一坐标波形画面，所述第二坐标波形处理模块将数字波形数据处理为第 二坐标波形画面； 一储存单元，其与所述波形处理单元连接，以储存第一及第二坐标波形画面； 一输出控制单元，其与所述储存单元连接，且包含有一图层叠加单元及一显示时序控 制器，所述显示时序控制器又与所述触控显示单元连接，所述图层叠加单元将第一坐标波 形画面处理为对应第一坐标的波形显示接口，而将第二坐标波形画面处理为对应第二坐标 的波形显示接口，且交由储存单元储存，并由显示时序控制器读取输出予触控显示单元。
3. 根据权利要求2所述的可旋转显示画面的示波器，其特征在于，所述第一坐标波形 处理模块处理数字波形数据时，将数字波形数据的各采样点标示于第一坐标上而处理为第 一坐标波形画面，并进一步将各采样点与前一采样点连接而构成连续图形，且将此第一坐 标波形画面输出予所述储存单元储存； 所述第二坐标波形处理模块处理数字波形数据时，将数字波形数据的各采样点标示于 第二坐标上而处理为第二坐标波形画面，并进一步将各采样点与前一采样点连接而构成连 续图形，且将此第二坐标波形画面输出予所述储存单元储存。
4. 根据权利要求2或3所述的可旋转显示画面的示波器，其特征在于，所述储存单元包 含有： 一存取控制器，其与所述波形处理单元、所述输出控制单元的图层叠加单元及显示时 序控制器连接； 一操作接口存储器，其与所述存取控制器连接，且储存有一第一坐标操作接口及一第 二坐标操作接口，所述第一及第二坐标操作接口各包含有一操作区及一波形显示区；及 一数字波形存储器，其与所述存取控制器连接，且包含有一波形画面暂存区及一输出 画面暂存区，所述波形画面暂存区储存第一及第二坐标波形画面； 所述图层叠加单元于将第一坐标波形画面处理为对应第一坐标的波形显示接口时， 逐点读取第一坐标波形画面及第一坐标操作接口，并将第一坐标波形画面并整于第一坐标 操作接口的波形显示区中，以作为对应第一坐标的波形显示接口；于将第二坐标波形画面 处理为对应第二坐标的波形显示接口时，将逐点读取第二坐标波形画面及第二坐标操作接 口，并将第二坐标波形画面并整至第二坐标操作接口的波形显示区中，以作为对应第二坐 标的波形显示接口，并将处理好的波形显示画面通过所述存取控制器储存于数字波形存储 器的输出画面暂存区中，由显示时序控制器通过存取控制器逐点读取，并输出予触控显示 单元。
5. 根据权利要求4所述的可旋转显示画面的示波器，其特征在于，所述操作接口存储 器设定第一及第二坐标操作接口对应操作区坐标位置的像素为非透明像素，而设定第一及 第二坐标操作接口对应波形显示区坐标位置的像素为透明像素，且所述图层叠加单元读取 第一及第二坐标操作接口各坐标的像素，于读取到非透明的像素时，则直接储存于输出画 面暂存区中，于读取到透明像素时，则读取对应第一、二坐标波形画面中对应坐标位置的像 素而储存于输出画面暂存区中。
6. 根据权利要求4所述的可旋转显示画面的示波器，其特征在于，所述第一及第二坐 标波形画面的尺寸匹配第一及第二坐标操作接口中波形显示区的尺寸，且所述第一坐标操 作接口的波形显示区总面积大于第二坐标操作接口波形显示区的总面积，第二坐标操作接 口的操作区总面积则大于第一坐标操作接口操作区的总面积。
7. 根据权利要求5所述的可旋转显示画面的示波器，其特征在于，所述第一及第二坐 标波形画面的尺寸匹配第一及第二坐标操作接口中波形显示区的尺寸，且所述第一坐标操 作接口的波形显示区总面积大于第二坐标操作接口波形显示区的总面积，第二坐标操作接 口的操作区总面积则大于第一坐标操作接口操作区的总面积。
8. 根据权利要求4所述的可旋转显示画面的示波器，其特征在于，所述第一及第二坐 标操作接口的操作区中具有一用以切换第一及第二坐标波形处理模块的功能图像。
9. 根据权利要求5所述的可旋转显示画面的示波器，其特征在于，所述第一及第二坐 标操作接口的操作区中具有一用以切换第一及第二坐标波形处理模块的功能图像。
10. 根据权利要求6所述的可旋转显示画面的示波器，其特征在于，所述第一及第二坐 标操作接口的操作区中具有一用以切换第一及第二坐标波形处理模块的功能图像。
11. 根据权利要求7所述的可旋转显示画面的示波器，其特征在于，所述第一及第二坐 标操作接口的操作区中具有一用以切换第一及第二坐标波形处理模块的功能图像。
12. 根据权利要求4所述的可旋转显示画面的示波器，其特征在于，所述绘图处理单元 与所述中央处理单元整合于一单芯片中。
13. 根据权利要求11所述的可旋转显示画面的示波器，其特征在于，所述绘图处理单 元与所述中央处理单元整合于一单芯片中。
【文档编号】G01R13/02GK104142415SQ201310166808
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年5月8日 优先权日:2013年5月8日
【发明者】孟庆凯 申请人:固纬电子实业股份有限公司