一种数字示波器及其信号频率测量方法与流程

本发明涉及数字示波器技术领域，具体涉及一种数字示波器及其信号频率测量方法。

背景技术：

数字示波器是形象地显示信号随时间变化波形的仪器，是集数据采集、a/d转换、软件编程等一系列技术于一体的高性能信号特性测试仪器。

在数字示波技术中，频率是最基本的参数之一，其与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得非常的重要。测量频率的方法有多种，硬件频率计测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。

目前的示波器中实现频率计功能的方案有两种，第一种方案是直接测频法；第二种是周期测频法，直接测频法本身更适用于高频信号的频率测量，周期测频法本身更适用于低频信号的频率测量，这两种方案中的任何一种均不能保证对接收信号的频率测量精度。

另外，目前在上述两种测频方法中，均是将模拟通道输入的信号送给模拟比较器，而后将比较结果送到数字芯片进行频率测量，但是，模拟比较器有效统计输入信号频率受限于数字芯片处理时钟频率，而且，由于模拟比较器输出信号与数字芯片处理时钟异步，会降低统计精度，另一方面模拟比较器成本也较高，增加了硬件成本。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明实施例期望提供一种数字示波器及其信号频率测量方法。

本发明实施例提供了一种数字示波器，所述数字示波器，包括：直接测频模块、判断模块及周期测频模块；其中，

所述直接测频模块，用于按照直接测频法确定接收信号的第一频率；

所述判断模块，用于判断所述第一频率是否小于处理时钟的十分之一，如果是，则触发周期测频模块，并将所述周期测频模块所确定的第二频率作为接收信号的频率，并输出所述第二频率；如果否，则将所述第一频率作为接收信号的频率，并输出所述第一频率；

所述周期测频模块，用于被判断模块触发时，按照周期测频法确定接收信号的第二频率。

上述方案中，所述直接测频模块包括：

统计单元，用于统计接收信号在闸门时间t1内出现的上升沿个数n；

第一确定单元，用于将所述上升沿个数n和闸门时间t1的比值n/t1确定为第一频率。

上述方案中，所述直接测频模块还包括：设置单元，用于设置闸门时间t1的取值。

上述方案中，所述周期测频模块，包括：

检测单元，用于检测输入信号出现m个周期时的时间t2；

第二确定单元，用于将所述周期个数m和时间t2的比值m/t2确定为第二频率。

上述方案中，所述时间t2通过以下方式确定：

t2＝输入信号第一个上升沿持续的总时间+(m-2)×t3+输入信号最后一个上升沿持续的总时间；

其中，所述t3为输入信号的周期。

上述方案中，所述数字示波器还包括：

数字芯片adc接口，用于接收来自模数转换器的数字波形信号，并将接收到的数字波形信号分为两部分，一部分送到降采样及模型存储模块，用做后续的显示及测试处理，另一部分用作数字比较器的输入信号；

数字比较器，用于对adc接口发送的信号进行处理后输出至上升沿检测模块；

上升沿检测模块，用于对接收到的信号进行上升沿检测，并将上升沿检测结果发送给直接测频模块或周期测频模块。

本发明实施例还提供了一种数字示波器中的信号频率统计方法，所述方法，包括：

按照直接测频法确定接收信号的第一频率；

判断所述第一频率是否小于处理时钟的十分之一，如果是，则按照周期测频法确定接收信号的第二频率，并将所确定的第二频率作为接收信号的频率，并输出所述第二频率；如果否，则将所述第一频率作为接收信号的频率，并输出所述第一频率。

上述方案中，所述按照直接测频法确定接收信号的第一频率，包括：

统计接收信号在闸门时间t1内出现的上升沿个数n；

将所述上升沿个数n和闸门时间t1的比值n/t1确定为第一频率。

上述方案中，所述按照直接测频法确定接收信号的第一频率之前，所述方法还包括：设置闸门时间t1的取值。

上述方案中，所述按照周期测频法确定接收信号的第二频率，包括：

检测输入信号出现m个周期时的时间t2；

将所述周期个数m和时间t2的比值m/t2确定为第二频率。

与现有技术相比，本发明实施例至少具备以下优点：

本发明实施例提供的数字示波器包括直接测频模块、判断模块及周期测频模块；所述直接测频模块按照直接测频法确定接收信号的第一频率后，判断模块判断所述第一频率是否小于处理时钟的十分之一，如果是，则触发周期测频模块对接收信号的频率进行测量，并将所述周期测频模块所确定的第二频率作为接收信号的频率输出，如果否，则将所述第一频率作为接收信号的频率输出。通过本发明实施例提供的示波器能够结合直接测量法和高频测量法各自的优势，从而同时保证对高频接收信号及低频接收信号的频率测量精度；

另外，本发明实施例提供的数字示波器中采用数字比较器替换了现有技术中的模拟比较器，一方面降低了硬件成本，另一方面也克服了模拟比较器的缺陷，提高了频率测量精度。

附图说明

图1为本发明数字示波器在一种实施方式中的基本结构图；

图2为本发明数字示波器在第二种实施方式中的基本结构图；

图3为本发明数字示波器在第三种实施方式中的基本结构图；

图4为本发明数字示波器的信号频率测量方法在一种实施方式中的处理流程图；

图5为本发明数字示波器的信号频率测量方法在另一种实施方式中的处理流程图；

图6为本发明数字示波器在第四种实施方式中的基本结构图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一

参照图1，示出了本发明一种数字示波器的结构框图，该数字示波器，包括：直接测频模块11、判断模块12及周期测频模块13；其中，

所述直接测频模块11，用于按照直接测频法确定接收信号的第一频率；

所述判断模块12，用于判断所述第一频率是否小于处理时钟的十分之一，如果是，则触发周期测频模块13，并将所述周期测频模块所确定的第二频率作为接收信号的频率，并输出所述第二频率；如果否，则将所述第一频率作为接收信号的频率，并输出所述第一频率；

所述周期测频模块13，用于被判断模块触发时，按照周期测频法确定接收信号的第二频率。

上述方案中，当判断模块12确定所述第一平率小于处理时钟的十分之一时，可以确定所述接收信号为低频信号，此时，由判断模块12调用周期测频模块13对接收信号进行频率测量，并将测量得到的第二频率作为接收信号的频率输出；当判断模块12确定所述第一平率大于等于处理时钟的十分之一时，可以确定所述接收信号为高频信号，此时，判断模块12直接将直接测量模块11测量得到的第一频率作为接收信号的频率输出。

具体的，所述直接测频模块11包括：

统计单元，用于统计接收信号在闸门时间t1内出现的上升沿个数n；

第一确定单元，用于将所述上升沿个数n和闸门时间t1的比值n/t1确定为第一频率。

在本发明的一种可选实施例中，所述直接测频模块11还包括：设置单元，用于设置闸门时间t1的取值。因此，实际应用中，可以根据需要对闸门时间t1进行设备或者调整。

具体的，所述周期测频模块13，包括：

检测单元，用于检测输入信号出现m个周期时的时间t2；

第二确定单元，用于将所述周期个数m和时间t2的比值m/t2确定为第二频率。这里的t2是指输入信号传输m个周期所用的时间。

具体的，所述时间t2通过以下方式确定：

t2＝输入信号第一个上升沿持续的总时间+(m-2)×t3+输入信号最后一个上升沿持续的总时间；其中，所述t3为输入信号的周期。

上述t2的确定方法，能够更为精确确定输入信号传输m个周期时所用的时间，这是因为，在信号传输中，第一个上升沿和最后一个上升沿并不能确保完全被检测，也就是说，对第一个上升沿和最后一个上升沿所持续的时间的统计并不能保证精确，而中间的m-2个信号周期的统计时间时确定的。因此，单独确定第一上升沿和最后一个上升沿持续的总时间后加上m-2个信号周期所持续的时间，即，加上(m-2)×t3。

在本发明的另一种可选实施例中，参照图2，所述数字示波器还包括：

adc接口14，用于接收来自模数转换器的数字波形信号，并将接收到的数字波形信号分为两部分，一部分用做后续的显示及测试处理，另一部分用作数字比较器15的输入信号；

数字比较器15，用于对adc接口发送的信号进行处理后输出至上升沿检测模块16；

上升沿检测模块16，用于对接收到的信号进行上升沿检测，并将上升沿检测结果发送给直接测频模块或周期测频模块13。

因此，上述方案中，直接测频模块11或者周期测频模块13为其确定频率的接收信号为从上升沿检测模块输出的上升沿检测结果。

在本发明的一种可选实施方式中，参照图3，所述数字示波器还包括：降采样及模型存储模块17，用于接收adc接口14发送的数字波形信号，将所述数字波形信号用做显示及测试处理。

在具体实施过程中，上述直接测频模块11、判断模块12、周期测频模块13、adc接口14、数字比较器15、上升沿检测模块16及降采样及模型存储模块17均可以由数字示波器内的中央处理器(cpu，centralprocessingunit)、微处理器(mpu，microprocessingunit)、数字信号处理器(dsp，digitalsignalprocessor)或可编程逻辑阵列(fpga，field－programmablegatearray)来实现。

综上，本发明实施例提供的数字示波器包括直接测频模块、判断模块及周期测频模块；所述直接测频模块按照直接测频法确定接收信号的第一频率后，判断模块判断所述第一频率是否小于处理时钟的十分之一，如果是，则触发周期测频模块对接收信号的频率进行测量，并将所述周期测频模块所确定的第二频率作为接收信号的频率输出，如果否，则将所述第一频率作为接收信号的频率输出。通过本发明实施例提供的示波器能够结合直接测量法和高频测量法各自的优势，从而同时保证对高频接收信号及低频接收信号的频率测量精度。

另外，本发明实施例提供的数字示波器中采用数字比较器替换了现有技术中的模拟比较器，一方面降低了硬件成本，另一方面也克服了模拟比较器的缺陷，提高了频率测量精度。

实施例二

参照图4，本发明实施例二提供了一种数字示波器的信号频率测量方法，所述方法包括：

步骤401、按照直接测频法确定接收信号的第一频率；

具体的，所述按照直接测频法确定接收信号的第一频率，包括：

统计接收信号在闸门时间t1内出现的上升沿个数n；

将所述上升沿个数n和闸门时间t1的比值n/t1确定为第一频率。

在本发明的一种可选实施方式中，所述按照直接测频法确定接收信号的第一频率之前，所述方法还包括：设置闸门时间t1的取值。

步骤402、判断所述第一频率是否小于处理时钟的十分之一，如果是，则按照周期测频法确定接收信号的第二频率，并将所确定的第二频率作为接收信号的频率，并输出所述第二频率；如果否，则将所述第一频率作为接收信号的频率，并输出所述第一频率。

具体的，所述按照周期测频法确定接收信号的第二频率，包括：

检测输入信号出现m个周期时的时间t2；

将所述周期个数m和时间t2的比值m/t2确定为第二频率。

具体的，所述时间t2通过以下方式确定：

t2＝输入信号第一个上升沿持续的总时间+(m-2)×t3+输入信号最后一个上升沿持续的总时间；

其中，所述t3为输入信号的周期。

具体的，所述按照直接测频法确定接收信号的第一频率之前，所述方法还包括：

接收数字波形信号，并将接收到的数字波形信号分为两部分，一部分用做后续的显示及测试处理，对另一部分进行数字比较；将数字比较结果进行上升沿检测后，生成上升沿检测结果，并将上升沿检测结果用作直接测频法或周期测频法的接收信号。

上述方案中，还可以包括：根据第一频率调整m的取值，其具体调整方式是使一次统计的时间尽可能的靠近设定的统计间隔。

综上，本发明实施例提供的数字示波器中信号频率测量方法，结合了直接测量法和高频测量法各自的优势，能够同时保证对高频接收信号及低频接收信号的频率测量精度。

应用示例一

图5示出了本发明提供的数字示波器的信号频率测量方法的示例性流程图，如图5所示，所述方法包括：

步骤501、按照直接测频法确定接收信号的第一频率；

具体的，所述按照直接测频法确定接收信号的第一频率，包括：

统计接收信号在闸门时间t1内出现的上升沿个数n；

将所述上升沿个数n和闸门时间t1的比值n/t1确定为第一频率。

步骤502、判断所述第一频率是否小于处理时钟的十分之一，如果是，则转至步骤503，如果否，则转至步骤505；

步骤503、按照周期测频法确定接收信号的第二频率；

具体的，所述按照周期测频法确定接收信号的第二频率，包括：

检测输入信号出现m个周期时的时间t2；

将所述周期个数m和时间t2的比值m/t2确定为第二频率。

具体的，所述时间t2通过以下方式确定：

t2＝输入信号第一个上升沿持续的总时间+(m-2)×t3+输入信号最后一个上升沿持续的总时间；

其中，所述t3为输入信号的周期。

步骤504、将所确定的第二频率作为接收信号的频率，并输出所述第二频率；

步骤505、将所确定的第一频率作为接收信号的频率，并输出所述第一频率。

应用示例二

图6为本发明实施例提供的数字示波器的应用结构示意图，如图6所示，本发明中adc接口、降采样及存储模块、数字比较器、上升沿检测模块、直接测频模块、判断模块及周期测频模块均可以放在数字芯片(fpga/cpld/asic)中实现的。参照图6，adc接口接收到的来自模数转换器的数字波形信号将分为两部分，一部分送到降采样及模型存储模块，用做后续的显示及测试处理；第二部分用作数字比较器的输入信号。数字比较器输出的并行结果首先送到上升沿检测模块(同时记录上升沿在并行结果中的位置)，而后将并行数据的上升沿检测结果送给直接测频模块与周期测频模块中进行频率检测。判断模块根据直接测频模块与周期测频模块的输出，判定输入信号该采用何种统计方法以及周期测频模块中需要检测输入信号周期的个数m。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种数字示波器及其信号频率测量方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，根据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。