一种用fpga分段存储实现示波器平均采集的技术的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及到数字示波器，是示波器实现平均采集的一种方式，适用于一般低成 本深存储示波器。
【背景技术】
[0002] 数字示波器是电子测量领域中的一种常见的仪器，用于采集、显示以及存储波形， 还可以进行各种参数的分析功能。示波器有很多采集模式，其中一种是平均模式。这种模式 将平均连续采集的波形点，过滤掉噪声和信号毛刺，又不损害带宽，但是要求是周期信号。 适用于电源质量分析或谐波分析等。示波器存储波形可以存在FPGA内部的存储器中，也可 以存在外部容量较大的存储器中。可以连续存储一次采集的波形，也可以分段存储波形。分 段存储将较大的外部存储分成多个小存储器，这样可以存多次的采集波形。本发明就是利 用分段存储来完成波形的平均采集。
[0003] 平均运算过程参看下面的数学公式：
[0005] 其中Aven为平均后的采样点，η为当前的平均次数，s i为第i次的采样点。由上 式可以看出，平均次数越多，每一次新捕获的波形数据对于平均结果影响越小，平均效果越 好。
[0006] 在实际应用中，受限系统的运算速度和存储容量，平均次数η也不可能无穷大，一 般到256次。
[0007] 平均模式可以通过软件实现。软件实现时，每次采集的数据通过软件暂存下来，然 后读取下一次的采集数据，对应采样点相加，根据设定的平均次数求和，最后除以平均次数 得到平均采样点。在平均次数比较大的情况下，软件运算量很大，运算速度跟不上波形的刷 新速度。而且软件还要负责示波器别的控制和计算，这样平均运算导致示波器整体性能下 降。利用软件实现的平均采样模式还有个弊端，就是不能停止波形展宽和压缩，因为软件处 理的是有限的显示点，而不是原始点。
【发明内容】
[0008] 针对以上问题本发明提供了一种用硬件FPGA实现平均模式，利用FPGA速度方面 的优势，达到平均采集数据和输入的新数据的速度相当，不影响波形的刷新率，另外还可以 停止波形，展宽和压缩以及移动看到屏幕外更多波形的用FPGA分段存储实现示波器平均 采集的技术。
[0009] 技术方案：鉴于低成本深存储示波器的实际情况，存储深度只达到兆级，这样平均 次数不可能很大，本发明实现最大平均次数为256次，便于FPGA数据处理，一般平均次数为 2的η次方。本发明实现平均采集模式用到了外部的大容量的存储器，也用了 FPGA内部的 存储区。
[0010] -种用FPGA分段存储实现示波器平均采集的技术，其特征在于：包括ADC采样模 块、帧数据处理模块、分段存储及平均模块、数据输出模块；示波器中，模数转换器ADC采样 模块将模拟信号转换为数字信号存入FPGA后，由帧数据处理模块进行帧数据处理，帧数据 处理后进入分段存储及平均模块，平均后的数据经过数据输出模块输出给CPU，最后输出显 不。
[0011] 所述的分段存储及平均模块的平均过程见公式2 :
[0012] SUM_AVEn= SUM_AVE n i+DATA.NEff-DATA.OLD (2)
[0013] SUM_AVE"^平均数据和，SUM_AVE " i为上一次平均和，DATA_NEW为最新一次帧处理 数据，DATA_0LD为设定的平均次数最开始的帧处理数据，后两者都存于FPGA内部的存储区 内。
[0014] 当用户通过图形界面发出平均采集的指令后，初始化SUM_AVE单元为0,二选一 单元选择0, DATA_0LD单元先不参与运算，即公式2中先不减最开始的帧处理数据，因为现 在帧数据累加次数还没有达到设定平均次数。将第一帧数据存入DATA_NEW单元，然后将 DATA_NEW里的数据送入加法器的同时，通过分段读写控制模块将此数据写入外部存储1里 面，加法器运算结果再反馈到SUM_AVE单元，显然第一次的运算结果SUiLAVE 1= DATA_NEW， 第一次的平均结果就为SUM_AVE/1。依次类推，第二帧数据存入DATA_NEW单元，然后送入加 法器的同时也存入外部存储2里，结果为SUM_AVE 2= SUM_AVE i+DATA.NEW，第二次的平均结 果就为SUM_AVE/2。依次类推到第m帧数据，存入外部存储m，送入加法器运算结果为SUM_ AVEni= SUM_AVE " i+DATA_NEW，第m次的平均结果就为SUM_AVE/m，此时才达到平均m次数的 效果。同时外部的分段存储也结束了，之后重新采集的数据就要从头覆盖循环存储了，在覆 盖之前把原来里面存储的数据读出来缓存做减法运算。
[0015] 继续采集，新帧数据正在存入DATA_NEW单元，此时通过分段读写控制模块将外 部存储1中的数据读入DATA_0LD单元，二选一单元选择DATA_0LD里面的数据。然后将 DATA_NEW和DATA_0LD单元里的数据送入加法器的同时通过分段读写控制模块将DATA_ NEW里的数据写入外部存储1里面，覆盖掉之前数据。SUM_AVEjt为公式SSUiLAVE ni= SUM_ AVEni i+DATA.NEW-DATAjLD所示。周而复始循环直到采集停止命令。平均结果为相加和除 以平均次数。
[0016] 软件实现的平均处理因为运算量大，一般只是处理屏幕上的有限的显示点，停止 时不能展宽看波形的细节。用此发明处理方式可以提高其展宽效果。本发明的平均输出结 果并不只是显示点，而是包含了显示点的原始数据。软件可以根据一定的比例来抽取数据 进行显示。停止展宽时抽取比例不同而已。由于本发明定位于外部存储空间有限的深存储 示波器，全硬件实现，速度上得到保证，节省CPU开销。同时得到较好的平均效果，并且可以 停下来展宽一定的倍数看波形。
【附图说明】
[0017] 图1为用FPGA分段存储实现示波器平均采集技术的整体框图。
[0018] 图2为本发明的分段存储及平均模块的示意图。
【具体实施方式】：
[0019] 下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。
[0020] 如图1所述，本发明提供了一种用FPGA分段存储实现示波器平均采集的技术，包 括ADC采样模块、帧数据处理模块、分段存储及平均模块、数据输出模块；示波器中，模数转 换器ADC采样模块将模拟信号转换为数字信号存入FPGA后，由帧数据处理模块进行帧数 据处理，帧数据处理后进入分段存储及平均模块，平均后的数据经过数据输出模块输出给 CPU，最后输出显示。
[0021] 如图2所示，所述的分段存储及平均模块的平均过程见公式（2):
[0022] SUM_AVEn= SUM_AVE n i+DATA.NEff-DATA.OLD (2)
[0023] SUM_AVE"^平均数据和，SU