數字示波器中波形參數自動測量算法研究

摘 要：在數字示波器中為了能自動測量波形參數，既方便讀數，又提高測量精度，本文通過對幅度類參數和時間類參數的分析，利用眾數直方圖和窗口比較法，找出峰峰值、周期、上下升沿時間等自動測量參數的算法，并在Qt/designer中運行，測量結果表明高精度的完成了參數自動測量。

關鍵詞：自動測量；波形參數；眾數直方圖；窗口法

中圖分類號： TP311.1 文獻標識碼：A

1 概 述

在模擬示波器中，參數的讀取是利用所顯示波形與示波器面板上的刻度尺相結合來進行的，由于加入了人為誤差，使得讀取的參數值誤差較大。所以在數字示波器中為了克服這一人為誤差，采用了軟件自動測量參數，提高了測量精度。本文對脈沖波形參數的自動測量方法進行了研究。我們將波形參數測量分為兩大類，一類是幅度參數的測量，包含峰峰值、平均值測量。一類是時間類參數測量，包含周期、上升和下降沿時間測量、脈沖寬度測量。

2 幅度類參數測量

在幅度類參數測量中我們只完成兩個幅度類參數測量，一個是峰峰值參數，另一個是平均值參數。這兩個參數值的測量要借助于脈沖參數標準定義實現。在此有必要對此脈沖參數標準定義進行說明，此圖是對數字化之后的數字電平進行描述。

圖1是脈沖波形參數定義及直方示意圖，橫坐標是采樣頻率數即數據點數，縱坐標是數字化電平的大小。我們按照0%、10%、50%、90%和100%來劃信號區間。脈沖波形的0%的電平稱為幅度底值，用Vbase表示，100%電平值稱為幅度頂值，用Vtop表示。

Vbase和Vtop值是脈沖參數自動測量的核心。因為脈沖波形的其它參數值是在幅度底值和幅度頂值的基礎上才能進行計算。但是在實際的脈沖波形，脈沖底部和頂部有可能產生嚴重失真，此時幅度底值和幅度頂值將無法確定。因此需要對此種情況進行處理。根據HP公司標準文件推薦，可以利用頻數密度分布統計平均法或密度分布眾數法來確定幅度底值和幅度頂值。目前數字存儲示波器的參數自動測量功能普遍采用“頻數直方圖密度分布眾數算法”來確定Vbase和Vtop值。幅度底值和幅度頂值的頻數直方圖眾數算法的基本思想是做波形樣點幅度頻數直方圖。

在圖1中，根據波形來看，按照0%處是幅度底值和100%幅度頂值的方法來確定的，那么波形的失真或者外來干擾對幅度底值和幅度頂值產生較大影響，從而影響參數測量的準確性。根據HP公司的數字示波器規定，只要某一個數字化電平出現的頻數達到整屏樣點總數的5%以上［1］，就可以認定此數字化電平為幅度底值或幅度頂值，否則采用波形中的最大值Vmax來表示幅度頂值Vtop，最小值Vmin來表示幅度底值Vbase。按照本系統的設計，波形的屏顯示點的總數即樣點總數為500點，所以按照樣點總數的5%來計算，只要某個數字化電平值出現次數大于等25次就可以稱為最常出現的點，并用此電平來確定幅度底值或幅度頂值。

在已經找出幅度項值和幅度頂值后，就可以利用其來進行峰峰值的計算，其計算表達為: