数字示波器中波形参数自动测量算法研究

摘 要：在数字示波器中为了能自动测量波形参数，既方便读数，又提高测量精度，本文通过对幅度类参数和时间类参数的分析，利用众数直方图和窗口比较法，找出峰峰值、周期、上下升沿时间等自动测量参数的算法，并在Qt/designer中运行，测量结果表明高精度的完成了参数自动测量。

关键词：自动测量；波形参数；众数直方图；窗口法

中图分类号： TP311.1 文献标识码：A

1 概 述

在模拟示波器中，参数的读取是利用所显示波形与示波器面板上的刻度尺相结合来进行的，由于加入了人为误差，使得读取的参数值误差较大。所以在数字示波器中为了克服这一人为误差，采用了软件自动测量参数，提高了测量精度。本文对脉冲波形参数的自动测量方法进行了研究。我们将波形参数测量分为两大类，一类是幅度参数的测量，包含峰峰值、平均值测量。一类是时间类参数测量，包含周期、上升和下降沿时间测量、脉冲宽度┎饬俊

2 幅度类参数测量

在幅度类参数测量中我们只完成两个幅度类参数测量，一个是峰峰值参数，另一个是平均值参数。这两个参数值的测量要借助于脉冲参数标准定义实现。在此有必要对此脉冲参数标准定义进行说明，此图是对数字化之后的数字电平进行┟枋觥

图1是脉冲波形参数定义及直方示意图，横坐标是采样频率数即数据点数，纵坐标是数字化电平的大小。我们按照0%、10%、50%、90%和100%来划信号区间。脉冲波形的0%的电平称为幅度底值，用Vbase表示，100%电平值称为幅度顶值,用Vtop表示。

Vbase和Vtop值是脉冲参数自动测量的核心。因为脉冲波形的其它参数值是在幅度底值和幅度顶值的基础上才能进行计算。但是在实际的脉冲波形，脉冲底部和顶部有可能产生严重失真，此时幅度底值和幅度顶值将无法确定。因此需要对此种情况进行处理。根据HP公司标准文件推荐，可以利用频数密度分布统计平均法或密度分布众数法来确定幅度底值和幅度顶值。目前数字存储示波器的参数自动测量功能普遍采用“频数直方图密度分布众数算法”来确定Vbase和Vtop值。幅度底值和幅度顶值的频数直方图众数算法的基本思想是做波形样点幅度频数直方图。

在图1中，根据波形来看，按照0%处是幅度底值和100%幅度顶值的方法来确定的，那么波形的失真或者外来干扰对幅度底值和幅度顶值产生较大影响，从而影响参数测量的准确性。根据HP公司的数字示波器规定，只要某一个数字化电平出现的频数达到整屏样点总数的5%以上［1］，就可以认定此数字化电平为幅度底值或幅度顶值，否则采用波形中的最大值Vmax来表示幅度顶值Vtop,最小值Vmin来表示幅度底值Vbase。按照本系统的设计，波形的屏显示点的总数即样点总数为500点，所以按照样点总数的5%来计算，只要某个数字化电平值出现次数大于等25次就可以称为最常出现的点，并用此电平来确定幅度底值或幅度┒ブ怠

在已经找出幅度项值和幅度顶值后，就可以利用其来进行峰峰值的计算，其计算表达为: