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              Labview仿真示波器中觸發分析與設計

              作者:時間:2019-07-01來源:電子產品世界收藏

                賈宏偉 1 2 ,顧家翠 1 2

              本文引用地址:http://www.snowlakeshores.com/article/201907/402142.htm

                (1. 廣東省電力工業職業技術學校,廣東 廣州 510000;

                2. 廣東電網有限責任公司培訓與評價中心 廣東 廣州 510000)

                摘要:中觸發的目的是為了每次顯示的時候都在波形的同一位置開始,波形可以穩定顯示.一般模擬、視頻觸發和市電觸發,在數字上有了更多的觸發條件被稱為高級觸發如邏輯觸發,毛刺觸發和脈寬觸發等。是最常見的觸發方式,以使每次顯示波形的起始位置相同。波形中可能會有由于干擾而產生的正向反向脈沖,影響信號或波形的質量,因此有必要將這些脈沖顯示出來,便于觀察分析,之后采取相應的措施。本文簡要介紹了基于的仿真示波器中的簡單實現,并分析了該實現方法中的不足及改進方法和設想。

                關鍵詞:;示波器;邊沿觸發;

                0 引言

                隨著計算機技術的發展,儀器工業正在經歷一場巨變。計算機強大的處理和顯示能力,使它可以在數據采集、分析和表達中的任意一個方面提升儀器的性能。以虛擬儀器為代表的新型儀器改變了傳統儀器的思想,它們充分利用了計算機強大的軟硬件資源,把計算機技術和測量技術緊密結合起來,是融合了電子測量、信號處理、計算機和網絡技術的新型測量儀器,由于成本低、使用方便等優點得到了廣泛的應用。

                1 仿真示波器中邊沿觸發方式的實現與分析

                1.1 邊沿觸發分析與設計

                示波器在顯示周期信號時,為了得到穩定的波形便于觀察測量,使每次顯示的波形都是開始于同一個點。最常使用的方式就是邊沿觸發的方式。邊沿觸發可分為上升沿和下降沿,顧名思義就是波形的起始位置是處于上升沿還是下降沿。但僅僅有上升和下降沿還是不夠的,還要有一參考的觸發電平才可以。分析圖二為一正弦波,點1、2、3為下降沿的三個點,4、5、6為上升沿的三個點。在下降沿上點的縱坐標是遞減的,而上升沿縱坐標是遞增的。根據這一特點,當信號同時滿足三個條件的時候開始顯示采樣的數據。如要顯示以下降沿,縱坐標為A為開始的波形時要滿足三個條件:

                a.參考比較數據為A(圖二中的點2)。

                b.當發現某一采樣的數據B(圖二中的點3)小于等于A。

                c.采樣數據為B的前一采樣C(圖二中的點1)大于等于A

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                1.2 邊沿觸發程序設計的分析與改進

                如圖3所示的程序設計,對于周期信號可實現很好的觸發控制。但是在現實的工作環境中。由于噪聲的原因,可能會導致誤觸發的情況發生。此時仍然會顯示出不穩定的波形。因此有必要對于以上設計進行相應的改進和處理。

                方案一,在對波形進行觸發處理前,先將波形進行濾波,去除噪聲,使波形變得穩定。

                方案二,在采樣比較的時候,可選取三組采樣點,每組采樣里包括多個點,對每組采樣點加以處理,如相鄰點的取變化不大的點,舍去突然變化比較大的點,并對這些點進行平均。然后進行比較處理,進行觸發與否的判斷。

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                方案三,Labview里有觸發模塊,直接采用相應模塊,對數組進行處理。

                2 LabVIEW仿真示波器中方式的實現與分析

                數字示波器能夠存貯波形信息,這使得數字示波器在研究低重復速率現象或者研究不重復現象即所謂單沖信號的工作中具有寶貴的價值。非重復性信號或單沖信號在很多系統中都可以見到。例如測量一個電系統的沖擊電流、破壞性試驗中只進行的一次測量。

                2.1 脈沖觸發分析與設計

                信號中可能混有噪聲脈沖,使波形質量變差,甚至導致儀器的損害,因此有必要提取這些脈沖以進行觀測并采取相應措施,避免損失。為了捕捉到波形中的尖峰和毛刺,可以使用示波器的峰值檢測或毛刺捕捉功能。使用峰值檢測時,示波器對信號波形的幅度連續進行監測,并由正負峰值檢測器將信號的峰值幅度暫時存貯起來。當示波器要顯示采樣點的時候,示波器就將正或負峰值檢測器保存的峰值進行數字化,要提取并顯示脈沖首先要對其進行分析,脈沖的最大特點是在正常波形上出現數據的突然劇烈的波動。脈沖都有一定的寬度和幅度。對脈沖進行采樣并顯示要同時滿足兩個條件即要大于控制電平和脈沖的寬度要符合要求。另外還要同時注意:對采樣到的脈沖進行顯示,其他的信號不再送出顯示,否則無法進行觀察。輸入信號中滿足要求的可能不止一個,如何將全部滿足要求的脈沖提取出來。

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                在Labview 中的實現方法為:輸入為一維數組,先用“以閾值插值一維數組”找出大于閥值電壓的索引,然后找出數組中的子數組,對子數組進行提取,直到該子數組出現第一個小于閥值電壓的數值為止。然后對于最后的子數組進行判斷,是否滿足要求的脈沖寬度。如果滿足則將結果輸出,如果不滿足則從新索引處開始尋找。數組的大小除以采樣的頻率,就得到相應的時間。而新的索引處可通過上次索引數加上上次的子數組大小加和來得出。程序框圖如圖4。

                在以上程序中可以選擇只顯示脈沖信號,也可以以脈沖信號為觸發顯示脈沖信號開始的完整信號?,F采用由正弦和方波加和形成的簡單的仿真信號。正弦信號頻率為1,幅值,偏移量為1,采樣率為1000,采樣數為4000。方波信號頻率為1,幅值,偏移量為1,占空比為10%,相位為90,采樣率為1000,采樣數為4000。分別以周期上限為0.5,0.4閥值電壓為1,0.5為例顯示仿真信號及脈沖觸發信號如下。

                2.2 脈沖觸發程序設計的分析與改進

                如圖4所示的程序設計,可對信號中適合的脈沖進行提取并顯示出來。但在實際應用過程中還有些不足,對于未知的脈沖只能用不斷的嘗試的方法來確定觸發條件,如閥值電壓,脈沖寬度。但很多噪聲產生的脈沖都是隨機的,所以應用這種方法來檢測的時候,要反復進行,才能增加被采樣到的可能。另外在同一周期內如果有兩個以上符合條件的隨機脈沖信號,則還是有可能少采集到后面的脈沖。該脈沖觸發模塊放在示波器中還未能完全調試成功,有時會出現采樣的脈沖寬度大于要求的情況。

                方案一,在對波形進行觸發處理前,先將波形進行濾波,去除不需要關心的噪聲,使波形變得穩定。

                方案二,對開始索引進行記錄,處理,以進行對第一個符合要求信號之后的脈沖進行采集。

                3 結論

                虛擬示波器中還有許多其他的觸發方式沒有實現,如視頻觸發等。另Labview里對信號按照一維數組進行處理,處理后數組的數據之間的前后順序不會有問題,但是在與時間的對應上就有可能因處理的過程而產生偏差,所以在最終波形還原的時候,要將數組與時間對應產生波形,這樣會更加準確。但這樣做也是有一定前提,就是要考慮在之前處理過程中是否有舍棄的數據,而這些數據又是如何處理的。如果是僅僅是舍棄,由后面的數字依次提前填補前一個數據,則在還原波形上仍會出現問題;如果是用另外一個合適的數據(例如前后數據的近似線性回歸)代替舍棄的數據,則可以解決這樣的問題。

                參考文獻:

                [1]侯正信. 數字信號處理基礎[M].北京:電子工業出版社,2003.

                [2]丁娜. 虛擬頻譜分析儀的設計與實現[D].西南交通大學碩士學位論文,2003.3.

                [3]史延齡. 虛擬示波器的設計研究. 儀表技術,2001(03).

                [4]李崇德. 現代數字存儲示波器原理與應用[M].北京:電子工業出版社,1989.

                [5]姜碧瓊. 基于Labview的虛擬示波器的設計[D]. 西北農林科技大學 碩士學位論文 2008

                本文來源于科技期刊《電子產品世界》2019年第7期第57頁,歡迎您寫論文時引用,并注明出處



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