Labview仿真示波器中觸發(fā)分析與設(shè)計(jì)

　　賈宏偉 ^{1 2} ，顧家翠 ^{1 2}

　　(1. 廣東省電力工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東 廣州 510000；

　　2. 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司培訓(xùn)與評(píng)價(jià)中心 廣東 廣州 510000)

　　摘要：示波器中觸發(fā)的目的是為了每次顯示的時(shí)候都在波形的同一位置開始,波形可以穩(wěn)定顯示.一般模擬示波器有邊沿觸發(fā)、視頻觸發(fā)和市電觸發(fā)，在數(shù)字示波器上有了更多的觸發(fā)條件被稱為高級(jí)觸發(fā)如邏輯觸發(fā)，毛刺觸發(fā)和脈寬觸發(fā)等。邊沿觸發(fā)是最常見的觸發(fā)方式，以使每次顯示波形的起始位置相同。波形中可能會(huì)有由于干擾而產(chǎn)生的正向反向脈沖，影響信號(hào)或波形的質(zhì)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(yīng)的措施。本文簡(jiǎn)要介紹了基于LabVIEW的仿真示波器中邊沿觸發(fā)和脈沖觸發(fā)的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，并分析了該實(shí)現(xiàn)方法中的不足及改進(jìn)方法和設(shè)想。

　　關(guān)鍵詞：LabVIEW；示波器；邊沿觸發(fā)；脈沖觸發(fā)

　　0 引言

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，儀器工業(yè)正在經(jīng)歷一場(chǎng)巨變。計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的處理和顯示能力，使它可以在數(shù)據(jù)采集、分析和表達(dá)中的任意一個(gè)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(tǒng)儀器的思想，它們充分利用了計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟硬件資源，把計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)量技術(shù)緊密結(jié)合起來，是融合了電子測(cè)量、信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新型測(cè)量?jī)x器，由于成本低、使用方便等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。

　　1　LabVIEW仿真示波器中邊沿觸發(fā)方式的實(shí)現(xiàn)與分析

　　1.1 邊沿觸發(fā)分析與設(shè)計(jì)

　　示波器在顯示周期信號(hào)時(shí)，為了得到穩(wěn)定的波形便于觀察測(cè)量，使每次顯示的波形都是開始于同一個(gè)點(diǎn)。最常使用的方式就是邊沿觸發(fā)的方式。邊沿觸發(fā)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(fā)電平才可以。分析圖二為一正弦波，點(diǎn)1、2、3為下降沿的三個(gè)點(diǎn)，4、5、6為上升沿的三個(gè)點(diǎn)。在下降沿上點(diǎn)的縱坐標(biāo)是遞減的，而上升沿縱坐標(biāo)是遞增的。根據(jù)這一特點(diǎn)，當(dāng)信號(hào)同時(shí)滿足三個(gè)條件的時(shí)候開始顯示采樣的數(shù)據(jù)。如要顯示以下降沿，縱坐標(biāo)為A為開始的波形時(shí)要滿足三個(gè)條件：

　　a.參考比較數(shù)據(jù)為A（圖二中的點(diǎn)2）。

　　b.當(dāng)發(fā)現(xiàn)某一采樣的數(shù)據(jù)B（圖二中的點(diǎn)3）小于等于A。

　　c.采樣數(shù)據(jù)為B的前一采樣C（圖二中的點(diǎn)1）大于等于A

　　1.2 邊沿觸發(fā)程序設(shè)計(jì)的分析與改進(jìn)

　　如圖3所示的程序設(shè)計(jì)，對(duì)于周期信號(hào)可實(shí)現(xiàn)很好的觸發(fā)控制。但是在現(xiàn)實(shí)的工作環(huán)境中。由于噪聲的原因，可能會(huì)導(dǎo)致誤觸發(fā)的情況發(fā)生。此時(shí)仍然會(huì)顯示出不穩(wěn)定的波形。因此有必要對(duì)于以上設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)和處理。

　　方案一，在對(duì)波形進(jìn)行觸發(fā)處理前，先將波形進(jìn)行濾波，去除噪聲，使波形變得穩(wěn)定。

　　方案二，在采樣比較的時(shí)候，可選取三組采樣點(diǎn)，每組采樣里包括多個(gè)點(diǎn)，對(duì)每組采樣點(diǎn)加以處理，如相鄰點(diǎn)的取變化不大的點(diǎn)，舍去突然變化比較大的點(diǎn)，并對(duì)這些點(diǎn)進(jìn)行平均。然后進(jìn)行比較處理，進(jìn)行觸發(fā)與否的判斷。

　　方案三，Labview里有觸發(fā)模塊，直接采用相應(yīng)模塊，對(duì)數(shù)組進(jìn)行處理。

　　2 LabVIEW仿真示波器中脈沖觸發(fā)方式的實(shí)現(xiàn)與分析

　　數(shù)字示波器能夠存貯波形信息，這使得數(shù)字示波器在研究低重復(fù)速率現(xiàn)象或者研究不重復(fù)現(xiàn)象即所謂單沖信號(hào)的工作中具有寶貴的價(jià)值。非重復(fù)性信號(hào)或單沖信號(hào)在很多系統(tǒng)中都可以見到。例如測(cè)量一個(gè)電系統(tǒng)的沖擊電流、破壞性試驗(yàn)中只進(jìn)行的一次測(cè)量。

　　2.1 脈沖觸發(fā)分析與設(shè)計(jì)

　　信號(hào)中可能混有噪聲脈沖，使波形質(zhì)量變差，甚至導(dǎo)致儀器的損害，因此有必要提取這些脈沖以進(jìn)行觀測(cè)并采取相應(yīng)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(cè)或毛刺捕捉功能。使用峰值檢測(cè)時(shí)，示波器對(duì)信號(hào)波形的幅度連續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并由正負(fù)峰值檢測(cè)器將信號(hào)的峰值幅度暫時(shí)存貯起來。當(dāng)示波器要顯示采樣點(diǎn)的時(shí)候，示波器就將正或負(fù)峰值檢測(cè)器保存的峰值進(jìn)行數(shù)字化，要提取并顯示脈沖首先要對(duì)其進(jìn)行分析，脈沖的最大特點(diǎn)是在正常波形上出現(xiàn)數(shù)據(jù)的突然劇烈的波動(dòng)。脈沖都有一定的寬度和幅度。對(duì)脈沖進(jìn)行采樣并顯示要同時(shí)滿足兩個(gè)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(shí)注意：對(duì)采樣到的脈沖進(jìn)行顯示，其他的信號(hào)不再送出顯示，否則無法進(jìn)行觀察。輸入信號(hào)中滿足要求的可能不止一個(gè)，如何將全部滿足要求的脈沖提取出來。

　　在Labview 中的實(shí)現(xiàn)方法為：輸入為一維數(shù)組，先用“以閾值插值一維數(shù)組”找出大于閥值電壓的索引，然后找出數(shù)組中的子數(shù)組，對(duì)子數(shù)組進(jìn)行提取，直到該子數(shù)組出現(xiàn)第一個(gè)小于閥值電壓的數(shù)值為止。然后對(duì)于最后的子數(shù)組進(jìn)行判斷，是否滿足要求的脈沖寬度。如果滿足則將結(jié)果輸出，如果不滿足則從新索引處開始尋找。數(shù)組的大小除以采樣的頻率，就得到相應(yīng)的時(shí)間。而新的索引處可通過上次索引數(shù)加上上次的子數(shù)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(hào)，也可以以脈沖信號(hào)為觸發(fā)顯示脈沖信號(hào)開始的完整信號(hào)?，F(xiàn)采用由正弦和方波加和形成的簡(jiǎn)單的仿真信號(hào)。正弦信號(hào)頻率為1，幅值，偏移量為1，采樣率為1000，采樣數(shù)為4000。方波信號(hào)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(shù)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(hào)及脈沖觸發(fā)信號(hào)如下。

　　2.2 脈沖觸發(fā)程序設(shè)計(jì)的分析與改進(jìn)

　　如圖4所示的程序設(shè)計(jì)，可對(duì)信號(hào)中適合的脈沖進(jìn)行提取并顯示出來。但在實(shí)際應(yīng)用過程中還有些不足，對(duì)于未知的脈沖只能用不斷的嘗試的方法來確定觸發(fā)條件，如閥值電壓，脈沖寬度。但很多噪聲產(chǎn)生的脈沖都是隨機(jī)的，所以應(yīng)用這種方法來檢測(cè)的時(shí)候，要反復(fù)進(jìn)行，才能增加被采樣到的可能。另外在同一周期內(nèi)如果有兩個(gè)以上符合條件的隨機(jī)脈沖信號(hào)，則還是有可能少采集到后面的脈沖。該脈沖觸發(fā)模塊放在示波器中還未能完全調(diào)試成功，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)采樣的脈沖寬度大于要求的情況。

　　方案一，在對(duì)波形進(jìn)行觸發(fā)處理前，先將波形進(jìn)行濾波，去除不需要關(guān)心的噪聲，使波形變得穩(wěn)定。

　　方案二，對(duì)開始索引進(jìn)行記錄，處理，以進(jìn)行對(duì)第一個(gè)符合要求信號(hào)之后的脈沖進(jìn)行采集。

　　3 結(jié)論

　　虛擬示波器中還有許多其他的觸發(fā)方式?jīng)]有實(shí)現(xiàn)，如視頻觸發(fā)等。另Labview里對(duì)信號(hào)按照一維數(shù)組進(jìn)行處理，處理后數(shù)組的數(shù)據(jù)之間的前后順序不會(huì)有問題，但是在與時(shí)間的對(duì)應(yīng)上就有可能因處理的過程而產(chǎn)生偏差，所以在最終波形還原的時(shí)候，要將數(shù)組與時(shí)間對(duì)應(yīng)產(chǎn)生波形，這樣會(huì)更加準(zhǔn)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(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)又是如何處理的。如果是僅僅是舍棄，由后面的數(shù)字依次提前填補(bǔ)前一個(gè)數(shù)據(jù)，則在還原波形上仍會(huì)出現(xiàn)問題；如果是用另外一個(gè)合適的數(shù)據(jù)（例如前后數(shù)據(jù)的近似線性回歸）代替舍棄的數(shù)據(jù)，則可以解決這樣的問題。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]侯正信. 數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.

　　[2]丁娜. 虛擬頻譜分析儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，2003.3.

　　[3]史延齡. 虛擬示波器的設(shè)計(jì)研究. 儀表技術(shù)，2001（03).

　　[4]李崇德. 現(xiàn)代數(shù)字存儲(chǔ)示波器原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，1989.

　　[5]姜碧瓊. 基于Labview的虛擬示波器的設(shè)計(jì)[D]. 西北農(nóng)林科技大學(xué) 碩士學(xué)位論文 2008

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