[发明专利]一种数字三维示波器显示波形亮度的快速调节方法

说明书

技术领域

本发明属于数字三维示波器技术领域，更为具体地讲，涉及一种数字三维示波器中显示波形亮度的快速调节方法。

背景技术

数据采集系统中，未知信号经过数字三维示波器模拟通道进行幅度调整，然后经模数转化器(ADC)采样、量化、编码之后，输出一定位数与信号幅度相关的二进制数据，称之为输入信号的采样值。

如果直接从这一系列的二进制数据中提取出输入信号的幅度、频率等信息，是比较困难的，我们需要一种更为简单直接的方式。一般数据采集系统利用数据处理器件，如FPGA、DSP等按照一定规则将采样值转化成为更为直观的图像显示在显示屏，现在主要是液晶显示屏，即LCD上，用户可以直接从LCD上观察得到信号所携带的信息。

目前，以数字示波器为代表的数据采集系统都可以连续调节LCD上显示波形的亮度，以得到满足不同需要的显示效果。在数字存储示波器(DSO，DigitalStorage Oscilloscope)数据处理及显示机制中，波形显示只提供了输入信号的幅度及时间的二维信息，没有第三维信息(幅度随时间变化关系)的累加，LCD上的波形显示只有“有”、“无”颜色两个状态，没有“有”并且“多深”的信息。因此，在DSO的显示波形亮度调节过程中，波形整体按照一定的比例变亮或者变暗，此时的波形亮度调节并没有太大的意义。

以泰克公司的数字荧光示波器(DPO，Digital Phosphor Oscilloscope)为代表的第三代示波器(《GB/T 15289-2009数字存储示波器通用规范》中定义为数字三维示波器(DTO，Digital Three-dimensional Oscilloscope))，在数据处理和显示机制上与DSO有着较大的差别。

数字三维示波器数据处理系统将ADC高速采样得到的波形采样值经过多次映射，将多幅波形累加成为一幅包含输入信号三维信息，即幅度、时间、幅度随时间变化关系的图像送到LCD显示。此时LCD上显示的是包含了波形概率信息的图像，即在波形出现概率高的地方会以较深的颜色表征出来，反之，波形出现概率低的地方表征颜色就较浅。基于LCD的显示原理，波形的颜色深浅一一对应于相应的显示亮度。因此，DTO中实现连续波形亮度就有着实际的意义。比如在观测连续复现的周期信号中可能存在的某些异常波形时，由于异常波形出现的概率远远低于周期信号连续复现的概率，于是在某些显示亮度档位下，无法观测到颜色很浅的异常波形，此时，用户需要保持屏幕波形原有亮度层次的前提下，按照一定的比例增加显示波形的亮度，这样做不仅保持了波形概率的显示亮度对比，而且方便了用户对低概率波形的观测与分析，进一步得出故障信息并做出及时的更正。

将波形统计数据以符合当前亮度档位的显示亮度显示在LCD上，一般采用将统计数据按照一定比例放大或者缩小转化为相应的LCD三原色(RGB)值。假设波形在时刻T，幅度A出现的次数为N(T，A)，最终显示在LCD上对应某种颜色的波形亮度值为D(T，A)，对应于当前亮度档位L的比例值为p_L，则有以下关系：

D(T，A)＝p_L·N(T，A)                            (1)

在数字三维示波器处理系统中，式1的运算可以在数字信号处理器，即DSP中完成，亦可以在现场可编程门阵列，即FPGA中完成。由于DSP的运算速度远低于FPGA，因此，通常选择在FPGA中完成式1的运算。

在式1中，比例值p_L对应于当前亮度档位L，一般数据采集系统都采用百分比(1％～100％)的方式来标识亮度档位。若在数字三维示波器系统中采用了M个亮度档位，即当前亮度档位L(0≤L≤M-1)对应M个不同的比例值p_L。由于比例值p_L不可避免地会出现小数，同时由于在FPGA中一般难以实现小数的乘法。如果采用分数运算的方式处理小数运算，即令：

pL=nLmL---(2)]]>