100MHz 數(shù)字存儲示波表樣機(jī)的研究與試制----數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(二)

3.3.2觸發(fā)模式選擇

觸發(fā)模式的選擇實際上是當(dāng)系統(tǒng)檢測到或沒檢測到觸發(fā)脈沖時，為了穩(wěn)定的顯示信號波形，對系統(tǒng)所作響應(yīng)的選擇。觸發(fā)模式分為以下幾種：

（1）自動模式：這是一種最常用的觸發(fā)模式。當(dāng)示波器在一定時間內(nèi)（根據(jù)SEC/DIV設(shè)定來確定）未檢測到觸發(fā)信號時強(qiáng)制示波器觸發(fā)。

（2）正常模式：示波器工作在這種模式下時，只有檢測到觸發(fā)信號時才產(chǎn)生有效的觸發(fā)。

（3）單次模式：如果希望示波器在捕獲單次波形后停止，可使用單次觸發(fā)。它是通過示波器面板上RUN/STOP鍵來實現(xiàn)的。當(dāng)示波器檢測到觸發(fā)信號后，捕獲這次觸發(fā)的波形，然后停止。直到用戶再次按下RUN/STOP鍵，再捕獲一次觸發(fā)的波形。各種觸發(fā)模式流程如圖3-7所示。

觸發(fā)狀態(tài)讀數(shù)：示波器在顯示屏頂端中間位置處顯示各種圖標(biāo)，以指示觸發(fā)狀態(tài)：

◆Armed（準(zhǔn)備）表示示波器正在捕獲預(yù)觸發(fā)數(shù)據(jù)。準(zhǔn)備期間，示波器將忽略觸發(fā)。

◆Ready（就緒）表示示波器已捕獲所有預(yù)觸發(fā)數(shù)據(jù)，并且準(zhǔn)備好檢測觸發(fā)。

◆Trig‘d（已觸發(fā)）表示示波器已被觸發(fā)，正在捕獲后觸發(fā)數(shù)據(jù)。

◆Stop（停止）表示示波器已經(jīng)停止捕獲數(shù)據(jù)。按下RUN/STOP按鈕重新啟動捕獲。

◆Auto（自動）表示示波器處于自動觸發(fā)模式，并且正在無觸發(fā)的狀態(tài)下捕獲波形。

3.3.3預(yù)觸發(fā)

在許多實際應(yīng)用中，大量的情況是事件的發(fā)生不能預(yù)測，往往觀察事件發(fā)生前的情況比觀察事件本身更重要，而且許多單次現(xiàn)象的測量也要求顯示觸發(fā)點(diǎn)以前的信號，以便尋找該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。例如，當(dāng)一個半導(dǎo)體器件導(dǎo)通時，其輸出信號的幅度可能很大，我們可以用它來觸發(fā)示波器。但是，如果我們要研究該半導(dǎo)體器件開始導(dǎo)通時很小的輸入信號時，我們就會發(fā)現(xiàn)這個信號因太小而不能準(zhǔn)確的觸發(fā)示波器。這就要求示波器具有預(yù)觸發(fā)功能，即將輸入信號作為源信號接入通道1或者通道2，然后用器件輸出信號作為外觸發(fā)來觸發(fā)示波器。通過示波器的預(yù)觸發(fā)功能，我們就可以了解到該器件的輸入信號在導(dǎo)通前后的變化情況，從而看出器件響應(yīng)的因果關(guān)系。

模擬示波器雖然有延遲線，但是，它也只能具有很小的視在延遲時間。數(shù)字存儲示波器的預(yù)觸發(fā)能力就很強(qiáng)。我們可以通過設(shè)置預(yù)觸發(fā)深度的大小來方便的顯示觸發(fā)前后不同時刻的波形。通常，預(yù)觸發(fā)是由延遲觸發(fā)來實現(xiàn)的。延遲觸發(fā)分為“＋”延遲觸發(fā)和“—”延遲觸發(fā)。所謂“＋”延遲觸發(fā)，就是指觸發(fā)前FIFO的寫時鐘等于讀時鐘。觸發(fā)來后，“＋”延遲計數(shù)器INT1開始計數(shù)。延遲計數(shù)過程中，F(xiàn)IFO的寫時鐘同樣等于讀時鐘。也就是說，觸發(fā)前直到INT1計數(shù)結(jié)束FIFO里沒有波形數(shù)據(jù)。當(dāng)達(dá)到計數(shù)值后，保持FIFO寫時鐘，關(guān)閉FIFO的讀時鐘，等到采樣數(shù)據(jù)寫滿FIFO后將數(shù)據(jù)拿去處理。它的功能實現(xiàn)在實際過程中就好像整個顯示屏幕的波形向左移。如圖3-8.所謂“—”延遲觸發(fā)，就是指存在一個“—”延遲計數(shù)器INT2，在觸發(fā)前FIFO里已經(jīng)存儲了INT2計數(shù)值數(shù)量（即預(yù)觸發(fā)深度）的波形數(shù)據(jù)，并在觸發(fā)到來之前保持預(yù)觸發(fā)深度不變。當(dāng)觸發(fā)來之后，寫滿整個FIFO再讀出送去處理。它的功能實現(xiàn)在實際過程中就好像整個顯示屏幕的波形向右移。如圖3-9.

“—”延遲觸發(fā)功能是基于FIFO能夠存儲觸發(fā)前的信號，它的觸發(fā)點(diǎn)只是FIFO內(nèi)的一個參考點(diǎn)，而不是獲取的第一個數(shù)據(jù)點(diǎn)，觸發(fā)點(diǎn)前后的數(shù)據(jù)都被存儲。當(dāng)示波表對被測信號連續(xù)采樣時，觸發(fā)信號不是用來啟動FIFO，而是用來確定什么時候凍結(jié)FIFO.因此，恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計邏輯電路就可以把觸發(fā)信號之前任意預(yù)先確定時間長度內(nèi)的波形顯示出來。但通常由于受到存儲器大小的限制，預(yù)觸發(fā)深度還是有一個極限值的。

3.4采樣

采樣分為實時采樣和非實時采樣。其中，非實時采樣包括順序采樣和隨機(jī)采樣兩種。本項目中，我們采用了實時采樣和隨機(jī)采樣技術(shù)。以下我們將對這三種采樣方式做詳細(xì)的介紹。

3.4.1實時采樣

實時采樣是一種最基本的采樣方式。由奈奎斯特定理知，采樣頻率必須大于信號最高頻率的兩倍，才能不失真的恢復(fù)原信號。但實際上以接近奈奎斯特判定頻率兩倍的速率去采樣的話是很難獲得測量精度的，所以通常是以信號頻率的5倍甚至10倍的頻率去采樣。實時采樣的原理圖如圖3-10.實時采樣是

在觸發(fā)后的一個周期內(nèi)，連續(xù)高速的對信號進(jìn)行采樣，一次捕捉完這個周期內(nèi)信號的全部波形數(shù)據(jù)。它的特點(diǎn)是：1.采樣頻率高于信號頻率；2.能夠捕捉單次信號和緩慢信號。這時，示波器的帶寬稱為單次帶寬或?qū)崟r帶寬，它主要取決于最大數(shù)字化采樣速率（即A/D的最大轉(zhuǎn)換速率）和所采用的顯示恢復(fù)技術(shù)。

1.實時采樣的實現(xiàn)

實時采樣電路的主要結(jié)構(gòu)如圖3-11.

首先，在每個寫時鐘（WCLK）檢查DSP是否發(fā)出FIFO寫使能信號（FIFO_WE）。當(dāng)檢測到寫使能信號，F(xiàn)IFO寫使能（FIFO_WEN）有效，前置計數(shù)器PRE_CNT（相當(dāng)于3.3.3節(jié)的INT2計數(shù)器）根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的預(yù)觸發(fā)深度，按照寫時鐘計數(shù)。此時，F(xiàn)IFO只有寫時鐘有效。當(dāng)預(yù)觸發(fā)滿后，允許觸發(fā)信號（TR）。在等待觸發(fā)的過程中，F(xiàn)IFO讀時鐘等于FIFO寫時鐘。當(dāng)觸發(fā)信號到來，則使能后置計數(shù)器POS_CNT（相當(dāng)于3.3.3節(jié)的INT1計數(shù)器）根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的延遲觸發(fā)時

間，同樣按照寫時鐘計數(shù)。當(dāng)計數(shù)結(jié)束后發(fā)出TRI_S信號關(guān)閉FIFO讀時鐘，使FIFO只寫不讀直到FIFO寫滿，完成一次數(shù)據(jù)采集。注意，前置計數(shù)器PRE_CNT和后置計數(shù)器POS_CNT里的計數(shù)值分別代表觸發(fā)點(diǎn)位于屏幕內(nèi)外時距屏幕最左端的距離，所以，這兩個計數(shù)器不會出現(xiàn)同時置數(shù)的情況。

2.實時采樣的顯示

當(dāng)FIFO里數(shù)據(jù)采集滿以后，就要將數(shù)據(jù)讀回顯示。由于本系統(tǒng)設(shè)計的存儲深度為2.5K，而顯示屏?xí)r間軸上的點(diǎn)數(shù)為250，所以顯示時要將采集的數(shù)據(jù)抽點(diǎn)顯示，即將每10個點(diǎn)當(dāng)中的兩個點(diǎn)顯示在同一個時間軸上，其中一個為最大點(diǎn)，一個為最小點(diǎn)。波形顯示有點(diǎn)顯示和連線顯示兩種方式。點(diǎn)顯示方式下，將2.5K FIFO的數(shù)據(jù)讀回以后，每隔10個點(diǎn)中取出最大值和最小值，然后顯示在同一時間軸上。當(dāng)在連線方式下時，則要將前一個時間軸上的最大最小值和后一個時間軸上的最大最小值相比較，根據(jù)比較結(jié)果將點(diǎn)連線顯示。

由于AD采集的數(shù)據(jù)是8位，即取值范圍在0～255之間，而LCD上的幅度軸上只有200個點(diǎn)。這樣必須要將采集的數(shù)據(jù)作相應(yīng)的處理。即若數(shù)據(jù)小于28的，在顯示屏上作0處理，大于228的作200處理，其他的數(shù)據(jù)都減去28后作顯示的數(shù)據(jù)。這樣保證了所有的采集的數(shù)據(jù)都在波形顯示區(qū)了。

3.4.2順序采樣

順序采樣是一種等效時間采樣，它不是在一個信號周期內(nèi)捕獲全部的采樣點(diǎn)，而是每個信號周期只捕獲一個采樣點(diǎn)。當(dāng)?shù)谝粋€觸發(fā)事件到來以后就立即采集第一個采樣點(diǎn)，存入存儲器。第二個觸發(fā)事件到來后，由一個定時器產(chǎn)生一個很小的時間延遲△t，經(jīng)過這個△t的延遲時間以后再采集第二個采樣點(diǎn)。第三個觸發(fā)事件到來后，該定時系統(tǒng)則產(chǎn)生2△t的延遲時間。此延遲時間過后再采集第三個采樣點(diǎn)，并這樣進(jìn)行下去。這就是說第n個新的采樣點(diǎn)的采集是在相對于相同觸發(fā)事件延遲了（n-1）△t的時間以后進(jìn)行的。其結(jié)果是示波器上顯示的波形是由按固定次序出現(xiàn)的采樣點(diǎn)構(gòu)成的。即第一個采樣點(diǎn)在屏幕的最左邊，接著各采樣點(diǎn)依次向右構(gòu)成顯示波形（如圖3-12）。在順序采樣模式下，采集波形的周期數(shù)，即觸發(fā)事件數(shù)等于所捕獲采樣點(diǎn)的個數(shù)。順序采樣可以實現(xiàn)“＋”延遲觸發(fā)，但由于它的采樣都發(fā)生在觸發(fā)事件后，所以順序采樣不能提供預(yù)觸發(fā)信息。本項目中沒有采用順序采樣技術(shù)，所以在這里只對順序采樣做概念性的介紹。