Labview仿真示波器中觸發(fā)分析與設(shè)計

　　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)與評價中心 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。波形中可能會有由于干擾而產(chǎn)生的正向反向脈沖，影響信號或波形的質(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)的簡單實現(xiàn)，并分析了該實現(xiàn)方法中的不足及改進方法和設(shè)想。

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

　　0 引言

　　隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，儀器工業(yè)正在經(jīng)歷一場巨變。計算機強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(tǒng)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(shù)和測量技術(shù)緊密結(jié)合起來，是融合了電子測量、信號處理、計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新型測量儀器，由于成本低、使用方便等優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用。

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

　　1.1 邊沿觸發(fā)分析與設(shè)計

　　示波器在顯示周期信號時，為了得到穩(wěn)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(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(biāo)是遞減的，而上升沿縱坐標(biāo)是遞增的。根據(jù)這一特點，當(dāng)信號同時滿足三個條件的時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為開始的波形時要滿足三個條件：

　　a.參考比較數(shù)據(jù)為A（圖二中的點2）。

　　b.當(dāng)發(fā)現(xiàn)某一采樣的數(shù)據(jù)B（圖二中的點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1）大于等于A

　　1.2 邊沿觸發(fā)程序設(shè)計的分析與改進

　　如圖3所示的程序設(shè)計，對于周期信號可實現(xiàn)很好的觸發(fā)控制。但是在現(xiàn)實的工作環(huán)境中。由于噪聲的原因，可能會導(dǎo)致誤觸發(fā)的情況發(fā)生。此時仍然會顯示出不穩(wěn)定的波形。因此有必要對于以上設(shè)計進行相應(yīng)的改進和處理。

　　方案一，在對波形進行觸發(fā)處理前，先將波形進行濾波，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(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，對數(shù)組進行處理。

　　2 LabVIEW仿真示波器中脈沖觸發(fā)方式的實現(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)象即所謂單沖信號的工作中具有寶貴的價值。非重復(fù)性信號或單沖信號在很多系統(tǒng)中都可以見到。例如測量一個電系統(tǒng)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(fā)分析與設(shè)計

　　信號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行觀測并采取相應(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(xù)進行監(jiān)測，并由正負(fù)峰值檢測器將信號的峰值幅度暫時存貯起來。當(dāng)示波器要顯示采樣點的時候，示波器就將正或負(fù)峰值檢測器保存的峰值進行數(shù)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(xiàn)數(shù)據(jù)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。

　　在Labview 中的實現(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，對子數(shù)組進行提取，直到該子數(shù)組出現(xiàn)第一個小于閥值電壓的數(shù)值為止。然后對于最后的子數(shù)組進行判斷，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，也可以以脈沖信號為觸發(fā)顯示脈沖信號開始的完整信號?，F(xiàn)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(shù)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(shù)為4000。分別以周期上限為0.5，0.4閥值電壓為1,0.5為例顯示仿真信號及脈沖觸發(fā)信號如下。

　　2.2 脈沖觸發(fā)程序設(shè)計的分析與改進

　　如圖4所示的程序設(shè)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(yīng)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(fā)條件，如閥值電壓，脈沖寬度。但很多噪聲產(chǎn)生的脈沖都是隨機的，所以應(yīng)用這種方法來檢測的時候，要反復(fù)進行，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(fā)模塊放在示波器中還未能完全調(diào)試成功，有時會出現(xiàn)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(fā)處理前，先將波形進行濾波，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(jié)論

　　虛擬示波器中還有許多其他的觸發(fā)方式?jīng)]有實現(xiàn)，如視頻觸發(fā)等。另Labview里對信號按照一維數(shù)組進行處理，處理后數(shù)組的數(shù)據(jù)之間的前后順序不會有問題，但是在與時間的對應(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候，要將數(shù)組與時間對應(yīng)產(chǎn)生波形，這樣會更加準(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)字依次提前填補前一個數(shù)據(jù)，則在還原波形上仍會出現(xiàn)問題；如果是用另外一個合適的數(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。

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