数字存储示波器波形运算算法设计PPT课件
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7
二元运算设计与实现
示波器的二元运算是指波形间的加减乘除运算，可 在普通视窗和扩展视窗中观测波形的运算结果。主 要是对显示数据区Dispbuffer中的数据进行处理。 下图为波形二元运算的流程图。
8
二元运算流程图
开始
N
视窗扩展 状态？
操作数1、2数据为
ZOOM表示视窗扩展模式，操作数1、 正常显示缓冲区
21
图8 数值先积分后微分的前后波形图
致谢
大学本科的学习生活即将结束。在此，我 要感谢所有曾经教导过我的老师和关心过 我的同学，他们在我成长过程中给予了我 很大的帮助。本文能够顺利完成，要特别 感谢我的导师xxx老师的指导和督促，并 真诚地感谢xxx学姐的关心和帮助！
最后向所有关心和帮助过我的人表示真心 的感谢！
Y
操作数1、2数据为
ZOOM显示缓冲区
2为通道的显示数据，变量i表示 当前处理的600个数据的第i个， 因为ADC是八位的，采样值的范围
i=0
计算出操作数1、2 的幅度档位
为0-255，所以在进行二元运算时， 需要判断该处理数值是否有效， 即是否处于0-255的区间范围内。
依据所选算子进行 相应运算
16
图3 波形减法运算验证
波形乘法运算验证
• 本设计中，在CHI通道输入频率为1KHz的方波信号， CH2通道也输入频率为1KHz的方波信号，两者幅值都 为正负1.5V，经过本设计的乘法运算之后得到的信号为 幅度为2.25V的直线波形.，与预期符合，如图4。
17
图4 波形乘法运算验证
波形的除法运算验证
• CHI通道输入频率为1KHz的方波信号，CH2通道也输入 频率为1KHz的方波信号，两者幅值都为正负1.5V，经过 本设计的除法运算之后得到的信号为幅度为1V的直线波 形，与预期符合，如图5。
18
图5 波形的除法运算验证
波形积分运算验证
• 本设计中，在CHI通道输入频率为1MHz的正弦信号， 经过本设计的积分运算之后，得到的负余弦信号如下 图6所示，从图6可以看出复化Cotes公式较好的实现了 波形的积分运算。
复化Simpson公式：
i0
n 1
n 1
（2）
S n h [f(a ) 4 f(x i 1 /2 ) 2 f(x i) f(b )]/6
复化Cotes公式：
i 0
i 1
n1
n1
Tnh{7[f(a)f(b)]32[ f(xi1/4) f(xi3/4)]
i0
i0
n1
n1
12 f(xi1/2)14 f(xi)}/90
课题研究内容
• 首先要学习C语言、数字存储示波器相关知识和 Visual DSP++集成开发环境，实现数字存储示波器 波形运算功能定奠定基础。
• 其次，在Visual DSP++上编写C代码，建立DSP工 程，利用仿真器连接数字存储示波器和PC，进行调 试，最终在数字存储示波器中实现波形运算的功能。
12
微分的流程如右图所 示。先判断待处理的数 据是第一个还是最后一 个处理值，第一个处理 值因为无法前向处理， 因此采用后向三点式公 示处理，同理，最后一 个处理值采用前向三点 式公示处理，处于中间 段的数据采用五点式微 分，300个数据点处理完 后送入显示数据区待显 。
开始
第一个处理 值？
Y
三点式后向微分
运算值＞255？
Y
运算值＝255
示波器各个通道间的时基都是统 一的，进行运算时，只需要把屏
运算值＝0
N Y
运算值＜0？
幕上每个点进行相应的运算即可。 但是每个通道都拥有自己的幅度
N
i<600?
Y
下一个处理值
档位，在计算时，需要把显示数 据区Dispbuffer中的数值转化成
N
结果存入ZOOM或 正常显示缓冲区
波形加法运算的验证
• 本设计中，在CHI通道输入频率为1KHz的方波信号， CH2通道也输入频率为1KHz的方波信号，两者幅值都为 正负1.5V，经过本设计的加法运算之后，得到的结果是 是幅度为正负3V的方波波形，与预期符合，如图2。
15
图2 波形加法运算的验证
波形减法运算验证
• 本设计中，在CHI通道输入频率为1KHz的方波信号， CH2通道也输入频率为1KHz的方波信号，两者幅值都 为正负1.5V，经过本设计的减法运算之后得到的信号为 幅度为0V的直线波形，与预期符合，如图3。
19
图6 数值积分前后的波形图
波形微分运算验证
• CHI通道输入频率为1MHz的正弦信号，经过本设计的微 分运算之后，得到的信号如下图7所示，输入的正弦波信 号在经过本设计的微分运算之后，正弦信号变为余弦信 号。
20
图7 数值微分前后的波形图
波形微积分运算验证
• 为验证本设计中的微积分运算是否正确，输入一个正弦 信号之后，经过本设计的积分运算，再进行微分操作， 其结果应该为信号本身。从图8可以看出，本设计完美 的验证了数值微积分运算在DSO中的正确应用。
5
主要工作回顾
一、巩固C语言基础。
二、了解了示波器的工作原理。
三、学习了波形运算的相关原理。
四、熟悉了DSP开发环境。
五、运用Visual DSP++，进行了波形的加减 乘除及微积分的程序编写。
六、利用仿真器连接数字存储示波器和PC， 进行调试，最终在数字存储示波器中实现 波形运算的功能。
6
主要技术理论
同一的幅度单位数值，再进行运 算，才能得到正确的波形运算值。
数据大小调整，避免显 示点的大值小于小值
结束
9
复化求积公式中以复化Cotes公式精度最高，故本文采用复化Cotes公式。
在本系统中的实现积分运算流程图如 右图所示。系统的显示数据存储区 Dispbuffer长度为600，其中，300 个最小值，300个最大值，进行积分 运算时，是将最大值和最小值平均 后进行运算的，因此3式中的f(a)/f(b) 即为a、b点的函数值，Si为区间[a,i] 的积分结果。右图中，T0和T299表示 数据两端的积分值。首先需判断要处 理的数据是否为第一个数据，如果是， 则用复化Cotes公式计算T0和T299， 得到第一个数据的积分；如果不是， 则通过3式计算Ti，通过Si=Si-1+Ti， Si作为第i个数据的积分值送到显 示数据区待显。300个数据点都处 理完之后即进行显示。
N
最后一个处理值？
Y
三点式前向微分
N
五点式微分
保存微分值 结束
微分运算流程图
主要成果
高级数学功能增强了数字存储示波器的数学运算能力， 在菜单上也有所体现。本设计添加的高级数学功能菜单属于树 状结构的MATH菜单下，通过二级菜单“高级数学功能”传达， 三级菜单也有“编辑表达式”等，按下此功能后，出现弹出式 菜单如下图1。
N
计算Ti Si=Si-1+Ti
开始
i=0？
Y
计算T0，T299， S0=T0+T299
Si作为当前积分值 送至数学通道数据
缓冲区待显
结束
积分运算流程图
10
数值积分原理
复化求积方法是把积分区间[a,b]分为n等分，为步长，即 在每个子区间上应用低阶求积公式，它又分为三种：
复化梯形公式：
n1
（1）
Tnh[f(a)2 f(xi)f(b)]/2
数字存储示波器波形运算算法设计
毕业设计答辩
班级：xxxxxxxxxx 学生：xxxxxx 学号：xxxxxx
LOGO
一、论文结构
二、选题依据及意义
主
三、课题研究内容
要
四、主要工作回顾
内
五、主要技术理论
容
六、成果展示
七、致谢பைடு நூலகம்
2
论文结构
引言
结束语
数字存储示 波器波形运 算算法设计
数字示波器 系统概述
五点式公式如下：
f ' ( x 0 ) [ f ( x 0 2 h ) 8 f ( x 0 h ) 8 f ( x 0 h ) f ( x 0 2 h ) ] / 1 2 h （6）
参与微分运算的波形数据与积分相同，本系统采用 了头尾数据进行三点式微分，中间数据五点式微分的方 法进行运算。
二元运算及 高级数学功
能设计
VisualDSP++ 简介
选题依据及背景
国外示波器运用功能强大的处理器将数学运算 功能拓展至高级数学运算功能，它能实现测量 参数、函数、通道、常量之间的混合运算，极 大的提升了信号的处理和分析能力，如泰克的 DSA70000。但是国内示波器因成本限制，尚不 能应用功能强大的CPU，基本的数学运算功能 只能实现波形的二元运算、滤波运算和FFT运算 。如何利用现有的硬件资源实现波形的微积分 运算、含括弧的四则混合运算也成为国内示波 器研发公司的主要任务之一。
i0
i1
（3）
11
数值微分原理
三点式公式又分为前向三点式和后向三点式。公式如下：
（4）
f '( x o ) [ 3 f ( x 0 ) 4 f ( x 0 h ) f ( x 0 2 h ) ] / 2 h
（5）
f '( x o ) [ 3 f ( x 0 ) 4 f ( x 0 h ) f ( x 0 2 h ) ] / 2 h
logo数字存储示波器波形运算算法设计毕业设计答辩四主要工作回顾二选题依据及意义五主要技术理论六成果展示三课题研究内容七致谢一论文结构一论文结构论文结构二元运算及高级数学功能设计数字示波器系统概述visualdsp简介结束语引言国外示波器运用功能强大的处理器将数学运算功能拓展至高级数学运算功能它能实现测量参数函数通道常量之间的混合运算极大的提升了信号的处理和分析能力如泰克的dsa70000
二元运算设计与实现
示波器的二元运算是指波形间的加减乘除运算，可 在普通视窗和扩展视窗中观测波形的运算结果。主 要是对显示数据区Dispbuffer中的数据进行处理。 下图为波形二元运算的流程图。
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二元运算流程图
开始
N
视窗扩展 状态？
操作数1、2数据为
ZOOM表示视窗扩展模式，操作数1、 正常显示缓冲区
21
图8 数值先积分后微分的前后波形图
致谢
大学本科的学习生活即将结束。在此，我 要感谢所有曾经教导过我的老师和关心过 我的同学，他们在我成长过程中给予了我 很大的帮助。本文能够顺利完成，要特别 感谢我的导师xxx老师的指导和督促，并 真诚地感谢xxx学姐的关心和帮助！
最后向所有关心和帮助过我的人表示真心 的感谢！
Y
操作数1、2数据为
ZOOM显示缓冲区
2为通道的显示数据，变量i表示 当前处理的600个数据的第i个， 因为ADC是八位的，采样值的范围
i=0
计算出操作数1、2 的幅度档位
为0-255，所以在进行二元运算时， 需要判断该处理数值是否有效， 即是否处于0-255的区间范围内。
依据所选算子进行 相应运算
16
图3 波形减法运算验证
波形乘法运算验证
• 本设计中，在CHI通道输入频率为1KHz的方波信号， CH2通道也输入频率为1KHz的方波信号，两者幅值都 为正负1.5V，经过本设计的乘法运算之后得到的信号为 幅度为2.25V的直线波形.，与预期符合，如图4。
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图4 波形乘法运算验证
波形的除法运算验证
• CHI通道输入频率为1KHz的方波信号，CH2通道也输入 频率为1KHz的方波信号，两者幅值都为正负1.5V，经过 本设计的除法运算之后得到的信号为幅度为1V的直线波 形，与预期符合，如图5。
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图5 波形的除法运算验证
波形积分运算验证
• 本设计中，在CHI通道输入频率为1MHz的正弦信号， 经过本设计的积分运算之后，得到的负余弦信号如下 图6所示，从图6可以看出复化Cotes公式较好的实现了 波形的积分运算。
复化Simpson公式：
i0
n 1
n 1
（2）
S n h [f(a ) 4 f(x i 1 /2 ) 2 f(x i) f(b )]/6
复化Cotes公式：
i 0
i 1
n1
n1
Tnh{7[f(a)f(b)]32[ f(xi1/4) f(xi3/4)]
i0
i0
n1
n1
12 f(xi1/2)14 f(xi)}/90
课题研究内容
• 首先要学习C语言、数字存储示波器相关知识和 Visual DSP++集成开发环境，实现数字存储示波器 波形运算功能定奠定基础。
• 其次，在Visual DSP++上编写C代码，建立DSP工 程，利用仿真器连接数字存储示波器和PC，进行调 试，最终在数字存储示波器中实现波形运算的功能。
12
微分的流程如右图所 示。先判断待处理的数 据是第一个还是最后一 个处理值，第一个处理 值因为无法前向处理， 因此采用后向三点式公 示处理，同理，最后一 个处理值采用前向三点 式公示处理，处于中间 段的数据采用五点式微 分，300个数据点处理完 后送入显示数据区待显 。
开始
第一个处理 值？
Y
三点式后向微分
运算值＞255？
Y
运算值＝255
示波器各个通道间的时基都是统 一的，进行运算时，只需要把屏
运算值＝0
N Y
运算值＜0？
幕上每个点进行相应的运算即可。 但是每个通道都拥有自己的幅度
N
i<600?
Y
下一个处理值
档位，在计算时，需要把显示数 据区Dispbuffer中的数值转化成
N
结果存入ZOOM或 正常显示缓冲区
波形加法运算的验证
• 本设计中，在CHI通道输入频率为1KHz的方波信号， CH2通道也输入频率为1KHz的方波信号，两者幅值都为 正负1.5V，经过本设计的加法运算之后，得到的结果是 是幅度为正负3V的方波波形，与预期符合，如图2。
15
图2 波形加法运算的验证
波形减法运算验证
• 本设计中，在CHI通道输入频率为1KHz的方波信号， CH2通道也输入频率为1KHz的方波信号，两者幅值都 为正负1.5V，经过本设计的减法运算之后得到的信号为 幅度为0V的直线波形，与预期符合，如图3。
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图6 数值积分前后的波形图
波形微分运算验证
• CHI通道输入频率为1MHz的正弦信号，经过本设计的微 分运算之后，得到的信号如下图7所示，输入的正弦波信 号在经过本设计的微分运算之后，正弦信号变为余弦信 号。
20
图7 数值微分前后的波形图
波形微积分运算验证
• 为验证本设计中的微积分运算是否正确，输入一个正弦 信号之后，经过本设计的积分运算，再进行微分操作， 其结果应该为信号本身。从图8可以看出，本设计完美 的验证了数值微积分运算在DSO中的正确应用。
5
主要工作回顾
一、巩固C语言基础。
二、了解了示波器的工作原理。
三、学习了波形运算的相关原理。
四、熟悉了DSP开发环境。
五、运用Visual DSP++，进行了波形的加减 乘除及微积分的程序编写。
六、利用仿真器连接数字存储示波器和PC， 进行调试，最终在数字存储示波器中实现 波形运算的功能。
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主要技术理论
同一的幅度单位数值，再进行运 算，才能得到正确的波形运算值。
数据大小调整，避免显 示点的大值小于小值
结束
9
复化求积公式中以复化Cotes公式精度最高，故本文采用复化Cotes公式。
在本系统中的实现积分运算流程图如 右图所示。系统的显示数据存储区 Dispbuffer长度为600，其中，300 个最小值，300个最大值，进行积分 运算时，是将最大值和最小值平均 后进行运算的，因此3式中的f(a)/f(b) 即为a、b点的函数值，Si为区间[a,i] 的积分结果。右图中，T0和T299表示 数据两端的积分值。首先需判断要处 理的数据是否为第一个数据，如果是， 则用复化Cotes公式计算T0和T299， 得到第一个数据的积分；如果不是， 则通过3式计算Ti，通过Si=Si-1+Ti， Si作为第i个数据的积分值送到显 示数据区待显。300个数据点都处 理完之后即进行显示。
N
最后一个处理值？
Y
三点式前向微分
N
五点式微分
保存微分值 结束
微分运算流程图
主要成果
高级数学功能增强了数字存储示波器的数学运算能力， 在菜单上也有所体现。本设计添加的高级数学功能菜单属于树 状结构的MATH菜单下，通过二级菜单“高级数学功能”传达， 三级菜单也有“编辑表达式”等，按下此功能后，出现弹出式 菜单如下图1。
N
计算Ti Si=Si-1+Ti
开始
i=0？
Y
计算T0，T299， S0=T0+T299
Si作为当前积分值 送至数学通道数据
缓冲区待显
结束
积分运算流程图
10
数值积分原理
复化求积方法是把积分区间[a,b]分为n等分，为步长，即 在每个子区间上应用低阶求积公式，它又分为三种：
复化梯形公式：
n1
（1）
Tnh[f(a)2 f(xi)f(b)]/2
数字存储示波器波形运算算法设计
毕业设计答辩
班级：xxxxxxxxxx 学生：xxxxxx 学号：xxxxxx
LOGO
一、论文结构
二、选题依据及意义
主
三、课题研究内容
要
四、主要工作回顾
内
五、主要技术理论
容
六、成果展示
七、致谢பைடு நூலகம்
2
论文结构
引言
结束语
数字存储示 波器波形运 算算法设计
数字示波器 系统概述
五点式公式如下：
f ' ( x 0 ) [ f ( x 0 2 h ) 8 f ( x 0 h ) 8 f ( x 0 h ) f ( x 0 2 h ) ] / 1 2 h （6）
参与微分运算的波形数据与积分相同，本系统采用 了头尾数据进行三点式微分，中间数据五点式微分的方 法进行运算。
二元运算及 高级数学功
能设计
VisualDSP++ 简介
选题依据及背景
国外示波器运用功能强大的处理器将数学运算 功能拓展至高级数学运算功能，它能实现测量 参数、函数、通道、常量之间的混合运算，极 大的提升了信号的处理和分析能力，如泰克的 DSA70000。但是国内示波器因成本限制，尚不 能应用功能强大的CPU，基本的数学运算功能 只能实现波形的二元运算、滤波运算和FFT运算 。如何利用现有的硬件资源实现波形的微积分 运算、含括弧的四则混合运算也成为国内示波 器研发公司的主要任务之一。
i0
i1
（3）
11
数值微分原理
三点式公式又分为前向三点式和后向三点式。公式如下：
（4）
f '( x o ) [ 3 f ( x 0 ) 4 f ( x 0 h ) f ( x 0 2 h ) ] / 2 h
（5）
f '( x o ) [ 3 f ( x 0 ) 4 f ( x 0 h ) f ( x 0 2 h ) ] / 2 h
logo数字存储示波器波形运算算法设计毕业设计答辩四主要工作回顾二选题依据及意义五主要技术理论六成果展示三课题研究内容七致谢一论文结构一论文结构论文结构二元运算及高级数学功能设计数字示波器系统概述visualdsp简介结束语引言国外示波器运用功能强大的处理器将数学运算功能拓展至高级数学运算功能它能实现测量参数函数通道常量之间的混合运算极大的提升了信号的处理和分析能力如泰克的dsa70000