一种数学通道设计与实现文献综述

文献综述：

文 献 综 述

摘要： 随着计算机软件测试技术的发展，示波器的数据处理能力越来越强，传统的测试理念也在发生改变，以往的简单数学运算已不能满足用户的需求，具有强大运算性能的示波器越来越受到用户青睐。本文首先介绍了多路信号运算的计算方法，其次介绍了在其基础上完成的数学通道运算系统的相关概念，并对用于实现该系统的MFC框架开发原理进行了简单的介绍。在此基础上对现有的示波器软件进行了分析，并提出了完成基于MFC的数学通道的设计与实现的课题。

关键词：多路信号运算，数学通道运算系统，示波器

一、数学通道运算系统简介

数学通道是一个或多个输入信号的数学函数。该函数可以是如“反转 A”这样简单，可替代传统示波器上的反转按钮，也可是用户定义的复杂函数。该通道可像输入信号那样显示在示波器、XY 或 频谱视图中，而且，与输入信号一样，具有自己的测量轴、比例缩放和偏移按钮以及颜色。Pico Scope 6 针对最重要的函数内置了一组数学通道，包括 'A B'（通道 A 和 B 之和）以及 'A-B'（通道 A 和 B 之差）。您还可使用方程式编辑器或从文件加载预定义的数学通道来定义自己的函数。。

二、MFC框架简介

MFC是一个编程框架，它的目的就是让程序员在此基础上来建立Windows下的应用程序，这是一种相对SDK来说更为简单的方法。因为总体上，MFC框架定义了应用程序的轮廓，并提供了用户接口的标准实现方法，程序员所要做的就是通过预定义的接口把具体应用程序特有的东西填入这个轮廓。Microsoft Visual C 提供了相应的工具来完成这个工作：AppWizard可以用来生成初步的框架文件（代码和资源等）；资源编辑器用于帮助直观地设计用户接口；ClassWizard用来协助添加代码到框架文件；最后，编译，则通过类库实现了应用程序特定的逻辑。

三、国内外研究现状

国外厂商大多以强大的 CPU 作为处理器，与国内的DSP 作为处理器相比，国外示波器的数据处理速度得到很大提高。美国安捷伦公司推出的Infiniium 90000 Q系列部分示波器的采样率已高达160GSa/s，带宽达到63GHz；并且具有多种高级数学运算功能，大大的提高数字示波器的数据分析及处理能力，而国内示波器在波形数学运算功能实现上与国外相比还有很大差距。

谢婷,徐建南[1]基于数值微分和数值积分的基本原理,设计了其在DSO中的应用,并给出了波形原始数据经过此种运算后的效果图,实验结果证明数值微积分运用于DSO中完善了其数据分析的处理能力。

杭君,王勇[3]采用标准化的总线技术和软件技术开发的自动测试系统功能强大、通用性强,便于系统的集成化设计。基于PXI总线技术,提出了在VC 6.0环境下调用LabWindows/CVI生成的动态链接库对NI的PXI-5152示波器模块进行控制的方法。通过此方法实现了虚拟数字示波器的设计,经测试证实该虚拟数字示波器测量精度高、功能完善,达到了设计要求。采用上述方法还可开发三用表、频谱仪等虚拟仪器并已应用在某集成化测试系统中。

邓先荣[6]设计采用ARM FPGA架构,采用实时采样技术,实现250M最高采样率,50MHz带宽的便携式数字存储示波器。ARM FPGA系统具有控制能力突出、结构灵活、外围电路简单、适用于模块化设计等特点。SAMSUNG公司ARM7TDMI内核的S3C44B0X作为系统的核心,控制整个系统的正常工作和数据处理。ALTERA公司CYCLONEⅢ系列的EP3C16Q240C8作为系统的外围控制器,主要用于数据的接收缓存,以及采样时钟的控制。

邹静[8]研究采用模块化设计方法,利用数据采集技术设计了实时采样模块,根据时频分析的工作原理以及实现算法设计了时频分析数据处理;重点分析了数字滤波的设计与实现方法,并且通过对数字示波器有关技术的总结分析,利用数据采集卡PCI-1710采集信号发生器的数据,对其各项功能分别进行了测试和分析,测试结果表明该多功能数字示波器基本上实现了数字示波器的功能。该多功能数字示波器实现了实时数据的采集与显示,实现了FIR滤波的功能。

高文娟[11]在不提高硬件成本的基础上，利用现有平台实现高级数学运算功能。其中包括基础数学运算、多种函数运算和混合运算三大部分。具体内容如下：（1）波形参数运算功能设计。为了丰富数字示波器功能，提高示波器在市场中的竞争力，本论文在不增加成本的基础上利用软件实现参数运算功能，主要包括幅值类参数的设计、顶底值设计与实现和直方图运算设计与实现，并且能满足一定的运算精度。（2）多种函数运算设计。随着人们对现代信号领域研究的深入，测试测量的环境也越来越复杂，我们要对示波器获得的信号做一些数据处理和分析工作，如果这些信号是经过复杂的运算后信号，比如本身就经过积分器、微分器等仪器，此时测试人员想要了解信号经过微分器、积分器之前的信号就会有很大困难，因此本课题设计各种函数运算，其中包括积分运算，微分运算和其它函数运算，并且通过了调试验证，最终应用于仪器设备上。（3）混合运算设计。为了减少复杂测试环境及测试信号对测试人员带来的不便，本文设计一种混合运算方法，能够将复杂的信号转换为简单的易于研究的信号，使测试工作更加简单，并且节省时间，从而提高工作效率。

四、结束语

电子技术的发展日新月异，而示波器更是以前所未有的速度发展。随着示波器技术的不断成熟，不断满足行业新标准、走向功能集成化和人机交互友好化成为各类示波器开发者的奋斗目标。所以本论文旨在结合现有的硬件软件条件，设计研究示波器的基础数学运算功能、各种函数运算功能和混合运算功能，使示波器功能在很大程度上得到扩展。高级数学运算主要注重算法的准确性、可操作性、精度和效率。

六、参考文献

[1] 谢婷,徐建南. 数值微积分在DSO中的研究与应用[J]. 电子测量技术. 2010(09)

[2] 陈怀民,安玉娇,王亮. 基于LabWindows/CVI虚拟测试系统软件设计与实现[J]. 测控技术. 2009(11)

[3] 杭君,王勇. 基于VC 6.0和LabWindows/CVI的虚拟数字示波器的实现[J]. 电子测试. 2009(07)

[4] Robert Lashlee. 示波器发展趋势展望[J]. 国外电子测量技术. 2009(05)

[5] 徐俊毅. 泰克推出DPO/DSA70000B系列实时示波器[J]. 电子与电脑. 2009(02)

[6] 邓先荣. 便携式可程控数字示波器的设计[D]. 西华大学 2011

[7] 武晋. 用于核磁共振信号的数字示波器设计[D]. 河北大学 2010

[8] 邹静. 多通道数字示波器的研究与设计[D]. 贵州大学 2008

[9] 李晓丽. 数字示波器多功能接口模块的设计[D]. 电子科技大学 2008

[10]黄荣华. 虚拟数字示波器的设计[D]. 吉林大学 2009

[11]高文娟. 数字示波器高级数学运算功能设计[D] 电子科技大学 2013

[12]郭伟民. 数字示波器自动化检定技术研究[D]. 中国工程物理研究院北京研究生部 2002

[13]赵永刚. 双通道便携数字示波器的部分模块设计[D]. 电子科技大学 2012

[14]姚洪奎. 数字示波器自动化测试软件系统设计与实现[D]. 电子科技大学 2010

[15]罗婷婷. 数字示波器中高速实时数据处理技术的研究[D]. 电子科技大学 2010