【学习时刻·经济实说①】清华大学国情研究院胡鞍钢：伟大的发展实践产生伟大的思想

　　贾宏伟 ^{1 2} ，顾家翠 ^{1 2}

　　(1. 广东省电力工业职业技术学校，广东 广州 510000；

　　2. 广东电网有限责任公司培训与评价中心 广东 广州 510000)

　　摘要：示波器中触发的目的是为了每次显示的时候都在波形的同一位置开始,波形可以稳定显示.一般模拟示波器有边沿触发、视频触发和市电触发，在数字示波器上有了更多的触发条件被称为高级触发如逻辑触发，毛刺触发和脉宽触发等。边沿触发是最常见的触发方式，以使每次显示波形的起始位置相同。波形中可能会有由于干扰而产生的正向反向脉冲，影响信号或波形的质量，因此有必要将这些脉冲显示出来，便于观察分析，之后采取相应的措施。本文简要介绍了基于LabVIEW的仿真示波器中边沿触发和脉冲触发的简单实现，并分析了该实现方法中的不足及改进方法和设想。

　　关键词：LabVIEW；示波器；边沿触发；脉冲触发

　　0 引言

　　随着计算机技术的发展，仪器工业正在经历一场巨变。计算机强大的处理和显示能力，使它可以在数据采集、分析和表达中的任意一个方面提升仪器的性能。以虚拟仪器为代表的新型仪器改变了传统仪器的思想，它们充分利用了计算机强大的软硬件资源，把计算机技术和测量技术紧密结合起来，是融合了电子测量、信号处理、计算机和网络技术的新型测量仪器，由于成本低、使用方便等优点得到了广泛的应用。

　　1　LabVIEW仿真示波器中边沿触发方式的实现与分析

　　1.1 边沿触发分析与设计

　　示波器在显示周期信号时，为了得到稳定的波形便于观察测量，使每次显示的波形都是开始于同一个点。最常使用的方式就是边沿触发的方式。边沿触发可分为上升沿和下降沿，顾名思义就是波形的起始位置是处于上升沿还是下降沿。但仅仅有上升和下降沿还是不够的，还要有一参考的触发电平才可以。分析图二为一正弦波，点1、2、3为下降沿的三个点，4、5、6为上升沿的三个点。在下降沿上点的纵坐标是递减的，而上升沿纵坐标是递增的。根据这一特点，当信号同时满足三个条件的时候开始显示采样的数据。如要显示以下降沿，纵坐标为A为开始的波形时要满足三个条件：

　　a.参考比较数据为A（图二中的点2）。

　　b.当发现某一采样的数据B（图二中的点3）小于等于A。

　　c.采样数据为B的前一采样C（图二中的点1）大于等于A

　　1.2 边沿触发程序设计的分析与改进

　　如图3所示的程序设计，对于周期信号可实现很好的触发控制。但是在现实的工作环境中。由于噪声的原因，可能会导致误触发的情况发生。此时仍然会显示出不稳定的波形。因此有必要对于以上设计进行相应的改进和处理。

　　方案一，在对波形进行触发处理前，先将波形进行滤波，去除噪声，使波形变得稳定。

　　方案二，在采样比较的时候，可选取三组采样点，每组采样里包括多个点，对每组采样点加以处理，如相邻点的取变化不大的点，舍去突然变化比较大的点，并对这些点进行平均。然后进行比较处理，进行触发与否的判断。

　　方案三，Labview里有触发模块，直接采用相应模块，对数组进行处理。

　　2 LabVIEW仿真示波器中脉冲触发方式的实现与分析

　　数字示波器能够存贮波形信息，这使得数字示波器在研究低重复速率现象或者研究不重复现象即所谓单冲信号的工作中具有宝贵的价值。非重复性信号或单冲信号在很多系统中都可以见到。例如测量一个电系统的冲击电流、破坏性试验中只进行的一次测量。

　　2.1 脉冲触发分析与设计

　　信号中可能混有噪声脉冲，使波形质量变差，甚至导致仪器的损害，因此有必要提取这些脉冲以进行观测并采取相应措施，避免损失。为了捕捉到波形中的尖峰和毛刺，可以使用示波器的峰值检测或毛刺捕捉功能。使用峰值检测时，示波器对信号波形的幅度连续进行监测，并由正负峰值检测器将信号的峰值幅度暂时存贮起来。当示波器要显示采样点的时候，示波器就将正或负峰值检测器保存的峰值进行数字化，要提取并显示脉冲首先要对其进行分析，脉冲的最大特点是在正常波形上出现数据的突然剧烈的波动。脉冲都有一定的宽度和幅度。对脉冲进行采样并显示要同时满足两个条件即要大于控制电平和脉冲的宽度要符合要求。另外还要同时注意：对采样到的脉冲进行显示，其他的信号不再送出显示，否则无法进行观察。输入信号中满足要求的可能不止一个，如何将全部满足要求的脉冲提取出来。

　　在Labview 中的实现方法为：输入为一维数组，先用“以阈值插值一维数组”找出大于阀值电压的索引，然后找出数组中的子数组，对子数组进行提取，直到该子数组出现第一个小于阀值电压的数值为止。然后对于最后的子数组进行判断，是否满足要求的脉冲宽度。如果满足则将结果输出，如果不满足则从新索引处开始寻找。数组的大小除以采样的频率，就得到相应的时间。而新的索引处可通过上次索引数加上上次的子数组大小加和来得出。程序框图如图4。

　　在以上程序中可以选择只显示脉冲信号，也可以以脉冲信号为触发显示脉冲信号开始的完整信号。现采用由正弦和方波加和形成的简单的仿真信号。正弦信号频率为1，幅值，偏移量为1，采样率为1000，采样数为4000。方波信号频率为1，幅值，偏移量为1，占空比为10%，相位为90，采样率为1000，采样数为4000。分别以周期上限为0.5，0.4阀值电压为1,0.5为例显示仿真信号及脉冲触发信号如下。

　　2.2 脉冲触发程序设计的分析与改进

　　如图4所示的程序设计，可对信号中适合的脉冲进行提取并显示出来。但在实际应用过程中还有些不足，对于未知的脉冲只能用不断的尝试的方法来确定触发条件，如阀值电压，脉冲宽度。但很多噪声产生的脉冲都是随机的，所以应用这种方法来检测的时候，要反复进行，才能增加被采样到的可能。另外在同一周期内如果有两个以上符合条件的随机脉冲信号，则还是有可能少采集到后面的脉冲。该脉冲触发模块放在示波器中还未能完全调试成功，有时会出现采样的脉冲宽度大于要求的情况。

　　方案一，在对波形进行触发处理前，先将波形进行滤波，去除不需要关心的噪声，使波形变得稳定。

　　方案二，对开始索引进行记录，处理，以进行对第一个符合要求信号之后的脉冲进行采集。

　　3 结论

　　虚拟示波器中还有许多其他的触发方式没有实现，如视频触发等。另Labview里对信号按照一维数组进行处理，处理后数组的数据之间的前后顺序不会有问题，但是在与时间的对应上就有可能因处理的过程而产生偏差，所以在最终波形还原的时候，要将数组与时间对应产生波形，这样会更加准确。但这样做也是有一定前提，就是要考虑在之前处理过程中是否有舍弃的数据，而这些数据又是如何处理的。如果是仅仅是舍弃，由后面的数字依次提前填补前一个数据，则在还原波形上仍会出现问题；如果是用另外一个合适的数据（例如前后数据的近似线性回归）代替舍弃的数据，则可以解决这样的问题。

　　参考文献：

　　[1]侯正信. 数字信号处理基础[M].北京：电子工业出版社，2003.

　　[2]丁娜. 虚拟频谱分析仪的设计与实现[D].西南交通大学硕士学位论文，2003.3.

　　[3]史延龄. 虚拟示波器的设计研究. 仪表技术，2001（03).

　　[4]李崇德. 现代数字存储示波器原理与应用[M].北京：电子工业出版社，1989.

　　[5]姜碧琼. 基于Labview的虚拟示波器的设计[D]. 西北农林科技大学 硕士学位论文 2008

　　本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第7期第57页，欢迎您写论文时引用，并注明出处