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1、,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,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,主要内容,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,数字存储示波器波形运算算法设计,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。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
2、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。,选题依据及背景,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。,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 D
3、SP+，进行了波形的加减乘除及微积分的程序编写。,主要工作回顾,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。,主要技术理论,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。,二元运算流程图,ZOOM表示视窗扩展模式，操作数1、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
4、围内。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档位，在计算时，需要把显示数据区Dispbuffer中的数值转化成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。,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。,积分运算流程图,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
5、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。,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：,复化Simpson公式：,复化Cotes公式：,（1）,（2）,（3）,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）,（5）,五点式公式如下
6、：,（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。,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。,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
7、出式菜单如下图1。,图1 高级数学功能弹出式菜单,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。,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。,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1K
8、Hz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。,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。,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
9、波形的积分运算。,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。,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。,图8 数值先积分后微分的前后波形图,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！,致谢,
