專利名稱：一種基于折半搜索的數(shù)字示波器直流精度自動校準方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字示波器領(lǐng)域，具體涉及一種基于折半搜索的數(shù)字示波器直流精度自動校準方法。
背景技術(shù)：
自1972年美國尼科萊特公司研制成功世界上首臺數(shù)字示波器以來，經(jīng)過多年的發(fā)展，在各行各業(yè)有著非常廣泛的應(yīng)用。其工作原理是對于輸入信號，由時基電路控制，按一定時間間隔進行采樣，再通過A/D轉(zhuǎn)換器量化，對這些瞬時值或采樣值進行變換。由于每臺數(shù)字示波器自身硬件電路特性的不同，信號在通過示波器前端調(diào)理電路調(diào)理后將會引入幅度不確定的直流誤差，這就需要通過在前端調(diào)理電路中增加加法電路來修正直流誤差。 在所有的通道、量程及輸入阻抗確定的情況下獲得加法器需要寫入的修正值，是示波器直流精度校準需要完成的工作。然而在實際校準過程中，通常是由設(shè)計人員根據(jù)自身經(jīng)驗，通過逐步嘗試的方法來獲取加法器的修正值，這樣會耗費大量的人力和時間。由于A/D轉(zhuǎn)換器具有單調(diào)性特點， 結(jié)合該單調(diào)性特點設(shè)計本發(fā)明所提供的方法。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于折半搜索的數(shù)字示波器直流精度自動校準方法，能夠使得用戶可以靈活配置校準參量，以達到提高數(shù)字示波器的校準精度的目的。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案一種基于折半搜索的數(shù)字示波器直流精度自動校準方法，所述數(shù)字示波器包括 前端調(diào)理電路、A/D變換電路、存儲器、處理器、觸發(fā)控制電路和時鐘控制與調(diào)理電路，其中， 前端調(diào)理電路分別通過A/D變換電路、處理器與存儲器相連，觸發(fā)控制電路分別連接處理器、時鐘控制與調(diào)理電路，時鐘控制與調(diào)理電路連接A/D變換電路，處理器連接上位機。該方法針對數(shù)字示波器中的每個通道執(zhí)行如下校準方法S00、設(shè)置數(shù)字示波器中的待校準通道以及量程，從所述量程中選取一個電壓幅值作為待校準通道的目標模擬電壓信號的電壓幅度Draip，同時，根據(jù)數(shù)字示波器中前端調(diào)理電路內(nèi)部的待校準通道的加法器類型，通過上位機設(shè)置加法器的修正值的范圍為[Vmin，VmaJ、 校準誤差限為ε。S01、上位機通過處理器設(shè)置加法器使用修正值Vmin，通過待校準通道輸入的數(shù)據(jù)發(fā)送給前端調(diào)理電路，前端調(diào)理電路中的加法器進行加法運算，所述前端調(diào)理電路產(chǎn)生相應(yīng)幅度的模擬電壓信號并傳送至A/D變換電路。同時，上位機延時固定時間，即50ms Is 后，通過處理器控制觸發(fā)控制電路產(chǎn)生觸發(fā)信號并傳送至?xí)r鐘控制與調(diào)理電路，時鐘控制與調(diào)理電路產(chǎn)生采樣時鐘并發(fā)送至A/D變換電路。S02、A/D變換電路根據(jù)所述采樣時鐘，對所述模擬電壓信號進行A/D變換并產(chǎn)生數(shù)字電壓信號，將該數(shù)字電壓信號發(fā)送至存儲器中，待1000個數(shù)據(jù)存儲完畢，停止采集。處理器從存儲器中獲取數(shù)字電壓信號并通過數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)缴衔粰C，上位機對所述數(shù)字電壓信號進行D/A轉(zhuǎn)換并取平均值，記為Dmin。S03、上位機通過處理器設(shè)置加法器使用修正值Vmax，進行步驟SOl S02的過程， 在上位機中得到Vmax對應(yīng)的平均值Dmax。S04、上位機根據(jù)Dmin、Dmax、Dexp、ε，采用折半搜索的算法進行數(shù)據(jù)處理并產(chǎn)生校準
結(jié)果Vexpo所述折半搜索的算法為1)上位機通過處理器設(shè)置加法器使用修正值Vavg，Vavg = (Vmin+Vmax)/2，Vavg向下取整，并令加法器進行加法運算，數(shù)字示波器進行數(shù)據(jù)采集得到Vavg對應(yīng)的平均值Davg并傳送至上位機。2)若 I Dmin-Draip I < ε，則校準值 Vexp = Vmin，轉(zhuǎn)至 7)，否則轉(zhuǎn)至 3)。3)若 I Dmax-Draip I < ε，則校準值 Vrap = Vmax，轉(zhuǎn)至 7)，否則轉(zhuǎn)至 4)。4)若(Vmax-Vmin) =1，則將 I Dmin-Dexp|，| Dfflax-Dexp 進行比較，若 | Dmax-DexJ < I Dfflin-Dexp ι，則 Vexp = Vfflax ；若 I Dmax-Dexp I > I Dmin-Dexp |，則 Vexp = Vfflin,轉(zhuǎn)至 7)；若(Vfflax-Vfflin) 不為1，則轉(zhuǎn)至5)。5)若(Davg-Dexp) X (Dfflin-Dexp) < 0，則 Vexp 位于 Vavg 和 Vmin 之間，此時令 Vmax = Vavg， 跳轉(zhuǎn)1)，否則跳轉(zhuǎn)6)。6)若(Davg-Dexp) X (Dfflin-Dexp) > 0，則 Vexp 位于 Vavg 和 Vmax 之間，此時令 Vmin = Vavg， 跳轉(zhuǎn)1)。7)校準結(jié)束。S05、上位機將校準結(jié)果Vexp通過處理器傳送至存儲器，并復(fù)位數(shù)字示波器。S06、上位機再次被重啟時，上位機從存儲器中讀取校準結(jié)果并將該校準結(jié)果通過處理器寫入至前端調(diào)理電路中的加法器，該校準結(jié)果作為加法器修正值。有益效果(1)本發(fā)明所提供的方法采用折半搜索的算法，根據(jù)用戶設(shè)置的加法器修正值，進行多次迭代，提高了數(shù)字示波器的校準精度，從而減少了人力成本，提高了可生產(chǎn)性。(2)本發(fā)明所提供的方法可以根據(jù)用戶的不同需要，進行校準誤差限和目標模擬電壓信號的電壓幅度的設(shè)置，并結(jié)合存儲器中的校準結(jié)果可以滿足用戶不同的生產(chǎn)和調(diào)試需求。


圖1為本發(fā)明所使用的數(shù)字示波器的組成框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。當用戶使用數(shù)字示波器時，若數(shù)字示波器根據(jù)用戶設(shè)置的參數(shù)產(chǎn)生的電壓信號與數(shù)字示波器所采集到的電壓信號有出入時，需要對數(shù)字示波器進行校準。本發(fā)明提供了一種基于折半搜索的數(shù)字示波器直流偏置自動校準方法。圖1本發(fā)明所使用的數(shù)字示波器的組成框圖。該數(shù)字示波器包括前端調(diào)理電路、A/D變換電路、存儲器、處理器、觸發(fā)控制電路和時鐘控制與調(diào)理電路。各組成部件的連接關(guān)系為前端調(diào)理電路分別通過A/D變換電路、處理器與存儲器相連，觸發(fā)控制電路分別連接處理器、時鐘控制與調(diào)理電路，時鐘控制與調(diào)理電路連接A/D變換電路，處理器連接上位機。本發(fā)明所提供的方法的具體步驟為S00、用戶可設(shè)置數(shù)字示波器的待校準通道，如通道1 :CH1，并設(shè)置量程為-5V +5V :lV/div，設(shè)置目標模擬電壓信號的電壓幅度Dexp = 0。用戶根據(jù)前端調(diào)理電路內(nèi)部的加法器的類型(如10位、12位)，通過上位機設(shè)置加法器修正值的范圍為[Vmin，VfflaJ、校準誤差限為ε。S01、上位機通過處理器設(shè)置加法器使用修正值Vmin，通過待校準通道輸入的數(shù)據(jù)發(fā)送給前端調(diào)理電路，前端調(diào)理電路中的加法器進行加法運算，前端調(diào)理電路根據(jù)用戶的設(shè)置產(chǎn)生-5V +5V幅度范圍內(nèi)的模擬電壓(電平)信號并傳送至A/D變換電路。同時，上位機延時固定時間(通常為500ms，此時前端調(diào)理電路產(chǎn)生的模擬電壓信號已經(jīng)穩(wěn)定)后， 上位機通過處理器控制觸發(fā)控制電路產(chǎn)生觸發(fā)信號并傳送至?xí)r鐘控制與調(diào)理電路，時鐘控制與調(diào)理電路產(chǎn)生采樣時鐘并發(fā)送至A/D變換電路。S02、數(shù)字示波器開始進行采集:A/D變換電路根據(jù)所述采樣時鐘，對所述模擬電壓信號進行A/D變換，經(jīng)A/D變換后產(chǎn)生數(shù)字電壓信號并發(fā)送至存儲器中，待1000個數(shù)據(jù)存儲完畢，停止采集。處理器從存儲器中獲取數(shù)字電壓信號并通過數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)缴衔粰C， 上位機對所述數(shù)字電壓信號進行轉(zhuǎn)換并取平均值，記為Dmin。S03、同樣地，上位機通過處理器設(shè)置加法器使用修正值Vmax，進行步驟SOl S02 的過程，在上位機中得到Vmax對應(yīng)的平均值為Dmax。S04、上位機根據(jù)Dmin、Dfflax, Dexp, ε，采用折半搜索的算法進行數(shù)據(jù)處理并產(chǎn)生校準
結(jié)果Vexpo所述折半搜索的算法為1)上位機通過處理器設(shè)置加法器使用修正值Vavg，Vavg = (Vmin+Vmax)/2(向下取整)，并令加法器進行加法運算，數(shù)字示波器進行數(shù)據(jù)采集并在上位機中得到Vavg對應(yīng)的平均值Dmg。2)若 I Dmin-Draip I < ε，則校準值 Vexp = Vmin，轉(zhuǎn)至 7)，否則轉(zhuǎn)至 3)。3)若 I Dmax-Draip I < ε，則校準值 Vrap = Vmax，轉(zhuǎn)至 7)，否則轉(zhuǎn)至 4)。4)若(Vfflax-Vfflin) =1，則將 I Dmin-Dexp|，| Dmax-Dexp 進行比較，若 | Dmax-DexpI < I Dfflin-Dexp I，則 Vexp = Vfflax0 若 I Dmax-Dexp I > I Dmin-Dexp |，則 Vexp = Vfflin,轉(zhuǎn)至 7)；若(Vfflax-Vfflin) 不為1，則轉(zhuǎn)至5)。5)若(Davg-Dexp) X (Dfflin-Dexp) < 0，則 Vexp 位于 Vavg 和 Vmin 之間，此時令 Vmax = Vavg， 跳轉(zhuǎn)1)，否則跳轉(zhuǎn)6)。6)若(Davg-Dexp) X (Dfflin-Dexp) > 0，則 Vexp 位于 Vavg 和 Vmax 之間，此時令 Vmin = Vavg， 跳轉(zhuǎn)1)。7)校準結(jié)束。S05、上位機將校準結(jié)果Vexp通過處理器傳送至存儲器，并復(fù)位數(shù)字示波器。S06、當上位機再次重啟上位機時，上位機從存儲器中讀取校準結(jié)果并將該校準結(jié)果通過處理器寫入至前端調(diào)理電路中的加法器，該校準結(jié)果作為加法器修正值，使得數(shù)字示波器的直流誤差小于所述校準誤差限ε，從而使得數(shù)字示波器最終采集到的電壓信號與用戶所設(shè)置的電壓信號保持一致，實現(xiàn)了對數(shù)字示波器的校準。 綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種基于折半搜索的數(shù)字示波器直流精度自動校準方法，所述數(shù)字示波器包括前端調(diào)理電路、A/D變換電路、存儲器、處理器、觸發(fā)控制電路和時鐘控制與調(diào)理電路，其中，前端調(diào)理電路分別通過A/D變換電路、處理器與存儲器相連，觸發(fā)控制電路分別連接處理器、 時鐘控制與調(diào)理電路，時鐘控制與調(diào)理電路連接A/D變換電路，處理器連接上位機；其特征在于，該方法針對數(shù)字示波器中的每個通道執(zhí)行如下校準方法S00、設(shè)置數(shù)字示波器中的待校準通道以及量程，從所述量程中選取一個電壓幅值作為待校準通道的目標模擬電壓信號的電壓幅度Drap，同時，根據(jù)數(shù)字示波器中前端調(diào)理電路內(nèi)部的待校準通道的加法器類型，通過上位機設(shè)置加法器的修正值的范圍為[Vmin，VmaJ、校準誤差限為ε ；S01、上位機通過處理器設(shè)置加法器使用修正值Vmin，通過待校準通道輸入的數(shù)據(jù)發(fā)送給前端調(diào)理電路，前端調(diào)理電路中的加法器進行加法運算，所述前端調(diào)理電路產(chǎn)生相應(yīng)幅度的模擬電壓信號并傳送至A/D變換電路；同時，上位機延時固定時間后，通過處理器控制觸發(fā)控制電路產(chǎn)生觸發(fā)信號并傳送至?xí)r鐘控制與調(diào)理電路，時鐘控制與調(diào)理電路產(chǎn)生采樣時鐘并發(fā)送至A/D變換電路；S02、A/D變換電路根據(jù)所述采樣時鐘，對所述模擬電壓信號進行A/D變換并產(chǎn)生數(shù)字電壓信號，將該數(shù)字電壓信號發(fā)送至存儲器中，待1000個數(shù)據(jù)存儲完畢，停止采集；處理器從存儲器中獲取數(shù)字電壓信號并通過數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)缴衔粰C，上位機對所述數(shù)字電壓信號進行D/A轉(zhuǎn)換并取平均值，記為Dmin ；S03、上位機通過處理器設(shè)置加法器使用修正值Vmax，進行步驟SOl S02的過程，在上位機中得到Vmax對應(yīng)的平均值Dmax ；S04、上位機根據(jù)Dmin、Dmax、Dexp、ε，采用折半搜索的算法進行數(shù)據(jù)處理并產(chǎn)生校準結(jié)果V ·* exp，所述折半搜索的算法為1)上位機通過處理器設(shè)置加法器使用修正值Vavg，Vavg= (Vmin+Vmax)/2，Vavg向下取整， 并令加法器進行加法運算，數(shù)字示波器進行數(shù)據(jù)采集得到Vavg對應(yīng)的平均值Davg并傳送至上位機；2)若IDmin-Dexp I < ε，則校準值Vexp = Vmin，轉(zhuǎn)至7)，否則轉(zhuǎn)至3)；3)若IDmax-Drap I < ε，則校準值Vrap = Vmax，轉(zhuǎn)至7)，否則轉(zhuǎn)至4)；4)若(Vmax-Vmin)= 1，則將 IDmin-DexJ，|Dmax-Dexp| 進行比較，若 |Dmax-Dexp| < |Dmin-DexpI, 則 Vexp = Vfflax ；若 IDmax-Dexp > IDmin-Dj，則 Vexp = Vmin，轉(zhuǎn)至 7)；若(Vfflax-Vfflin)不為 1，則轉(zhuǎn)至5)；5)若(Davg-Dexp)X (Dmin-Dexp) < 0，則 Vexp 位于 Vavg 和 Vmin 之間，此時令 Vmax = Vavg，跳轉(zhuǎn) 1)，否則跳轉(zhuǎn)6)；6)若(Davg-Dexp)X (Dmin-Dexp) > 0，則 Vexp 位于 Vavg 和 Vmax 之間，此時令 Vmin = Vavg，跳轉(zhuǎn)1)；7)校準結(jié)束；S05、上位機將校準結(jié)果Vexp通過處理器傳送至存儲器，并復(fù)位數(shù)字示波器；S06、當上位機再次被重啟時，上位機從存儲器中讀取校準結(jié)果并將該校準結(jié)果通過處理器寫入至前端調(diào)理電路中的加法器，該校準結(jié)果作為加法器修正值。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述固定時間為50ms Is。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于折半搜索的數(shù)字示波器直流精度自動校準方法，能夠達到減少數(shù)字示波器的校準時間，提高校準精度的目的；具體為用戶設(shè)置前端調(diào)理電路的加法器的修正值、數(shù)字示波器的通道以及量程，校準誤差限ε、校準目標模擬電壓信號的電壓幅度Dexp；設(shè)置加法器修正值為Vmin，數(shù)字示波器開始進行采集得到Vmin對應(yīng)的平均值Dmin；同樣地，設(shè)置加法器修正值為Vmax，得到Vmax對應(yīng)的平均值Dmax；上位機根據(jù)Dmin、Dmax、Cexp、ε，采用折半搜索的算法進行數(shù)據(jù)處理并產(chǎn)生校準結(jié)果Vexp；上位機將Vexp送至存儲器并復(fù)位數(shù)字示波器；當用戶再次重啟上位機時，上位機從存儲器中讀取校準結(jié)果并將該校準結(jié)果寫入至前端調(diào)理電路中的加法器，該校準結(jié)果用以修正前端調(diào)理電路產(chǎn)生的直流誤差。
文檔編號G01R35/00GK102495387SQ20111043245
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者劉家瑋, 楊立杰, 欒天, 胡志臣, 鄒璞 申請人:北京航天測控技術(shù)有限公司