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(dòng)校準(zhǔn)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(dòng)校準(zhǔn)方法。
背景技術(shù)：
自1972年美國(guó)尼科萊特公司研制成功世界上首臺(tái)數(shù)字示波器以來(lái)，經(jīng)過(guò)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(duì)于輸入信號(hào)，由時(shí)基電路控制，按一定時(shí)間間隔進(jìn)行采樣，再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器量化，對(duì)這些瞬時(shí)值或采樣值進(jìn)行變換。由于每臺(tái)數(shù)字示波器自身硬件電路特性的不同，信號(hào)在通過(guò)示波器前端調(diào)理電路調(diào)理后將會(huì)引入幅度不確定的直流誤差，這就需要通過(guò)在前端調(diào)理電路中增加加法電路來(lái)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(zhǔn)需要完成的工作。然而在實(shí)際校準(zhǔn)過(guò)程中，通常是由設(shè)計(jì)人員根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)逐步嘗試的方法來(lái)獲取加法器的修正值，這樣會(huì)耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間。由于A/D轉(zhuǎn)換器具有單調(diào)性特點(diǎn)， 結(jié)合該單調(diào)性特點(diǎn)設(shè)計(jì)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(dòng)校準(zhǔn)方法，能夠使得用戶可以靈活配置校準(zhǔn)參量，以達(dá)到提高數(shù)字示波器的校準(zhǔn)精度的目的。本發(fā)明為實(shí)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(dòng)校準(zhǔn)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(chǔ)器、處理器、觸發(fā)控制電路和時(shí)鐘控制與調(diào)理電路，其中， 前端調(diào)理電路分別通過(guò)A/D變換電路、處理器與存儲(chǔ)器相連，觸發(fā)控制電路分別連接處理器、時(shí)鐘控制與調(diào)理電路，時(shí)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(jī)。該方法針對(duì)數(shù)字示波器中的每個(gè)通道執(zhí)行如下校準(zhǔn)方法S00、設(shè)置數(shù)字示波器中的待校準(zhǔn)通道以及量程，從所述量程中選取一個(gè)電壓幅值作為待校準(zhǔn)通道的目標(biāo)模擬電壓信號(hào)的電壓幅度Draip，同時(shí)，根據(jù)數(shù)字示波器中前端調(diào)理電路內(nèi)部的待校準(zhǔn)通道的加法器類型，通過(guò)上位機(jī)設(shè)置加法器的修正值的范圍為[Vmin，VmaJ、 校準(zhǔn)誤差限為ε。S01、上位機(jī)通過(guò)處理器設(shè)置加法器使用修正值Vmin，通過(guò)待校準(zhǔn)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(jìn)行加法運(yùn)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(hào)并傳送至A/D變換電路。同時(shí)，上位機(jī)延時(shí)固定時(shí)間，即50ms Is 后，通過(guò)處理器控制觸發(fā)控制電路產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)并傳送至?xí)r鐘控制與調(diào)理電路，時(shí)鐘控制與調(diào)理電路產(chǎn)生采樣時(shí)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(shí)鐘，對(duì)所述模擬電壓信號(hào)進(jìn)行A/D變換并產(chǎn)生數(shù)字電壓信號(hào)，將該數(shù)字電壓信號(hào)發(fā)送至存儲(chǔ)器中，待1000個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)完畢，停止采集。處理器從存儲(chǔ)器中獲取數(shù)字電壓信號(hào)并通過(guò)數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，上位機(jī)對(duì)所述數(shù)字電壓信號(hào)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換并取平均值，記為Dmin。S03、上位機(jī)通過(guò)處理器設(shè)置加法器使用修正值Vmax，進(jìn)行步驟SOl S02的過(guò)程， 在上位機(jī)中得到Vmax對(duì)應(yīng)的平均值Dmax。S04、上位機(jī)根據(jù)Dmin、Dmax、Dexp、ε，采用折半搜索的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并產(chǎn)生校準(zhǔn)
結(jié)果Vexpo所述折半搜索的算法為1)上位機(jī)通過(guò)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(jìn)行加法運(yùn)算，數(shù)字示波器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集得到Vavg對(duì)應(yīng)的平均值Davg并傳送至上位機(jī)。2)若 I Dmin-Draip I < ε，則校準(zhǔn)值 Vexp = Vmin，轉(zhuǎn)至 7)，否則轉(zhuǎn)至 3)。3)若 I Dmax-Draip I < ε，則校準(zhǔn)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(jìn)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(shí)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(shí)令 Vmin = Vavg， 跳轉(zhuǎn)1)。7)校準(zhǔn)結(jié)束。S05、上位機(jī)將校準(zhǔn)結(jié)果Vexp通過(guò)處理器傳送至存儲(chǔ)器，并復(fù)位數(shù)字示波器。S06、上位機(jī)再次被重啟時(shí)，上位機(jī)從存儲(chǔ)器中讀取校準(zhǔn)結(jié)果并將該校準(zhǔn)結(jié)果通過(guò)處理器寫入至前端調(diào)理電路中的加法器，該校準(zhǔn)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(jìn)行多次迭代，提高了數(shù)字示波器的校準(zhǔn)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(jìn)行校準(zhǔn)誤差限和目標(biāo)模擬電壓信號(hào)的電壓幅度的設(shè)置，并結(jié)合存儲(chǔ)器中的校準(zhǔn)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(shí)施例方式下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。當(dāng)用戶使用數(shù)字示波器時(shí)，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(hào)與數(shù)字示波器所采集到的電壓信號(hào)有出入時(shí)，需要對(duì)數(shù)字示波器進(jìn)行校準(zhǔn)。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(dòng)校準(zhǔn)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(chǔ)器、處理器、觸發(fā)控制電路和時(shí)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(guò)A/D變換電路、處理器與存儲(chǔ)器相連，觸發(fā)控制電路分別連接處理器、時(shí)鐘控制與調(diào)理電路，時(shí)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(jī)。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(zhǔn)通道，如通道1 :CH1，并設(shè)置量程為-5V +5V :lV/div，設(shè)置目標(biāo)模擬電壓信號(hào)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(guò)上位機(jī)設(shè)置加法器修正值的范圍為[Vmin，VfflaJ、校準(zhǔn)誤差限為ε。S01、上位機(jī)通過(guò)處理器設(shè)置加法器使用修正值Vmin，通過(guò)待校準(zhǔn)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(jìn)行加法運(yùn)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(hào)并傳送至A/D變換電路。同時(shí)，上位機(jī)延時(shí)固定時(shí)間(通常為500ms，此時(shí)前端調(diào)理電路產(chǎn)生的模擬電壓信號(hào)已經(jīng)穩(wěn)定)后， 上位機(jī)通過(guò)處理器控制觸發(fā)控制電路產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)并傳送至?xí)r鐘控制與調(diào)理電路，時(shí)鐘控制與調(diào)理電路產(chǎn)生采樣時(shí)鐘并發(fā)送至A/D變換電路。S02、數(shù)字示波器開始進(jìn)行采集:A/D變換電路根據(jù)所述采樣時(shí)鐘，對(duì)所述模擬電壓信號(hào)進(jìn)行A/D變換，經(jīng)A/D變換后產(chǎn)生數(shù)字電壓信號(hào)并發(fā)送至存儲(chǔ)器中，待1000個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)完畢，停止采集。處理器從存儲(chǔ)器中獲取數(shù)字電壓信號(hào)并通過(guò)數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)缴衔粰C(jī)， 上位機(jī)對(duì)所述數(shù)字電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并取平均值，記為Dmin。S03、同樣地，上位機(jī)通過(guò)處理器設(shè)置加法器使用修正值Vmax，進(jìn)行步驟SOl S02 的過(guò)程，在上位機(jī)中得到Vmax對(duì)應(yīng)的平均值為Dmax。S04、上位機(jī)根據(jù)Dmin、Dfflax, Dexp, ε，采用折半搜索的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并產(chǎn)生校準(zhǔn)
結(jié)果Vexpo所述折半搜索的算法為1)上位機(jī)通過(guò)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(jìn)行加法運(yùn)算，數(shù)字示波器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并在上位機(jī)中得到Vavg對(duì)應(yīng)的平均值Dmg。2)若 I Dmin-Draip I < ε，則校準(zhǔn)值 Vexp = Vmin，轉(zhuǎn)至 7)，否則轉(zhuǎn)至 3)。3)若 I Dmax-Draip I < ε，則校準(zhǔn)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(jìn)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(shí)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(shí)令 Vmin = Vavg， 跳轉(zhuǎn)1)。7)校準(zhǔn)結(jié)束。S05、上位機(jī)將校準(zhǔn)結(jié)果Vexp通過(guò)處理器傳送至存儲(chǔ)器，并復(fù)位數(shù)字示波器。S06、當(dāng)上位機(jī)再次重啟上位機(jī)時(shí)，上位機(jī)從存儲(chǔ)器中讀取校準(zhǔn)結(jié)果并將該校準(zhǔn)結(jié)果通過(guò)處理器寫入至前端調(diào)理電路中的加法器，該校準(zhǔn)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(zhǔn)誤差限ε，從而使得數(shù)字示波器最終采集到的電壓信號(hào)與用戶所設(shè)置的電壓信號(hào)保持一致，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)字示波器的校準(zhǔn)。 綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)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(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)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(dòng)校準(zhǔn)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(chǔ)器、處理器、觸發(fā)控制電路和時(shí)鐘控制與調(diào)理電路，其中，前端調(diào)理電路分別通過(guò)A/D變換電路、處理器與存儲(chǔ)器相連，觸發(fā)控制電路分別連接處理器、 時(shí)鐘控制與調(diào)理電路，時(shí)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(jī)；其特征在于，該方法針對(duì)數(shù)字示波器中的每個(gè)通道執(zhí)行如下校準(zhǔn)方法S00、設(shè)置數(shù)字示波器中的待校準(zhǔn)通道以及量程，從所述量程中選取一個(gè)電壓幅值作為待校準(zhǔn)通道的目標(biāo)模擬電壓信號(hào)的電壓幅度Drap，同時(shí)，根據(jù)數(shù)字示波器中前端調(diào)理電路內(nèi)部的待校準(zhǔn)通道的加法器類型，通過(guò)上位機(jī)設(shè)置加法器的修正值的范圍為[Vmin，VmaJ、校準(zhǔn)誤差限為ε ；S01、上位機(jī)通過(guò)處理器設(shè)置加法器使用修正值Vmin，通過(guò)待校準(zhǔn)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(jìn)行加法運(yùn)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(hào)并傳送至A/D變換電路；同時(shí)，上位機(jī)延時(shí)固定時(shí)間后，通過(guò)處理器控制觸發(fā)控制電路產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)并傳送至?xí)r鐘控制與調(diào)理電路，時(shí)鐘控制與調(diào)理電路產(chǎn)生采樣時(shí)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(shí)鐘，對(duì)所述模擬電壓信號(hào)進(jìn)行A/D變換并產(chǎn)生數(shù)字電壓信號(hào)，將該數(shù)字電壓信號(hào)發(fā)送至存儲(chǔ)器中，待1000個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)完畢，停止采集；處理器從存儲(chǔ)器中獲取數(shù)字電壓信號(hào)并通過(guò)數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，上位機(jī)對(duì)所述數(shù)字電壓信號(hào)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換并取平均值，記為Dmin ；S03、上位機(jī)通過(guò)處理器設(shè)置加法器使用修正值Vmax，進(jìn)行步驟SOl S02的過(guò)程，在上位機(jī)中得到Vmax對(duì)應(yīng)的平均值Dmax ；S04、上位機(jī)根據(jù)Dmin、Dmax、Dexp、ε，采用折半搜索的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并產(chǎn)生校準(zhǔn)結(jié)果V ·* exp，所述折半搜索的算法為1)上位機(jī)通過(guò)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(jìn)行加法運(yùn)算，數(shù)字示波器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集得到Vavg對(duì)應(yīng)的平均值Davg并傳送至上位機(jī)；2)若IDmin-Dexp I < ε，則校準(zhǔn)值Vexp = Vmin，轉(zhuǎn)至7)，否則轉(zhuǎn)至3)；3)若IDmax-Drap I < ε，則校準(zhǔn)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(jìn)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(shí)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(shí)令 Vmin = Vavg，跳轉(zhuǎn)1)；7)校準(zhǔn)結(jié)束；S05、上位機(jī)將校準(zhǔn)結(jié)果Vexp通過(guò)處理器傳送至存儲(chǔ)器，并復(fù)位數(shù)字示波器；S06、當(dāng)上位機(jī)再次被重啟時(shí)，上位機(jī)從存儲(chǔ)器中讀取校準(zhǔn)結(jié)果并將該校準(zhǔn)結(jié)果通過(guò)處理器寫入至前端調(diào)理電路中的加法器，該校準(zhǔn)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(shí)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(dòng)校準(zhǔn)方法，能夠達(dá)到減少數(shù)字示波器的校準(zhǔn)時(shí)間，提高校準(zhǔn)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(zhǔn)誤差限ε、校準(zhǔn)目標(biāo)模擬電壓信號(hào)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(jìn)行采集得到Vmin對(duì)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(duì)應(yīng)的平均值Dmax；上位機(jī)根據(jù)Dmin、Dmax、Cexp、ε，采用折半搜索的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并產(chǎn)生校準(zhǔn)結(jié)果Vexp；上位機(jī)將Vexp送至存儲(chǔ)器并復(fù)位數(shù)字示波器；當(dāng)用戶再次重啟上位機(jī)時(shí)，上位機(jī)從存儲(chǔ)器中讀取校準(zhǔn)結(jié)果并將該校準(zhǔn)結(jié)果寫入至前端調(diào)理電路中的加法器，該校準(zhǔn)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(hào)G01R35/00GK102495387SQ20111043245
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)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(qǐng)人:北京航天測(cè)控技術(shù)有限公司