【摘要】：長期以來,示波器一直以專一的時域觀測功能為眾多科研人員熟知。隨著電子信息行業(yè)的快速發(fā)展,模擬示波器向數(shù)字示波器的發(fā)展轉(zhuǎn)變,不僅帶來了如測量精度、波形捕獲率等各項指標(biāo)的提升,也為示波器集成各種高級功能提供了多種可能性。本課題在基于數(shù)字存儲示波器平臺上,增加了時頻分析的功能,把示波器從原來單一的時域觀測儀器變成了集成時域、頻域、時頻聯(lián)合域多維度的觀測儀器。由于示波器在硬件前端的采集模塊依然只有時域數(shù)據(jù)的采集能力,實現(xiàn)頻域和時頻聯(lián)合域的分析功能只能通過算法對時域的采樣數(shù)據(jù)進行處理然后轉(zhuǎn)換為在頻域和時頻聯(lián)合域的數(shù)據(jù)。本文基于20GSa/s采樣率的數(shù)字存儲示波器的軟硬件平臺,對時頻分析功能進行了功能設(shè)計與實現(xiàn)。具體涉及內(nèi)容如下:1、頻域分析:利用快速傅里葉變換算法將時域的采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為頻域的分析數(shù)據(jù)�；跀�(shù)字下變頻技術(shù)對快速傅里葉變換算法進行優(yōu)化,提高頻率分辨率。頻域光標(biāo)功能的實現(xiàn)。對數(shù)坐標(biāo)和線性坐標(biāo)軸的實現(xiàn)。2、時頻分析算法的實現(xiàn):短時傅里葉變換和小波變換關(guān)于時頻分辨率的分析。利用多線程技術(shù)對軟件功能進行設(shè)計和優(yōu)化。利用MATLAB與C#混編技術(shù)實現(xiàn)短時傅里葉變換和小波變換的算法。根據(jù)短時傅里葉變換、小波變換的數(shù)字特征以及時域采樣的特性設(shè)置頻率檔位和時域的時基檔位。3、界面顯示和控制功能:瀑布圖和三維概率圖的功能設(shè)計與實現(xiàn),包含顏色庫的管理和映射,瀑布圖和三維概率圖分別對應(yīng)的光標(biāo)功能以及圖形繪制的效率優(yōu)化。軟件響應(yīng)機制的優(yōu)化。本課題采用面向?qū)ο蟮乃枷朐?NET平臺下對上述的各個功能模塊進行程序編寫和調(diào)試,實現(xiàn)了數(shù)字示波器的時頻分析功能,并對以上功能進行測試和驗證。在最終的測試中,各個模塊功均能正確穩(wěn)定的運行。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM935.37
【圖文】：

圖 6-1 標(biāo)準(zhǔn)正弦信號的時域波形打開在數(shù)學(xué)通道一( 1)的 功能，窗函數(shù)選擇最常見的漢寧窗，將 點數(shù)設(shè)置為 2048 個點，將頻率坐標(biāo)軸分別設(shè)置為線性和對數(shù)進行觀測，得到如下測試圖形：頻率檔幅度檔光標(biāo)信息譜線

圖 6-3 100 z 正弦信號在實時檔下對數(shù)坐標(biāo)的頻域分析結(jié)果如圖 6-2 和 6-3，正弦信號在兩種坐標(biāo)形式下測出的信號頻率均為 97.656 z（從右上角的光標(biāo)信息讀出），與實際的100 z相差較小，誤差屬于可接受范圍，頻率測量正確；由于窗函數(shù)的影響，在線性坐標(biāo)中，測出的幅度為 570m ，與實際的 600m 比較接近，可認(rèn)為測量正確；在對數(shù)坐標(biāo)中，可以看出信噪比大約為27d ，根據(jù)信噪比與 有效位數(shù)的公式： ( ) ī ī ( ) (6-1)可以算出當(dāng)前 的有效位數(shù)約為： ( ī ) ī ī ，測量結(jié)果保持正確性。接下來驗證不同頻率分辨率下頻域分析功能的正確性。由第三章的分析可知，在不開啟擴展 的情況下，改變頻率分辨率可以通過改變采樣率和 點數(shù)兩種方式。在數(shù)字示波器中，改變采樣率最簡單的辦法是改變時基檔；將時基檔調(diào)至 1us/div，依然使用上文中的標(biāo)準(zhǔn)正弦信號進行頻域分析；由于 1us 的時基檔

00z正弦信號在1us檔兩種坐標(biāo)形式下的頻域分析結(jié)果

【參考文獻(xiàn)】

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