【摘要】：長(zhǎng)期以來(lái),示波器一直以專一的時(shí)域觀測(cè)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(lái)了如測(cè)量精度、波形捕獲率等各項(xiàng)指標(biāo)的提升,也為示波器集成各種高級(jí)功能提供了多種可能性。本課題在基于數(shù)字存儲(chǔ)示波器平臺(tái)上,增加了時(shí)頻分析的功能,把示波器從原來(lái)單一的時(shí)域觀測(cè)儀器變成了集成時(shí)域、頻域、時(shí)頻聯(lián)合域多維度的觀測(cè)儀器。由于示波器在硬件前端的采集模塊依然只有時(shí)域數(shù)據(jù)的采集能力,實(shí)現(xiàn)頻域和時(shí)頻聯(lián)合域的分析功能只能通過(guò)算法對(duì)時(shí)域的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理然后轉(zhuǎn)換為在頻域和時(shí)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(chǔ)示波器的軟硬件平臺(tái),對(duì)時(shí)頻分析功能進(jìn)行了功能設(shè)計(jì)與實(shí)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(shí)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(duì)快速傅里葉變換算法進(jìn)行優(yōu)化,提高頻率分辨率。頻域光標(biāo)功能的實(shí)現(xiàn)。對(duì)數(shù)坐標(biāo)和線性坐標(biāo)軸的實(shí)現(xiàn)。2、時(shí)頻分析算法的實(shí)現(xiàn):短時(shí)傅里葉變換和小波變換關(guān)于時(shí)頻分辨率的分析。利用多線程技術(shù)對(duì)軟件功能進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。利用MATLAB與C#混編技術(shù)實(shí)現(xiàn)短時(shí)傅里葉變換和小波變換的算法。根據(jù)短時(shí)傅里葉變換、小波變換的數(shù)字特征以及時(shí)域采樣的特性設(shè)置頻率檔位和時(shí)域的時(shí)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(jì)與實(shí)現(xiàn),包含顏色庫(kù)的管理和映射,瀑布圖和三維概率圖分別對(duì)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(jī)制的優(yōu)化。本課題采用面向?qū)ο蟮乃枷朐?NET平臺(tái)下對(duì)上述的各個(gè)功能模塊進(jìn)行程序編寫(xiě)和調(diào)試,實(shí)現(xiàn)了數(shù)字示波器的時(shí)頻分析功能,并對(duì)以上功能進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證。在最終的測(cè)試中,各個(gè)模塊功均能正確穩(wěn)定的運(yùn)行。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM935.37
【圖文】：

圖 6-1 標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)的時(shí)域波形打開(kāi)在數(shù)學(xué)通道一( 1)的 功能，窗函數(shù)選擇最常見(jiàn)的漢寧窗，將 點(diǎn)數(shù)設(shè)置為 2048 個(gè)點(diǎn)，將頻率坐標(biāo)軸分別設(shè)置為線性和對(duì)數(shù)進(jìn)行觀測(cè)，得到如下測(cè)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(hào)在實(shí)時(shí)檔下對(duì)數(shù)坐標(biāo)的頻域分析結(jié)果如圖 6-2 和 6-3，正弦信號(hào)在兩種坐標(biāo)形式下測(cè)出的信號(hào)頻率均為 97.656 z（從右上角的光標(biāo)信息讀出），與實(shí)際的100 z相差較小，誤差屬于可接受范圍，頻率測(cè)量正確；由于窗函數(shù)的影響，在線性坐標(biāo)中，測(cè)出的幅度為 570m ，與實(shí)際的 600m 比較接近，可認(rèn)為測(cè)量正確；在對(duì)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(cè)量結(jié)果保持正確性。接下來(lái)驗(yàn)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(kāi)啟擴(kuò)展 的情況下，改變頻率分辨率可以通過(guò)改變采樣率和 點(diǎn)數(shù)兩種方式。在數(shù)字示波器中，改變采樣率最簡(jiǎn)單的辦法是改變時(shí)基檔；將時(shí)基檔調(diào)至 1us/div，依然使用上文中的標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)進(jìn)行頻域分析；由于 1us 的時(shí)基檔

00z正弦信號(hào)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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本文編號(hào)：2747546