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深入理解示波器的灰度顯示和色溫顯示
發(fā)布時(shí)間:2019-03-08 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】本文主要論述波形三維映射原理,結(jié)合ZDS示波器講述灰度顯示和色溫顯示的意義以及相應(yīng)的功能,以幫助工程師加深對(duì)示波器波形顯示的理解,在示波器后續(xù)的使用上更加的得心應(yīng)手。
波形數(shù)據(jù)的三維信息包括:時(shí)間,幅度和幅度命中次數(shù)。傳統(tǒng)DSO對(duì)波形的處理過程中,通過波形的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行抽樣提取一幅波形所需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制,這樣抽樣顯示就只有時(shí)間和幅度信息。而在現(xiàn)代DSO中,可將一次觸發(fā)后采集到的所有數(shù)據(jù)展現(xiàn)在屏幕上,并通過三維映射灰度圖來體現(xiàn)時(shí)間,幅度以及波形數(shù)據(jù)在每一個(gè)幅度上命中次數(shù)。例如一次觸發(fā)采樣有14000個(gè)采樣點(diǎn),DSO屏幕水平方向上有700個(gè)像素點(diǎn),那么在傳統(tǒng)的DSO中只需要在14000個(gè)采樣點(diǎn)中,每隔200個(gè)樣點(diǎn)抽取1個(gè),共抽取700個(gè)像素點(diǎn)來表現(xiàn)波形的整體概貌。而進(jìn)行波形三維映射時(shí),這200個(gè)樣點(diǎn)將全部壓縮在一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上,并根據(jù)不同的幅度值映射到三維數(shù)據(jù)庫中。
圖1 三維波形數(shù)據(jù)庫
如圖1所示,三維波形數(shù)據(jù)庫可以看作是一個(gè)m×k的二維矩陣,m表示DSO屏幕的垂直分辨率(幅度),k表示DSO的水平分辨率(時(shí)間),而矩陣中元素amk表示幅度命中次數(shù),如圖2所示。
圖2 三維數(shù)據(jù)庫矩陣
為了將三維波形數(shù)據(jù)庫中的信息轉(zhuǎn)換為方便用戶觀察的顯示畫面,需要將幅度命中次數(shù)轉(zhuǎn)換為波形灰度或顏色等級(jí),所以波形三維映射模型實(shí)質(zhì)上是一種三維波形成像技術(shù)。它直接將每次采集到得數(shù)據(jù)映射到三維數(shù)據(jù)庫(灰度圖),然后將灰度圖以人眼可以接受的速率傳送到屏幕上顯示。
圖3左側(cè)是8次采樣并疊加后的三維波形數(shù)據(jù)庫實(shí)例,右側(cè)是轉(zhuǎn)換后的波形顯示。從中可以看出,每一列元素的和等于采樣次數(shù)8,每個(gè)元素的值大小代表了該采樣點(diǎn)在8次采樣中的命中次數(shù)。在通過表 1的顏色查找表將命中次數(shù)值與顏色對(duì)應(yīng)起來時(shí),命中次數(shù)信息就轉(zhuǎn)換成了顏色信息。
表1 顏色查找表
圖3 三維波形數(shù)據(jù)庫
通過上面的原理介紹,我們就可以知道,示波器中每一屏的波形其實(shí)是由若干幀采樣波形疊加而成的。在正常顯示模式下,示波器用灰度大小表示波形出現(xiàn)的概率,波形出現(xiàn)的概率越大,波形的顏色就越亮,波形出現(xiàn)的概率越小,波形的顏色就越暗,如下圖4所示:
圖4 波形灰度圖
除此之外,為了方便用戶更清除的觀察波形出現(xiàn)的概率大小,ZDS系列示波器還配備了色溫顯示功能。在色溫顯示模式下,通過波形的色溫的冷暖來反映波形出現(xiàn)的概率的大小,出現(xiàn)頻率低的波形用冷色顯示,出現(xiàn)頻率高的波形用暖色顯示,如下圖5所示:
圖5 波形色溫圖
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