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FPGA应用开发和仿真【2.6】

news 2026/6/27 5:30:33

4.13.2 数字示波器触发采样例子

触发系统在示波器中至关重要。对于周期性被测信号，信号时基和示波器的时钟一般是不同源的。即使同源。也不太可能与示波器显示的水平范围有着简单的整数比关系。如果没有触发系统控制，每屏采集的波形几乎一定是相位错乱的，于是在屏幕上形成“一团乱麻”。对于非周期性被测信号，如果没有触发系统控制，几乎不可能抓取到我们感兴趣的时刻。

触发系统实时监测输入信号，在输入信号发生特定事件时，存储一帧波形并显示到屏幕上。常用的特定事件包括：

·上升/下降沿，输入信号上升穿越某个设定值。

·脉冲宽度，输入信号持续高于或低于某个设定值的时间长于或短于某个设定值。

·斜率，输入信号单位时间的变化大于或小于某个设定值。

除此之外，许多示波器还提供两个或多个通道联合的事件，比如建立时间和保持时间违例事件等。

采样系统一般持续接收数据。数据量超过设定的一帧数据量时，丢弃最早的数据，存入最新的数据，而在触发事件发生后，再持续接收一定量的数据后停止。这个量取决于用户设定的触发事件显示在屏幕上的水平位置。显示功能模块再获取这些数据予以显示。

因显示刷新率一般不会太高（限于人眼的响应能力），两次触发采集之间必然有许多数据未被获取和显示。一段时间内，获取并用于显示的数据量与总数据量之比常常称为数字示波器的波形覆盖率。如果触发系统两次触发的时间间隔为tSI，数据采样率为fs，每次采样数据量为N，则波形覆盖率可定义为N/（fs·tSI）。数字荧光显示的示波器每次屏幕刷新显示的是很多次采样数据的综合信息，例如用色温图表达多次触发采集的波形出现在屏幕各处的概率，往往可以做到较高的覆盖率。

在水平刻度（秒每格）较大时，采样率低，持续刷新（滚动）显示时，肉眼也可观察，这时也可以不需要触发。

这里我们定义一个简化的数字示波器触发采样系统：

·每次触发采集一帧共DLEN个数据。

·上升沿触发功能可预置触发电平level∈［-127，127］。

·可预置触发前保留的数据量，即用户设定的水平位置hpos∈［0，DLEN］；

·可预置触发超时时间to∈［0，100M］，单位为数据采样周期，达到超时时间则无论触发与否都采集一帧。

根据以上功能描述，可以抽象出四种状态：

1）空闲状态（IDLE）：不采集。

2）触发前采集状态（PRE）：确保能采满用户设定的需要在触发事件到来前保留的数据量，在此状态下还需要对采集的数据计数，以便达到数量转换状态。

3）等待触发状态（WAIT）：等待触发事件到来，同时也在采集数据，在此状态下也需要对已采集的数据计数，以便达到超时时间时转换状态。

4）触发后采集状态（TRIG）：采集触发事件后需要的数据量。

5）超时后采集状态（TOUT）：采集超时后需要的数据量。