数字存储示波器中的数字信号处理研究

摘要

上个世纪七十年代以后，随着数字技术理论的日益成熟和数字电路、大规模集成电路以及微处理器技术的飞速发展，尤其是高速模/数(A/D)转换器和半导体存储器(RAM)的发展，一种新型的示波器——数字存储示波器DSO(Digital Storage Oscilloscope)诞生并迅速发展起来。如今的高速数字系统中，由于失配或未接终端传输线引起的反射、窜扰或地电位跳动、总线竞争产生的毛刺、震荡往往是非周期性的，从而对于数字化示波器而言，除了要求有高的实时采样速率外，还要求有较高的波形分析细节。因此，是否能很好的恢复和重建原信号对于数字存储示波器就显得很重要，而要做到这一点就要靠数字信号处理技术在数字示波器中的应用。 本文就主要介绍了数字信号处理技术中的插值算法、FFT算法、以及平均和平滑算法在数字示波器中的应用。主要内容如下： 首先，简单的介绍了数字存储示波器的基本组成，包括数字存储示波器数据采集和存储模块，数据处理模块。其次，通过对数字内插算法的描述、算法分析、编程实现、误差比较，获得满足要求的数字内插实现。主要分析了下列要素：每周期采样点数、计算所用点数和插值倍数，其中任一个参量发生改变时的均方误差情况比较，并把程序运行的数据结果输入matlab后作出波形图，从而比较正弦插值和线性插值对几种不同波形的恢复结果，原始波形是止弦波时止弦插值的效果比较好，而方波和三角波则是线性插值的效果较好；对于方波采刚正弦插值时，针对方波上升沿采样问题作了详细的研究；同时如果原始采样点数和计算所川点数如果过多，计算量就太大，所以针对原始采样点数较少的情况，根据分析的结果找剑每种波形最理想的插值参量，达到最优的波形恢复效果。然厉，川分裂基频率抽取法实现FFT算法，分别用ccs和matlab进行结果输出比较，并分析相关误差。最后，对信号中的噪声进行平均算法处理，从而获得理想波形结果输出。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1数字示波器的发展状况

1.2数字示波器的基本原理

1.3数字示波器中的主要技术指标

1.4数字信号处理技术的发展状况

1.5数字示波器中的数字信号处理技术

1.6论文内容安排

第二章数据采集、存储和处理模块的简介

2.1引言

2.2数字存储示波器数据采集和存储模块

2.2.1数字存储示波器数据采集的基本理论

2.2.2数据采集模块

2.2.3数据存储模块

2.3数据处理模块简介

2.4本章小结

第三章数字示波器中的插值算法

3.1数字示波器中内插技术原理

3.1.1信号采样技术基本原理

3.1.2数字内插的基本概念

3.1.3数字内插的过程

3.1.4数字内插的结构

3.2线性内插

3.3正弦插值

3.4内插算法设计

3.4.1程序的算法

3.4.2程序的模块

3.5正弦插值误差计算和分析

3.5.1原始波形是正弦波的误差分析

3.5.2原始波形是方波的误差分析

3.5.3三种波形的正弦插值的比较

3.6线性插值和正弦插值的比较

3.6.1线性插值的误差分析

3.6.2正弦插值和线性插值的误差比较

3.7本章小结

第四章数字示波器中的FFT算法

4.1 FFT概述

4.2频率抽取的算法原理

4.2.1频率抽取基2算法原理

4.2.2频率抽取基4算法的原理

4.2.3频率抽取分裂基算法

4.2.4分裂基算法的计算量

4.3设计的具体实现过程

4.3.1“级”和“组”的概念

4.3.2原位运算

4.3.3 L形蝶形运算结构的个数

4.3.4倒位序的实现

4.3.5简易流程图

4.4对于实数序列的处理问题

4.5实现过程中的具体问题

4.5.1验证数据序列的产生

4.5.2输入数据的处理

4.5.3运算过程中的溢出问题

4.5.4算法结果的验证

4.6误差分析

4.6.1误差的产生

4.6.2误差的传播

4.7算法的效率

4.8本章小结

第五章信号平均算法的验证和实现

5.1概述

5.2平均技术

5.2.1线性平均

5.2.2线性平均的递归法

5.2.3指数平均

5.2.4在VC和matlab下实现平均的算法模拟

5.2.5指数平均算法的具体问题

5.3本章小结

第六章结论和展望

致谢

参考文献