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示波器波形运算模块设计

示波器波形运算模块设计

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作者：邓亚君电子科技大学

学位级别：硕士

数字示波器是在多种场景下对信号进行波形分析的强大测试工具,具有信号捕获与显示以及直方图统计、抖动分析、频谱分析和滤波等分析与处理功能。完善的波形运算功能是示波器应对各类复杂信号测试的重要保障之一。因此,提高数字示波器的... 详细信息

数字示波器是在多种场景下对信号进行波形分析的强大测试工具,具有信号捕获与显示以及直方图统计、抖动分析、频谱分析和滤波等分析与处理功能。完善的波形运算功能是示波器应对各类复杂信号测试的重要保障之一。因此,提高数字示波器的波形运算能力是当前示波器研发的热点。本论文依托于数字示波器软件平台,以提高示波器软件系统的波形运算能力为目的,基于MVP架构对示波器数学运算软件结构进行优化,完成了软件系统上各项数学运算功能,着重研究包络运算功能的设计与实现、插值运算的改进与应用,最终提高了示波器的波形运算能力和电子测量水平。具体涉及的内容如下:1、数学运算模块总体设计。在字符串数学表达式的解析计算过程中,为解决目前C#动态代码出现的代码可读性低、调试困难度大、运行时间较长等问题,提出了一种基于C#模式匹配的解析方案。该方案具有高效简洁的特性,能在数学模块中对各类信号进行用户自定义表达式组合运算,快速准确地实现包括包络运算和插值运算在内的数学公式解析,提高示波器对复杂运算的处理能力。2、包络运算设计。为准确提取信号的包络信息、更加清晰直观地观测信号的异常和获取测量所需结果,本文在示波器数学运算模块中完善包络运算功能。通过对比半波包络检测、全波包络检测、希尔伯特复包络检测和复平方律包络检测算法的包络信号参数测量准确度,结合示波器软件系统设计包络运算功能,并在示波器软件平台对多种信号进行测试与验证。3、插值运算设计。针对已有的线性插值方法在信号曲率变化时产生较大误差,光滑度不高的问题,在数学运算软件功能中引入了拉格朗日插值、牛顿插值和Akima插值。根据三种插值算法的特点,提出插值运算模块软件设计方案,并针对多种信号和抖动分析功能与系统现有算法进行插值效果对比分析。最终完善了软件系统中的插值运算功能,减小了信号重构的误差。本课题利用VS2022编译器,基于Windows平台、.NET Core框架和面向对象C#语言进行示波器软件开发,完成了各功能的项目代码。经过测试和验证,数学运算功能运行正常,包络运算和插值运算功能符合设计目标,达到了优化和丰富波形运算功能的目标。

关键词：数字示波器数学运算模式匹配包络运算插值运算

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