具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

请参考图1，为一种数字示波器的结构示意图，数字示波器1包括衰减网络11、可调增益放大器12、模数转换器13、控制处理装置14、显示器15、数模转换器16和偏置调节电路17。其中，衰减网络11用于对输入数字示波器1的待处理信号进行衰减调节，来调整电路中信号的大小，最终输出第一调节信号。这里输入的信号可以是模拟信号，那么输出的第一调节信号同样是模拟信号。衰减网络11可以有一倍衰减、十倍衰减、几十倍衰减到一百倍衰减，这里不做限制。由于衰减网络11是数字示波器中常用的模拟信号处理器件，属于现有技术，所以这里不再进行赘述。可调增益放大器12用于对第一调节信号进行放大调节，以输出第二调节信号。这里的可调增益放大器12又称可变增益放大器（VGA），其主要作用是调节信号的放大倍数，例如对于电压为1mV的第一调节信号，若可调增益放大器的增益是1000，则输出的第二调节信号的电压为1V。可调增益放大器12起到一个细调作用，其放大倍数可为零点几倍、几十倍、几百倍、几千倍不等，这里不做限制。由于可调增益放大器12是数字示波器中常用的模拟信号处理器件，属于现有技术，所以这里不再进行赘述。模数转换器13又称ADC，用于对第二调节信号进行模数转换，以输出信号的数字波形数据。由于模数转换器13是数字示波器中常用的模拟信号处理器件，属于现有技术，所以这里不再进行赘述。控制处理装置14与模数转换器13连接，控制处理装置14包括显示控制装置141和偏置编码单元140，显示控制装置141用于对数字波形信号进行精度调节，以及根据精度调节后得到的第一波形。显示器15与控制处理器14连接，用于显示第一波形。偏置编码单元140可以是CPU等运算处理器件偏置编码单元140通过模数转换器16与偏置调节电路17连接，偏置编码单元140依次设置信号的波形中每一行显示像素所对应的第一配置值，利用多个第一配置值改变信号的波形中多行显示像素对应的偏置编码。偏置编码单元140还用于判断当前设置的第一配置值引起配置编码发生改变时，将改变后的偏置编码通过数模转换器16发送给偏置调节电路，以使得偏置调节电路16根据改变后的偏置编码对对应的多行显示像素进行偏置显示调整，且将第二配置值复位。示波器的前端电路都是模拟信号，数模转换器16用于将数字信号偏置编码转换为模拟信号后输出给偏置调节电路17。偏置调节电路17用于响应于第一配置值以产生多个模拟偏置电压信号。由于偏置调节电路17是数字示波器中常用的数字信号处理器件，属于现有技术，所以这里不再进行赘述。阻抗变换网络18与衰减网络11、可调增益放大器12和偏置调节电路17连接，用于利用偏置调节电路17产生的多个模拟偏置电压信号对衰减网络输出的第一调节信号进行信号叠加，形成新的第一调节信号且输入至可调增益放大器12，以使得可调增益放大器12对新的第一调节信号进行放大调节且形成新的第二调节信号，也使得模数转换器13对新的第二调节信号进行模数转换后输出信号的新的数字波形数据。显示控制装置141可以是FPGA等可编程逻辑处理器件。偏置编码单元140还与可调增益放大器12连接，用于对可调增益放大器的增益进行配置。显示控制装置141还用于生成信号的波形的配置菜单（这里的配置菜单可以包括状态栏、网络等项目），并将配置菜单与信号的波形进行显示叠加，在将显示叠加数据发送至显示器以进行显示。

在市面上现有的数字示波器中，显示控制装置141的垂直灵敏度和时基都采取1-2-5序列步进的方式分为若干档。在实际使用中，如果只采用上述方式来观测波形的话，那么许多情况下会给观测带来一定的限制。一个很有可能出现的情况就是在示波器波形显示时，波形不能以最佳效果显示。就垂直灵敏度而言，要么观测到波形幅度过大，超过屏幕显示，要么幅度过小，且不满整数格，对波形的幅值测量带来一定的困难；就时基而言，要么显示的波形数量过少看不到波形整体信息，要么显示的波形过密而忽略了细节信息。这就给示波器垂直灵敏度以及水平灵敏度的设定提出了新的要求。一般来说，如今示波器的垂直灵敏度都存在一个可微调的垂直灵敏度，可以根据实际需要对垂直灵敏度进行微调扩展，给示波器的观测带来极大的方便。相对应的，对时基设置也应该具有微调的功能。

目前，虽然采用以往固定的1-2-5序列的时基设置对于进行波形显示能满足大多数观测的要求，然而在很多应用场合中，技术人员需要波形处在示波器的最佳观测状态，例如2或3个周期的信号波形显示，这可以通过使用时基微调功能来达到。不论信号的周期如何，如果实现时基微调的功能，用户可在示波器显示屏幕中，选择波形周期个数，从而达到最佳观察状态。

在本申请实施例中，公开了一种显示控制方法，包括：设置时基参数，并依据时基参数获取待显示的数字波形信号的波形时基方向显示点数。再对待显示的数字波形信号的时基方向进行拉伸或压缩，以使得波形时基方向显示点数与显示时基方向点数相同，并将拉伸或压缩后的待显示的数字波形信号作为第一波形输出。由于在对数字示波器的时基档位微调时，只对待显示的数字波形信号进行拉伸或压缩来保证第一波形在预设的显示区域内显示，使得时基档位调节的硬件损耗小，处理速度快。

实施例一：

如图1所示，数字示波器1包括衰减网络11、可调增益放大器12、模数转换器13、显示器15、控制处理装置14、数模转换器16、偏置调节电路17和阻抗变换网络18。衰减网络11用于对输入数字示波器1的待处理信号进行衰减处理，以输出第一调节信号。可调增益放大器12用于对第一调节信号进行放大处理。模数转换器16用于对放大后的第一调节信号进行模数转换，以输出数字波形信号。显示器15用于显示。控制处理装置14包括显示控制装置141和偏置编码单元140。显示控制装置141用于对数字波形信号进行精度调节，并根据精度调节后的数字波形信号得到第一波形，以供显示器15显示第一波形。偏置编码单元140用于依次设置第一波形中每一行显示像素所对应的第一配置值，并利用第一配置值改变第一波形中多行显示像素对应的偏置编码。偏置编码单元140还用于判断当前设置的第一配置值引起配置编码发生改变时，输出改变后的偏置编码。数模转换器16用于将改变后的偏置编码转化为模拟信号。偏置调节电路17用于接收模拟信号的偏置编码，并依据偏置编码输出模拟偏置电压信号。阻抗变换网络18用于将第一调节信号和模拟偏置电压信号进行信号叠加，以获取第二调节信号。可调增益放大器12还用于对第二调节信号进行放大处理。模数转换器13还用于对放大后的第二调节信号进行模数转换，以输出偏置调节后的数字波形信号。

请参考图2，为一种实施例中显示控制装置的结构示意图，显示控制装置包括时基设置装置142、波形信号获取装置143、波形调节装置144、显示波形配置装置145和显示波形输出装置146。时基设置装置142用于设置时基参数。波形信号获取装置143用于依据时基参数获取待显示的数字波形信号的波形时基方向显示点数。其中，待显示的数字波形信号包括偏置调节前的数字波形信号和/或偏置调节后的数字波形信号，波形时基方向显示点数为待显示的数字波形信号的原始采样点数。波形调节装置144用于对待显示的数字波形信号的时基方向进行拉伸或压缩，以使得波形时基方向显示点数与显示时基方向点数相同，并将拉伸或压缩后的待显示的数字波形信号作为第一波形输出。其中，显示时基方向点数为数字示波器的显示器在时基方向预显示的像素点数。显示波形配置装置145用于生成第一波形的配置菜单。其中，配置菜单包括显示窗口的状态栏、时基参数和/或网格配置。显示波形输出装置146用于将配置菜单和第一波形进行显示叠加，并将显示叠加后的第一波形发送给数字示波器1的显示器15显示。

请参考图3，为一种实施例中波形调节装置的结构示意图，一实施例中，波形调节装置144包括插值倍数获取模块1441、压缩模块1442、拉伸模块1443和波形获取模块1444。插值倍数获取模块1441用于获取波形时基方向显示点数与显示时基方向点数的比值，以获取插值倍数k。压缩模块1442用于当所插值倍数k大于1时，将待显示的数字波形信号的波形时基方向显示点数数据输入一压缩列获取数学模型中，以获取波形时基方向显示点数中预删除的显示点数的列位置信息。波形获取模块1444用于依据预删除的显示点数的列位置信息，将数字波形信号中对应显示点数的列位置信息的波形时基方向显示点数删除，以获取所述第一波形。拉伸模块1443用于当所插值倍数k小于1时，将待显示的数字波形信号的波形时基方向显示点数数据输入一拉伸列获取数学模型中，以获取波形时基方向显示点数中预添加的显示点数的列位置信息。波形获取模块1444还用于依据预添加的显示点数的列位置信息，将数字波形信号中对应显示点数的列位置信息添加波形时基方向显示点数，以获取第一波形。一实施例中，预添加的波形时基方向显示点数的值为相邻两个波形时基方向显示点数中较大的值。一实施例中，压缩模块1442将待显示的数字波形信号的波形时基方向显示点数数据输入一压缩列获取数学模型中，以获取波形时基方向显示点数中预删除的显示点数的列位置信息，包括：

压缩模块1442对待显示的数字波形信号进行N等分，并将等分后获得的每个等分单元中间的波形时基方向显示点数的位置信息作为预删除的显示点数的列位置信息。当等分单元所包含的波形时基方向显示点数为偶数时，压缩模块选取等分单元中间两个波形时基方向显示点数的值小的位置信息作为预删除的显示点数的列位置信息。一实施例中，N的值为显示时基方向点数的整数倍。

在本申请一实施例中，还公开了一种用于数字示波器的显示控制装置，用于对数字示波器待显示的数字波形信号进行精度调节，并根据精度调节后的数字波形信号得到第一波形，以供数字示波器的显示器显示第一波形。如图2所示，显示控制装置141包括时基设置装置142、波形信号获取装置143、波形调节装置144、显示波形配置装置145和显示波形输出装置146。时基设置装置142用于设置时基参数。波形信号获取装置143用于依据时基参数获取待显示的数字波形信号的波形时基方向显示点数。波形时基方向显示点数为待显示的数字波形信号的原始采样点数。波形调节装置144用于对待显示的数字波形信号的时基方向进行拉伸或压缩，以使得波形时基方向显示点数与显示时基方向点数相同，并将拉伸或压缩后的待显示的数字波形信号作为第一波形输出。显示时基方向点数为数字示波器的显示器在时基方向预显示的像素点数。显示波形配置装置145用于生成第一波形的配置菜单。配置菜单包括显示窗口的状态栏、时基参数和/或网格配置。显示波形输出装置146用于将配置菜单和第一波形进行显示叠加，并将显示叠加后的第一波形发送给数字示波器的显示器显示。

如图3所示，一实施例中，波形调节装置144包括插值倍数获取模块1441、压缩模块1442、拉伸模块1443和波形获取模块1444。插值倍数获取模块1441用于获取波形时基方向显示点数与显示时基方向点数的比值，以获取插值倍数k。压缩模块1442用于当所插值倍数k大于1时，将待显示的数字波形信号的波形时基方向显示点数数据输入一压缩列获取数学模型中，以获取波形时基方向显示点数中预删除的显示点数的列位置信息。波形获取模块1444用于依据预删除的显示点数的列位置信息，将数字波形信号中对应显示点数的列位置信息的波形时基方向显示点数删除，以获取第一波形。拉伸模块1443用于当所插值倍数k小于1时，将待显示的数字波形信号的波形时基方向显示点数数据输入一拉伸列获取数学模型中，以获取波形时基方向显示点数中预添加的显示点数的列位置信息。波形获取模块1444还用于依据预添加的显示点数的列位置信息，将数字波形信号中对应显示点数的列位置信息添加波形时基方向显示点数，以获取第一波形。一实施例中，预添加的波形时基方向显示点数的值为相邻两个波形时基方向显示点数中较大的值，这样可以在第一波形中选取亮度相对较大的点来进行添加。一实施例中，压缩模块1442对待显示的数字波形信号进行N等分，并将等分后获得的每个等分单元中间的波形时基方向显示点数的位置信息作为预删除的显示点数的列位置信息。当等分单元所包含的波形时基方向显示点数为偶数时，压缩模块选取等分单元中间两个波形时基方向显示点数的值小的位置信息作为预删除的显示点数的列位置信息，这样可以在第一波形中选取亮度相对较小的点来进行删除。

在本申请实施例中，公开的显示控制装置包括时基设置装置、波形信号获取装置和波形调节装置。时基设置装置用于设置时基参数。波形信号获取装置用于依据时基参数获取待显示的数字波形信号的波形时基方向显示点数。波形调节装置用于对待显示的数字波形信号的时基方向进行拉伸或压缩，以使得所述波形时基方向显示点数与显示时基方向点数相同，并将拉伸或压缩后的所述待显示的数字波形信号作为第一波形输出。由于在对数字示波器的时基档位微调时，只对待显示的数字波形信号进行拉伸或压缩来保证第一波形在预设的显示区域内显示，使得时基档位调节的硬件损耗小，处理速度快。

实施例二：

请参考图4，为另一种实施例中显示控制方法的流程示意图，该显示控制方法用于对数字示波器待显示的数字波形信号进行精度调节，并根据精度调节后的数字波形信号得到第一波形，以供数字示波器的显示器显示第一波形，所述显示控制方法包括：

步骤101，设置时基参数。

步骤102，获取波形时基方向显示点数。

依据所述时基参数，获取所述待显示的数字波形信号的波形时基方向显示点数；所述波形时基方向显示点数为所述待显示的数字波形信号的原始采样点数；

步骤103，进行精度调节。

对所述待显示的数字波形信号的时基方向进行拉伸或压缩，以使得所述波形时基方向显示点数与显示时基方向点数相同，并将拉伸或压缩后的所述待显示的数字波形信号作为所述第一波形输出；所述显示时基方向点数为所述数字示波器的显示器在时基方向预显示的像素点数；

步骤104，生成配置菜单。

生成所述第一波形的配置菜单；所述配置菜单包括显示窗口的状态栏、时基参数和/或网格配置；

步骤105，进行显示叠加。

将所述配置菜单和所述第一波形进行显示叠加，并将显示叠加后的所述第一波形发送给所述数字示波器的显示器显示。

数字示波器的基本原理是采集到满足条件的的波形并把数据映射到显示器上。假设显示器的分辨率是480*1000，即水平方向有1000列，垂直方向有480行。一个像素点上只能映射整数个点，那么意味着从获取的数字波形数据经过插值后必须是1000的整数倍，用公式表示为：

M = P_Num * I_Interp （1）

其中，I_Interp为插值倍数为整数，P_Num为原始点数，M为显示器列数的整数倍。

参考以下公式：

P_Num = Time_Base * 10 * Sa （2）

其中，P_Num表示原始点数，Time_Base表示时基，10表示示波器屏幕有10格，Sa表示采样率。当固定采样率时，调整时基则表示屏幕波形的点数增多或者减少，假设两个相邻时基档位差异较大，那么波形的变化也会很大。为了可以使时基可连续微调，再通过一个表格直观的解释上面涉及到的原理，如表1-1时基、插值倍数和显示点数的对应关系所示：

表1-1

假设采样率时1GHz，存储深度时2000点，此时时基是200ns/div；当有需要减小时基时，时基直接变成100ns/div，则在200ns/div~100ns/div之间需要设置更多的档位可调。那么因为公式（1）的原因，时基、插值倍数和显示点数的对应关系如表1-2期望时基、小数倍插值和显示点数的对应关系所示：

表1-2

目前的数字示波器内部有线性插值和sinc插值，两种算法要做到任意倍插值需要消耗很多硬件乘法器资源。基于当前示波器整数倍插值框架，时基、插值倍数和显示点数的对应关系如表1-3期望时基、整数倍插值和显示点数的对应关系所示：

表1-3

根据公式（1）先对波形数据进行整数倍插值，插值到水平像素的整数倍，再映射到显示器上。那么这存在一个问题，原始数据1800点，插值后1800*10=18000点，不管是插值还是映射，数据量变大都需要消耗不少的时间去实现，这会大大降低示波器的刷新率。

本申请提出一种既不需要消耗很多资源又不降低刷新率的可实现时基微调的示波器。分两种情况讨论，一种情况是小时基下插值倍数比较大，插值后点数大于1000且小于2000；另一种情况是大时基下，插值倍数为1，原始点数不为1000的整数倍。下面举例说明第一种情况怎么实现的，先看表1-4小时基下期望时基、整数倍插值和显示点数的对应关系，小时基下期望时基、整数插值倍数和现实点数的对应关系：

表1-4

根据表1-4，在本申请一实施例中，显示控制方法包括：首先选择合适的插值倍数，使插值后的点数尽量接近1000，然后使用压缩算法找到要压缩的列，再把该列的波形信息叠加显示到下一列上，最后把插值后的点数压缩成1000。

在本申请一实施例中，压缩列获取数学模型的压缩算法原理包括：

设一个长度为n的向量x=[x(1),x(2),……,x(n-1),x(n)]；

x要压缩成x1，x1是一个长度为m的向量x1=[ x1(1),x1(2),……,x1(m-1),x1(m)]；括号中的数字可成为向量的索引；

对于表1-4中9ns的时基，n=1080，m=1000；从n=1开始，按列判断该列是否应该被压缩；

当n=1时，x(1)=2*1000-1080；

当n=2时，如果x(1)>0，那么x(2)=x(1)+(2*1000-2*1080)，如果x(1)<=0，x(2)=x(1)+2*1000；

当n=3时，如果x(2)>0，那么x(3)=x(2)+(2*1000-2*1080)，如果x(3)<=0，x(3)=x(2)+2*1000；

……

当n=1079时，如果x(1078)>0，那么x(1079)=x(1078)+(2*1000-2*1080)，如果x(1078)<=0，x(1079)=x(1078)+2*1000；

当n=1080时，如果x(1079)>0，那么x(1080)=x(1079)+(2*1000-2*1080)，如果x(1079)<=0，x(1080)=x(1079)+2*1000。

以此类推，计算到n=1080时停止。那么向量x=[x(1),x(2),……,x(n-1),x(n)]值小于等于零的索引表示要被压缩的列数，假设x(p)为负数，则把其内容显示叠加到p+1列上。综上，可以将1080列数据压缩到1000列上，实现10ns到9ns的时基微调。同理，8ns时基微调可以总结为，先把原始数据80点，13倍插值，插值后1040点，运行压缩算法，把1040列压缩到1000列上。

下面举例说明第二种情况怎么实现的，先看表1-5大时基下期望时基、整数倍插值和显示点数的对应关系，大时基下期望时基、整数插值倍数和现实点数的对应关系：

表1-5

根据表1-5，在本申请一实施例中，显示控制方法包括：首先把波形点数拆解成j*k的形式，j尽量接近1000；如果j>1000，把j压缩成1000，如果j<1000，把j拉伸成1000；然后使用拉伸算法找到要拉伸的列；再把该列的波形信息显示到下一列上。

在本申请一实施例中，压缩列获取数学模型和拉伸列数学获取模型的算法互逆，其原理包括：

针对180ns时基，1800=900*2。设一个长度为y的向量g=[g (1), g (2),……, g(y-1), g (y)]；g要拉伸成g1，g1是一个长度为z的向量g1=[ g1(1),g1(2),……,g1(z-1),g1(z)]；括号中的数字可成为向量的索引；对于表1-5中180ns的时基，y=900，z=1000；从z=1开始，按列判断该列是否应该被压缩；

当z=1时，g1 (1)=2*900-1000；

当z=2时，如果g1(1)>0，那么g1(2)=g1(1)+(2*900-2*1000)，如果g1(1)<=0，g1(2)=g1(1)+2*1000；

当z=3时，如果g1(2)>0，那么g1(3)=g1(2)+(2*900-2*1000)，如果g1(3)<=0，g1(3)=g1(2)+2*1000；

……

当n=999时，如果g1(998)>0，那么g1(999)= g1(998)+(2*900-2*1000)，如果g1(998)<=0，g1(999)=g1(998)+2*1000；

当n=1000时，如果g1(999)>0，那么g1(1000)=g1(999)+(2*900-2*1000)，如果g1(999)<=0，g1(1000)=g1(999)+2*1000；

以此类推，计算到n=1000时停止。那么向量g1=[g1(1),g1(2),……,g1(z-1),g1(z)]值小于等于零的索引表示要被压缩的列数。意思是要拉伸，那么需要先计算出被压缩的列，再反向把被压缩的列补回来。假设g1(p)是被压缩的列，那么把p列上的内容复制到p+1列上。

很容易把寻找压缩列的过程写成程序，column=compress(a,b)，a表示压缩成多少列，目标列数，b表示源端由多少列。举一个例子说明压缩和拉伸的过程，请参考图5，为一种实施例中压缩过程示意图，假设由12列压缩成10列，那么对于column=compress(a,b)；

其中，a=10，b=12，column=[8,4,0,20,16,12,8,4,0,20,16,12]。

根据column的值可得源端第3列和第9列要被压缩，那么源端第3列上的数据叠加到第4列上，形成目标列上新的第3列，同理第9列叠加到第10列上，形成目标列上新的第9列。

请参考图6，为一种实施例中拉伸过程示意图，假设由10列拉伸成12列，那么先根据column=compress(a,b)计算出被压缩的列。

那么对于column=compress(a,b)；

其中，a=10，b=12，column=[8,4,0,20,16,12,8,4,0,20,16,12]。

第3和第9列是被压缩的，那么源端第3列复制成第4列，形成目标列上的第3和第4列，因为第3列拉伸成了2列，那么第9列复制到第11列上形成目标列的第10和第11列 。

本申请提出一种非常简单并且适合硬件实现的压缩或者拉伸算法，采用该算法可实现示波器在降采样和非降采样的情况下都能做到任意时基微调。时基微调的时候可以做到采样率固定。整个压缩或者拉伸过程用到的运算都很简单，加法、减法还有乘法，乘2可以使用移位实现，整个逻辑简单，并且适合硬件实现。不管用硬件还是软件实现，该压缩算法都非常简单。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过控制器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过控制器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。