MATLAB-使用信號處理工具箱分析PicoScope 數(shù)據(jù)

2017-02-14  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

簡介

這篇文章講述使用信號處理工具箱PicoScope 5000系列柔性分辨率示波器采集到MATLAB環(huán)境中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與濾波。

下面的例子中,使用PicoScope 5244B 示波器。

比較使用8位分辨率和16位分辨率采集的數(shù)據(jù)

這個例子中,使用相同的信號源,先將示波器設(shè)置8位分辨率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,再將示波器設(shè)置16位分辨率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集

設(shè)置

通過MATLAB腳本,設(shè)置信號發(fā)生器輸出±2V、1KHz的正玄波,設(shè)置A通道閾值為1V的上升沿觸發(fā)。連接信號發(fā)生器的輸出PicoScope的A通道輸入端。

在腳本中設(shè)置PicoScope捕獲塊數(shù)據(jù)觸發(fā)前2048個樣本點,觸發(fā)后2048個樣本點,采樣間隔496ns(~2 MS/s),先將示波器設(shè)置8位分辨率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,再將示波器設(shè)置16位分辨率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

觸發(fā)后捕獲數(shù)據(jù)圖

從捕獲的波形中可以看出,將示波器設(shè)置成16位分辨率捕獲的數(shù)據(jù)圖形將示波器設(shè)置成8分辨率捕獲的數(shù)據(jù)圖形更加平滑。將示波器設(shè)置成16位分辨率65536個量化電平,8位分辨率時只有256個量化電平。

設(shè)置電壓量程±5V,每個量化電平對應(yīng)如下:

l 8位:39.1Mv

l 16:~0.153Mv

觸發(fā)點被標(biāo)記為紅色“X”

MATLAB-使用信號處理工具箱分析PicoScope 數(shù)據(jù)

塊數(shù)據(jù)(8位分辨率)

MATLAB-使用信號處理工具箱分析PicoScope 數(shù)據(jù)

塊數(shù)據(jù)(16位分辨率)

當(dāng)關(guān)注兩幅圖觸發(fā)點正玄波頂部部分時,數(shù)據(jù)波形的不同更加清晰明顯:MATLAB-使用信號處理工具箱分析PicoScope 數(shù)據(jù)

塊數(shù)據(jù)放大圖形(8位分辨率)

MATLAB-使用信號處理工具箱分析PicoScope 數(shù)據(jù)

塊數(shù)據(jù)放大圖形(16位分辨率)

觸發(fā)后捕獲獲取測量值

一旦數(shù)據(jù)被捕獲,可以使用信號處理工具箱提供的函數(shù)獲取以下測量值:

l 峰峰值(peak2peak)

l 上升時間(risetime)

l 下降時間(falltime)

l 均方根(rms)

l 無雜散動態(tài)范圍(sfdr)

l 信噪比(snr)

使用table函數(shù)可以量值列成表:MATLAB-使用信號處理工具箱分析PicoScope 數(shù)據(jù)

列表測量值

比較兩組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),測量值的不同可以歸納為量化電平數(shù)量的不同,量化電平數(shù)量不同影響用于計算的數(shù)據(jù)值。

當(dāng)調(diào)用測量函數(shù)時,MATLAB會顯示相應(yīng)的圖形。下面的例子分別8位分辨率和16位分辨率上升時間圖形,圖形中的注釋值自動添加的。

MATLAB-使用信號處理工具箱分析PicoScope 數(shù)據(jù)

上升時間圖(8位分辨率)

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上升時間圖(16位分辨率)

FFT分析

在這個例子中,FFT用于PicoScope捕獲自己輸出的方波

設(shè)置

使用MATLAB腳本生成±2V、1KHz的,設(shè)置A通道閾值為1V的上升沿觸發(fā)。連接信號發(fā)生器的輸出PicoScope的A通道輸入端。

在腳本中設(shè)置PicoScope捕獲塊數(shù)據(jù)觸發(fā)前3500樣本點,觸發(fā)后3500樣本點,采樣間隔50us(20MS/s),將示波器設(shè)置14位分辨率。

觸發(fā)后捕獲應(yīng)用FFT

一旦數(shù)據(jù)被捕獲,可以使用fft 函數(shù)計算數(shù)據(jù)的DFT,然后在頻域觀察信號數(shù)據(jù)。頻譜圖展示了信號基波和奇次諧波成分。

MATLAB-使用信號處理工具箱分析PicoScope 數(shù)據(jù)

PicoScope 5000系列數(shù)據(jù)與FT圖

觸發(fā)后捕獲分析波形數(shù)據(jù)

信號處理工具箱也提供查找波形過沖、下沖、脈寬和占空比的函數(shù)。

overshoot 函數(shù)對作為函數(shù)參數(shù)的波形數(shù)據(jù)的一段進(jìn)行圖,進(jìn)行了注釋。

MATLAB-使用信號處理工具箱分析PicoScope 數(shù)據(jù)

overshoot函數(shù)畫的圖

對同一段波形數(shù)據(jù)使用pulsewidth函數(shù),不指定函數(shù)的輸出會導(dǎo)致圖形中有另外一個注釋圖。

MATLAB-使用信號處理工具箱分析PicoScope 數(shù)據(jù)

pulsewidth函數(shù)畫的圖

指定pulsewidth函數(shù)的輸出到一個變量,pw,結(jié)果如下:

pw=

4.9990e-04

這個值1KHz方波周期的一500us相對應(yīng)

dutycycle函數(shù)對波形數(shù)據(jù)的一段應(yīng)用,結(jié)果如下:

dutyCycle=

0.5001

這個值很接近預(yù)計50%。

使用pulseperiod函數(shù)計算波形數(shù)據(jù)的平均頻率:

avgFreq=

999.9999

同步查找脈沖周期值數(shù)組的標(biāo)準(zhǔn)偏差計算總抖動:

totalJitter=

1.5070e-07

對流模式數(shù)據(jù)使用觸發(fā)后濾波

在這個例子中,使用信號處理工具箱中的濾波器設(shè)計和分析工具設(shè)計一個可以對在觸發(fā)后捕獲的帶有隨機(jī)噪聲的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作濾波器。

MATLAB-使用信號處理工具箱分析PicoScope 數(shù)據(jù)

任意波形

設(shè)置

使用MATLAB腳本配置函數(shù)發(fā)生器輸出一個±2V、1KHz帶有白噪聲的正玄波。

設(shè)置A通道閾值為500mV的上升沿觸發(fā)。連接信號發(fā)生器的輸出PicoScope的A通道輸入端。

在腳本中設(shè)置PicoScope使用流模式捕獲數(shù)據(jù),采樣率1MS/s,觸發(fā)采集10百萬樣本點停止采集。

MATLAB-使用信號處理工具箱分析PicoScope 數(shù)據(jù)

使用FDT工具設(shè)計的低通巴特沃斯濾波器

濾波器設(shè)計

你可以使用濾波器設(shè)計與分析工具(FDA工具)設(shè)計可以觸發(fā)采集的數(shù)據(jù)應(yīng)用濾波器。

圖形右側(cè)顯示了無限沖擊響應(yīng)低通巴特沃斯濾波器的配置,顯示幅度和相位響應(yīng)參數(shù)。

濾波器設(shè)計完,可以通過FDA工具用戶界面將其導(dǎo)出為MATLAB函數(shù),這個函數(shù)被調(diào)用時返回離散時間濾波器對象,可以將這個濾波器對象的一些屬性值波形數(shù)據(jù)作為參數(shù)傳遞給filtfilt 函數(shù),然后可以應(yīng)用零相位數(shù)字濾波器。

觸發(fā)后捕獲濾波與畫圖

在捕獲幾個周期的任意波形后,可以應(yīng)用低通濾波器對觸發(fā)后捕獲的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。

同一張圖上展示了捕獲的原始數(shù)據(jù)的一部分濾波的波形,被濾波后的波形是零相位延時的光滑正玄波。

MATLAB-使用信號處理工具箱分析PicoScope 數(shù)據(jù)

應(yīng)用濾波器的PicoScope 5000系列流模式數(shù)據(jù)

對同一段波形數(shù)據(jù)使用pulsewidth函數(shù),不指定函數(shù)的輸出會導(dǎo)致圖形中有另外一個注釋圖。



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