Tektronix公司的TDS系列數(shù)字實時示波器在國內(nèi)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，與其配套的擴(kuò)展模塊TDS2CM和TDS2MM模塊具有與外部設(shè)備雙向通訊的能力，可直接與打印機(jī)、微機(jī)連接，使波形的存儲打印等工作變得十分方面，其中TDS2MM還具有FFT功能，可以對波形進(jìn)行實時的頻譜分析。同機(jī)配送的Wavestar軟件提供了PC機(jī)與示波器雙向通訊的功能，具有良好的用戶界面，其其數(shù)據(jù)處理功能卻是很少，僅能對波形的幅值、頻率、周期、上升和下降時間等進(jìn)行測量，并且大多數(shù)用戶出于價格考慮而配置TDS2CM模塊，它不具備TDS2MM模塊的頻譜分析功能，這就限制了示波器的進(jìn)一步開發(fā)利用。Mathworks公司的著名數(shù)值計算軟件Matlab具有強(qiáng)大的數(shù)值計算功能，它的Instrument Control Toolbox提供了強(qiáng)大的外設(shè)控制功能，可以對GPIB、RS-232、VXI、Centronics端口進(jìn)行控制。用Matlab與TDS2CM模塊配合可以實現(xiàn)示波器與微機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊，利用Matlab強(qiáng)大的數(shù)值處理、矩陣運(yùn)算功能可對示波器記錄的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。

　　數(shù)字示波器是數(shù)據(jù)采集，A/D轉(zhuǎn)換，軟件編程等一系列的技術(shù)制造出來的高性能示波器。數(shù)字示波器一般支持多級菜單，能提供給用戶多種選擇，多種分析功能。還有一些示波器可以提供存儲，實現(xiàn)對波形的保存和處理。 目前高端數(shù)字示波器主要依靠美國技術(shù)，對于300MHz帶寬之內(nèi)的示波器，目前國內(nèi)品牌的示波器在性能上已經(jīng)可以和國外品牌抗衡，且具有明顯的性價比優(yōu)勢。數(shù)字示波器因具有波形觸發(fā)、存儲、顯示、測量、波形數(shù)據(jù)分析處理等獨特優(yōu)點，其使用日益普及。由于數(shù)字示波器與模擬示波器之間存在較大的性能差異，如果使用不當(dāng)，會產(chǎn)生較大的測量誤差，從而影響測試任務(wù)。

　　1 通信原理

　　MATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學(xué)計算、可視化以及交互式程序設(shè)計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計算軟件的先進(jìn)水平?！?　　MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連  matlab開發(fā)工作界面接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。

　　Matlab中的Instrument Control Toolbox包括兩大部件：M文件函數(shù)和接口驅(qū)動適配器。這兩部件提供了Matlab與外設(shè)的通訊功能，其與串行通訊端口的通訊原理如圖1所示。

　　由圖1可見，Matlab的兩大部件提供了一條外設(shè)與Matlab之間的交互通道，使用戶與外設(shè)之間進(jìn)行信息獲取和傳送。同許多語言一樣，Matlab通過調(diào)用M文件函數(shù)來創(chuàng)建設(shè)備對象，得到設(shè)備的文件句柄，而設(shè)備驅(qū)動程序作為操作系統(tǒng)中直接控制硬件的模塊，是鏈接操作系統(tǒng)內(nèi)核與系統(tǒng)外部設(shè)備I/O操作的關(guān)鍵模塊。它將具體的硬件細(xì)節(jié)隱藏實現(xiàn)對外設(shè)操作的透明，因此Matlab可以象操作文件一樣實現(xiàn)對外設(shè)的讀、寫操作。讀寫時的數(shù)據(jù)傳輸格式、輸入輸出緩沖區(qū)大小以及讀寫溢出時間等由圖1中的屬性值定義，其根據(jù)為具體的通訊端口和通訊方式以及數(shù)據(jù)大小。示波器所產(chǎn)生的事件和狀態(tài)被示波器保存在標(biāo)準(zhǔn)事件狀態(tài)寄存器（SESR）狀態(tài)字節(jié)寄存器（SBR）和事件隊列中，供（Matlab）回調(diào)函數(shù)讀取。同時用戶可以通過設(shè)置設(shè)備事件狀態(tài)使能寄存器（DESER）以及事件狀態(tài)能寄存器（ESER）、服務(wù)請求使能寄存器（SRER）這三個使能寄存器來控制何種事件或狀態(tài)被保存在保存在狀態(tài)寄存器和事件隊列中。Matlab對示波器的設(shè)置詢問命令由fprintf函數(shù)以字符串的形式輸出。設(shè)置和詢問命令由具體的示波器廠商定義，其格式為：Header Arguments，多個參數(shù)之間由逗號相隔。當(dāng)以二進(jìn)制格式對示波器的波形進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫時，讀寫數(shù)據(jù)與示波器實際數(shù)據(jù)換算由下式給出：

　　Xn=Xzero+Xincr·n

　　Yn=Yzero+Ymult（yn-Yoff）    （1）

　　其中，yn為輸入、輸出緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，n為數(shù)據(jù)個數(shù)，Xn、Yn為示波器中實際采樣時間與信號幅值。

　　2 數(shù)據(jù)傳輸

　　在通信領(lǐng)域內(nèi)，有兩種數(shù)據(jù)通信方式：并行通信和串行通信。隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化和微機(jī)分級分布式應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展，通信的功能越來越重要。通信是指計算機(jī)與外界的信息傳輸，既包括計算機(jī)與計算機(jī)之間的傳輸，也包括計算機(jī)與外部設(shè)備，如終端、打印機(jī)和磁盤等設(shè)備之間的傳輸。串行通信是指 使用一條數(shù)據(jù)線，將數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸，每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個固定的時間長度。其只需要少數(shù)幾條線就可以在系統(tǒng)間交換信息，特別使用于計算機(jī)與計算機(jī)、計算機(jī)與外設(shè)之間的遠(yuǎn)距離通信。

　　RS-232串行通信接口被廣泛應(yīng)用于近距離的計算機(jī)和終端之間的相互通信當(dāng)中，TDS210示波器也配接有DB9型插件的RS-232接口。當(dāng)采用硬件握手方式進(jìn)行通信控制時，示波器使用CD、CTS、RI三個控制信號表明其當(dāng)前狀態(tài)，而Matlab使用RTS信號請求數(shù)據(jù)發(fā)送。由于采用異步通信協(xié)議對通信雙方的時鐘同步要求不太嚴(yán)格，由數(shù)據(jù)的起始位作為雙方通信的同步信號，因此Matlab與示波器之間采用異步通信，編制的從示波器讀取數(shù)據(jù)的部分程序如下：

　　%創(chuàng)造設(shè)備對象

　　g=serial（'com1'）；

　　%通信初始化g.InputBufferSize=10000;

　　g.timeout=10;

　　%設(shè)定傳輸波特率為9600b/s，字符格式為：8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，終止符為LF，沒有奇偶校驗位，使用硬件握手方式。

　　g.BaudRate=9600；

　　g.Parity='none';

　　g.StopBits=1；

　　g.Terminator='LF';

　　g.FlowControl='hardware';

　　%連接設(shè)備對象

　　fopen（g）

　　%數(shù)據(jù)傳輸

　　fprintf（g,'select: refa on'）；

　　fprintf（g,'data:source refa'）；

　　fprintf（g,'data:encdg srib'）；

　　fprintf（g,'data:start 1'）；

　　fprintf（g,'data:stop 2500'）；

　　fprinft（g,data:width 2'）；

　　fprintf（g,'wfmpre:xzero?'）；

　　xzero=fscanf（g,'%f'）；

　　fprintf（g,'wfmpre:xincr?'）；

　　xincr=fscanf（g,'%f'）；

　　fprintf（g,'wfmpre:yzero?'）；

　　yzero=fscanf（g,'%f'）；

　　fprintf（g,wfmpre:ymult?'）；

　　ymult=fscanf（g,'%f'）；

　　fprintf（g,'wfmpre:yoff?'）；

　　yoff=fscanf（g,'%f'）；

　　fprintf（g,'curve?'）；

　　out=fread（g,2500,'int16'）；

　　%釋放設(shè)備對象與端口

　　fclose（g）；

　　delete（g）；

　　freeserial（'com1'）；

　　用上述程序?qū)κ静ㄆ鬟M(jìn)行讀取的方波信號如圖2所示。

　　3 數(shù)據(jù)分析與實例

　　從示波器讀取的數(shù)據(jù)按（1）式轉(zhuǎn)換后就是實現(xiàn)測量所得的波形數(shù)據(jù)值，相應(yīng)的采樣頻率為1/Xincr。L1空間的信號滿足可積條件，可以用快速傅立葉變換算法直接進(jìn)行頻譜分析。圖3為對讀取的方波所做的FFT結(jié)果。由于對采樣信號的截取相當(dāng)于對信號加矩形窗，不可避免地引起頻譜泄漏和混疊，在滿足采樣定理和保證示波器波形周期完整的條件下，所做的頻譜分析結(jié)果與示波器所得的波形周期數(shù)無關(guān)。對于噪聲信號可作功率譜估計，上述采樣信號的功率譜估計如圖4所示。

　　從上面的數(shù)據(jù)通信過程和對采樣信號頻譜分析及功率譜估計實例可以看出：Matlab與示波器組成了一個信號采集及分析系統(tǒng)，示波器在其間起數(shù)據(jù)采集和存儲作用，而Matlab則實現(xiàn)對采樣得到的信號進(jìn)行分析和處理。