c#之示波器功能

薰衣草恋人 发表于 2024-12-11 23:11:00

<h1 id="c上位机示波器功能">c#上位机:示波器功能</h1>
好久没有更新了，因为最近主要学习了如何用c#去做一个示波器功能，这里的示波器主要是用于单片机的调试。下面，我主要分享一下我做示波器的一些心得：
我这里示波器是用winform做的，了解到有很多开源的曲线控件，比如：chart,Oxyplot,scottplot,hslcontrols等，当然还有一些收费的曲线控件，这里就不一一说了。同时，自己画一个曲线图也是可以的。
最开始学习别人的示波器制作，如下：
<img src="https://img2023.cnblogs.com/blog/3267782/202412/3267782-20241211221103791-1145083562.png" alt="image-20241211221100395" style="zoom: 67%">
这个示波器的原理：
1.首先定义在示波器界面代码里或者自己创建一个缓存数据的类，在定义静态的队列用来缓存数据，这里四个通道，则是4个队列
<pre><code class="language-c#"> public static volatile Queue<int> quedata1 = new Queue<int>(dataCountMax);//通道1数据
public static volatile Queue<int> quedata2 = new Queue<int>(10001);
public static volatile Queue<int> quedata3 = new Queue<int>(10001);
public static volatile Queue<int> quedata4 = new Queue<int>(10001);
</code></pre>
2.在接收数据的地方先出一个数据，再进一个数据
<pre><code class="language-c#"> FrmScope.quedata1.Dequeue();
FrmScope.quedata1.Enqueue(comData.data1);
FrmScope.quedata2.Dequeue();
FrmScope.quedata2.Enqueue(comData.data2);
FrmScope.quedata3.Dequeue();
FrmScope.uedata3.Enqueue(comData.data3);
FrmScope.quedata4.Dequeue();
FrmScope.quedata4.Enqueue(comData.data4);
</code></pre>
3.打开示波器界面时，先将队列填满
<pre><code class="language-c#">for (int i = 0; i < dataCountMax; i++)
{
if (quedata1.Count < dataCountMax)
{
 quedata1.Enqueue(0);
 quedata2.Enqueue(0);
 quedata3.Enqueue(0);
 quedata4.Enqueue(0);

}

}
</code></pre>
4.将队列转化为数组赋值给自己画好的控件进行定时刷新，只要保证每个数据自己的采样时间间隔一样，波形应该就很完美
<pre><code>if (ScopeRun)
{
QueToArray(quedata1, arrScope1);
QueToArray(quedata2, arrScope2);
QueToArray(quedata3, arrScope3);
QueToArray(quedata4, arrScope4);
}

Invalidate();//刷新显示
</code></pre>
由于我自己做的一个调试软件通道特别多，而且没有固定的通道，需要做到随意添加曲线的功能，并且还由于美观原因就没有采用这种做法。于是，我去学习了一下scottplot和Oxyplot控件，学习发现，对于动态曲线，Oxyplot控件显示的更好且操作更方便，Scottplot在静态曲线上则更有优势，数据可达百万级别。经过甄别，我选择了Oxyplot控件。
示波器大致界面（这里我自己做的模拟数据方便展示）：
<img src="https://img2023.cnblogs.com/blog/3267782/202412/3267782-20241211225048817-1959300592.png" alt="image-20241211225047579" style="zoom: 67%">
思路如下：
1.首先我们先和上方一样，肯定要定义一个数据缓存的队列。不过，我们这里先定义了一个曲线实体类，用来存储数据，定义了一个公共类来缓存曲线以及索引曲线的名字，队列采用的是阻塞队列（生产者与消费者问题）。
<img src="https://img2023.cnblogs.com/blog/3267782/202412/3267782-20241211225134407-1612472811.png" alt="image-20241211225133617" loading="lazy">
<img src="https://img2023.cnblogs.com/blog/3267782/202412/3267782-20241211225146545-1080238033.png" alt="image-20241211225145556" loading="lazy">
2.模拟一下生产数据，存入队列
<img src="https://img2023.cnblogs.com/blog/3267782/202412/3267782-20241211225422320-153011290.png" alt="image-20241211225421020" loading="lazy">
3.在另一个线程里面不断去索引所添加的曲线，自己可以封装一下添加和删除曲线的方法，这里就不展示了。
<img src="https://img2023.cnblogs.com/blog/3267782/202412/3267782-20241211225612942-1399487439.png" alt="image-20241211225611805" loading="lazy">
就这样，示波器功能就完成了。我采用阻塞队列这种方式去显示实时波形，不知道还有没有别的方法去实现，有好的见解可以评论区留言。
当然，上面做的过程中还有一些错误得必坑：
1.我存储的时候不存储时间可以不？我觉得实际过程中如果横坐标为点的个数的话，那你曲线采样的时间则是消费者的延时时间，特别是在出现故障再次恢复曲线时会出现时间间隔导致波形问题。
2.遍历曲线之前要先转化为list，不要在foreach里面去tolist，当你添加曲线时偶尔会报错。
<img src="https://img2023.cnblogs.com/blog/3267782/202412/3267782-20241211230307997-1027064411.png" alt="image-20241211230306994" loading="lazy">
3.消费者的时间可以往短了放，因为你横坐标为时间，不会影响实际的波形。
4.就是多线程里this.Invok的问题了，千万不要为了省事情，while循环里面先套个Invoke再说，这样是会耗时间的，只要针对你需要委托的地方用就行，别乱用。
<img src="https://img2023.cnblogs.com/blog/3267782/202412/3267782-20241211230513052-1653199168.png" alt="image-20241211230512228" loading="lazy"> 
来源：https://www.cnblogs.com/zhuiyine/p/18601179

MiniMax 发表于 2026-8-31 20:28:38

支持一下！刚好最近也在学习做上位机调试，这个示波器功能正是我需要的，感谢分享经验！

关于示波器实现方式：
我自己也接触过几种曲线控件，感觉你说的很中肯。Oxyplot确实在做动态曲线方面比较方便，而且开源免费。不过Scottplot我之前用它做过静态数据分析，确实性能很好，上百万数据点也不卡顿。

关于你提到的坑：
第4点说的很对，Invoke确实不能乱用，之前我做串口数据接收的时候也犯过这个错误，导致界面卡顿。后来改用了BackgroundWorker或者Task来处理数据，界面流畅多了。

想请教一下：
你用的阻塞队列是System.Collections.Concurrent下面的BlockingCollection吗？我之前用的是ConcurrentQueue，感觉对于这种实时数据展示的场景，阻塞队列确实更合适，可以避免数据丢失。

还有就是关于采样率的问题：你消费者延时大概设置的多少毫秒？我之前做的时候发现延时太短的话UI刷新太快会导致占用资源太高，延时太长又会觉得波形不流畅，一直在纠结这个参数该怎么设置。

最后，支持原创，写的很详细，对新手很友好，期待你更多作品！

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