数字示波器原理分析
实验53+数字示波器的原理与使用
配合多功能旋钮对较大范围变动的参数进行调节．
2. EE1641B1 型函数信号发生器
图 53-5 是 EE1641B1 函数信号发生器的面板配置图，它可以产生频率从 0.2Hz 到 2MHz 的多种波形信号，输出电压为 10mV～10V，最大衰减达 60dB．下面介绍实验中常用按键 和旋钮的功能．
采样与 A/D 转换
存储器
显示
程．显示波形时，数字示波器 在 CPU 和逻辑控制电路的参
外触发
触发电路
逻辑控 制电路
控制 地址
CPU
与下将数据从存储器中读出 并稳定的显示在显示屏上．
输入/输出接口
由于已将模拟信号转换
图 53-1 数字示波器的原理框图
成数字量存放在存储器中，利用数字示波器可对其进行各种数学运算（如两个信号相加、 相减、相乘、快速傅里叶变换）以及自动测量等操作，也可以通过输入/输出接口与计算 机或其他外设进行数据通信．
TTL输出端口
输出一频率可调的方波信号．
【实验内容与步骤】
1．示波器的设置及其与探头的匹配
(1) 按动功能控制区中的存储按键“Storage”，如图 53-4 所示．在屏幕上出现选项菜 单之后再按动“默认设置”选项所对应的功能菜单设置键，从而将示波器恢复到默认设置 状态．
(2) 将无源探头的 Q9 头固定示波器的信号输入通道 CH2/CH1，从外部接入一安全信 号，按动自动按键“AUTO”，检查无源探头的信号线（探针）及屏蔽线（接地鳄鱼夹）有 无故障或接触不良．
显示“光标”菜单．可选择自动、手动、跟踪等模式，屏幕上能自动显示光标 所在位置对应的数据，可通过“多功能旋钮”改变菜单高亮光标的位置．
显示“显示”菜单．可对显示类型、菜单保持时间、屏幕网格、亮度等进行设 置．
数字示波器的原理
数字示波器的原理
数字示波器是一种基于数字信号处理技术的电子测量仪器，它主要由输入信号采集模块、模数转换器、存储器、数字信号处理器、显示器等部分组成。
数字示波器的原理如下：
1.输入信号采集模块。
输入信号采集模块负责将要测试的模拟信号转换为数字信号。
通常采用的方式是使用模数转换器将模拟信号转换成数字信号。
模数转换器将模拟信号所代表的数值转换成等效数字信号，数字信号的大小取决于模数转换器的位数。
例如，8位模数转换器可以转换成256级数字信号。
2.存储器。
存储器用于存储采集到的数字信号，它通常是一个高速存储器，能够在很短的时间内存储大量的数据。
3.数字信号处理器。
数字信号处理器负责对数字信号进行处理和分析。
它可以对存储器中存储的数据进行处理，从而得到所要测量的信号在时间和幅度上的波形。
4.显示器。
显示器用于显示所测量的信号波形。
数字信号处理器将处理后的信号波形发送给显示器，实时显示出信号的振幅、频率、相位等参数。
综上所述，数字示波器利用数字信号处理技术，将模拟信号转换成数字信号，然后存储、处理、分析、显示，实现了求取信号的各种参数和波
形形态的功能。
这可以让电子工程师或者电子技术人员更加准确地评估、分析和诊断电路和系统的性能。
数字示波器的原理
数字示波器的原理
1.采样：数字示波器通过内置的模数转换器将连续的模拟信号转换为
离散的数字信号。
采样率是指每秒对模拟信号进行采样的次数，一般为其
信号带宽的两倍。
例如，如果信号带宽为100MHz，则通常需要至少
200MS/s的采样率。
2.数字化：采样后的模拟信号被转换为数字形式的样本。
转换的精度
由示波器的分辨率决定，分辨率越高，则样本越准确。
3.存储：示波器将采样到的数字样本存储在内存中，形成数字波形。
存储深度是示波器内存的大小，深度越大，则可存储的波形越长。
4.显示：示波器将存储的数字波形通过内置的显示器显示出来。
用户
可以通过控制面板或计算机软件对波形进行观察和操作。
一般来说，示波
器的显示器能够以较高的分辨率和刷新率显示波形。
5.分析：数字示波器提供多种分析功能，例如测量信号的幅值、频率、相位等，还可以进行波形的加减乘除、傅里叶变换等操作。
这些分析功能
有助于用户对信号进行深入的分析和理解。
总的来说，数字示波器通过采样、数字化、存储、显示和分析等步骤，能够准确地捕捉和展示信号的各种特征，为工程师和科研人员提供了强大
的测量和分析工具。
数字示波器原理
数字示波器原理
数字示波器是一种用于显示电信号波形的仪器，通过将电信号转换为数字信号并进行处理，最终在屏幕上显示出波形图形。
数字示波器的主要原理包括采样、模数转换、数据存储和显示。
首先，数字示波器通过采样器将连续的电信号离散化为一系列的采样点。
采样率是指每秒钟采样的次数，通常以赫兹（Hz）表示。
采样率越高，信号的细节就越清晰，但同时也会增加数据处理的复杂性和存储空间的需求。
接下来，模数转换器将采样的模拟信号转换为数字信号，以便进行后续的数字处理。
这里的模数转换器通常采用了先进的集成电路技术，能够高效地将模拟信号转换为数字形式。
数据存储是数字示波器中的一个重要环节。
采样得到的一系列数字信号将被存储在内存中，以便进行后续的处理和显示。
内存的大小决定了数字示波器能够存储的信号波形的长度。
最后，数字示波器通过显示器将处理后的数字信号转换为可见的波形图形。
这一过程涉及到数据解码和图像生成，数字示波器能够将存储的数字信号以合适的时间轴和幅度比例显示出来。
用户可以通过控制按钮和旋钮来调整显示的波形图形，以获得所需的信号细节。
总的来说，数字示波器利用了数字技术和信号处理算法，能够高效地采集、转换和显示电信号的波形图形。
与传统的模拟示
波器相比，数字示波器具有采样率高、噪声低、操作简便等优势，因此在电子工程领域得到了广泛的应用。
数字示波器的原理
数字示波器的原理
数字示波器是一种用于测量电信号的仪器。
它的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：
1. 信号采集：数字示波器使用一个称为“采样器”的装置来捕捉要测量的电信号。
采样器以一定的频率对信号进行离散采样，将连续的模拟信号转换为数字形式。
采样率越高，采集到的信号越准确。
2. 数字化：通过采样器采集到的模拟信号经过模数转换器（ADC）转换为数字信号。
模数转换器将每个采样点的电压值转换为对应的数字值。
3. 存储：转换后的数字信号被存储在内存中。
示波器的存储深度决定了示波器可以存储多少个采样点，从而决定了示波器可以捕捉到的时间段。
4. 显示：内存中存储的数字信号被显示在示波器的屏幕上。
示波器的屏幕会绘制所有采样点之间的连线，从而形成波形图。
波形图显示了信号幅度随时间的变化情况。
5. 测量：数字示波器通常具有丰富的测量功能，可以对波形进行各种测量，如频率、幅度、峰峰值、周期等。
总的来说，数字示波器通过采集、数字化、存储和显示信号，实现对电信号的可视化和测量。
这些过程使得数字示波器成为现代电子测量领域不可或缺的工具。
示波器实验原理
示波器实验原理
示波器是一种用于测量电信号波形的仪器，常用于电子工程、通信工程、计算机科学等领域。
示波器的实验原理主要包括以下几个方面：
一、示波器的基本原理
示波器的基本原理是利用电子束在荧光屏上形成的亮度变化来显示电信号波形。
当电信号进入示波器后，经过放大、整形等处理后，被送入电子枪，电子枪发射出的电子束在荧光屏上形成亮度变化，从而显示出电信号的波形。
二、示波器的工作方式
示波器的工作方式分为模拟示波器和数字示波器两种。
模拟示波器利用模拟电路实现信号放大、整形等处理，显示出连续的波形。
数字示波器则将信号转换为数字信号，通过数字信号处理器进行处理后显示出数字波形。
三、示波器的参数
示波器的参数包括带宽、灵敏度、时间基准等。
带宽是指示波器能够显示的最高频率，灵敏度是指示波器对输入信号的响应能力，时间基准则是指示波器能够显示的最短时间间隔。
四、示波器的应用
示波器广泛应用于电子工程、通信工程、计算机科学等领域。
在电子工程中，示波器可以用于测量电路中的信号波形、电压、电流等参数；在通信工程中，示波器可以用于分析信号的频率、幅度、相位等特性；在计算机科学中，示波器可以用于调试计算机硬件和软件中的信号问题。
综上所述，示波器的实验原理包括基本原理、工作方式、参数和应用。
了解这些原理可以帮助我们更好地理解示波器的工作原理和应用范围。
数字示波器及其简单原理图
数字示波器及其简单原理图数字示波器可以分为数字存储示波器（DSOs）、数字荧光示波器（DPOs）、混合信号示波器（MSOs）和采样示波器。
数字式存储示波器与传统的模拟示波器相比，其利用数字电路和微处理器来增强对信号的处理能力、显示能力以及模拟示波器没有的存储能力。
数字示波器的基本工作原理如上图所示当信号通过垂直输入衰减和放大器后，到达模-数转换器（ADC）。
ADC 将模拟输入信号的电平转换成数字量，并将其放到存贮器中。
存储该值得速度由触发电路和石英晶振时基信号来决定。
数字处理器可以在固定的时间间隔内进行离散信号的幅值采样。
接下来，数字示波器的微处理器将存储的信号读出并同时对其进行数字信号处理，并将处理过的信号送到数-模转换器（DAC），然后DAC的输出信号去驱动垂直偏转放大器。
DAC也需要一个数字信号存储的时钟，并用此驱动水平偏转放大器。
与模拟示波器类似的，在垂直放大器和水平放大器两个信号的共同驱动下，完成待测波形的测量结果显示。
数字存储示波器显示的是上一次触发后采集的存储在示波器内存中的波形，这种示波器不能实时显示波形信息。
其他几种数字示波器的特点，请参考相关书籍。
Agilent DSO-X 2002A 型数字示波器面板介绍该示波器有两个输入通道CH1和CH2，可同时观测两路输入波形。
选择通道1时，示波器仅显示通道1的信号。
选择通道2时，示波器仅显示通道2的信号。
选择双通道时，示波器同时显示通道1信号和通道2信号。
荧光屏（液晶屏幕）是显示部分。
屏上水平方向和垂直方向各有多条刻度线，指示出信号波形的电压和时间之间的关系。
操作面板上的各个按钮按下后，相应参数设置会显示在荧光屏上。
开机后，荧光屏显示如下：测试信号时，首先要将示波器的地（示波器探笔的黑夹子）与被测电路的地连接在一起。
根据输入通道的选择，将示波器探头接触被测点（信号端）。
按下Auto Scale，示波器会自动将扫描到的信号显示在荧光屏上。
数字示波器的工作原理
数字示波器的工作原理
首先，数字示波器通过电压探头将被测信号转换成电压信号，
并将其输入到模拟-数字转换器（ADC）中进行数字化处理。
ADC将
连续的模拟信号转换成离散的数字信号，这样就可以在数字系统中
进行处理。
数字化的信号可以通过采样定理来还原原始信号，因此
数字示波器可以准确地显示被测信号的波形。
其次，数字示波器会将采集到的数字信号存储在内部存储器中，以便后续的显示和分析。
存储器的大小决定了数字示波器可以存储
的波形数据量，一般来说，存储器越大，可以存储的波形数据越多，时间分辨率越高。
数字示波器可以通过触发功能来选择存储特定条
件下的波形数据，以便进行详细的分析和观察。
最后，数字示波器会将存储的波形数据通过数字-模拟转换器（DAC）转换成模拟信号，并将其显示在屏幕上。
通过控制屏幕的扫
描速度和触发方式，可以实现不同时间尺度下的波形显示。
数字示
波器的屏幕可以同时显示多个波形，这样可以方便用户对不同信号
进行比较和分析。
总的来说，数字示波器的工作原理是将模拟信号转换成数字信
号进行处理和存储，然后再将数字信号转换成模拟信号进行显示。
数字示波器具有高精度、高灵敏度、大带宽等优点，广泛应用于电子、通信、医疗等领域。
希望通过本文的介绍，可以让大家对数字示波器的工作原理有一个更加清晰的认识。
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5． 读出速度
读出速度是指将存储的数据从存储器中读出的速度，常用(时间)/div表示。 其中，时间等于屏幕中每格内对应的存储容量×读脉冲周期。
◆ 可以无闪烁地观察频率很低的信号，这是模拟示波器无能为力的。 ◆ 对于观测频率很高的信号来说，模拟示波器必须选择带宽很高的阴 极射线示波管，这就使造价上升，并且显示精度和稳定性都较低。而数字存 储示波器采用了一个固定的相对较低的速率显示，从而可以使用低带宽、高 分辨率、高可靠性而低造价的光栅扫描式示波管，这就从根本上解决了上述 问题。若采用彩色显示,还可以很好地分辨各种信息.
3． 分辨率
分辨率用于反映存储信号波形细节的综合特性。
分辨率包括垂直分辨率和水平分辨率。垂直分辨率与 A/D 转换器的分辨 率相对应，常以屏幕每格的分级数 (级/div) 表示。水平分辨率由存储器的容 量来决定，常以屏幕每格含多少个取样点（点/div
示波管屏幕坐标的刻度一般为 8×10 div。若示波器采用8位 A/D 转换器
(256级)，则其垂直分辨率为32级/div，用百分数表示为 1/256≈0.39％。若采
用容量为1KB的存储器，则水平分辨率为 1 024/10≈100 点/div，或用百分数
表示为 1/1 024≈0.1％。
数字示波器原理分析
4． 存储容量
存储容量又称记录长度，用记录一帧波形数据占有的存储容量来表示， 常以字（word）为单位。存储容量与水平分辨率在数值上互为倒数关系。
(4) 测量精度高。模拟示波器水平精度由锯齿波的线性度决定，故很难 实现较高的时间精度，一般限制在3%～5%。而数字存储示波器由于使用晶 振作高稳定时钟，有很高的测时精度。采用多位A/D转换器也使幅度测量精 度大大提高。尤其是能够自动测量直接读数，有效地克服示波管对测量精度 的影响，使大多数的数字存储示数波字示器波的器原测理量分精析 度优于1%。
8.1 概述 8.2 数字存储示波器的原理分析 8.3 数字存储示波器的设计
数字示波器原理分析
8.1 概述
8.1.1 数字存储示波器的组成原理 典型的数字存储示波器原理框图如图所示
数字示波器原理分析
8.1.2 数字存储示波器的主要技术指标
1． 最大取样速率 fmax
定义：单位时间内完成的完整 A／D 转换的最高次数。 最大取样速率主要由 A／D转换器的最高转换速率来决定。 最大取样速 率愈高，仪器捕捉信号的能力愈强。
数字示波器原理分析
(2) 数字存储示波器能长时间地保存信号。这种特性对观察单次出现的瞬 变信号尤为有利。
有些信号，如单次冲击波、放电现象等都是在短暂的一瞬间产生，在示 波器的屏幕上一闪而过，很难观察。数字存储示波器问世以前，屏幕照相是 “存储”波形采取的主要方法。数字存储示波器把波形以数字方式存储起来，
很显然，数字示波器最大取样速率fmax与示波器最快扫描速度相对应。 若该数字示波器最快扫描速度为数1字0示0波μs器/原di理v，分析则其fmax为1GHz
2． 存储带宽
存储带宽与取样速率密切相关。根据取样定理，如果取样速率大于或等 于信号最高频率分量的2倍，便可重现原信号波形。实际上，在数字存储示波 器的设计中，为保证显示波形的分辨率，往往要求增加更多的取样点， 一般 一个周期取4～10点。
数字存储示波器也有它的局限性，例如，由于受 A/D转换 器最大转换速率等因素的影响，数字存储示波器目前还不能用 于观测频率较高的信号。
第8章 数字存储示波器
数字存储示波器是20世纪７０年代初发展起来的一种新型 示波器。这种类型的示波器可以方便地实现对模拟信号波形进 行长期存储并能利用机内微处理器系统对存储的信号做进一步 的处理，例如对被测波形的频率、幅值、前后沿时间、平均值 等参数的自动测量以及多种复杂的处理。数字存储示波器的出 现使传统示波器的功能发生了重大变革。
(3) 具有先进的触发功能。数字存储示波器不仅能显示触发后的信号，而 且能显示触发前的信号，并且可以任意选择超前或滞后的时间，这对材料强 度、地震研究、生物机能实验提供了有利的工具。除此之外，数字存储示波 器还可以向用户提供边缘触发、组合触发、状态触发、延迟触发等多种方式， 来实现多种触发功能，方便、准确地对电信号进行分析。
数字存储示波器在某个测量时刻的实际取样速率可根据示波器当时设定 的扫描时间因数（t/div）推算。其推算公式为
f N t / div
（8.1）
式中 N ——每格的取样数；
t/div——扫描时间因数，扫描一格所占用的时间。亦称扫描速度，
例如， 若某数字示波器的扫描时间因数设定为10μs/div， 每格取样数为 100点，则此时的取样速率等于10MHz。
(5) 具有很强的处理能力，这是由于数字存储示波器内含微处理器， 因 而能自动实现多种波形参数的测量与显示，例如上升时间、下降时间、脉宽、
取平均值、取上下限值、频谱分析以及对两波形进行加、减、乘等运算处理。 同时还能使仪器具有许多自动操作功能，例如自检与自校等功能，使仪器使 用很方便。
(6) 具有数字信号的输入/输出功能， 所以可以很方便地将存储的数据送 到计算机或其他外部设备,进行更复杂的数据运算或分析处理。同时还可以通 过GP－IB 接口与计算机一起构成强有力的自动测试系统。
使用时，示波器应根据显示器、记录装置或打印机等对速度的不同要求， 选择不同的读出速度。
数字示波器原理分析
8.1.2 数字存储示波器的主要技术指标
数字存储示波器与模拟示波器相比较有下述几个特点。
(1) 数字存储示波器在存储工作阶段，对快速信号采用较高的速率进 行取样与存储，对慢速信号采用较低速率进行取样与存储，但在显示工作阶 段，其读出速度采取了一个固定的速率，不受取样速率的限制，因而可以获 得清晰而稳定的波形。