数字示波器原理及使用

数字示波器的原理及使用

【摘要】示波器就是以直角坐标为参数系,以时间扫描为时基两维地显示物理量——电量瞬时变化的仪器,它不但能观测低频信号(包括单次信号),同时也能观测高频信号与快速脉冲信号 ,并能对其表征的参量进行分析与测量。随着数字集成电路技术的发展而出现的数字存储示波器,不但能对波形进行显示,还能对波形进行存储、分析、计算,并能组成自动测试系统,使之成为了电子测量领域的基础测试仪器之一。

关键词:示波器,信号,数字集成电路,数字存储

【Abstract】Oscilloscope is an instrument that can display electrical signals in rectangular coordinates system based on amplitude and time、It can not only observe the low-frequency signal (including single signal), but also the high-frequency signal and pulse signal, and parameters on the characterization of the analysis and measurement、The digital storage oscilloscope was invented with the development of digital integrated circuit technology, which can not only display the waveform but also can store, analysis, calculate the Parameters of the signal and can form an automatic testing system、The digital storage oscilloscope have become one of the basic testing instrument for electronic measurement 、

Keywords: oscilloscope,signal,digital integrated circuit, digital storage oscilloscope

1、前言

随着数字集成电路技术的发展,数字式示波器的出现以其存储波形及多种信号分析、计算、处理等优良的性能逐步取代模拟示波器。与模拟示波器相比,数字示波器可以实现高带宽及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。

2、数字示波器的基本原理

2、1数字存储示波器的组成原理

典型的数字示波器原理框图如图2、1所示,它分为实时与存储两种工作状态,当其以实时状态工作时,其电路组成原理与模拟示波器相同。当其以存储状态工作时,它的工作过程一般分为存储与显示两个阶段,在存储工作阶段,模拟输入信号先经过适当的放大或衰减,然后经过采样与量化两个过程的数字化处理,将模拟信号转化成数字信号后,在逻辑控制电路的控制下将数字信号写入到存储器中。量化过程就就是将采样获得的离散值通过 A/D转换器转换成二进制数字。采样,量化及写入过程都就是在同一时钟频率下进行的。在显示工作阶段,将数字信号从存储器中读出来,并经D/A转换器转换成模拟信号,经垂直放大器放大加到CRT 的Y偏转板。与此同时,CPU的读地址计数脉冲加之D/A转换器,得到一个阶梯波的扫描电压,加到水平放大器放大,驱动CRT的X偏转板,从而实现在CRT上以稠密的光点包络重现模拟信号。

图2、1数字示波器原理框图

3、数字存储示波器的工作方式

3、1触发工作方式

数字存储示波器的触发方式包括常态触发与预置触发两种方式

常态触发就是在存储工作方式下自动形成的,同模拟示波器基本一样,可通过面板设置触发电平的幅度与极性,触发点可处于复现波形的任何位置及存储波形的末端,触发点位置通常用加亮的亮点来表示。

预置触发即延迟触发,就是人为设置触发点在复现波形上的位置,它就是在进行预置之后通过微处理器的控制与计算功能来实现的。由于触发点位置的不同,可以观测到触发点前后不同区段上的波形,这就是因为数字存储示波器的触发点只就是一个存储的参考点,而不一定就是取样,存储的第一点。预置触发对显示数据的选择带来了很大的灵活性。

3、2测量与计算工作方式

数字存储示波器对波形参数的测量分为自动测量与手动测量两种。一般参数的测量为自动测量,及示波器自动完成测量工作,并将测量结果以数字的形式显示在荧光屏上,特殊值的测量使用手动光标进行测量,即光标测量。光标测量指的就是在荧光屏上设置两条水平光标线与两条垂直光标线,这四条光标线可在面板的控制下移动,光标与波形的交点,对应于信号存储器中的相应的数据。测量时,示波器在测量程序控制下,根据光标的位置来完成测量,并将测量结果以数字形式显示在荧光屏上。

3、3面板按键操作方式

数字存储示波器的面板按键分为执行键与菜单键两种,按下执行键后,示波器立即执行该项操作。当按下菜单键时,屏幕下方显示一排菜单,屏幕有方则显示对应菜单的子菜单,然后按子菜单下所对应的软键执行相应的操作。

4、结束语

数字存储示波器与模拟示波器相比具有如下优点:

(1)波形存储与波形显示互不干扰,对速率不同的信号可以以不同速率进行取样与存储,但在显示工作阶段,其读出速度可以采用一个固定的速率,不受采样速率的限制,因而可以清晰而稳定的获得波形,可以无闪烁的观测被测极慢变化信号。

(2)先进的触发功能,可以显示触发前后的信号并且可以任意选择超前或滞后的时间。除此以外,还可以提供边缘触发,组合触发,状态触发,延迟触发等多种方式。

(3)很强的数据处理能力,由于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,峰峰值等参数的测量与显示,除此之外还可以对两波形进行加减乘除等多种复杂的运算处理。

(4)具有外部数据通信接口,可以很方便的将存储的数据送到计算机或其她的外部设备,进行更复杂的数据运算与分析处理。