(整理)数字存储示波器的原理及使用
数字存储示波器 实验报告
数字存储示波器实验报告数字存储示波器实验报告引言：数字存储示波器是现代电子测量领域中常见的一种仪器。
它通过将模拟信号转换为数字信号，并进行存储和处理，能够更准确地显示和分析电路中的信号波形。
本实验旨在通过使用数字存储示波器，对不同信号的波形进行观测和分析，并探究其在电子实验中的应用。
一、实验原理：数字存储示波器的工作原理主要包括信号采样、信号转换和信号显示三个过程。
首先，示波器通过采样装置对模拟信号进行采样，将其转换为离散的数字信号。
然后，通过模数转换器将离散的信号转换为数字信号，并将其存储在示波器的存储器中。
最后，示波器通过显示器将存储的数字信号转换为波形图形进行显示。
二、实验步骤：1. 连接电路：将待测的电路与示波器进行连接，确保信号源与示波器的输入端正确连接。
2. 设置示波器参数：根据待测信号的特点，设置示波器的采样频率、触发方式和时间基准等参数。
3. 开始测量：打开示波器电源，观察显示屏上的波形图形，并对波形进行分析和测量。
4. 调整参数：根据需要，调整示波器的参数，如水平和垂直灵敏度、触发电平等，以获得更清晰和准确的波形图形。
5. 结束实验：关闭示波器电源，断开电路连接，整理实验器材。
三、实验结果：通过实验，我们得到了多个不同信号的波形图形，并进行了分析和测量。
以下是实验中得到的一些典型结果：1. 正弦波信号：我们首先对一个正弦波信号进行观测。
通过示波器的显示，我们可以清晰地看到波形的周期、幅度和相位等特征。
通过测量，我们还可以得到波形的频率和峰峰值等具体数值。
2. 方波信号：接下来，我们对一个方波信号进行观测。
方波信号具有明显的上升沿和下降沿，通过示波器的显示，我们可以观察到方波的占空比和频率等信息。
同时，我们还可以通过示波器的测量功能，得到方波的上升时间和下降时间等参数。
3. 脉冲信号：最后，我们对一个脉冲信号进行观测。
脉冲信号具有较短的脉宽和较高的幅度，通过示波器的显示，我们可以观察到脉冲信号的上升时间、下降时间和脉宽等特征。
数字存储示波器实验报告
数字存储示波器实验报告实验目的：1. 学习数字存储示波器的基本原理和使用方法。
2. 掌握数字存储示波器测量和显示波形的方法。
3. 理解数字存储示波器与模拟示波器的区别。
实验原理：数字存储示波器可以将模拟信号转换为数字信号，并通过数字方式存储和显示波形。
数字存储示波器使用的是采样信号方式，即每隔一段时间采集一次波形信号，将其转换成数字信号后保存在存储器中。
用户可以通过控制数字存储示波器的触发条件，来实现对特定波形的捕获和显示。
数字存储示波器与模拟示波器相比，具有很多优点。
例如，数字存储示波器可以使用自动测量功能，快速测量各种参数（如频率、周期、峰值等），并提供精确的数值结果。
数字存储示波器还可以捕获稀疏信号和故障信号，以及存储和重放波形，方便分析和调试。
实验步骤:1.将数字存储示波器接通电源，并将信号源与示波器连接。
调整信号源输出电压，并选择示波器的输入通道和延时/触发模式。
2.触发示波器并捕获波形。
通过控制示波器的触发条件和触发电平，调整示波器的采样时间和位置，以捕获特定波形的全部信息。
在捕获到波形后，用户可以对其进行保存和重放，也可以对波形进行缩放和移动，以便于更好地观察和分析。
3.测量波形的主要参数。
示波器可以通过内置的自动测量功能，对波形的主要参数（如峰-峰值、频率、周期、占空比等）进行快速测量。
用户还可以手动测量波形的特定参数，获得更加准确和具体的结果。
实验结果:通过本次实验，我们学会了数字存储示波器的基本原理和使用方法，并掌握了数字存储示波器测量和显示波形的方法。
我们还理解了数字存储示波器与模拟示波器的区别，并比较了它们的优缺点。
同时，通过实验数据的处理和分析，我们得到了电路波形的主要参数，并可以据此对电路性能进行分析和优化。
这对我们日后的电路设计和调试都非常有帮助。
数字示波器的原理和使用
数字示波器的原理和使用
数字示波器（Digital Oscilloscope）是用于检测和显示电压信
号的一种仪器。
它通过采集电压信号，并将其转换为数字信号进行处理和显示。
数字示波器的工作原理如下：首先，它使用一对输入探头将待测电压信号引入示波器。
探头将电压信号转换为与示波器输入电路兼容的信号。
然后，信号经过模拟前端电路进行滤波和放大。
接着，模拟信号被采样并转换为数字信号，即通过模数转换器（ADC）将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
数
字信号表示的幅值被存储在内存中。
示波器的显示部分会读取内存中存储的数字信息，并将其转换为图形显示。
通常，示波器的显示屏幕会绘制出与时间相关的波形图像，包括电压的幅值和随时间变化的动态。
示波器还可以通过调整时间基准和垂直缩放等功能来提供更详细的波形显示。
为了获得更精确的测量结果，示波器还可以提供各种触发功能。
触发功能通过设置特定的触发条件，使示波器能够在特定事件发生时进行采样和显示。
触发条件通常是基于电压水平、边沿或脉冲宽度等参数设置的。
使用数字示波器时，首先需要正确连接电路进行测量，并选择合适的电压和时间基准来显示所需的信号。
然后，通过调整垂直和水平缩放，可以调整波形图像的幅值和时间范围。
如果需要，还可以使用触发功能来稳定波形显示。
数字示波器的使用范围广泛，可用于电子设备的开发、维修和故障排查等方面。
它可以帮助工程师们准确测量和分析电路中的电压信号，从而确保电子设备的正常运行。
数字存储示波器工作原理 示波器工作原理
数字存储示波器工作原理示波器工作原理数字存储示波器是2023年泰克公司针对中国市场推出的具备更多功能和更多性能的入门机型，截止2023年6月，TDS数字存储示波器系列凭借其在数字实时采样方面的性能表现，加上所具备的多样的分析功能和简洁直观的操作获得"全球zui受欢迎的示波器"称号，更累积销量达到15万台。
数字存储示波器定义数字存储示波器（Digital Storage oscilloscopes—DSO），所谓数字存储就是在示波器中以数字编码的形式来储存信号。
一般具有以下数字存储示波器特点：1.可以显示大量的预触发信息2.可以通过使用光标和不使用光标的方法进行全自动测量3.可以长期存储波形4.可以将波形传送到计算机进行储存或供进一步的分析之用5.可以在打印机或绘图仪上制作硬考贝以供编制文件之用6.可以把新采集的波形和操作人员手工或示波器全自动采集的参考波形进行比较7.可以按通过/不通过的原则进行判定8.波形信息可以用数学方法进行处理数字存储示波器工作原理数字存储示波器有别于一般的模拟示波器，它是将采集到的模拟电压信号转换为数字信号，由内部微机进行分析、处理、存储、显示或打印等操作。
这类示波器通常具有程控和遥控本领，通过GPIB接口还可将数据传输到计算机等外部设备进行分析处理。
其工作过程一般分为存储和显示两个阶段，在存储阶段，首先对被测模拟信号进行采样和量化，经A/D转换器转换成数字信号后，依次存入RAM中，当采样频率充分高时，就可以实现信号的不失真存储。
当需要察看这些信息时，只要以合适的频率把这些信息从存储器RAM中按原次序取出，经D/A转换和LPE滤波后送至示波器就可以察看的还原后的波形。
一般模拟示波器 CRT 上的 P31 荧光物质的余辉时间小于 1ms。
在有些情况下，使用 P7 荧光物质的 CRT 能给出大约 300ms 的余辉时间。
只要有信号照射荧光物质，CRT 就将不断显示信号波形。
数字示波器的原理与应用
数字示波器的原理与应用一、简介数字示波器（Digital Oscilloscope）是一种基于数字信号处理技术的电子测量仪器，广泛应用于电子、通信、医疗等领域。
它能够对电信号进行精确的采样和测量，并以波形图的形式展示出来。
数字示波器不仅能够替代传统的模拟示波器，还具有更高的测量精度、更多的功能选项和更方便的数据处理能力。
二、数字示波器的原理数字示波器原理主要涉及到以下几个方面：1. 信号采样数字示波器通过模拟信号的采样来获取信号波形数据。
它使用一个或多个模拟到数字转换器（Analog-to-Digital Converter，ADC）将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
这些数字信号可以被数字处理器进一步处理和显示。
2. 存储与处理数字示波器将采样得到的波形数据存储在内部的存储器中，并对这些数据进行进一步的处理。
它可以对信号进行多种算法的处理，如FFT变换、滤波、数学运算等，以满足不同应用场景的需求。
3. 显示与操作数字示波器将处理后的波形数据以图像的形式展示出来，供用户进行观察和分析。
用户可以通过操作示波器上的按钮、旋钮或者通过计算机远程控制来选择不同的测量参数，调整显示范围和触发条件等。
三、数字示波器的应用数字示波器广泛应用于各个领域，以下列举其中几个典型的应用场景：1. 电子设备测试数字示波器可以用于对电子设备进行各种测试和分析。
例如，可以用它来测量电路的频率、幅值、相位、变化率等参数。
它还可以用于故障诊断，帮助工程师找出电路中的问题，并进行修复。
数字示波器具有较高的测量精度和刷新率，能够对信号进行细致的观察和分析。
2. 通信系统调试数字示波器在通信系统的调试中起着重要的作用。
它可以用于观察和分析各种信号的波形，如音频信号、视频信号、射频信号等。
通过对信号的观察和分析，可以找出系统中存在的问题，并进行优化和调整。
数字示波器可以方便地对不同通信信号进行采集和显示，提高了调试的效率。
3. 医学诊断数字示波器在医学诊断中也有广泛的应用。
数字存储示波器的基本原理
数字存储示波器的基本原理数字存储示波器是一种电子测试仪器，它用于测量电信号的电压随时间变化的情况。
与模拟示波器相比，数字示波器具有更高的分辨率，更高的测量精度和更广的测量范围。
数字存储示波器的基本原理是将输入信号转换为数字信号进行处理和显示。
它包括三个主要组成部分：输入部分，信号处理部分和显示部分。
输入部分输入部分是数字存储示波器的首要部分，它包括测量输入信号的通道和信号采样系统。
通道的作用是测量输入信号并将其转换为电压信号，传输到信号采样系统进行数字化处理。
数字存储示波器通常具有多个通道以便于同时测量不同的信号。
信号采样系统的作用是将输入信号转换为数字信号进行处理。
数字存储示波器采用模拟-数字转换器（ADC）将输入信号转换为数字信号，然后将其存储在内存中，以便后续处理和显示。
信号处理部分信号处理部分的作用是对采集到的信号进行处理以提取有用的信息。
它通常包括信号预处理、信号分析和信号处理。
信号预处理的作用是对输入信号进行滤波和放大以提高信噪比并增强信号。
数字存储示波器通常具有多种滤波器，可根据不同的应用需求进行选择。
信号分析的作用是对输入信号进行分析以检测信号的特征。
数字存储示波器通常配有多种分析工具，如频谱分析、升降沿时间、周期计数和电压幅度测量等等。
信号处理的作用是对输入信号进行数字处理以产生有用的结果。
数字存储示波器通常具有多种处理算法，如傅里叶变换、微分和积分等等。
显示部分显示部分的作用是将处理后的信号显示在屏幕上以供用户观察和记录。
数字存储示波器通常具有高分辨率的液晶显示器，可以轻松地显示曲线图形、数据表格、统计图表和波形储存等等。
总之，数字存储示波器是一种基于数字信号处理技术的高精度测量仪器。
它具有广泛的用途，在电子工程、通信工程、计算机工程等领域都有应用。
数字存储示波器
二、数字存储示波器的原理分析
3、波形的显示
1） 存储显示 CPU 控制方式：
将存储器中的数据 按地址顺序取出，送到 D/A转换器转换，还原 为模拟量送至Y轴；与 此同时，将地址按同样 顺序送出，经D/A转换 器转换为阶梯波送至X轴。 这样就能把被测波形显示在CRT屏幕上。
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二、数字存储示波器的原理分析
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一、 概述
2、数字存储示波器的主要技术指标 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。 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。
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一、 概述
2、数字存储示波器的主要技术指标
数字存储示波器特点：
(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。 ◆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.
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二、数字存储示波器的原理分析
1、实时取样方式的采集原理
2）A/D转换
若把an中的每一个离散模拟量进行A/D转换， 就可以得到相应的数字量。 如果把这些数字量按序存放在存储器中， 就 相当于把一幅模拟波形以数字量的形式存储起来。 A/D转换器是波形采集的关键部件。它决定了 示波器的最大取样速率、存储带宽以及垂直分辨 率等多项指标。
物理实验数字示波器
实验13 数字存储示波器实验目的1．了解示波器的基本工作原理和结构；2．学习示波器的基本使用方法；3．学习使用示波器测量正弦波信号的电压和周期；4．学习使用示波器观察李萨如图形。
实验仪器GDS2062数字存储示波器、F05A型数字信号发生器等实验原理1．数字存储示波器的基本原理数字存储示波器（简称数字示波器）与模拟示波器的结构完全不同，它是以微处理器系统（CPU）为核心，再配以数据采集系统、显示系统、时基电路、面板控制电路、存储器及外接控制器等组成。
其简单工作原理见图。
输入的模拟信号首先经垂直增益电路进行放大或衰减变成适于数据采集的模拟信号,随后的数据采集是将连续的模拟信号通过取样保持电路离散化,经A/D变换器变成二进制数码,再将其存入存储器中,采集是在时基电路的控制下进行的,采集的速率可通过“秒/格”旋钮来控制。
采集到的是一串数据流(二进制编码信息),在CPU的控制下依次写入随机存储器中,这些数据就是数字化的波形数据,CPU再不断地将这些数据以定速依次读出,通过显示电路将其还原成连续的模拟信号,使其在显示器上显示出来,屏幕在显示波形的同时,还通过微处理器对采集到的波形数据进行各种运算和分析,并将结果在显示器的适当位置上数字显示出来。
面板上的按钮和旋钮的功能设置都可直接在显示器上数字显示,数字示波器还有RS-232、GPIB等标准通信接口,可根据需要将波形数据送到计算机作更进一步的处理或送打印机打印记录。
2．GDS2062数字存储示波器基本操作图13-1 数字示波器的工作原理图A区：功能控制打开示波器后面的电源开关，按ON/键，示波器通电自检，按AUTOSET 键，示波器自动显示合适的波形。
（1）垂直控制区的操作 通道选择：按下CH1，黄色指示灯亮，示波器显示黄色线为CH1通道信号，按“AUTOSET ”键，示波器自动显示合适的波形。
同样按下CH2，蓝色指示灯亮，示波器显示蓝色线为CH2通道信号。
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数字存储示波器的原理及使用
示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。
它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象，便于人们研究各种电现象的变化过程。
目前大量使用的示波器有两种：模拟示波器和数字示波器。
模拟示波器发展较早，技术也非常成熟，其优点主要是带宽宽、成本低。
但是随着数字技术的飞速发展，数字示波器拥有了许多模拟示波器不具备的优点：不仅具有可存储波形、体积小、功耗低，使用方便等优点，而且还具有强大的信号实时处理分析功能；具有输入输出功能，可以与计算机或其他外设相连实现更复杂的数据运算或分析。
随着相关技术的进一步发展，数字示波器的频率范围也越来越高了，其使用范围将更为广泛因此，学习数字示波器的使用具有重要的意义。
实验目的
1. 了解数字示波器的工作原理；
2. 掌握数字示波器的使用方法；
3. 会用数字示波器测量未知信号的参数。
实验原理
数字存储示波器与模拟示波器不同在于信号进入示波器后立刻通过高速A/D转换器将模拟信号前端快速采样，存储其数字化信号。
并利用数字信号处理技术对所存储的数据进行实时快速处理，得到信号的波形及其参数，并由示波器显示，从而实现模拟示波器功能。
而且测量精度高，还可以存储和调用显示特定时刻信号。
一个典型的数字存储示波器原理框图如图1所示，模拟输入信号先适当地放大或衰减，然后再进行数字化处理。
数字化包括“取样”和“量化”两个过程，取样是获得模拟输入信号的离散值，而量化则是使每个取样的离散值经A/D转换成二进制数字，最后，数字化的信号在逻辑控制电路的控制下依次写入到RAM（存储器）中，CPU从存储器中依次把数字信号读出并在显示屏上显示相应的信号波形。
GPIB为通用接口总线系统，通过它可以程控数字存储示波器的工作状态，并且使内部存储器和外部存储器交换数据成为可能。
由此可见，数字示波器必须要完成波形的取样、存储和波形的显示，另外为了满足一般应用的需求，几乎所有微机化的数字示波器都提供了波形的测量与处理功能。
1. 波形的取样和存储
由于数字系统只能处理离散信号，所以必须对模拟连续波形先进行抽样，再进行A/D 转换。
根据Nyquist定理，只有抽样频率大于要处理信号频率的两倍时，才能在显示端理想地复现该信号。
由此可见，数字示波器必须要完成波形的取样、存储和波形的显示，另外为了满足一般应用的需求，几乎所有微机化的数字示波器都提供了波形的测量与处理功能。
连续信号离散化通过如图2所示的取样方法完成，把模拟波形送到加有反偏的取样门的a 点，在c 点加入等间隔的取样脉冲，则对应时间t n (n =1,2,3,…)，取样脉冲打开取样门的一瞬间，在b 点就得到相应的模拟量a n (n =1,2,3,…)，这个模拟量就是离散化了的模拟量，把每一个模拟量进行A/D 转换，就可以得到相应的数字量，如a 1→A/D →01H ；a 2→A/D →02H ；a 3→A/D →03H ……。
如果把这些数字量按序存放在存储器中就相当于把一幅模拟波形以数字量存储起来。
图1典型数字存储示波器原理框图
图2 连续模拟波形的离散化 图3双踪显示的存储方式
2.波形的显示
数字存储示波器必须把上面存储器中的波形显示出来以便用户进行观察、处理和测量。
存储器中每个单元存储了一个抽样点的信息，在显示屏上显示为一个点，该点Y 方向的坐标值决定于数字信号值的大小、示波器Y 方向电压灵敏度设定值、Y 方向整体偏移量，X 方向的坐标值决定于数字信号值在存储器中的位置（即地址）、示波器X 方向电压灵敏度的设定值、X 方向的整体偏移量。
为了适应对不同波形的观测、智能化的数字存储器有多种灵活的显示方式：存储显示、双踪显示、插值显示、流动显示等。
存储显示是示波器最基本的显示方式。
它显示的波形是由一次触发捕捉到的信号片断，即制下稳定地显示在CRT上。
存储显示还有；连续捕捉显示和单次捕捉显示之分，在连续捕捉显示方式下,每满足一次触发条件，屏幕上原来的波形就被新存储的波形更新，而单次捕捉显示只保存并显示一次触发形成的波形。
如果需要显示两个电压波形并保持两个波形在时间上的原有对应关系，可采用交替存储技术以达到双踪显示。
这种交替存储技术利用存储器写地址的最低位A0来控制通道开关，使取样和A/D转换轮流对两通道输入信号进行取样和转换，其存储方式如图3所示，当A0为1时，对通道1的信号Y1进行采样和转换，并写入技术存储器单元中，读出时，先读偶数地址，再读奇数地址，Y1和Y2信号便在CRT上交替显示。
示波器屏幕显示的波形由一些密集的点构成，当被观察的信号在一周期内采样点数较少时会引起视觉上的混淆现象，如图4左图所示的正弦波形就很难辨认，一般认为当采样频率低于被测信号频率的2.5倍时，点显示就会造成视觉混淆，为了有效地克服视觉的混淆现象，同时又不降低带宽指标，数字滤波器往往采用插值显示，即在波形上两个测试点数据间进行估值。
估值方式通常有矢量插值法和正弦插值法两种，矢量插值法是用斜率不同的直线段来连接相邻的点，当被测信号频率为采样频率的1/10以下时，采用矢量插值可以得到满意的效果；正弦插值法是以正弦规律用曲线连接各数据点的显示方式，它能显示频率为采样频率的1/2.5以下的被测波形，其能力已接近奈奎斯特极限频率。
图4 波形的插值显示
3. 信号的触发
为了实时稳定地显示信号波形，示波器必须重复地从存储器中读取数据并显示。
为使每次显示的曲线和前一次重合，必须采用触发技术。
信号的触发也叫整部或同步，一般的触发方式为：输入信号经衰减放大后分送至A/D转换器的同时也分送至触发电路，触发电路根据一定的触发条件（如信号电压达到某值并处于上升沿）产生触发信号，控制电路一旦接收到来自触发电路的触发信号，就启动一次数据采集与RAM写入循环。
触发决定了示波器何时开始采集数据和显示波形，一旦触发被正确设定，它可以把不稳定的显示或黑屏转换成有意义的波形。
示波器在开始收集数据时，先收集足够的数据用来在触发点的左方画出波形。
示波器在等待触发条件发生的同时连续地采集数据。
当检测到触发后，示波器连续地采集足够的数据以在触发点的右方画出波形。
触发可以从多种信源得到，如输入通道、市电、外部触发等。
常见的触发类型有边沿触发和视频触发；常见的触发方式有自动触发、正常触发和单次触发。
实验内容
1. 熟悉数字存储示波器及多功能函数信号发生器各旋钮、各按键的功能；
2. 观察多功能函数信号发生器输出的锯齿波、正弦波、方波信号，在显示屏上显示一个正弦波并读出其频率和幅值，并求出相对误差E (r )。
3. 利用李萨如图形测频率。
在menu 菜单中设置X-Y 模式，将DG1022型函数发生器一路主信号输出（MAIN ）的正弦波频率调整到约1kHz ，作为已知的f x 输入到CH1通道；将其另一路信号作为未知的f y 信号输入到CH2通道。
分别利用n x /n y =1 ，2 ，3 ，3/2的李萨如图形，测量计算频率f y 值；
4. 验证f y /f x =n x /n y 关系式的成立。
附注：示波器利用李萨如图形测频率原理：
如果将X 轴的锯齿波扫描电压去掉，换接入正弦电压，那么在X 、Y 两个都是简谐振动的共同作用下，电子束运动所形成的亮点轨迹就是李萨如图形。
李萨如图形与Y 轴方向和X 轴方向的切点数目与f y 和f x 有如下简单的关系：
y
x x y f n f n
所以通过数出李萨如图上的n x 、n y ，若f x 已知便可求得f y ，反之亦然。
f y /f x =n x /n y =2/1李萨如图形形成原理图
y x f f =图形与X 轴的切点数图形与Y 轴的切点数
11y x f f = 12=x y f f 31y x f f = 32y x f f =。