数字存储式示波器设计课件

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1、数字存储式示波器设计数字存储示波器是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。典型的数字存储示波器原理框图如图所示数字存储示波器的组成原理1.2数字存储示波器的主要技术指标(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

2、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。◆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.数字存储示波器与模拟示波器相比较有下述几个特点。(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

3、，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。(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波器的测量精度优于1%。(2)数字存储示波

4、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，因而操作方便，且其存储时间在理论上可以是无限长的。(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。(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

5、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、频率、峰峰值等参数的测量与显示。能对波形实现多种复杂的处理，例如取平均值、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。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。3数字存储示波器的设计3.1简易数字存储示波器的设计设计并制作一台用普通示波器显示被测波形的简易数字存储示波器，示意图如下：考虑到电子竞赛的特点，将示波器被测信号

6、的最高频率分量（存储带宽）限定在50kHz，其显示部分用模拟示波器（X－Y工作方式）来替代。8.3.1简易数字存储示波器的设计一、技术指标分析及总体方案的制定设计要求存储示波器具有单次触发功能，能对单次出现的信号进行测量，非实时的等效时间取样方式无能为力；另一方面，本题要求A/D转换器的最高转换速率仅为2MHz，因此，本设计选用实时取样方式。1.取样方式的选择本题要求示波器垂直分辨率为32级/div，而显示屏的垂直刻度为8div，因而要求A/D转换器能分辨32×8＝256级，应选择8位A/D转换器。本题要求示波器的最快扫描速度为20μs/div，水平分辨率为

7、20点/div，因而A/D转换器的最高转换速率应为1MHz。若考虑双踪输入情况，A/D转换器最高转换速率应选择在2MHz以上。根据上述分析，A/D转换器应选择最高转换速率为2MHz以上的8位A/D转换器，例如CA3308、TLC5510等。2.A/D转换器的选择8.3.1简易数字存储示波器的设计一、技术指标分析及总体方案的制定本题要求水平分辨率为20点/div，而显示屏水平刻度为10div，因而满屏扫描显示需20×10＝200点。考虑双踪示波功能，存储深度应增加到400点，若再考虑水平移动扩展显示功能的需要，可考虑选择容量为1KB以上的存储器。数字存储

8、示波器工作的一个重要特点是要求数据的写