数字存储示波器的原理及使用

《数字存储示波器的原理及使用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、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

2、，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

3、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

4、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点，在点加入等间隔的取样脉

5、冲，则对应时间tn(n=1,2,3,…)，取样脉冲打开取样门的一瞬间，在点就得到相应的模拟量an(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a1→A/D→01H；a2→A/D→02H；a3→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。CPU控制地址输入放大与衰减显示存储器取样与A/D转换外触发GPIB逻辑控制电路触发电路图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

6、.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

7、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

8、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