《电子测量技术》实验一范文

实验一数字存储示波器的使用

一、实验目的

1、熟悉数字存储示波器的工作原理；

2、掌握数字存储示波器的使用方法。

二、实验原理

1．数字存储示波器的组成原理

数字示波器将输入信号数字化（时域取样和幅度量化）后，经由D/A转换器再重建波形。数字示波器具有记忆、存贮被观察信号功能，又称为数字存贮示波器。

当处于存储工作模式时，其工作过程一般分为存储和显示两个阶段。在存储工作阶段将模拟信号转换成数字化信号，在逻辑控制电路的控制下依次写入到RAM中。

在显示工作阶段，将数字信号从存储器中读出转换成模拟信号，经垂直放大器放大加到CRT的Y偏转板。同时，CPU的读地址计数脉冲加至D/A转换器，得到一个阶梯波扫描电压，驱动CRT的X偏转板，如图2.1所示。

图2.1 数字存储示波器的组成原理图

2．数字存储示波器的工作方式

（1）数字存储器的功能

随机存储器RAM包括信号数据存储器、参考波形存储器、测量数据存储器和显示缓冲存储器四种。

（2）触发工作方式

1）常态触发 —同模拟示波器基本一样。

2）预置触发 —可观测触发点前后不同段落上的波形。

（3）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和手动测量两种。一般参数的测量为自

动测量，特殊值的测量使用手动光标进行测量。 （4）面板按键操作方式

数字存储示波器的面板按键分为立即执行键和菜单键两种。

3．数字存储示波器的显示方式 （1）存储显示

——适于一般信号的观测。 （2）抹迹显示

——适于观测一长串波形中在一定条件下才会发生的瞬态信号。 （3）卷动显示

——适于观测缓变信号中随机出现的突发信号。 （4）放大显示

——适于观测信号波形细节。 （5）X —Y 显示

图2.2 数字存储示波器的显示方式

（6）显示的内插

插入技术可以解决点显示中视觉错误的问题。 主要有线性插入和曲线插入两种方式。 4. 实时采样和等效时间采样

在现在为止我们所介绍的波形数字化方法称为实时采样，这时所有的采样点都是按照一个固定的次序来采集的，这个波形采样的次序和采样点在示波器屏幕上出现的次序是相同的，只要一个触发事件就可以启动全部的采样动作。如图2.3所示。

(a) 卷动显示

(b) 放大显示

-

3 -

采样时刻

12345678

图2.3 实时采样

在很多应有场合，实时采样方式所提供的时间分辨率仍然不能满足工作的要求，在这些应用场合中，要观查的信号常常是重复性的，即相同的信号图形按有规则的时间间隔重复的出现。

对于这些信号来说，示波器可以从若干个连续信号周期中采集到的多组采样点来构成波形，第一组新的采样点都是由一个新的触发事件来启动采集的。这成为等效时间采样，在这种模式下，一个触发事件到来以后，示波器就采集信号波形的一部分，例如，采集五个采样点并将它们存入存储器，另一个触发事件则用来采集另外五个采样点并将其存贮在同一存储器的不同位置，如此进行下去经过若干次触发事件以后，存储器内存贮足够的采样点，就可以在屏幕上重建一个完整的波形，等效时间采样使得示波器在高时基设置值之下给出很高的时间分离率，这样一来就好像示波器具有了比实际采样速率要高很多的一个虚拟采样速率或称等效时间采样速率。

图2.4 顺序等效时间采样

等效时间采样的方法采用从重复性信号的不同的周期取得采样点来重建这个重复性信号的波形，这样就提高了示波器时间的分辨率。 5. 峰值检测和平均值检测

我们知道，DSO在特定时刻对输入信号进行采样，如本章开头所述，采样点之间的时间间隔取决于时基设置。如果毛刺的宽度比示波器的示波器分辨率还要小，那么能否捕捉到毛刺就看运气如何了。为了能够捕捉到毛刺，我们的方法就是峰值检测或毛刺捕捉。

采用峰值检测的方法时，示波器将对信号波形的幅度连续地进行监测，并由正负峰值检测器将信号的峰值幅度暂时存储起来。当示波器要显示采样点的时候，示波器就将正或负峰值检测器保存的峰值进行数字化，并将该峰值检测器清零。这样在示波器上就用检测到的信号的正、负峰值代替了原来的采样点数值。因此，峰值检测的方法能够帮助我们发现由于使用的采样速率过低而丢失的信号或者由于假象而引起失真的信号。峰值检测的方法对于捕捉调制信号，也是非常有用的。为了显示这类信号，必须将示波器的时基设置得和调制信号在频率相配合，而在这种信号中，调制信号的频率通常在音频范围但载波频率通常在455KHz 或者更高。在这种情况下，不使用毛刺捕捉功能，就不能正确地采集信号，而使用毛刺捕捉功能就可以看到类似模拟示波器所显示的波形。

示波器上的峰值检测功能是通过硬件（模拟）峰值检测器的方法或者快速采样的方法来实现的，模拟峰值检测器是一个专门的硬件电路，它以电容上电压的形式存储信号的峰值，这种缺点是速度比较慢，它通常只能存储宽度大于几个微秒且具有相当幅度的毛刺。

数字式峰值检测器围绕ADC而构成，这时ADC将以可能的最高采样速率连续对信号进行采样，然后将峰值存储在一个专门的存储器中，当要显示采样点的值时，存储的峰值就作为该时刻的采样值来使用。数字式峰值检测器的优点是其速度和数字化过程的速度一样快，示波器PM3394A就能够在很低的时基速率设置下，如1秒/格，以正确的幅度采集到窄至5ns的毛刺。

平均值检测则是示波器采集几个波形，将他们平均，然后显示最终波形。此模式可减少所显示信号中的随机或无关噪音。

三、实验设备

1．数字存储示波器DS5022ME 一台

2．函数信号发生器DG1022 一台

3．连接导线若干

四、实验步骤

1．自校正按下示波器电源开关按钮，将所有探头或导线与输入连接器断开。然后按“UTILITY”按钮，选择“自校正”，此时屏幕会显示自校正菜单。示波器进入自校正状态。注意示波器内部继电器的“滴答”声，表明示波器正在进行“自动调整”状态。