实验指导书-现代时域测试(1)讲解

电子科技大学
实验指导书
《现代时域测试》实验1
-----数字存储示波器的使用和指标测试
一．实验目的
1.熟悉数字存储示波器基本工作原理
2.熟悉数字存储示波器的主要技术指标
3.熟练掌握数字示波器的使用方法
4.掌握相关指标的测试方法
二．实验内容
1.边沿、脉宽等触发类型的使用
2.触发释抑功能的使用
3.预触发与延迟触发功能的使用
4.脉冲参数的测量
5.获取模式（普通、峰值、平均）的使用
6.触发方式（自动、正常、单次）的使用
7.带宽的测量
三．预备知识
1.了解数字存储示波器原理
2.熟悉数字存储示波器主要指标测试方法。

四．实验设备与工具
测试技术与嵌入式系统综合实践平台、数字存储示波器、信号源
五．实验原理与说明
1.实验平台模块简介
本实验平台结构框图如图1所示，输入信号首先经过信号调理模拟通道，进行适当的放大或衰减，调理至ADC的输入范围后送到采集模块；采集模块将模拟的信号进行数字量化，
转换成8bit 的数据流送至FPGA 进行缓冲存储，其中FPGA 为ADC 提供250MHz 的采样时钟，FPGA 内部实现触发功能、高速数据的接收和缓冲，并与处理模块实现接口互连，将量化的二进制数据送至处理模块；处理模块包括DSP 、SDRAM 、FLASH 存储器、异步串行接口、USB 接口、键盘接口、显示接口等，将转换的二进制数据进行处理并送LCD 显示；另外，本实验平台包括一DMM 模块，和处理板相连接，能够实现数字万用表的电压测量、电阻测量、二极管测量、电容测量等。

粗率减
÷
20
阻抗
变换
可变增益放大器
带宽控制
偏置调节
缓冲驱动位移调整去触发通道
输入
粗率减
÷20
阻抗变换
可变增益放大器
带宽控制
偏置调节
缓冲驱动位移调整去触发通道
输入
外触发
通道1信号
通道2信号交流信号模拟多路选择器
高速比较器LVDS/PECL输出
耦合控制
比较电平
缓冲驱动
ADC
ADC
FPGA
采样时钟
触发脉冲
DSP
RS232USB
SDRAM
FLASH
键盘接口
显示接口
扩展接口
电源模块液晶屏
DMM模块
键盘
信号调理模拟通道
采集模块处理模块
图1 测试技术与嵌入式系统综合测试实践平台
图2 测试技术与嵌入式系统综合测试实践平台实物照片
2.边沿、脉宽等触发类型
✓ 边沿触发 edge trigger
按照边沿控制所定义的上升沿或下降沿触发。

边沿（Edge ）和触发电平（Level ）用于定义边沿触发。

边沿确定示波器是在波形的上升沿和/或下降沿查找触发点；触发电平确定波形上发生触发的电压值。

✓ 脉冲宽度触发 pulse width trigger
基于指定脉冲宽度的相关条件来产生触发事件，如大于、小于、等于、不等于等条件。

3.触发释抑
✓ 触发释抑 trigger holdoff
在一个预置时间间隔（或事件数）内，抑制触发事件。

图3 触发释抑
4.预触发与延迟触发功能
✓ 预触发/延迟触发 pre-trigger/delay-trigger
指能够以触发点为参考，灵活移动波形存储和显示窗口的一种能力。

通常，预触发指能够观测触发点前的波形；延迟触发指能够观测触发点出现后延迟给定条件的（如采样点数、时间、事件）的波形。

5.脉冲参数
图4 电压类参数
触发释抑，波形稳定显示
①,②分别表示不同的触发点。

⑴,⑵分别对应①,②不同触发点所采集的波形。

释抑时间
图5 时间类参数
6.获取模式（普通、峰值、平均）的使用
✓获取模式acquisition mode
示波器对信号进行采样、存储和处理的不同方式。

✓峰值检测模式peak detection mode
在两个相邻水平显示像素所代表的时间间隔内，获取并显示信号的最大值和最小值的一种获取模式。

✓平均模式average mode
采集多幅波形，对其所有相对触发点为同一时刻的采样点计算并显示平均值的一种获取模式。

7.触发方式（自动、正常、单次）的使用
✓正常触发normal trigger
当触发事件产生时，示波器进行一次采集、处理与显示，然后等待下一次触发。

✓自动触发auto trigger
在一个预置时间间隔内，如果没有出现触发事件，将自动产生一个触发事件。

✓单次触发single trigger
当触发事件产生时，示波器进行一次采集、处理与显示，然后停止。

8.带宽
✓带宽bandwidth
示波器输入不同频率的等幅正弦信号时，显示屏上对应基准频率的显示幅度随频率变化而下降3dB时，其下限到上限频率的范围。

六．实验步骤
1.边沿、脉宽等触发类型的使用
✓边沿触发：（实验平台）
连接信号发生器的输出到示波器的输入通道。

设置示波器垂直灵敏度和时基于合适档级，触发类型为“边沿”触发，触发耦合置于交流耦合，触发电平置于零电平；
设置信号发生器一般输出频率为1kHz正弦波，输出电压占示波器波形显示区6div。

设置示波器触发极性为上升沿、下降沿触发，被测波形应随极性变化而相应变化。

设置示波器触发电平，可观察到被测波形随触发电平上下移动而左右移动。

✓脉宽触发：（tek）
连接信号发生器的输出到示波器的输入通道。

设置示波器垂直灵敏度和时基于合适档级，触发类型为“脉宽”触发，触发耦合置于交流耦合，触发电平置于零电平。

设置信号发生器输出周期为T，占空比为80%的方波信号，输出电压占示波器波形显示区6div。

设定示波器的触发条件为大于，触发极性为正脉宽触发，调节脉宽比较值T p，当T/2>T p 时，被测波形应能稳定触发。

先后改变触发条件为小于、等于、不等于，分别观察波形在T/2<T p，T/2=T p，T/2≠T p 时触发的状态。

将实验结果填入下表：
表1
触发类型实验内容
边沿
上升沿触发下降沿触发
触发电平上移触发电平下移触发电平上移触发电平下移
脉宽输入信号周期T T/2<T p T/2=T p T/2>T p
2.触发释抑功能的使用（tek）
连接信号发生器的输出到示波器的输入通道。

设置信号发生器输出为如图所示的调幅信号，载波信号为10kHz，1.5Vpp，调制信号为正弦，频率400Hz，调制深度60%。

图6 调幅波形的设置
设置示波器垂直灵敏度置200mV档级，时基置于200us档级，输入耦合方式为“AC”，触发方式为“上升沿触发”，触发电平置于合适位置。

调节示波器触发释抑时间t变化，使波形能够稳定显示，并记录满足条件的释抑时间。

稳定触发时，所设置的释抑时间t为：
3.预触发与延迟触发功能的使用（tek）
连接信号发生器的输出到示波器的输入通道。

设置信号发生器输出频率为1kHz方波，输出电压占示波器波形显示区6div。

调节触发电平，使波形稳定显示。

调节水平移位旋钮，使波形在屏幕中左右移动。

当触发水平光标在屏幕中时，示波器工作在模式（预触发or 延迟触发）；当触发水平光标在屏幕以外时，示波器工作在模式（预触发or 延迟触发）。

输入信号保持不变，设置时基档位为10us/div，此时若固定触发类型为边沿，极性为上升沿时，如何在屏幕中观察到该信号的下降沿，请操作并记录下操作步骤及最终的设置结果。

4.脉冲参数的测量（实验平台）
使用示波器的参数测量功能，记录下输入信号的时间和电压参数值，填入下表：
表2
参数类型及测试项目输入20kHz、120mV方波信号输入100Hz、3V正弦信号
电压类参数峰峰值平均值幅度顶值底值有效值过冲
时间类参数
周期
频率上升时间正脉宽占空比
5.获取模式（普通、峰值、平均）的使用（tek）
连接信号发生器的输出到示波器的输入通道。

设置任意波形发生器输出脉冲波形，脉冲波形的频率100Hz，占空比0.3%，3Vpp，分别用普通、峰值和平均获取模式观察该波形，记录下观察到的结果，并分析哪种获取模式适合该类波形的捕获。

6.触发方式（自动、正常、单次）的使用（实验平台）
连接信号发生器的输出到示波器的输入通道。

设置示波器垂直灵敏度和时基于合适档级，触发耦合置于交流耦合，触发电平置于零电平。

设置信号发生器一般输出频率为1kHz正弦波，输出电压占示波器波形显示区6div。

关闭信号发生器输出开关，设置示波器触发方式为“自动”，屏幕中波形显示情况为；打开信号发生器输出开关，屏幕中显示情况为。

关闭信号发生器输出开关，设置示波器触发方式为“正常”，屏幕中显示情况为；打开信号发生器输出开关，屏幕中显示情况为。

关闭信号发生器输出开关，设置示波器触发方式为“单次”，屏幕中显示情况为；打开信号发生器输出开关，屏幕中显示情况为。

7.带宽的测量（实验平台）
连接信号源输出到被测的示波器输入通道。

设置示波器工作于“实时”采样模式（全实时示波器无此项操作），触发方式工作于“自动”，垂直灵敏度置于200mV/div档位，然后调节信号源的输出频率为10kHz，再调节信号源的输出幅度为显示有效区域的6div，即1.2V，并保持信号源输出电压值不变，逐渐增大输出
信号的频率，直到波形显示幅度等于输出信号幅度的0.707倍时，此时对应的信号源输出频率即为该示波器的实时带宽。

测得被测示波器的模拟带宽为，在带宽范围内至少记录10组有代表性的扫频点，填入下表，并绘制出该示波器的幅频曲线图。

表3
序号 1 2 3 4 5
频率
幅度
序号 6 7 8 9 10
频率
幅度
七. 实验要求与实验报告
✓实验最多3人一组，按小组提交实验报告，实验报告统一模板
✓实验报告提交截止日期：2013年11月30日
✓电子档请发送至：
zenghao_zxy@
✓邮件主题&附件主题：
姓名-学号-现代时域测试实验报告（1）
八. 思考题
1.如何测量数字示波器的波形捕获率？
2.用数字示波器进行波形参数测量的误差主要有哪些？
3.在自动触发方式条件下，示波器最低能稳定观察多少频率的交流信号？为什么？
现代时域测试实验报告书
实验名称
班级学号姓名
实验时间：年月日得分：
一、实验目的
二、实验内容
三、实验步骤
四、实验结果记录与分析
五、实验思考题。