數(shù)字存儲示波器原理.ppt

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1、1概述2數(shù)字存儲示波器的原理分析3數(shù)字存儲示波器的設(shè)計數(shù)字存儲示波器數(shù)字存儲示波器是20世紀(jì)７０年代初發(fā)展起來的一種新型示波器。這種類型的示波器可以方便地實現(xiàn)對模擬信號波形進行長期存儲并能利用機內(nèi)微處理器系統(tǒng)對存儲的信號做進一步的處理，例如對被測波形的頻率、幅值、前后沿時間、平均值等參數(shù)的自動測量以及多種復(fù)雜的處理。數(shù)字存儲示波器的出現(xiàn)使傳統(tǒng)示波器的功能發(fā)生了重大變革。1數(shù)字存儲示波器的組成原理1概述典型的數(shù)字存儲示波器原理框圖如圖所示1.2數(shù)字存儲示波器的主要技術(shù)指標(biāo)定義：單位時間內(nèi)完成的完整A／D轉(zhuǎn)換的最高次數(shù)。最大取樣速率主要由A

2、／D轉(zhuǎn)換器的最高轉(zhuǎn)換速率來決定。最大取樣速率愈高，儀器捕捉信號的能力愈強。1．最大取樣速率fmax數(shù)字存儲示波器在某個測量時刻的實際取樣速率可根據(jù)示波器當(dāng)時設(shè)定的掃描時間因數(shù)（t/div）推算。其推算公式為　　　　　　?。?.1）式中N——每格的取樣數(shù)；t/div——掃描時間因數(shù)，掃描一格所占用的時間。亦稱掃描速度，例如，若某數(shù)字示波器的掃描時間因數(shù)設(shè)定為10μs/div，每格取樣數(shù)為100點，則此時的取樣速率等于10MHz。很顯然，數(shù)字示波器最大取樣速率fmax與示波器最快掃描速度相對應(yīng)。若該數(shù)字示波器最快掃描速度為100μ

3、s/div，則其fmax為1GHz。存儲帶寬與取樣速率密切相關(guān)。根據(jù)取樣定理，如果取樣速率大于或等于信號最高頻率分量的2倍，便可重現(xiàn)原信號波形。實際上，在數(shù)字存儲示波器的設(shè)計中，為保證顯示波形的分辨率，往往要求增加更多的取樣點，一般一個周期取4～10點。2．帶寬分辨率用于反映存儲信號波形細節(jié)的綜合特性。分辨率包括垂直分辨率和水平分辨率。垂直分辨率與A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率相對應(yīng)，常以屏幕每格的分級數(shù)(級/div)表示。水平分辨率由存儲器的容量來決定，常以屏幕每格含多少個取樣點（點/div）表示。示波管屏幕坐標(biāo)的刻度一般為8×10div。

4、若示波器采用8位A/D轉(zhuǎn)換器(256級)，則其垂直分辨率為32級/div，用百分數(shù)表示為1/256≈0.39％。若采用容量為1KB的存儲器，則水平分辨率為1024/10≈100點/div，或用百分數(shù)表示為1/1024≈0.1％。3．分辨率存儲容量又稱記錄長度，用記錄一幀波形數(shù)據(jù)占有的存儲容量來表示，常以字（word）為單位。存儲容量與水平分辨率在數(shù)值上互為倒數(shù)關(guān)系。數(shù)字存儲器的存儲容量通常采用256B，512B，1KB，4KB等。存儲容量愈大，水平分辨率就愈高。但存儲容量并非越大越好，由于儀器最高取樣速率的限制，若存儲容量選取不恰當(dāng)，往

5、往會因時間窗口縮短而失去信號的重要成分，或者因時間窗口增大而使水平分辨率降低。4．存儲容量讀出速度是指將存儲的數(shù)據(jù)從存儲器中讀出的速度，常用(時間)/div表示。其中，時間等于屏幕中每格內(nèi)對應(yīng)的存儲容量×讀脈沖周期。使用時，示波器應(yīng)根據(jù)顯示器、記錄裝置或打印機等對速度的不同要求，選擇不同的讀出速度。5．讀出速度1.2數(shù)字存儲示波器的主要技術(shù)指標(biāo)(1)數(shù)字存儲示波器在存儲工作階段，對快速信號采用較高的速率進行取樣與存儲，對慢速信號采用較低速率進行取樣與存儲，但在顯示工作階段，其讀出速度采取了一個固定的速率，不受取樣速率的限制，因而可以獲得

6、清晰而穩(wěn)定的波形?！艨梢詿o閃爍地觀察頻率很低的信號，這是模擬示波器無能為力的?！魧τ谟^測頻率很高的信號來說，模擬示波器必須選擇帶寬很高的陰極射線示波管，這就使造價上升，并且顯示精度和穩(wěn)定性都較低。而數(shù)字存儲示波器采用了一個固定的相對較低的速率顯示，從而可以使用低帶寬、高分辨率、高可靠性而低造價的光柵掃描式示波管，這就從根本上解決了上述問題。若采用彩色顯示,還可以很好地分辨各種信息.數(shù)字存儲示波器與模擬示波器相比較有下述幾個特點。(3)具有先進的觸發(fā)功能。數(shù)字存儲示波器不僅能顯示觸發(fā)后的信號，而且能顯示觸發(fā)前的信號，并且可以任意選擇超前或

7、滯后的時間，這對材料強度、地震研究、生物機能實驗提供了有利的工具。除此之外，數(shù)字存儲示波器還可以向用戶提供邊緣觸發(fā)、組合觸發(fā)、狀態(tài)觸發(fā)、延遲觸發(fā)等多種方式，來實現(xiàn)多種觸發(fā)功能，方便、準(zhǔn)確地對電信號進行分析。(4)測量精度高。模擬示波器水平精度由鋸齒波的線性度決定，故很難實現(xiàn)較高的時間精度，一般限制在3%～5%。而數(shù)字存儲示波器由于使用晶振作高穩(wěn)定時鐘，有很高的測時精度。采用多位A/D轉(zhuǎn)換器也使幅度測量精度大大提高。尤其是能夠自動測量直接讀數(shù)，有效地克服示波管對測量精度的影響，使大多數(shù)的數(shù)字存儲示波器的測量精度優(yōu)于1%。(2)數(shù)字存儲示波

8、器能長時間地保存信號。這種特性對觀察單次出現(xiàn)的瞬變信號尤為有利。有些信號，如單次沖擊波、放電現(xiàn)象等都是在短暫的一瞬間產(chǎn)生，在示波器的屏幕上一閃而過，很難觀察。數(shù)字存儲示波器問世以前，屏幕照相是“存儲”波形采