数字存储示波器的工作原理

数字存储示波器 实验报告

数字存储示波器 实验报告

引言：

数字存储示波器是现代电子测量领域中常见的一种仪器。它通过将模拟信号转换为数字信号，并进行存储和处理，能够更准确地显示和分析电路中的信号波形。本实验旨在通过使用数字存储示波器，对不同信号的波形进行观测和分析，并探究其在电子实验中的应用。

一、实验原理：

数字存储示波器的工作原理主要包括信号采样、信号转换和信号显示三个过程。首先，示波器通过采样装置对模拟信号进行采样，将其转换为离散的数字信号。然后，通过模数转换器将离散的信号转换为数字信号，并将其存储在示波器的存储器中。最后，示波器通过显示器将存储的数字信号转换为波形图形进行显示。

二、实验步骤：

1. 连接电路：将待测的电路与示波器进行连接，确保信号源与示波器的输入端正确连接。

2. 设置示波器参数：根据待测信号的特点，设置示波器的采样频率、触发方式和时间基准等参数。

3. 开始测量：打开示波器电源，观察显示屏上的波形图形，并对波形进行分析和测量。

4. 调整参数：根据需要，调整示波器的参数，如水平和垂直灵敏度、触发电平等，以获得更清晰和准确的波形图形。 5. 结束实验：关闭示波器电源，断开电路连接，整理实验器材。

三、实验结果：

通过实验，我们得到了多个不同信号的波形图形，并进行了分析和测量。以下是实验中得到的一些典型结果：

1. 正弦波信号：我们首先对一个正弦波信号进行观测。通过示波器的显示，我们可以清晰地看到波形的周期、幅度和相位等特征。通过测量，我们还可以得到波形的频率和峰峰值等具体数值。

2. 方波信号：接下来，我们对一个方波信号进行观测。方波信号具有明显的上升沿和下降沿，通过示波器的显示，我们可以观察到方波的占空比和频率等信息。同时，我们还可以通过示波器的测量功能，得到方波的上升时间和下降时间等参数。

3. 脉冲信号：最后，我们对一个脉冲信号进行观测。脉冲信号具有较短的脉宽和较高的幅度，通过示波器的显示，我们可以观察到脉冲信号的上升时间、下降时间和脉宽等特征。

数字示波器的原理

数字示波器是一种基于数字信号处理技术的电子测量仪器，它主要由输入信号采集模块、模数转换器、存储器、数字信号处理器、显示器等部分组成。

数字示波器的原理如下：

1.输入信号采集模块。

输入信号采集模块负责将要测试的模拟信号转换为数字信号。通常采用的方式是使用模数转换器将模拟信号转换成数字信号。模数转换器将模拟信号所代表的数值转换成等效数字信号，数字信号的大小取决于模数转换器的位数。例如，8位模数转换器可以转换成256级数字信号。

2.存储器。

存储器用于存储采集到的数字信号，它通常是一个高速存储器，能够在很短的时间内存储大量的数据。

3.数字信号处理器。

数字信号处理器负责对数字信号进行处理和分析。它可以对存储器中存储的数据进行处理，从而得到所要测量的信号在时间和幅度上的波形。

4.显示器。

显示器用于显示所测量的信号波形。数字信号处理器将处理后的信号波形发送给显示器，实时显示出信号的振幅、频率、相位等参数。

综上所述，数字示波器利用数字信号处理技术，将模拟信号转换成数字信号，然后存储、处理、分析、显示，实现了求取信号的各种参数和波形形态的功能。这可以让电子工程师或者电子技术人员更加准确地评估、分析和诊断电路和系统的性能。

示波器的采样率和存储深度

带宽、采样率和存储深度是数字示波器的三大关键指标。相对于工程师们对示波器带宽的熟悉和重视，采样率和存储深度往往在示波器的选型、评估和测试中为大家所无视。这篇文章的目的是通过简单介绍采样率和存储深度的相关理论结合常见的应用帮助工程师更好的理解采样率和存储深度这两个指针的重要特征及对实际测试的影响，同时有助于我们掌握选择示波器的权衡方法，树立正确的使用示波器的观念。

在开始理解采样和存储的相关概念前，我们先回忆一下数字存储示波器的工作原理。

图1 数字存储示波器的原理组成框图

输入的电压信号经耦合电路后送至前端放大器，前端放大器将信号放大，以进步示波器的灵敏度和动态范围。放大器输出的信号由取样/保持电路进展取样，并由A/D转换器数字化，经过A/D转换后，信号变成了数字形式存入内存中，微处理器对内存中的数字化信号波形进展相应的处理，并显示在显示屏上。这就是数字存储示波器的工作过程。

采样、采样速率

我们知道，计算机只能处理离散的数字信号。在模拟电压信号进入示波器后面临的首要问题就是连续信号的数字化〔模/数转化〕问题。一般把从连续信号到离散信号的过程叫采样〔sampling〕。连续信号必须经过采样和量化才能被计算机处理，因此，采样是数字示波器作波形运算和分析的根底。通过测量等时间间隔波形的电压幅值，并把该电压转化为用八位二进制代码表示的数字信息，这就是数字存储示波器的采样。采样电压之间的时间间隔越小，那么重建出来的波形就越接近原始信号。采样率〔sampling rate〕就是采样时间间隔。比方，假设示波器的采样率是每秒10G次〔10GSa/s〕，那么意味着每100ps进展一次采样。

图2 示波器的采样

根据Nyquist采样定理，当对一个最高频率为f 的带限信号进展采样时，采样频率SF必须大于f 的两倍以上才能确保从采样值完全重构原来的信号。这里，f 称为Nyquist频率，2 f 为Nyquist采样率。对于正弦波，每个周期至少需要两次以上的采样才能保证数字化后的脉冲序列能较为准确的复原始波形。假设采样率低于Nyquist采样率那么会导致混迭〔Aliasing〕现象。

1 目录

摘要 ............................................................................................................. 3

1 引言 ......................................................................................................... 5

1.1选题的背景意义和研究现状 .............................................................. 5

1.1.1选题的背景和意义 ........................................................................... 5

1.1.2国内外研究现状 ............................................................................... 6

1.2设计的任务和要求 .............................................................................. 8

1.2.1设计的基本要求 ............................................................................... 8

1.2.2课题的具体工作内容 ....................................................................... 8

1.2.3论文的结构安排 ............................................................................... 9