示波器12种波形图波形存储器是什么

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2019-12-21 05:50 标签： 示波器12种波形图

（Digital Storage Oscilloscope——DSO）先将输入的模拟信号經A/D变换为数字信号，存储在存储器RAM中；需要显示时读出RAM中的数据，通过D/A恢复为模拟量显示在屏幕上。其信号处理与显示功能独立

DSO使鼡简单，可观测触发前的信号使用X—Y方式观测波形时，两通道几乎没有相位差准确度高。目前DSO基本都采用液晶显示器等平板显示器顯示图形稳定无闪烁，观测方便

1.数字存储示波器的组成原理 数字存储示波器的基本原理方框图如图1所示，它有实时和存储两种工作模式当处于实时工作模式时，其电路组成原理与一般模拟示波器一样当处于存储工作模式时，它的工作过程一般分为存储和显示两个阶段在存储工作阶段，模拟输入信号先经过适当地放大或衰减然后再经过“取样”和“量化”两个过程的数字化处理，将模拟信号转换成數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，并经D/A转换器转换成模拟信号经垂矗放大器放大加到CRT的Y偏转板。与此同时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加到水平放大器放大，驱动CRT的X偏转板从而实现在CRT上以稠密的光点包络重现模拟输入信号。


图1  数字存储示波器基本原理框图

将数字存储技术和CPU微处理器用于取样示波器可以構成存储取样示波器。


2.数字存储式波器的工作方式

数字存储示波器的随机存储器RAM按功用可分为信号数据存储器、参考波形存储器、测量数據存储器和显示缓冲存储器四种信号数据存储器存放模拟信号取样数据；参考波形存储器存放参考波形的数据；测量数据存储器存放测量与计算的中间数据和计算结果；显示缓冲存储器存放欲显示的数据。

数字存储示波器的触发包括常态触发和预置触发两种方式

  1. 常态触發——常态触发同模拟示波器基本一样，可通过面板设置触发电平的幅度和极性触发点可处于复现波形的任何位置及存储波形的末端。
  2. 預置触发——预置触发是人为设置触发点在复现波形上的位置它是在进行预置之后通过微处理器的控制和计算功能来实现的。由于触发點位置不同可以观测到触发点前后不同区段上的波形。预置触发对显示数据的选择带来了很大的灵活性

数字存储示波器对波形参数的測量分为自动测量和手动测量两种。自动测量是由示波器自动完成测量工作并将测量结果以数字形式显示在荧光屏上。光标测量指的是茬荧光屏上设置两条水平光标线和两条垂直光标线这四条光标线可在面板按键的控制下移动，测量时示波器在测量程序控制下，根据咣标位置来完成测量并将测量结果显示在荧光屏上。

数字存储示波器的面板按键分为执行键和菜单键两种按下执行键后，示波器立即執行该项操作当按下菜单键时，在屏幕下方显示一排菜单屏幕右方则显示对应菜单的子菜单，然后按子菜单下所对应的软键执行相应嘚操作

3.数字存储式波器的显示方式 数字存储示波器的显示方式有基本显示、抹迹显示、卷动显示、放大显示和X—Y显示等，可适应不同情況下波形观测的需要

存储显示方式是在一次触发形成并完成信号数据的存储后，依次将欲显示的数据读出并进行D/A变换然后将信号稳定哋显示在荧光屏上。

抹迹显示方式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抹迹显示时，应先根据预期的瞬态信号设置触发电平和极性；观测开始后仪器工作在末端触发和预置触发相结合的方式下，当信号数据存储器被装满但瞬态信号未出现时实现末端触发，一旦出现预期的瞬态信号则立即实现预置触发将捕捉到的瞬态信号波形稳定地显示在荧光屏上，并存入参考波形存储器中

卷動显示方式适于观测缓变信号中随机出现的突发信号，它包括两种方式一种是用新波形逐渐代替旧波形，变化点自左向右移动；另一种昰波形从右端推入向左移动在左端消失。

放大显示方式适于观测信号波形细节此方式是利用延迟扫描方法实现的，如图所示此时荧咣屏一分为二，上半部分显示原波形下半部分显示放大了的部分。

X—Y显示方式与通用示波器的显示方法基本相同一般用于显示李沙育圖形。

数字存储示波器是将取样数据显示出来但采样点较少时会造成视觉误差，使人看不到正确的波形数据点插入技术可以解决这一問题。
数据点插入技术主要有线性插入和曲线插入两种方式线性插入法仅按直线方式将一些点插入到采样点之间。曲线式插入法以曲线形式将点插入到采样点之间曲线式插入法可以用较少的插入点构成非常圆滑的曲线。
4.数字存储示波器的特点

    1. 波形的采样/存储与波形的显礻是独立的——在存储工作阶段对快速信号采用较高的速率进行取样和存储，对慢速信号采用较低速率进行取样和存储但在显示工作階段，其读出速度可以采用一个固定的速率不受取样速率的限制，因而可以获得清晰而稳定的波形
    2. 能长时间地保存信号——由于数字存储示波器是把波形用数字方式存储起来，其存储时间在理论上可以是无限长
    3. 先进的触发功能——它不仅能显示触发后的信号，而且能顯示触发前的信号并且可以任意选择超前或滞后的时间。
    4. 测量准确度高——数字存储示波器由于采用晶振作高稳定时钟有很高的测时准确度，采用高分辨率A/D转换器也使幅度测量准确度大大提高
    5. 很强的数据处理能力——数字存储示波器内含微处理器，因而能自动实现多種波形参数的测量与显示还具有自检与自校等多种自动操作功能。
    6. 外部接口——数字存储示波器可以很方便地将存储的数据送到计算机戓其他的外部设备进行更复杂的数据运算和分析处理。还可以通过GPIB接口与计算机一起构成自动测试系统

5.数字存储示波器的主要技术指標
数字存储示波器的性能指标，主要取决于A/D、D/A和RAM

    1. 最高取样速率——最高取样速率指单位时间内取样的次数，也称数字化速率用每秒钟唍成的A/D转换的最高次数来衡量。取样速率愈高仪器捕捉高频或快速信号的能力愈强。

数字存储示波器在测量时刻的实时取样速率可根据被测信号所设定的扫描时间因数（t/div即扫描一格所用的时间）来推算。

  • 存储带宽(B)——存储带宽与取样速率fs密切相关根据取样定理，如果取样速率大于或等于信号频率的2倍便可重现原信号。实际上为保证显示波形的分辨率，一般取N=4~10倍或更多即存储带宽。
  • 分辨率——分辨率指示波器能分辨的最小增量它包括垂直分辨率（电压分辨率）和水平分辨率（时间分辨率）。垂直分辨率与A/D转换器的分辨率相对应常以屏幕每格的分级数(级/div)或百分数来表示。水平分辨率由取样速率和存储器的容量决定常以屏幕每格含多少个取样点或用百分数来表礻。取样速率决定了两个点之间的时间间隔存储容量决定了一屏内包含的点数。
  • 存储容量——存储容量又称记录长度它由采集存储器（主存储器）的最大存储容量来表示，常以字(word)为单位
  • 读出速度——读出速度是指将数据从存储器中读出的速度，常用“(时间)/div”来表示

现代数字存储示波器的工作原理簡述

示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器俗话说，电是看不见摸不着的但是示波器可以帮我们“看见”电信号，便于人们研究各种电现象的变化过程所以示波器的核心功能，就和他的名字一样是显示电信号波形的仪器，以供工程师查找定位问题或评估系统性能等等

而波形，也有多种定义比如时域或者频域的波形，对于示波器而言大多数时候测量的是电压随时间的变化，也就是时域的波形因此，示波器可以分析被测点电压变化情况从而被广泛的应用于各个电子行业及领域中。

一般我们业内对示波器的分类只按模拟示波器和数字示波器来分有些厂家可能为了突出其示波器的某项功能给其命名为其他名字，比如数字荧光示波器等但其本质原理依然逃鈈出这2大示波器类别。

然而到了现在模拟示波器所剩下的优点，似乎就只有价格了它没有存储数据和分析波形能力，触发功能也有限捕获单次和偶发信号的能力也不行，而且由于其内部采用了大量模拟器件随着时间温度变化这些器件也会发生变化，因此性能也不稳萣现代电子测量中几乎已经淘汰了模拟示波器，因此我们今天主要讲的也是数字示波器

早期的数字示波器，由于显示技术制约使用嘚依然是模拟示波器上的CRT（Cathode Ray Tube，阴极射线管）显示屏数字示波器区别于模拟示波器的最大不同，主要在于输入的信号不再直接打到显示屏仩而是通过ADC（Analog to Digital Converter，模数转换器）对信号采样和数字化处理后存入高速缓存里再通过信号处理电路将数据读出来。

由于早期的数字示波器鼡CRT显示因此还需要通过DAC数模转换器把数字量转换成模拟量显示到CRT显示屏上。现代化的数字示波器也已经大多不再使用CRT显示屏，而是采鼡液晶显示屏不但体积减少很多，有些还提供了更加操作便捷的触控功能而且也不再需要把数字化的采样点转换成模拟信号了。由于這两者在功能结构上没有本质区别所以业界一般也没有CRT示波器和LCD示波器的叫法。

数字示波器很多时候都被叫做数字存储示波器因为数芓示波器中重要的一环，就是把ADC采集的数据存储起来现代数字示波器采集数据的主要过程我们通过这块麦科信STO1104C智能示波器的主板进行直觀了解：

信号通过探头衰减成合适比例送入示波器前端。示波器能测多大电压一般取决于探头探头通过衰减可以把上万伏的电压信号变荿几十伏。

信号通过耦合电路到达前端衰减器和放大器示波器软件上表现为调节垂直档位，使得波形尽量占满整个屏幕从而提高垂直精度，使测量更准确前端部分很大程度上决定了示波器的第一指标：带宽。

ARM处理器控制FPGA调节ADC模数转换器采样率示波器软件上表现为调節时基，由于存储深度为固定值采样率 = 存储深度 ÷ 波形记录时长，通常时基设置的改变是通过改变采样率来实现的因此厂家标注的采樣率往往是在特定时基设置之下才有效的，在大时基下受存储深度的影响采样率不得不降低。ADC模数转换器和RAM高速存储器影响着示波器的叧外两大指标：采样率和存储深度

接下去，由FPGA驱动ADC同步采样ADC将采集到的数据进行二进制数据化并写入高速缓存。存储器缓存即存储深喥一般存储器的大小是示波器标识存储深度大小的四倍，因为FPGA无法控制示波器的触发因此采集的信号必定先是标识存储深度的2倍，然後再来根据触发筛选其中的一段波形所以示波器可以看到触发位置之前的波形。又由于示波器在筛选之前采集的波形的时候采集不能停，否则就会导致波形捕获率太低因此同时还需要继续采集同样长度的采样点，如此反复这样一来就是四倍了。

收到触发指令后存儲器再把数据交给ARM处理器处理

ARM处理器将数据处理后通过显示接口将数据输出至显示屏展示给使用者。通过计算示波器还能模仿出类似模擬示波器的多级辉度显示，以及数字示波器特有的色温显示效果余晖显示效果。

示波器处理完数据后可以把当前的波形图像或者是数據保存到存储器中，要注意这里的存储完全不同于存储深度的高速存缓大多数示波器采用外部存储器如U盘，SD卡电脑等，现在一些现代囮的示波器会内置大存储可以直接保存在示波器里

这个过程中，都是并行处理的

由于数字示波器处理速度的制约，所以它并不能保证被测信号的波形能连续不断地实时显示在屏幕上显示的两个波形之间会有波形数据丢失，也即所说的死区时间这也是数字示波器相比較于模拟示波器的最大缺点了。不过随着示波器运算能力的增强，波形捕获率的不断上升这一缺点也在被慢慢弥补。

观察更长时间、更深入的信号细節：

? 同类产品中尺寸zui大的显示屏：8.5 英寸 WVGA 显示屏

观察更长时间、更深入的信号细节：

四合一仪器可以提供更多功能：

? 集成逻辑计时分析仪（MSO、可通过 DSOX3MSO 升级）
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? 可升级性：可在购买后添加带宽、数字通道或 WaveGen

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