一周玩转示波器（四）

  在电子信息通信类专业学习中，大家都会接触到示波器，之前本人也在各种论坛、博客以及星球内上传过各种示波器的教程。但是发现还是有很多大侠提议需要连载篇来督促自己每日的学习。FPGA技术江湖就是这么一个宠粉的公众号，那就满足各位大侠的需求，将相关的教程以及学习资料整理整合后变成了“一周玩转示波器”。每日十分钟，坚持到底，量变成质变。

  今天给大侠带来一周玩转示波器，开启进阶篇，第四篇，再谈垂直系统（输入耦合方式、探头、带宽限制、反相、输入阻抗）和再谈水平系统（ 采样模式、滚屏（Roll）模式、ZOOM 模式、XY 模式、存储深度），话不多说，上货。

  在基础篇我们简单地介绍过示波器的基本操作方法，接下来我们将详细的介绍示波器的各个系统和相关设置。

  示波器的垂直系统参数，除了垂直刻度和垂直位置外，其它参数设置都在示波器通道菜单内，通道菜单在垂直系统中常用一个“Menu”按键打开，该按键在示波器的垂直系统区域，如没这个按键，就用“CH1、CH2、CH3、CH4”、“1、2、3、4”或“A、B、C、D”等打开，如图：

  垂直系统设置，简单来说就是设置每个通道的输入耦合方式、探头比例、探头类型、带宽限制、反相和输入阻抗等。

  便携示波器：点击垂直区域的“Menu”键，打开相应菜单。打开通道菜单后选择相应项进行设置。

  平板示波器：触摸垂直区域向左滑动打开相应菜单，用手指点选就可以完成菜单设置。

  手持示波器：在示波器模式下，按下“示波器/Scope”键打开相应菜单， 如图：

  输入耦合方式是指外部信号从示波器输入端口进入到内部电路的耦合方式， 有以下三种方式：

  交流（AC）耦合：滤除输入信号中的直流分量，只显示交流分量。例如测试电源纹波。

  接地（GND）耦合：示波器自身断开外部信号，将内部信号输入端接地。如下图所示，通道 1、2、3 接入同一个叠加直流分量的交流信号，通道 1（黄色）为直流耦合，通道 2（蓝色）为交流耦合，通道 3（红色）为接地耦合。

  探头衰减倍数：使用示波器需将探头衰减倍数与实际使用探头衰减倍数设置一致，才可以获得正确的测量结果。如果实际探头衰减倍数为 1X，则示波器应设置为 1X，如果实际探头衰减倍数为 10X，则示波器应设置为 10X。

  探头类型：包括电压探头和电流探头。选择的类型与探头类型匹配才可以获得正确的单位。

  带宽限制通常是人为地将高带宽示波器限制在较低的带宽，以滤除高频信号。通常有全带宽、200M、20M、20K 等，视不同带宽的示波器而定。

  反相，简单来说就是将波形相对于零电平（地）倒置。为方便对比，我们将同一信号输入示波器的两个通道，通道 2 反相开启，通道 1 反相关闭，我们正真看到两个波形电压值正负相反，如下图：

  输入阻抗有高阻和 50 欧姆两种模式。在测量时需要与源或探头的阻抗相匹配。

  水平系统除了水平刻度和水平位置之外，还包括采样模式、存储深度、滚屏模式、ZOOM 模式和 XY 模式。

  通常在示波器“采样”或“水平”的菜单“Menu”内设置，以“Acquire” 或“采样方式”为标志。

  正常模式：最常用的采样模式。每一个采样间隔示波器会存储一个采样点作为波形显示的一个点。

  平均模式：该模式是指将各次波形采集序列，进行点对点多次平均，而得出的最终序列。该模式可以在不损失带宽的情况下减少噪声，有利于对信号进行滤波测量。

  峰值模式：是指示波器在任何时基档以最大采样率进行采样，该模式下可以轻松又有效地观察到偶尔发生的窄脉冲或者毛刺，但不能应用于测量。

  包络模式：该模式下能够正常的看到数次采样到的波形叠加效果，在指定的 N 次采集中，对每个相同位置捕获其最大值和最小值加以显示。该模式可拿来观察信号噪声或者抖动现象。

  滚动模式的特点如下：大时基档位，连续采样，无采样死区，边采样边显示， 无触发设置，波形始终从右往左滚动显示，通常用于频率低的信号的显示与观察。

  通常可以在示波器的“显示/采样/水平”菜单里选择，以“Roll”或“滚屏”为标志，也有的示波器设有专用按键,在操作面板上以“Roll”表示。

  该模式通常可以在示波器的“显示/采样/水平”菜单里选择，以“ZOOM”为标志，也有的示波器设有专用按键 ZOOM。

  Zoom 模式可让用户在较大的存储深度下同时观察整条波形和局部细节。该模式同时提供一个主窗口和一个 ZOOM 窗口。如下图：主窗口中红域的波形被放大显示在 ZOOM 窗口。

  XY 模式下,示波器的两个通道各输入一个信号，在同一时刻，示波器把其中一个通道得到的值作为X 轴值，另一个通道的值作为Y 轴值，这两个值形成的坐标点上就会显示一个波形点，信号连续输入，波形点轨迹就形成一个波形图。

  XY 模式可方便的测量相同频率的两个信号之间的相位差。下图给出了相位差测量的原理图：

  根据 sinθ=A/B 或 C/D，其中θ为通道间的相差角，A，B，C，D 的定义见上图。因此能得出相差角，即：

  如果椭圆的主轴在 I、III 象限内，那么所求得的相位差角应在 I、IV 象限内， 即在（0～π/2）或（3π/2～2π）内。如果椭圆的主轴在 II、IV 象限内，那么 所求得的相位差角应在 II、III 象限内，即在（π/2～π）或（π～3π/2）内。该模式通常可以在示波器“显示/水平”菜单里选择，以“XY”为标志。

  下图为平板的“XY 模式”设置，在“显示”菜单下找到时基方式设置，选择“XY”:

  （1） 将一个正弦波信号接入通道 1，再将一个同频率、同幅度、相位差90°的正弦信号接入通道 2。

  （2） 按下“Auto”(自动设置)键,得到相位差为 90°的两个正弦信号。

  （3） 在“显示”子菜单下，时基方式选择“XY”模式，示波器将以 Lissajous（李沙育）图形模式显示；

  （4） 通过调节垂直刻度、移动波形位置（滑动）使波形达到最佳效果,可得到如下所示的圆形。

  （5）观察上图的测量结果，并根据相位差测量原理图可得 A/B(或 C/D)=1， 即两个通道输入信号的相差角为θ=±arcsin1=90°

  除此之外，X-Y 模式还可拿来进行元件测试，例如描绘二极管的伏安特性曲线，还能够最终靠使用各种传感器，使示波器屏幕可显示应力-位移、流量-压力、电压-电流或电压-频率等关系曲线、正常的情况下，更长的采样波形能够得到显示效果更好的图形，但是受存储深度的限制，更长的波形长度意味着需要降低采样率。因此，在此测量过程中，适当降低采样率能够获得显示效果较好的李沙育图形。

  2、以下功能在XY模式下不起作用：“延迟扫描”、“矢量显示”、“协议解码”、“获取方式”、“通过/失败测试”、“波形录制”、“数字通道”、“余辉时间”。

  存储深度，又称记录长度，是示波器被触发时，进行一次捕获、存储并能显示在屏幕上的波形采样点的数量。如存储深度是 120K，表示波形有 120K 个数据采样点。

  通常在“采样/Acquire”或“存储/Storage”菜单内进行设置，以“Length Record”或“Depth”为标志。当有多个存储深度设置时，一般默认为“自动/AUTO”。

  （1） 便携示波器便携示波器的存储深度设置，这里以 DPO2000 为例：

  （2） 手持示波器手持示波器的存储深度设置，这里以 MS310S 为例：

  1）按“存储/调用”或“Save/Recall”键，菜单中选择“存储深度”；

  您了解您的信号源和 示波器 吗？上期我们主要分析了示波器触发的基本概念以及作用和分类，本期我们分享示波器触发源和耦合以及存储的关系： 触发源和耦合 触发源：通过图1能够正常的看到，触发 电路 与被测信号处理电路是并行结构，所以触发电路并不可能影响到被测信号的数字化处理，那就决定了触发信号不光可以从被测信号引入，还能够最终靠其他通道、外触发通道等引入。当被测信号过于复杂或者没有特定的特征时，我们没办法通过被测信号来完成触发，这时就需要其他触发源来完成触发。 如：一组成分十分复杂的信号，其周期和特征都不明显，触发条件无法设置，这时就能够最终靠信号源产生一个触发信号来完成触发并显示。 触发耦合：当触发源引进的触发信号存在很多干扰和噪声

  触发源与耦合以及存储的具体关系有哪些？ /

  在嵌入式系统的开发过程中，串行总线的协议分析一直是一件令工程师头疼的工作。在有逻辑分析仪的情况下，工程师有必要进行复杂的触发条件设定，才能捕获到需要的数据，这样既需要昂贵的设备投资也要花费大量的时间进行仪器设置;随着示波器技术的持续不断的发展，串行总线触发和分析功能在一些高端示波器中出现，并受到嵌入式工程师的欢迎。但不同厂家的示波器在串行总线分析方面的功能和性能是有很大区别的。 使用示波器进行串行总线触发 使用普通示波器只能进行一般的边沿触发和脉宽触发，很难捕捉到复杂的串行总线波形。而使用带有串行总线触发功能的示波器可以方便地捕获到需要的串行数据。横河公司的DLM2000系列数字示波器支持多种常用串行总线的触发，包括CAN/

  在通用串行总线开发中的应用 /

  选择原则： 原则一：示波器和探头的带宽应该至少是待测信号带宽的3—5倍 原则二：一般来说采样率是带宽的4—5倍就可以比较准确地再现波形 原则三：为使定时测量值接近示波器时基的精度，要求示波器上什时间至少比被测信号快20倍，在更多情况下，示波器比被测信号快3—5倍也能接受的 下面是数字示波器的一些术语解释： 1、示波器带宽：带宽是在系统中使用的频率范围，数字存储示波器的带宽一般是指模拟带宽。 模拟信号测量时待测信号最高频率决定示波器带宽 数字信号测量时，通常是上升时间决定波器带宽 2、采样率：采样率就是波形采样的速率，定义为单位时间内完成的完整a/d转换的最高次数。数字示波器中采用实时采样技术跟等效采样技术对波形进行采集，如果采

  我们知道，现在的数字示波器可以准确捕获各种周期信号、非周期信号，数字示波器已成为科研实验和工程建设项目中各类信号采集、记录和分析的最主要设备之一。由于很多情况下，需要把数字示波器采集到的数据来进行数据处理和分析，最终完成远程的自动测试和分析的需求。因此对示波器进行远程自动控制，实现对示波器的各项功能的自动操作和对数据的处理已成为很多科研实验和工程建设项目必需的环节。最近，我经常接到很多工程师的询问有关怎么来控制示波器的电话。下面就来谈谈计算机控制示波器的步骤和方法，并利用实例做多元化的分析和讲解。 1. 系统硬件构架 图1 系统硬件构架图 计算机通过GPIB或 LAN(网口)与示波器建立连接来控制示波器，其系统的硬件构架图见图1。

  进行远程控制 /

  示波器自从问世以来，它一直是最重要、最常用的电子测试仪器之一。由于电子技术的发展，示波器的能力在不断的提高，其性能与价格也五花八门，市场参差不齐。示波器看似简单，但如何明智的选择，也存在许多问题。 怎样挑选合适的示波器 一、了解您需要测试的信号二、选择示波器的核心技术差异：模拟（DRT）、数字（DSO）、还是数模兼合（DPO）三、确定测试信号带宽四、A/D转换器的采样速率（或采样速度）五、屏幕刷新率也称为波形更新速度六、选用适当的存储深度，也称记录长度七、根据自身的需求选择不同的触发功能、八·通道能力，包括通道数量和通道对地的悬浮能力和通道之间的隔离能力九、对非正常现象的捕获十、示波器的性能和指标十一、分析功能有助于您事半功倍十二、相应配套

  的选用应考虑哪一些问题,主要使用在在哪些场合 /

  用示波器维修液晶彩电的方法 根据波形的故障特征确定故障范围 在有故障的液晶彩电中，波形的变化是千差万别的，但仍有一些规律可循，分析起来，主要有以下几种情况： （1）无波形 这种情况反映出信号没有送到检测点，可能是电路有开路，使信号中断，也可能检测点与地之间有短路的地方。 （2）波形幅度、频率偏差过大 波形幅度偏差过大，反映电路工作不正常。例如，耦合电容变值或馈送信号支路电阻阻值增大，一般会使波形幅度衰减很多；放大器工作点的变化，也会引起波形幅度变化。 波形频率偏差过大，除包括波形频率偏移外，还应包括脉冲宽度失常。维修时应注意仔细观察和分析。 （3）波形形状发生畸变 引起波形畸变的原因，常见的有电容、

  维修液晶彩电的方法 /

  本人在这次电路板测试时，发现一块电路板总是烧不进程序。遂予以检查： 1、电源，地都没问题 2、用示波器测晶振是否起振，发现了一个奇怪的问题，XOUT端的24MHz类正弦波出现，而XIN就没有？是何缘故，没有找出来原因。 于是就不得换了颗主芯片，QFP128以前不会，现在拆装起来已经很轻松了，感谢小王同事的指导（小得意一把，要知道以前最普通的贴片我都不敢装）。 但是换过芯片后，虽能烧写程序了，但是我又量了一下晶振，还是XIN没有，XOUT有。可以确认芯片已正常工作了，为什么量不出晶振起振呢？电路无误，只能检查示波器是否有问题。 用探头在示波器上做自校正，5V1KHz方波正常。那问题出在哪儿呢？

  测量晶振是否起振的方法 /

  1 引言 虚拟仪器(VI-ViItuaIInstrument)是指通过应用程序将通用计算机与功能化硬件结合起来，用户可通过友好的图形界面操作计算机，就像在操作自己定义、自己设计的单个仪器一样，从而完成对被测量的采集、处理、分析、判断、显示、数据存储等。在这种仪器系统中，各种复杂测试功能、数据分析和结果为都完全由计算机软件完成，在很多方面较传统仪器有不能够比拟的优点，如使用灵活方便、测试功能丰富、价格低、一机多用等，这些使得虚拟仪器成为未来电子测量仪器发展的主要方向之一。 当今虚拟仪器系统开发采用的总线串行总线、GPIB通用接口总线、VXI总线、PCI总线总线即Firewire

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