圖解數(shù)字示波器使用教程與作用

      示波器，顧名思義就是可以顯示波形的儀器。作為電子測(cè)試常用測(cè)試工具，它為工程師們提供了系統(tǒng)測(cè)試與問(wèn)題、性能評(píng)估等系列功能。示波器的發(fā)展經(jīng)歷了模擬示波器、數(shù)字示波器時(shí)代，讓我們先來(lái)了解下示波器的發(fā)展、作用及數(shù)字示波器使用教程、具體測(cè)試方法。

      目前，模擬示波器基本上已經(jīng)被淘汰，現(xiàn)如今是數(shù)字示波器的時(shí)代。那么數(shù)字示波器是什么?數(shù)字示波器，也叫數(shù)字存儲(chǔ)示波器DSO(Digital Storage Oscilloscope)，其中，這個(gè)存儲(chǔ)特性是針對(duì)模擬示波器的即時(shí)顯示特性而言的。模擬示波器靠的是陰極射線(xiàn)管(CRT，即俗稱(chēng)的電子槍)發(fā)射出電子束，而這束電子在根據(jù)被測(cè)信號(hào)所形成的磁場(chǎng)下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而在熒屏上反映出被測(cè)信號(hào)的波形，這個(gè)過(guò)程是即時(shí)地，中間沒(méi)有任何的存儲(chǔ)過(guò)程的。

數(shù)字示波器的作用：

　　數(shù)字示波器作為廣泛的電子測(cè)量?jī)x器，是電子工程師們經(jīng)常使用的測(cè)量?jī)x器。示波器的作用主要可以分為如下幾類(lèi)：

　　1. 測(cè)量電信號(hào)的波形(電壓與時(shí)間關(guān)系);

　　2. 測(cè)量幅度、周期、頻率和相位等參數(shù);

　　3. 配合傳感器，測(cè)量一切可以轉(zhuǎn)化為電壓的參量(如電流、電阻、溫度磁強(qiáng)等)。

　　數(shù)字示波器的原理：

　　首先，示波器利用前端ADC對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行快速的采樣，這個(gè)采樣速度通常都可以達(dá)到每秒幾百M(fèi)到幾G次，是相當(dāng)快的;而示波器的后端顯示部件是液晶屏，液晶屏的刷新速率一般只有幾十到一百多Hz;如此，前端采樣的數(shù)據(jù)就不可能實(shí)時(shí)的反應(yīng)到屏幕上，于是就誕生了存儲(chǔ)這個(gè)環(huán)節(jié)：示波器把前端采樣來(lái)的數(shù)據(jù)暫時(shí)保存在內(nèi)部的存儲(chǔ)器中，而顯示刷新的時(shí)候再來(lái)這個(gè)存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)，用這級(jí)存儲(chǔ)環(huán)節(jié)解決前端采樣和后端顯示之間的速度差異。

　　數(shù)字示波器使用方法：

　　跟萬(wàn)用表類(lèi)似，要使用示波器，首先也得把它和被測(cè)系統(tǒng)相連，用的是示波器探頭，如圖20-4所示。示波器一般都會(huì)有2個(gè)或4個(gè)通道(通常都會(huì)標(biāo)有1～4的數(shù)字，而多余的那個(gè)探頭插座是外部觸發(fā)，一般用不到它)，它們的低位是等同的，可以隨便選擇，把探頭插到其中一個(gè)通道上，探頭另一頭的小夾子連接被測(cè)系統(tǒng)的參考地(這里一定要注意一個(gè)問(wèn)題：示波器探頭上的夾子是與大地即三插插頭上的地線(xiàn)直接連通的，所以如果被測(cè)系統(tǒng)的參考地與大地之間存在電壓差的話(huà)，將會(huì)導(dǎo)致示波器或被測(cè)系統(tǒng)的損壞)，探針接觸被測(cè)點(diǎn)，這樣示波器就可以采集到該點(diǎn)的電壓波形了(普通的探頭不能用來(lái)測(cè)量電流，要測(cè)電流得選擇專(zhuān)門(mén)的電流探頭)。

　　接下來(lái)就要通過(guò)調(diào)整示波器面板上的按鈕，使被測(cè)波形以合適的大小顯示在屏幕上了。只需要按照一個(gè)信號(hào)的兩大要素——幅值和周期(頻率與周期在概念上是等同的)來(lái)調(diào)整示波器的參數(shù)即可，如圖2所示。

　　圖2 示波器幅值、時(shí)間軸旋鈕

　　如上圖，在每個(gè)通道插座上方的旋鈕，就是調(diào)整該通道的幅值的，即波形垂直方向大小的調(diào)整。轉(zhuǎn)動(dòng)它們，就可以改變示波器屏幕上每個(gè)豎格所代表的電壓值，所以可稱(chēng)其為“伏格”調(diào)整，如以下兩幅對(duì)比圖所示：左圖是1V/grid，右圖是500mV/grid，左圖波形的幅值占了2.5個(gè)格，所以是2.5V，右圖波形的幅值占了5個(gè)格，也是2.5V。推薦是將波形調(diào)整到右圖這個(gè)樣子，因?yàn)榇藭r(shí)波形占了整個(gè)測(cè)量范圍的較大空間，可以提高波形測(cè)量的精度，如圖3所示。

　　圖3 示波器伏格調(diào)整對(duì)比圖

　　除了圖3通常上方的伏格旋鈕外，通常還會(huì)在面板上找到一個(gè)大小相同的旋鈕(不一定像圖20-6所示的位置)，這個(gè)旋鈕是調(diào)整周期的，即波形水平方向大小的調(diào)整。轉(zhuǎn)動(dòng)它，就可以改變示波器屏幕上每個(gè)橫格所代表的時(shí)間值，所以可稱(chēng)其為“秒格”調(diào)整，如以下兩幅對(duì)比圖所示：左圖是500us/grid，右圖是200us/grid，左圖一個(gè)周期占2個(gè)格，周期是1ms，即頻率為1KHz，右圖一個(gè)周期占5個(gè)格，也是1ms，即1KHz。這里就沒(méi)有哪個(gè)更合理的問(wèn)題了，具體問(wèn)題具體對(duì)待，它們都是很合理的，如圖4所示。

　　圖4 示波器秒格調(diào)整對(duì)比圖

　　很多時(shí)候只進(jìn)行上述兩項(xiàng)調(diào)整的話(huà)，是能看到一個(gè)波形，但這個(gè)波形卻很不穩(wěn)定，左右亂顫，相互重疊，導(dǎo)致看不清楚，如圖5所示。

　　圖5 示波器觸發(fā)電平調(diào)整不當(dāng)?shù)氖疽鈭D

　　這就是因?yàn)槭静ㄆ鞯挠|發(fā)沒(méi)有調(diào)整好的緣故，那么什么是觸發(fā)呢?簡(jiǎn)單點(diǎn)理解，所謂觸發(fā)就是設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)，讓波形的采集和顯示都圍繞這個(gè)基準(zhǔn)來(lái)。最常用的觸發(fā)設(shè)置是基于電平的(也可基于時(shí)間等其它量，道理相同)，大家看下上面的幾張波形圖，在左側(cè)總有一個(gè)T和一個(gè)小箭頭，T是觸發(fā)的意思，這個(gè)小箭頭指向的位置所對(duì)應(yīng)的電壓值就是當(dāng)前的觸發(fā)電平。示波器總是在波形經(jīng)過(guò)這個(gè)電平的時(shí)候，把之前和之后的一部分存儲(chǔ)并最終顯示出來(lái)，于是就能看到圖4、5所示的波形。如圖6所示，我們可以看到，無(wú)論如何波形也不會(huì)經(jīng)過(guò)T所指的位置，即用永遠(yuǎn)達(dá)不到觸發(fā)電平，所以失去了基準(zhǔn)的波形看上去就不穩(wěn)定了。怎么調(diào)節(jié)這個(gè)觸發(fā)電平的位置呢，在示波器面板上找一個(gè)標(biāo)了Trigger的旋鈕，如下圖，轉(zhuǎn)動(dòng)這個(gè)旋鈕就可以改變這個(gè)T的位置了。

　　圖6 示波器觸發(fā)旋鈕

　　除了可以改變觸發(fā)電平的值以外，還可以設(shè)置觸發(fā)的方式：比如選擇上升沿還是下降沿觸發(fā)，也就是選擇讓波形向上增加的時(shí)候經(jīng)過(guò)觸發(fā)電平還是向下減小的時(shí)候經(jīng)過(guò)觸發(fā)電平來(lái)完成觸發(fā)，這些設(shè)置一般都是通過(guò)Trigger欄里的按鈕和屏幕方便的菜單鍵來(lái)完成。

　　只要經(jīng)過(guò)上述的這三四步，你就可以把示波器的核心功能應(yīng)用起來(lái)了，可以用它觀察單片機(jī)系統(tǒng)的各個(gè)信號(hào)了。比如說(shuō)上電后系統(tǒng)不運(yùn)行，就用它來(lái)測(cè)一下晶振引腳的波形正常與否吧。需要注意的是，晶振引腳上的波形并不是方波，而是更像正弦波，而且晶振的兩個(gè)腳上的波形是不一樣的，一個(gè)幅值小一點(diǎn)的是作為輸入的，一個(gè)幅值大一點(diǎn)的是作為輸出的，如圖7所示。

　　圖7 示波器實(shí)測(cè)的晶振波形