動(dòng)態(tài)模擬示波器數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案

本文主要是關(guān)于模擬示波器的相關(guān)介紹，并著重對(duì)動(dòng)態(tài)模擬示波器數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)分析。

模擬示波器

擬示波器，采用的是模擬電路（示波管，其基礎(chǔ)是電子槍）電子槍向屏幕發(fā)射電子，發(fā)射的電子經(jīng)聚焦形成電子束，并打到屏幕上，屏幕的內(nèi)表面涂有熒光物質(zhì)，這樣電子束打中的點(diǎn)就會(huì)發(fā)出光來。

模擬示波器的使用

一、模擬示波器的調(diào)整模擬示波器的調(diào)整和使用方法基本相同，現(xiàn)以MOS-620/640雙蹤示波器為例介紹如下：

1、MOS-620/640雙蹤示波器前面板簡(jiǎn)介MOS-620/640雙蹤示波器的調(diào)節(jié)旋鈕、開關(guān)、按鍵及連接器等都位于前面板上，如圖6.1.27所示，其作用如下：

（1）示波管操作部分

6——“POWER”：主電源開關(guān)及指示燈。按下此開關(guān)，其左側(cè)的發(fā)光二極管指示燈5亮，表明電源已接通。

2——“INTEN”：亮度調(diào)節(jié)鈕。調(diào)節(jié)軌跡或光點(diǎn)的亮度。

3——“FOCUS”：聚焦調(diào)節(jié)鈕。調(diào)節(jié)軌跡或亮光點(diǎn)的聚焦。

4——“TRACE ROTATION”：軌跡旋轉(zhuǎn)。調(diào)整水平軌跡與刻度線相平行。33——顯示屏。顯示信號(hào)的波形。

（2）垂直軸操作部分

7、22——“VOLTS/DIV”：垂直衰減鈕。調(diào)節(jié)垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度，從5mV/div～5V/div，共10個(gè)檔位。

8——“CH1X”：通道1被測(cè)信號(hào)輸入連接器。在X-Y模式下，作為X軸輸入端。20——“CH2Y”：通道2被測(cè)信號(hào)輸入連接器。在X-Y模式下，作為Y軸輸入端。

9、21——“VAR”垂直靈敏度旋鈕：微調(diào)靈敏度大于或等于1/2.5標(biāo)示值。在校正（CAL）位置時(shí)，靈敏度校正為標(biāo)示值。

10、19——“AC-GND-DC”：垂直系統(tǒng)輸入耦合開關(guān)。選擇被測(cè)信號(hào)進(jìn)入垂直通道的耦合方式?！癆C”：交流耦合；“DC”：直流耦合；“GND”：接地。

11、18——“POSITION”：垂直位置調(diào)節(jié)旋鈕。調(diào)節(jié)顯示波形在熒光屏上的垂直位置。

12——“ALT”/“CHOP”：交替/斷續(xù)選擇按鍵，雙蹤顯示時(shí)，放開此鍵（ALT），通道1與通道2的信號(hào)交替顯示，適用于觀測(cè)頻率較高的信號(hào)波形；按下此鍵（CHOP），通道1與通道2的信號(hào)同時(shí)斷續(xù)顯示，適用于觀測(cè)頻率較低的信號(hào)波形。13、15——“DC BAL”：CH1、CH2通道直流平衡調(diào)節(jié)旋鈕。垂直系統(tǒng)輸入耦合開關(guān)在GND時(shí)，在5mV與10mV之間反復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)垂直衰減開關(guān)，調(diào)整“DC BAL”使光跡保持在零水平線上不移動(dòng)。14——“VERTICAL MODE”：垂直系統(tǒng)工作模式開關(guān)。CH1：通道1單獨(dú)顯示；CH2：

13、15——“DC BAL”：CH1、CH2通道直流平衡調(diào)節(jié)旋鈕。垂直系統(tǒng)輸入耦合開關(guān)在GND時(shí)，在5mV與10mV之間反復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)垂直衰減開關(guān)，調(diào)整“DC BAL”使光跡保持在零水平線上不移動(dòng)。

14——“VERTICAL MODE”：垂直系統(tǒng)工作模式開關(guān)。CH1：通道1單獨(dú)顯示；CH2：通道2單獨(dú)顯示；DUAL：兩個(gè)通道同時(shí)顯示；ADD：顯示通道1與通道2信號(hào)的代數(shù)或代數(shù)差（按下通道2的信號(hào)反向鍵“CH2 INV”時(shí)）。

17——“CH2 INV”：通道2信號(hào)反向按鍵。按下此鍵，通道2及其觸發(fā)信號(hào)同時(shí)反向。

（3）觸發(fā)操作部分

23——“TRIG IN”：外觸發(fā)輸入端子。用于輸入外部觸發(fā)信號(hào)。當(dāng)使用該功能時(shí)，“SOURCE”開關(guān)應(yīng)設(shè)置在EXT位置。

24——“SOURCE”：觸發(fā)源選擇開關(guān)?！癈H1”：當(dāng)垂直系統(tǒng)工作模式開關(guān)14設(shè)定在DUAL或ADD時(shí)，選擇通道1作為內(nèi)部觸發(fā)信號(hào)源；“CH2”：當(dāng)垂直系統(tǒng)工作模式開關(guān)14設(shè)定在DUAL或ADD時(shí)，選擇通道2作為內(nèi)部觸發(fā)信號(hào)源；“LINE”：選擇交流電源作為觸發(fā)信號(hào)源；“EXT”：選擇“TRIG IN”端子輸入的外部信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)源。

25——“TRIGGER MODE”：觸發(fā)方式選擇開關(guān)?！癆UTO”（自動(dòng)）：當(dāng)沒有觸發(fā)信號(hào)輸入時(shí)，掃描處在自由模式下；“NORM”（常態(tài)）：當(dāng)沒有觸發(fā)信號(hào)輸入時(shí)，蹤跡處在待命狀態(tài)并不顯示；“TV-V”（電視場(chǎng)）：當(dāng)想要觀察一場(chǎng)的電視信號(hào)時(shí)；“TV-H”（電視行）：當(dāng)想要觀察一行的電視信號(hào)時(shí)。

26——“SLOPE”：觸發(fā)極性選擇按鍵。釋放為“+”，上升沿觸發(fā)；按下為“-”，下降沿觸發(fā)。

27——“LEVEL”：觸發(fā)電平調(diào)節(jié)旋鈕。顯示一個(gè)同步的穩(wěn)定波形，并設(shè)定一個(gè)波形的起始點(diǎn)。向“+”旋轉(zhuǎn)觸發(fā)電平向上移，向“-”旋轉(zhuǎn)觸發(fā)電平向下移。

28——“TRIG ALT”：當(dāng)垂直系統(tǒng)工作模式開關(guān)14設(shè)定在DUAL或ADD，且觸發(fā)源選擇開關(guān)24選CH1或CH2時(shí)，按下此鍵，示波器會(huì)交替選擇CH1和CH2作為內(nèi)部觸發(fā)信號(hào)源。

（4）水平軸操作部分

29——“TIME/DIV”：水平掃描速度旋鈕。掃描速度從0.2μs/div到0.5s/div共20檔。當(dāng)設(shè)置到X-Y位置時(shí)，示波器可工作在X-Y方式。

30——“SWP VAR”：水平掃描微調(diào)旋鈕。微調(diào)水平掃描時(shí)間，使掃描時(shí)間被校正到于面板上“TIME/DIV”指示值一致。順時(shí)針轉(zhuǎn)到底為校正（CAL）位置。

31——“×10 MAG”：掃描擴(kuò)展開關(guān)。按下時(shí)掃描速度擴(kuò)展10倍。

32——“POSITION”：水平位置調(diào)節(jié)鈕。調(diào)節(jié)顯示波形在熒光屏上的水平位置。

（4）其它操作部分

1——“CAL”：示波器校正信號(hào)輸出端。提供幅度為2Vpp，頻率為1kHz的方波信號(hào)，用于校正10∶1探頭的補(bǔ)償電容器和檢測(cè)示波器垂直與水平偏轉(zhuǎn)因數(shù)等。

16——“GND”：示波器機(jī)箱的接地端子。

2、雙蹤示波器的正確調(diào)整與操作

示波器的正確調(diào)整和操作對(duì)于提高測(cè)量精度和延長(zhǎng)儀器的使用壽命十分重要。

（1）聚焦和輝度的調(diào)整調(diào)整聚焦旋鈕使掃描線盡可能細(xì)，以提高測(cè)量精度。掃描線亮度（輝度）應(yīng)適當(dāng)，過亮不僅會(huì)降低示波器的使用壽命，而且也會(huì)影響聚焦特性。

（2）正確選擇觸發(fā)源和觸發(fā)方式觸發(fā)源的選擇：如果觀測(cè)的是單通道信號(hào)，就應(yīng)選擇該通道信號(hào)作為觸發(fā)源；如果同時(shí)觀測(cè)兩個(gè)時(shí)間相關(guān)的信號(hào)，則應(yīng)選擇信號(hào)周期長(zhǎng)的通道作為觸發(fā)源。

觸發(fā)方式的選擇：首次觀測(cè)被測(cè)信號(hào)時(shí)，觸發(fā)方式應(yīng)設(shè)置于“AUTO”，待觀測(cè)到穩(wěn)定信號(hào)后，調(diào)好其它設(shè)置，最后將觸發(fā)方式開關(guān)置于“NORM”，以提高觸發(fā)的靈敏度。當(dāng)觀測(cè)直流信號(hào)或小信號(hào)時(shí)，必須采用“AUTO”觸發(fā)方式。

（3）正確選擇輸入耦合方式

根據(jù)被觀測(cè)信號(hào)的性質(zhì)來選擇正確的輸入耦合方式。一般情況下，被觀測(cè)的信號(hào)為直流或脈沖信號(hào)時(shí)，應(yīng)選擇“DC”耦合方式；被觀測(cè)的信號(hào)為交流時(shí)，應(yīng)選擇“AC”耦合方式。

（4）合理調(diào)整掃描速度調(diào)節(jié)掃描速度旋鈕，可以改變熒光屏上顯示波形的個(gè)數(shù)。提高掃描速度，顯示的波形少；降低掃描速度，顯示的波形多。顯示的波形不應(yīng)過多，以保證時(shí)間測(cè)量的精度。

（5）波形位置和幾何尺寸的調(diào)整觀測(cè)信號(hào)時(shí)，波形應(yīng)盡可能處于熒光屏的中心位置，以獲得較好的測(cè)量線性。正確調(diào)整垂直衰減旋鈕，盡可能使波形幅度占一半以上，以提高電壓測(cè)量的精度。

（6）合理操作雙通道將垂直工作方式開關(guān)設(shè)置到“DUAL”，兩個(gè)通道的波形可以同時(shí)顯示。為了觀察到穩(wěn)定的波形，可以通過“ALT/CHOP”（交替/斷續(xù)）開關(guān)控制波形的顯示。按下“ALT/CHOP”開關(guān)（置于CHOP），兩個(gè)通道的信號(hào)斷續(xù)的顯示在熒光屏上，此設(shè)定適用于觀測(cè)頻率較高的信號(hào)；釋放“ALT/CHOP”開關(guān)（置于ALT），兩個(gè)通道的信號(hào)交替的顯示在熒光屏上，此設(shè)定適用于觀測(cè)頻率較低的信號(hào)。在雙通道顯示時(shí)，還必須正確選擇觸發(fā)源。當(dāng)CH1、CH2信號(hào)同步時(shí)，選擇任意通道作為觸發(fā)源，兩個(gè)波形都能穩(wěn)定顯示，當(dāng)CH1、CH2信號(hào)在時(shí)間上不相關(guān)時(shí)，應(yīng)按下“TRIG.ALT”（觸發(fā)交替）開關(guān)，此時(shí)每一個(gè)掃描周期，觸發(fā)信號(hào)交替一次，因而兩個(gè)通道的波形都會(huì)穩(wěn)定顯示。

值得注意的是：雙通道顯示時(shí)，不能同時(shí)按下“CHOP”和“TRIG ALT”開關(guān)，因?yàn)椤癈HOP”信號(hào)成為觸發(fā)信號(hào)而不能同步顯示。利用雙通道進(jìn)行相位和時(shí)間對(duì)比測(cè)量時(shí)，兩個(gè)通道必須采用同一同步信號(hào)觸發(fā)。

（7）觸發(fā)電平調(diào)整

調(diào)整觸發(fā)電平旋鈕可以改變掃描電路預(yù)置的閥門電平。向“+”方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，閥門電平向正方向移動(dòng)；向“-”方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，閥門電平向負(fù)方向移動(dòng)；處在中間位置時(shí)，閥門電平設(shè)定在信號(hào)的平均值上。觸發(fā)電平過正或過負(fù)，均不會(huì)產(chǎn)生掃描信號(hào)。因此，觸發(fā)電平旋鈕通常應(yīng)保持在中間位置。

動(dòng)態(tài)模擬示波器數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案

實(shí)驗(yàn)中常采用示波器觀察數(shù)據(jù)的波形，可以觀測(cè)到實(shí)時(shí)的結(jié)果，比較實(shí)際。有時(shí)候在沒有示波器的情況下，又想對(duì)實(shí)驗(yàn)時(shí)觀測(cè)到的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，因?yàn)橛械膶?shí)驗(yàn)重復(fù)的價(jià)值較大，重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)可能不現(xiàn)實(shí)?，F(xiàn)在的示波器都具備有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，可以將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)重新示波出來，并可以在其他地方重新利用這些數(shù)據(jù)，如采用應(yīng)用軟件在計(jì)算機(jī)上展現(xiàn)波形進(jìn)行分析等。此類應(yīng)用軟件比較多，采用的方法也各不相同，但結(jié)果都是類似的。筆者在過去的工作中應(yīng)用戶的要求也做過類似的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了只采用示波器的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示的功能。

基本思路是這樣的，除了顯示靜態(tài)的示波器數(shù)據(jù)外，對(duì)動(dòng)態(tài)的顯示，采用移點(diǎn)后添的方法，即保持?jǐn)?shù)組的總數(shù)不變，將數(shù)據(jù)組前面的點(diǎn)移動(dòng)到數(shù)據(jù)組的后面，每移動(dòng)一點(diǎn)形成一條曲線，然后逐條顯示各數(shù)據(jù)組，形成動(dòng)態(tài)的錯(cuò)覺。

下面的圖1是開發(fā)的應(yīng)用圖的界面和圖形輸入選擇參數(shù)，參數(shù)6是實(shí)際示波器得來的數(shù)據(jù)組的組號(hào)，參數(shù)5是靜動(dòng)態(tài)顯示的選擇參數(shù)，參數(shù)14是動(dòng)態(tài)顯示方向的選擇參數(shù)，其余參數(shù)是圖形調(diào)整參數(shù)。

圖2是本應(yīng)用圖的程序和顯示所需要的兩個(gè)基本圖形要素。編程時(shí)采用了暫態(tài)數(shù)據(jù)組的概念，動(dòng)態(tài)顯示前，先要計(jì)算出和原始數(shù)據(jù)組組元總數(shù)相同的正方矩陣，這是自動(dòng)完成的。顯示結(jié)束時(shí)，暫態(tài)數(shù)據(jù)組消失。

圖3是經(jīng)過程序計(jì)算后的數(shù)據(jù)窗口的界面，本示例中原始數(shù)據(jù)組元總數(shù)是1500，因此程序自動(dòng)計(jì)算出了1500×1500的方陣，然后顯示出來。

模擬示波器的故障檢修

示波器是一種利用電子束的偏轉(zhuǎn)，來重現(xiàn)電信號(hào)瞬時(shí)圖象的儀器。它不僅能測(cè)量電壓、電流等信號(hào)幅度的大小，而且還能測(cè)量其周期、頻率和相位，并能直觀地、形象地顯示各種電信號(hào)的波形。示波器在儀器設(shè)備故障檢修中，是一種重要的檢查診斷工具，許多人把它比作維修技術(shù)人員的“眼睛”。在故障檢查中，我們可以應(yīng)用波形觀察、信號(hào)尋跡、信號(hào)注人等方法，進(jìn)行監(jiān)視性觀察，測(cè)量性觀察和檢定性觀察。通過檢測(cè)電路的有關(guān)測(cè)試點(diǎn)，了解電路的工作情況，檢查電子元器件的好壞，從而確定和判斷電子儀器或裝備的整機(jī)性能和存在的問題） 。

1）檢查直流電派的紋波電壓

電源的紋波電壓對(duì)儀器設(shè)備的工作影響很大。直流穩(wěn)壓電源中對(duì)紋波電壓的大小通常都有相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)或要求。若超過其規(guī)定的指標(biāo)，儀器便不能很好地工作。筆者在實(shí)際工作中，曾碰到過多例因電源紋波增大而導(dǎo)致儀器不能正常工作的情況。例如：一價(jià)值數(shù)萬(wàn)元的進(jìn)口COZ培養(yǎng)箱，細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)的設(shè)置溫度為37℃，而實(shí)際顯示溫度卻僅在24~30℃之間跳動(dòng)，而且溫度總升不到設(shè)定值。顯示溫度跳動(dòng)，說明顯示信號(hào)中混人了干擾信號(hào);溫度升不到設(shè)定值，說明控制電路工作失控。用示波器檢查，發(fā)現(xiàn)紋波電壓很大（近4V）。疑是濾波電容容t衰退，更換濾波電容，儀器工作正常。是紋波影響了測(cè)量和控溫部分的工作。因此，碰到儀器工作不穩(wěn)定時(shí)，別忘了檢查電源的紋波） 。

2）檢查電路中有關(guān)測(cè)試點(diǎn)或有關(guān)電路波形

有的儀器附有電路圖，而且電路圖中標(biāo)有測(cè)試點(diǎn)及其波形。用示波器檢查測(cè)試點(diǎn)，觀察其波形，分析其差異，便能很快查出其故障） 。

3）檢查無圈紙電路或有關(guān)元件的工作波形。檢查前，應(yīng)做好以下準(zhǔn)備工作

①觀察被測(cè)電路或器件的連線和結(jié)構(gòu)，參考有關(guān)資料，尋找相似電路或器件，進(jìn)行分析比較，盡可能弄清其原理，繪出其電路框圖。做到測(cè)量時(shí)有的放矢。②對(duì)于型號(hào)被抹或被涂黑固化的模塊，可將其視為“黑匣子”，根據(jù)其引腳情況及外圍元件，描繪其電路，推側(cè)其電路結(jié)構(gòu)，尋找輸人輸出。然后用波形觀察法進(jìn)行檢查） 。

在上述①②③種故障檢查中，示波器主要用作監(jiān)測(cè)性觀察。其方法主要是波形觀察法。

4）側(cè)。電路或整機(jī)的有關(guān)技術(shù)參數(shù)

在這種檢測(cè)中，示波器主要用作測(cè)量性或檢定性觀察，其方法主要采用信號(hào)注人法。以音頻放大器為例。利用示波器和信號(hào)發(fā)生器等輔助儀器，可測(cè)量放大器的電壓增益、輸人阻抗、輸出阻抗、輸出功率、交調(diào)失真等。與此相類似，利用此方法，還可測(cè)量示波器的頻響和上升時(shí)間，檢定示波器的某些參數(shù)） 。

5）檢查數(shù)字集成電路的好壞

市售的集成電路檢查儀，功能全、用途廣、但因價(jià)格較貴，因此目前還不能完全普及。儀器設(shè)備故障檢修中，常常碰到檢查集成電路好壞的問題，在條件受限的情況下，我們可以自已動(dòng)手，自制一些簡(jiǎn)單實(shí)用的儀器。如正弦波信號(hào)發(fā)生器、方波信號(hào)發(fā)生器，高低位信號(hào)發(fā)生器。前兩種儀器的電路很多，后一種發(fā)生器在檢查數(shù)字集成電路中具有較大的用途。利用它作信號(hào)源，用示波器作監(jiān)視器，必要時(shí)再配上方波發(fā)生器，便可檢查多種數(shù)字集成電路。例如：各種門電路、反相器、緩沖器、譯碼器、觸發(fā)器，總線數(shù)據(jù)收發(fā)器。此外，還可以用作微處理器的數(shù)據(jù)線、地址線，做一些簡(jiǎn)單的微處理器實(shí)驗(yàn)，或檢查一些簡(jiǎn)單的徽處理器故障） 。

6）檢查傳感器的好壞

很多傳感器加其前置放大器，便可構(gòu)成一個(gè)特殊的信號(hào)源。例如：溫度傳忿器，壓力傳感器、光電傳感器、紅外傳感等。因此，修理數(shù)字溫控儀時(shí)，我們可以用升溫法給傳感器加溫，然后在其前置放大器翰出端用示波器觀察其電壓的變化情況。修理數(shù)字天平時(shí)，可在天平上加一個(gè)間歇力，用示波器在AD變換前觀察其電壓的變化。檢查傳感器的好壞，檢查有關(guān)電路的故障，一些帶信號(hào)輸出的插口，也可作信號(hào)源使用。如計(jì)算機(jī)顯示器插口愉出的R，B，G，H，V信號(hào)，維修顯示器時(shí)就很有用。利用它，我們可以用示波器尋跡檢查顯示器的各有關(guān)電路。此外，還有一些隱含義信號(hào)源，如空中特定頻率的電磁場(chǎng)信號(hào)，加上調(diào)整諧回路及其放大電路，便可構(gòu)成一個(gè)高頻或超高頻信號(hào)源。檢查如接收機(jī)、電視機(jī)之類的設(shè)備時(shí)，也可以用示波器對(duì)其進(jìn)行故障尋跡（注：僅觀察信號(hào)帶） 。

結(jié)語(yǔ)

關(guān)于模擬示波器的相關(guān)介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。

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