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。作為電子測試常用測試工具，它為工程師們提供了系統(tǒng)測試與問題、性能評估等系列功能。示波器的發(fā)展經(jīng)歷了模擬示波器、數(shù)字示波器時代，讓我們先來了解下示波器的發(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)字存儲示波器DSO(Digital Storage Oscilloscope)，其中，這個存儲特性是針對模擬示波器的即時顯示特性而言的。模擬示波器靠的是陰極射線管(CRT，即俗稱的電子槍)發(fā)射出電子束，而這束電子在根據(jù)被測信號所形成的磁場下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而在熒屏上反映出被測信號的波形，這個過程是即時地，中間沒有任何的存儲過程的。

數(shù)字示波器的作用：

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

　　1. 測量電信號的波形(電壓與時間關(guān)系);

　　2. 測量幅度、周期、頻率和相位等參數(shù);

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

　　數(shù)字示波器的原理：

　　首先，示波器利用前端ADC對被測信號進行快速的采樣，這個采樣速度通常都可以達到每秒幾百M到幾G次，是相當快的;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)就不可能實時的反應(yīng)到屏幕上，于是就誕生了存儲這個環(huán)節(jié)：示波器把前端采樣來的數(shù)據(jù)暫時保存在內(nèi)部的存儲器中，而顯示刷新的時候再來這個存儲器中讀取數(shù)據(jù)，用這級存儲環(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：

　　跟萬用表類似，要使用示波器，首先也得把它和被測系統(tǒng)相連，用的是示波器探頭，如圖20-4所示。示波器一般都會有2個或4個通道(通常都會標有1～4的數(shù)字，而多余的那個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通道上，探頭另一頭的小夾子連接被測系統(tǒng)的參考地(這里一定要注意一個問題：示波器探頭上的夾子是與大地即三插插頭上的地線直接連通的，所以如果被測系統(tǒng)的參考地與大地之間存在電壓差的話，將會導致示波器或被測系統(tǒng)的損壞)，探針接觸被測點，這樣示波器就可以采集到該點的電壓波形了(普通的探頭不能用來測量電流，要測電流得選擇專門的電流探頭)。

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

　　圖2 示波器幅值、時間軸旋鈕

　　如上圖，在每個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)動它們，就可以改變示波器屏幕上每個豎格所代表的電壓值，所以可稱其為“伏格”調(diào)整，如以下兩幅對比圖所示：左圖是1V/grid，右圖是500mV/grid，左圖波形的幅值占了2.5個格，所以是2.5V，右圖波形的幅值占了5個格，也是2.5V。推薦是將波形調(diào)整到右圖這個樣子，因為此時波形占了整個測量范圍的較大空間，可以提高波形測量的精度，如圖3所示。

　　圖3 示波器伏格調(diào)整對比圖

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

　　圖4 示波器秒格調(diào)整對比圖

　　很多時候只進行上述兩項調(diào)整的話，是能看到一個波形，但這個波形卻很不穩(wěn)定，左右亂顫，相互重疊，導致看不清楚，如圖5所示。

　　圖5 示波器觸發(fā)電平調(diào)整不當?shù)氖疽鈭D

　　這就是因為示波器的觸發(fā)沒有調(diào)整好的緣故，那么什么是觸發(fā)呢?簡單點理解，所謂觸發(fā)就是設(shè)定一個基準，讓波形的采集和顯示都圍繞這個基準來。最常用的觸發(fā)設(shè)置是基于電平的(也可基于時間等其它量，道理相同)，大家看下上面的幾張波形圖，在左側(cè)總有一個T和一個小箭頭，T是觸發(fā)的意思，這個小箭頭指向的位置所對應(yīng)的電壓值就是當前的觸發(fā)電平。示波器總是在波形經(jīng)過這個電平的時候，把之前和之后的一部分存儲并最終顯示出來，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，無論如何波形也不會經(jīng)過T所指的位置，即用永遠達不到觸發(fā)電平，所以失去了基準的波形看上去就不穩(wěn)定了。怎么調(diào)節(jié)這個觸發(fā)電平的位置呢，在示波器面板上找一個標了Trigger的旋鈕，如下圖，轉(zhuǎn)動這個旋鈕就可以改變這個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候經(jīng)過觸發(fā)電平還是向下減小的時候經(jīng)過觸發(fā)電平來完成觸發(fā)，這些設(shè)置一般都是通過Trigger欄里的按鈕和屏幕方便的菜單鍵來完成。

　　只要經(jīng)過上述的這三四步，你就可以把示波器的核心功能應(yīng)用起來了，可以用它觀察單片機系統(tǒng)的各個信號了。比如說上電后系統(tǒng)不運行，就用它來測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，而且晶振的兩個腳上的波形是不一樣的，一個幅值小一點的是作為輸入的，一個幅值大一點的是作為輸出的，如圖7所示。

　　圖7 示波器實測的晶振波形