第九章數(shù)字存儲示波器

第九章數(shù)字存儲示波器第1頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三9.1.1數(shù)字存儲示波器的組成原理9.1概述典型的數(shù)字存儲示波器原理框圖如圖所示第2頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三9.1.2數(shù)字示波器的主要技術(shù)指標(biāo)及分析

定義：單位時間內(nèi)對模擬輸入信號的采樣次數(shù)，單位為MS/s（兆次/秒）等。DSO給出的采樣速率指標(biāo)是指DSO所能達到的最高采樣速率，由A/D轉(zhuǎn)換器的最高轉(zhuǎn)換速率決定。最高采樣速率表示了儀器捕捉信號在時間軸上細節(jié)的能力。1．采樣速率fs示波器不能總以最高采樣速率工作，為了能在屏幕上清晰的觀測不同頻率的信號，DSO設(shè)置了多擋掃描速度（亦稱掃描時間因數(shù)），以對應(yīng)不同的采樣速率。DSO的最高掃描速度擋與其最高采樣速率相對應(yīng)。第3頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三定義：用記錄一幀波形數(shù)據(jù)所占有的存儲容量來表示，單位為KB或MB等。記錄長度表示DSO能夠連續(xù)存入采樣點的最大字節(jié)數(shù)。記錄長度又稱存儲容量或存儲深度，2．記錄長度L

記錄長度越長，水平分辨率就越高，就允許用戶捕捉更長時間內(nèi)的事件，就能為復(fù)雜波形提供更好的描述。一般說來，記錄長度越長越好，但是由于高速存儲器制造技術(shù)的限制，目前DSO記錄長度的長度是有限的。需要指出的是，對于某個DSO，其記錄長度是個確定的值，但實際測試使用的存儲容量可以是變化的。第4頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三定義：當(dāng)示波器輸入不同頻率的等幅正弦信號時，屏幕上顯示的信號幅度下降3dB時所對應(yīng)的輸入信號上、下限頻率之差，稱為示波器的頻帶寬度，單位為MHz或GHz。3．存儲帶寬BW

數(shù)字示波器有模擬帶寬和存儲帶寬兩種表達方式。

模擬帶寬：指采樣電路以前模擬信號通道電路的頻帶寬度

實時帶寬：

存儲帶寬

等效帶寬：采用實時采樣方式時所具有的存儲帶寬工作在等效采樣工作方式下測量周期信號時所表現(xiàn)出來的頻帶寬度。第5頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三3．存儲帶寬BW

存儲帶寬：存儲帶寬按采樣方式不同又分實時帶寬與等效帶寬兩種。

實時帶寬是指數(shù)字示波器采用實時采樣方式時所具有的存儲帶寬，主要取決于A/D轉(zhuǎn)換器的采樣速率和顯示所采用的內(nèi)插技術(shù)。根據(jù)取樣定理，如果采樣速率大于等于信號最高頻率分量的2倍，便可重現(xiàn)原信號波形。在數(shù)字示波器設(shè)計中，為保證顯示分辨率，要求增加更多的取樣點。采用點顯示方式時，每周期采樣點數(shù)k一般取20～25。采用插值技術(shù)可以降低對示波器fs的要求，采用矢量內(nèi)插方式時，一般取k=10；當(dāng)采用正弦內(nèi)插方式時，一般取k=2.5。

等效帶寬是指DSO工作在等效采樣工作方式下測量周期信號時所表現(xiàn)出來的頻帶寬度。在等效采樣方式下，要求信號必須是周期重復(fù)的，DSO一般要經(jīng)過多個采樣周期，并對采集的樣品進行重新組合，才能重顯被測波形。等效帶寬可以做的很寬，有的DSO的等效帶寬可達到幾十GHz以上。

模擬帶寬：指采樣電路以前模擬信號通道電路的頻帶寬度，主要由Y通道電路的幅頻特性和X偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)決定。如不特殊說明，數(shù)字示波器的頻帶寬度一般是指其模擬帶寬。第6頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三垂直分辨率又稱電壓分辨率，它由采用的A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率來決定，常以A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)來表示，單位為bit。例如，某DSO采用了8位的A/D轉(zhuǎn)換器，則稱該DSO的垂直分辨率為8bit。垂直分辨率也可用（級數(shù)/div）來表示。設(shè)某DSO采用8bit的A/D轉(zhuǎn)換器，屏幕垂直方向的刻度為8div，則稱該DSO的垂直分辨率為32級/div。4．分辨率水平分辨率又稱時間間隔分辨率，常以DSO在進行ΔT測量時所能分辨的最小時間間隔值來表示。如果不加內(nèi)插，當(dāng)DSO的采樣速率為fs時，定定義DSO的時間間隔分辨率為1/fs；如果加了內(nèi)插算法，且內(nèi)插器的增益為N，定義DSO的時間間隔分辨率為1/Nfs。早期示波器也常用（點/div）表示。例如，某DSO的記錄長度為1KB，屏幕水平方向的刻度有10div,則該DSO的水平分辨率為100點/div。

分辨率是指示信號波形細節(jié)的綜合指標(biāo)，包括垂直分辨率和水平分辨率。分辨率與測量準(zhǔn)確度緊密相關(guān)，但分辨率并非是測量準(zhǔn)確度，而是理想情況下測量準(zhǔn)確度的上線。第7頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三5.垂直靈敏度及誤差垂直靈敏度是指DSO顯示在垂直方向（Y軸）每格所代表的電壓幅度值，常以V/div、mV/div表示。根據(jù)模擬示波器的習(xí)慣，DSO也按1-2-5步進方式分擋，每擋也可以細調(diào)。垂直靈敏度表明了示波器測量最大和最小信號幅度的能力。垂直靈敏度誤差是指DSO測量信號幅度的準(zhǔn)確度，一般用規(guī)定頻率的標(biāo)準(zhǔn)幅度脈沖信號作校驗信號，其計算公式如下e=×100％式中,e為垂直靈敏度誤差，V1為測量讀數(shù)值（V），V2為校準(zhǔn)信號每格電壓值（V），D為校準(zhǔn)信號幅度（div）。第8頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三

掃描速度（又稱掃描時間因數(shù)，簡稱為掃速）定義為示波器光點在屏幕水平方向上移動一格所占用的時間，以s/div、ms/div、μs/div、ns/div、ps/div等表示。掃描速度表明了示波器能測量信號頻率的范圍。沿用模擬示波器的習(xí)慣，也按1-2-5步進方式分擋，每擋也能細調(diào)。掃描速度取決于A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率及記錄長度（存儲容量），其值為相鄰兩個取樣點的時間間隔與每格取樣點數(shù)N的乘積，即6.掃描速度及誤差

掃描速度誤差是指DSO測量時間間隔的準(zhǔn)確度。一般用具有標(biāo)準(zhǔn)周期時間的脈沖信號作為校驗信號，其計算公式如下式e=×100％式中,e為掃描誤差；Δt為校準(zhǔn)信號周期時間測量讀數(shù)值；T0為校準(zhǔn)信號周期時間值。第9頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三

掃描速度（又稱掃描時間因數(shù)，簡稱為掃速）定義為示波器光點在屏幕水平方向上移動一格所占用的時間，以s/div、ms/div、μs/div、ns/div、ps/div等表示。掃描速度表明了示波器能測量信號頻率的范圍。沿用模擬示波器的習(xí)慣，也按1-2-5步進方式分擋，每擋也能細調(diào)。掃描速度取決于A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率及記錄長度（存儲容量），其值為相鄰兩個取樣點的時間間隔與每格取樣點數(shù)N的乘積，即6.掃描速度及誤差

掃描速度誤差是指DSO測量時間間隔的準(zhǔn)確度。一般用具有標(biāo)準(zhǔn)周期時間的脈沖信號作為校驗信號，其計算公式如下式e=×100％式中,e為掃描誤差；Δt為校準(zhǔn)信號周期時間測量讀數(shù)值；T0為校準(zhǔn)信號周期時間值。第10頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三例如，對于一個21萬像素（575×368）的顯示屏幕，水平方向應(yīng)顯示500個點（相當(dāng)于50點/div）。為了保持這個時間分辨率，較簡單的設(shè)計方案是：以顯示窗口的最高水平分辨率來確定DSO的記錄長度，并根據(jù)所選的掃描速度來決定采樣速率。當(dāng)掃描速度選擇1μs/div，就應(yīng)提供50MS/s的采樣速率，正好保證水平方向有500個采樣點。如果選擇的采樣速率太低，采樣點少，就不能保證水平分辨率；如果選擇的采樣速率過高，則采樣點過多，采樣存儲器又會溢出。9.1.2數(shù)字示波器的主要技術(shù)指標(biāo)及分析

二．記錄長度與采樣速率的關(guān)系簡易DSO的記錄長度與顯示器水平方向的分辨率在數(shù)值上是一致的。其記錄長度L、采樣速率fs和掃描速度t/div存在以下關(guān)系式L=fs×t/div×10式中,10表示顯示屏幕水平方向的刻度為10格。上式表明，當(dāng)L確定之后（由硬件確定，不能改變），DSO的采樣速率fs與掃描速度t/div成反比。第11頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三二．記錄長度與采樣速率的關(guān)系簡易DSO的記錄長度與顯示器水平方向的分辨率在數(shù)值上是一致的。其記錄長度L、采樣速率fs和掃描速度t/div存在以下關(guān)系式L=fs×t/div×10這種簡易DSO的設(shè)計存在以下兩個缺點。1由于記錄長度是以顯示窗口的最高水平分辨率來設(shè)計的，DSO的記錄長度不可能太長（一般在500B左右或1000B左右），因此，很難完整地記錄并顯示一個較復(fù)雜的信號。2不便觀測一個同時含有高頻和低頻成分的信號波形。例如，要求顯示一行含有行同步信號的電視信號，若以低頻的行頻信號調(diào)整掃描速度，可以看到一行完整的信號，但看不清楚其中電視信號的波形；若以其中高頻的電視信號調(diào)整掃速，則又看不到一行完整的信號。要想觀察到又長又復(fù)雜波形的細節(jié)，就需要在較高采樣速率情況下進行較長時間的記錄，第12頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三二．記錄長度與采樣速率的關(guān)系目前現(xiàn)代DSO記錄長度已能做到多達48MB的超長存儲深度，從而支持在高采樣率情況下對復(fù)雜波形的捕獲。增加記錄長度后，一次捕捉的波形樣點多了。但是屏幕水平方向一般只有500點左右的像素，只能看到波形中的某一部分。為此，不少廠家又提出“窗口放大”或“波形移動”等功能，使用戶通過多次放大或左右移動，既可看到波形的全貌又可看到局部細節(jié)。圖給出了采用“窗口放大”的示意圖。第13頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三9.1.3數(shù)字示波器的特點

(1)數(shù)字示波器在存儲工作階段，對快速信號采用較高的速率進行取樣與存儲，對慢速信號采用較低速率進行取樣與存儲，但在顯示工作階段，其讀出速度采取了一個固定的速率，不受取樣速率的限制，因而可以獲得清晰而穩(wěn)定的波形?！艨梢詿o閃爍地觀察頻率很低的信號，這是模擬示波器無能為力的。

◆對于觀測頻率很高的信號來說，模擬示波器必須選擇帶寬很高的陰極射線示波管，這就使造價上升，并且顯示精度和穩(wěn)定性都較低。而數(shù)字存儲示波器采用了一個固定的相對較低的速率顯示，從而可以使用低帶寬、高分辨率、高可靠性而低造價的光柵掃描式示波管，這就從根本上解決了上述問題。若采用彩色顯示,還可以很好地分辨各種信息.數(shù)字示波器與模擬示波器相比較有下述幾個特點。第14頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三(3)具有先進的觸發(fā)功能。數(shù)字示波器不僅能顯示觸發(fā)后的信號，而且能顯示觸發(fā)前的信號，并且可以任意選擇超前或滯后的時間，這對材料強度、地震研究、生物機能實驗提供了有利的工具。除此之外，數(shù)字存儲示波器還可以向用戶提供邊緣觸發(fā)、組合觸發(fā)、狀態(tài)觸發(fā)、延遲觸發(fā)等多種方式，來實現(xiàn)多種觸發(fā)功能，方便、準(zhǔn)確地對電信號進行分析。(4)測量精度高。模擬示波器水平精度由鋸齒波的線性度決定，故很難實現(xiàn)較高的時間精度，一般限制在3%～5%。而數(shù)字存儲示波器由于使用晶振作高穩(wěn)定時鐘，有很高的測時精度。采用多位A/D轉(zhuǎn)換器也使幅度測量精度大大提高。尤其是能夠自動測量直接讀數(shù)，有效地克服示波管對測量精度的影響，使大多數(shù)的數(shù)字示波器的測量精度優(yōu)于1%。(2)數(shù)字示波器能長時間地保存信號。這種特性對觀察單次出現(xiàn)的瞬變信號尤為有利。有些信號，如單次沖擊波、放電現(xiàn)象等都是在短暫的一瞬間產(chǎn)生，在示波器的屏幕上一閃而過，很難觀察。數(shù)字存儲示波器問世以前，屏幕照相是“存儲”波形采取的主要方法。數(shù)字示波器把波形以數(shù)字方式存儲起來，因而操作方便，且其存儲時間在理論上可以是無限長的。第15頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三(6)具有數(shù)字信號的輸入/輸出功能，所以可以很方便地將存儲的數(shù)據(jù)送到計算機或其他外部設(shè)備,進行更復(fù)雜的數(shù)據(jù)運算或分析處理。同時還可以通過GP－IB接口與計算機一起構(gòu)成強有力的自動測試系統(tǒng)。(5)具有很強的處理能力，這是由于數(shù)字示波器內(nèi)含微處理器，因而能自動實現(xiàn)多種波形參數(shù)的測量與顯示，例如上升時間、下降時間、脈寬、頻率、峰峰值等參數(shù)的測量與顯示。能對波形實現(xiàn)多種復(fù)雜的處理，例如取平均值、取上下限值、頻譜分析以及對兩波形進行加、減、乘等運算處理。同時還能使儀器具有許多自動操作功能，例如自檢與自校等功能，使儀器使用很方便。數(shù)字示波器也有它的局限性，例如，由于受A/D轉(zhuǎn)換器最大轉(zhuǎn)換速率等因素的影響，數(shù)字示波器目前還不能用于觀測頻率較高的信號。第16頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三9.2數(shù)字示波器的采樣方式數(shù)字示波器按其工作原理可分為波形的采集（采樣與存儲）、波形的顯示、波形的測量與波形的處理等幾部分。對被測信號的波形進行采樣與存儲是DSO最基礎(chǔ)的工作。數(shù)字示波器的采樣方式有實時采樣和非實時的等效采樣兩種，等效采樣又可分為順序采樣和隨機采樣。第17頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三9.2數(shù)字示波器的采樣方式

波形的采集波形的顯示波形的測量波形的處理9.2.1實時采樣方式的原理與實現(xiàn)9.2.2順序等效采樣方式的原理與實現(xiàn)9.2.3隨機等效采樣方式的原理與實現(xiàn)實時采樣等效采樣順序采樣隨機采樣第18頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三9.2.1實時采樣方式的采集原理實時取樣是指對波形進行等時間間隔取樣，按照取樣先后的次序進行A/D轉(zhuǎn)換并存入存儲器中。典型實時取樣方式的采集電路如圖。本節(jié)重點分析：一、取樣與A/D轉(zhuǎn)換二、t/div控制器三、寫地址計數(shù)器四、采樣與存儲電路第19頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三9.2.1實時采樣方式的采集原理一、取樣與A/D轉(zhuǎn)換取樣即連續(xù)波形的離散化，其方法可用右圖說明。把模擬波形送到加有反偏的取樣門的a點，在c點加入等間隔取樣脈沖，則對應(yīng)時間tn(n＝1，2，3，…)取樣脈沖打開取樣門的瞬間，在b點就得到相應(yīng)的模擬量an(n＝1，2，3，…)，這個模擬量an就是取樣后得到的離散化的模擬量。１、取樣第20頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三一、取樣與A/D轉(zhuǎn)換9.2.1實時采樣方式的采集原理１、取樣2、A/D轉(zhuǎn)換若把an中的每一個離散模擬量進行A/D轉(zhuǎn)換，就可以得到相應(yīng)的數(shù)字量。例如a1→A/D→01H；a2→A/D→02H；a3→A/D→03H；…a7→A/D→01H。如果把這些數(shù)字量按序存放在存儲器中，就相當(dāng)于把一幅模擬波形以數(shù)字量的形式存儲起來A/D轉(zhuǎn)換器是波形采集的關(guān)鍵部件。它決定了示波器的最大取樣速率、存儲帶寬以及垂直分辨率等多項指標(biāo)。目前存儲示波器采用的A/D轉(zhuǎn)換的形式有逐次比較型、并聯(lián)比較型、串并聯(lián)型以及CCD器件與A/D轉(zhuǎn)換器相配合的形式等。并聯(lián)比較式A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度可以做得較高，但價格也較貴，是數(shù)字存儲示波器采用最多的一種形式。第21頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三9.2.1實時采樣方式的采集原理二、掃描速度t/div控制器掃描速度t/div控制器實際上是一個時基分頻器，用于控制A/D轉(zhuǎn)換速率以及存儲器的寫入速度，它由一個準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性很好的晶體振蕩器、一組分頻器和相應(yīng)的組合電路組成。典型的t/div控制電路原理如圖第22頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三第23頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三三、寫地址計數(shù)器

寫地址計數(shù)器用來產(chǎn)生寫地址信號，它由二進制計數(shù)器組成，計數(shù)器的位數(shù)由存儲長度來決定。寫地址計數(shù)器的計數(shù)頻率應(yīng)該與控制A/D轉(zhuǎn)換器的取樣時鐘的頻率相同。寫地址計數(shù)器原理圖如圖示。第24頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三四、采樣與存儲電路這種采樣方法是在信號經(jīng)歷的實際時間內(nèi)對信號進行采樣，因而稱之為實時采樣方式。實時采樣方式對觀測單次出現(xiàn)的信號非常有效，是數(shù)字示波器必須具備的采樣方式，但由于該方式受到A/D轉(zhuǎn)換器最高轉(zhuǎn)換速率的限制，使被測信號的頻帶寬度受到了限制。

第25頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三9.2.2順序采樣方式的采集原理

波形的采集

實時采樣等效采樣順序采樣隨機采樣順序采樣方式是一種非實時的等效采樣方式，它是在模擬取樣示波器技術(shù)基礎(chǔ)上進行數(shù)字化而發(fā)展起來的。它每次觸發(fā)只在周期信號波形上取一個樣點，但每次取樣的時間都較上次取樣點延遲一個已知的Δｔ，多次取樣后就可精確地重現(xiàn)被測波形。順序等效采樣方式將周期性的高頻信號變換成波形與其相似的周期性低頻信號，因而可以可用速度較慢的A/D轉(zhuǎn)換器（但仍需要高速取樣器）獲得很寬的頻帶寬度。順序等效采樣僅限于處理重復(fù)性的周期信號。

第26頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三一個典型的采用順序采樣方式的采集系統(tǒng)如圖所示。設(shè)原信號周期為T，取滿一個信號周期需要采樣n次，則經(jīng)過采樣變換后，原信號周期增大的倍數(shù)為q=n=如果每間隔m個信號周期采樣一次，那么經(jīng)過采樣變換后，原信號周期增大的倍數(shù)為q=mn=第27頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三9.2.2順序采樣方式的采集原理步進系統(tǒng)在順序采樣方式中起了關(guān)鍵性的作用，步進系統(tǒng)的電路原理框圖如圖所示。

第28頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三9.2.3隨機采樣方式的采集原理隨機采樣在每個采樣周期可以采集多個采樣點，并且每個采樣周期第一個采樣點的時間（t1、t2、t3…時刻）是隨機的。隨機采樣方式的示意圖如圖。

第29頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三隨機采樣方式的實現(xiàn)關(guān)鍵的技術(shù)：短時間間隔的測量和波形重建。

1、短時間測量短時間測量即測出每次采樣周期觸發(fā)點與其后的第一個采樣點時刻之間的時間間隔。這些時間間隔極短，很難直接測量，一般采用精密的模擬內(nèi)插器進行擴展后再進行測量。模擬內(nèi)插器主要包括：相位檢測、時間展寬、方波轉(zhuǎn)換、時間測量四個部分。第30頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三相位檢測部分主要完成在進行隨機采樣時，將觸發(fā)到來時刻與觸發(fā)到來后第一個采樣點之間的時間間隔轉(zhuǎn)換成脈沖寬度為Tx的窄脈沖；時間展寬部分主要完成將相位檢測到的窄脈沖按照一定的比例展寬成鋸齒波，展寬比由時間展寬電路中放電電流與充電電流之比來決定；方波轉(zhuǎn)換部分完成將時間展寬后得到的鋸齒波信號轉(zhuǎn)換成脈沖信號，作為計數(shù)的閘門信號；時間測量部分完成對閘門信號的寬度進行測量（用計數(shù)方式），測量出的計數(shù)結(jié)果送給CPU進行處理。

1、短時間測量第31頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三

2波形重構(gòu)與隨機排序算法波形重構(gòu)就即以觸發(fā)點為基準(zhǔn)，按照TX1、TX2、TX3…大小擺正每次觸發(fā)后采集的數(shù)據(jù)在時間軸上的位置，以重構(gòu)被測信號波形。為了便于理解，以下圖所示的采用隨機采樣方式的DSO為例進行分析。第32頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三

2波形重構(gòu)與隨機排序算法該系統(tǒng)主要由信號調(diào)理部分，高速A/D轉(zhuǎn)換器，小容量的高速緩存RAM1（采樣RAM），大容量高速緩存RAM2（顯示RAM），CPLD控制電路，采集處理器等電路組成。等效采樣數(shù)據(jù)的排序算法由采集處理器完成，排序后的結(jié)果存放于RAM2，并通過接口隨時將RAM2中的數(shù)據(jù)上傳到主處理器完成波形顯示的處理。

第33頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三

2波形重構(gòu)與隨機排序算法掃描速度實時速率等效速率等效倍數(shù)M每輪有效長度L1000ns/div40MS/s40MS/s18192B500ns/div40MS/s100MS/s2.53276B200ns/div40MS/s200MS/s51638B100ns/div40MS/s400MS/s10819B50ns/div40MS/s1GS/s25327B20ns/div40MS/s2GS/s50163B10ns/div40MS/s4GS/s10081B

該DSO最高采樣速率為40MS/s，記錄長度為8kB，則在不同的掃描速度狀態(tài)下，關(guān)系如表所示。

第34頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三

2波形重構(gòu)與隨機排序算法掃描速度實時速率等效速率等效倍數(shù)M每輪有效長度L1000ns/div40MS/s40MS/s18192B500ns/div40MS/s100MS/s2.53276B200ns/div40MS/s200MS/s51638B100ns/div40MS/s400MS/s10819B50ns/div40MS/s1GS/s25327B20ns/div40MS/s2GS/s50163B10ns/div40MS/s4GS/s10081B

從表中可以看出，等效采樣速率越高，波形恢復(fù)所需要的采樣次數(shù)M就越多，每輪采樣的數(shù)據(jù)個數(shù)L就越少。

第35頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三

2波形重構(gòu)與隨機排序算法在進行隨機采樣時，每輪采樣結(jié)束后，采集處理器首先從RAM1中讀出觸發(fā)點對應(yīng)的單元地址Xi；然后從短時間測量電路中讀取觸發(fā)信號與第一個采樣點之間的時間間隔Tx（Tx的最大值為實時采樣的周期T）；最后將T分成等長度的M段，每一段映射一個0～M1間的整數(shù)值I，通過查表的方法得出Tx對應(yīng)的I值。有了Xi，I，M和L這四個值，采集處理器就能對采樣存儲器（RAM1）中的數(shù)據(jù)按照排序算法進行排序，然后按照排序規(guī)則把采樣RAM1中的數(shù)據(jù)寫入到顯示RAM2中。

第36頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三

2波形重構(gòu)與隨機排序算法將數(shù)據(jù)寫入到顯示RAM2中的具體過程是：采集處理器從采樣存儲器的地址單元Xi前后各取連續(xù)的L/2個單元的數(shù)據(jù)（即本次采樣的有效點數(shù)），以觸發(fā)點（基地址）為中點，以I為地址偏移量，以M為地址步長，把數(shù)據(jù)從采樣RAM1中寫入到顯示RAM2中。排序算法的公式為

ADD=BASE+I+K×M式中，ADD為某個數(shù)據(jù)寫入RAM2中對應(yīng)單元的地址，K為從RAM1中順序讀取的數(shù)據(jù)的次序值，K的范圍是-L到+L-1，ASE為觸發(fā)點對應(yīng)在顯示RAM中的地址，這里該地址取4096，從而保證觸發(fā)點前后各取4KB個數(shù)據(jù)。

第37頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三隨機采樣方式與順序采樣方式的比較隨機采樣方式容許在觸發(fā)信號之前采樣，可以提供預(yù)觸發(fā)信息；而順序采樣方式的全部采樣必須在觸發(fā)信號之后產(chǎn)生，不能提供預(yù)觸發(fā)信息。因而，隨機采樣方式已在很大的范圍內(nèi)取代了順序采樣方式。目前，多數(shù)的數(shù)字示波器都具備實時采樣和隨機采樣兩種采樣方式。微波頻率段信號的示波器通常還是采用順序采樣方式，這是因為示波器在微波頻率上的時間分度很小，因而有效的隨機采樣出現(xiàn)的概率就很小，想要獲得整個波形的所有采樣，將會花去很長的時間。順序采樣方式可迫使采樣點發(fā)生在所需的時間窗口內(nèi)，因此易于很快獲得整個波形。例如，某采用順序采樣方式制作的微波數(shù)字示波器，其等效帶寬為50GHz，其中A/D轉(zhuǎn)換器的最高轉(zhuǎn)換率僅為10KS/s。如果采用實時采樣方式達到這個帶寬，將要求A/D轉(zhuǎn)換器的最高轉(zhuǎn)換率達到100GS/s以上，這樣高速的A/D轉(zhuǎn)換器目前還不能實現(xiàn)；如果采用隨機采樣方式，由于被測信號的最小周期僅為0.01ns，在如此小時間窗口中進行隨機采樣，若要獲得恢復(fù)整個波形所需要的全部采樣點，將會花去很長的時間。無論是隨機采樣方式還是順序采樣方式，它們只適用于周期性信號。對于非周期性信號，只能采用實時采樣方式

第38頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三9.3數(shù)字示波器組成原理9.3.1數(shù)字示波器的一般組成第39頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三9.3數(shù)字示波器組成原理

9.3.2輸入通道電路任務(wù):在被測信號不確定的情況下，通過放大（或衰減），電平調(diào)理，將被測信號實時地不失真地設(shè)置到最佳電平，滿足A/D數(shù)字化變換的最佳線性和最佳分辨率要求。數(shù)字示波器的頻帶寬度、垂直靈敏度及其誤差等重要技術(shù)指標(biāo)的優(yōu)劣主要取決于輸入通道電路。第40頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三由阻抗變換電路N1、程控步進衰減及前置放大電路N2、差分驅(qū)動放大器N3三電路組成頻帶寬度為DC～500MHz（50Ω輸入阻抗時）垂直靈敏度量程范圍為2mV/div～5V/div(共設(shè)11檔量程)垂直靈敏度誤差≤±（3%+1個像素）YB54500數(shù)字示波器輸入通道框圖：第41頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三阻抗變換電路（N1）原理框圖輸入信號經(jīng)過÷1/÷40高阻衰減器網(wǎng)絡(luò)后分為兩路：一路是高頻信號分量通路，經(jīng)過C3等到達高阻源級跟隨電路；另一路是低頻信號分量通路，經(jīng)R4、R5組成的分壓器和C4、S4組成的AC/DC選擇開關(guān)，加到運放同相輸入端，運放反相輸入端用于加入位移電平調(diào)節(jié)信號。反饋電容C5保證合成后的信號具有平坦的幅頻特性。運放輸出的低頻信號再經(jīng)10MΩ電阻R7在源級跟隨電路與高頻信號合成，并經(jīng)過源級跟隨電路輸出。第42頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三N2電路中的調(diào)理，傳輸都應(yīng)按50Ω阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)進行設(shè)計。IC1、IC2是可程控微波頻率（to3GHz）模擬開關(guān)，在程控碼控制下完成輸入信號/基準(zhǔn)零電平/精密校準(zhǔn)電平的切換輸入；IC3和IC4是特性阻抗為50Ω的六組精密電壓衰減陣列，完成0.5/1/2/4/8/16dB的衰減。最大程度地滿足系統(tǒng)線性動態(tài)響應(yīng)，以及垂直通道信號從2mV/div～5V/div11檔量程切換。IC5是一級高帶寬、低噪聲、低漂移、低輸出阻抗，有較強高頻率電流輸出能力的運算放大器，提供5倍增益信號放大，并在程控信號管理下提供12.5倍的擴展放大功能。在進行電路調(diào)試時，由于IC3、IC4本身存在傳輸損耗，IC3、IC4、IC5電氣聯(lián)接存在適配條件下固有損耗，N2電路應(yīng)由程控軟件精確調(diào)試到4倍增益。步進衰減網(wǎng)絡(luò)/前量放大電路N2的設(shè)計第43頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三N3的任務(wù)：將單端輸入信號轉(zhuǎn)換成對稱輸出信號；驅(qū)動A/D轉(zhuǎn)換器并向觸發(fā)電路系統(tǒng)提供內(nèi)觸發(fā)信號。N3的輸出應(yīng)有極低的高頻輸出阻抗以適應(yīng)長線傳輸?shù)碾娙莺碗姼胸撦d，為了減小容性和感性負載，在工藝上采用50Ω適配插頭座和50Ω微波電纜傳輸，PCB傳輸引線采用“微帶”效應(yīng)布線。N3由2級運算放大器組成，提供約10倍的總增益，以適應(yīng)A/D轉(zhuǎn)換器（AT84AD004）500mVP-P滿度數(shù)字化轉(zhuǎn)換的電平要求。此外，N3還承擔(dān)50Ω低阻輸入狀態(tài)下信號位移調(diào)節(jié)的任務(wù)。

差分驅(qū)動放大器N3的設(shè)計第44頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三目前，國內(nèi)外的A/D轉(zhuǎn)換器技術(shù)已經(jīng)非常成熟，通用型8bitA/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率已經(jīng)超過2GS/s,并且片內(nèi)集成了采樣-保持電路、基準(zhǔn)參考電壓、編碼電路等，只需外加少量器件，即可組成完整的數(shù)字化電路，給DSO設(shè)計帶來了很大de方便。9.3.3數(shù)據(jù)采集與存儲電路

為了進一步提高示波器的最高采樣速率以及降低對采樣存儲器讀寫速度的要求，DSO還廣泛采用了并行交錯采樣、輸出數(shù)據(jù)降速處理等技術(shù)。第45頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三9.3.3數(shù)據(jù)采集與存儲電路

所謂并行交錯采樣技術(shù)，就是利用多片A/D轉(zhuǎn)換器并行對同一個模擬信號進行交序采樣，從而提高DSO最高采樣率。該技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)是高精度多相時鐘電路設(shè)計。并行交錯采樣技術(shù)的實現(xiàn)將在AT84AD001高速A/D轉(zhuǎn)換器中說明，并行交錯采樣技術(shù)第46頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三輸出數(shù)據(jù)降速處理技術(shù)主要是解決高速的A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)流與較慢速的采樣存儲器讀寫速度之間的矛盾。DSO通常采用“串-并轉(zhuǎn)換”實現(xiàn)分時存儲的方法來降低輸出數(shù)據(jù)流的速度。例如，某DSO采用的A/D轉(zhuǎn)換器的最高采樣率為1000MS/s，分辨率為8bit。而采樣存儲器的最高讀寫頻率為266MHz，寬度是32bits的SDRAM。由于SDRAM的最高讀寫頻率為266MHz，所以必須將A/D數(shù)字化后的數(shù)據(jù)頻率降到266MHz以下。輸出數(shù)據(jù)降速處理技術(shù)第47頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三采用串-并轉(zhuǎn)換方法，降低A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)的示意圖A/D轉(zhuǎn)換器的輸出D0～D7并行送入8個4位移位寄存器，當(dāng)移位寄存器移滿后，再由鎖存器鎖存并送到采樣存儲器SDRAM。A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)最大速度為1000MHz，因此，移位寄存器最大工作頻率選為1200MHz。移位4次后才向鎖存器鎖存一次，因此，鎖存和輸出數(shù)據(jù)頻率只要為1000/4＝250MHz，從而滿足SDRAM讀寫最高頻率（266MHz）的要求。上述降速過程相當(dāng)于訪問一次SDRAM就寫入了4個8位數(shù)據(jù)，因此可以使數(shù)據(jù)傳輸速度降低4倍。第48頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三9.3.3數(shù)據(jù)采集與存儲電路

并行交錯采樣和輸出數(shù)據(jù)降速的處理需要增加許多射頻元件，這不僅給實際制作帶來許多困難，而且也使性能的進一步提高受到限制。目前，一些器件廠家生產(chǎn)了一種集成度很高的A/D轉(zhuǎn)換器，該器件不僅含有多路（兩路或四路）高速A/D轉(zhuǎn)換器，還提供了支持交錯工作方式和輸出數(shù)據(jù)降速（兩倍或四倍）處理的電路。因而，不需要在片外增加電路，便可同時實現(xiàn)并行交錯工作方式的數(shù)據(jù)采集和低速數(shù)據(jù)輸出等問題。Atmel公司生產(chǎn)的AT84AD001就是一種具備上述功能的高速A/D轉(zhuǎn)換器，AT84AD001高速A/D轉(zhuǎn)換器簡介第49頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三9.3.3數(shù)據(jù)采集與存儲電路

AT84AD001高速A/D轉(zhuǎn)換器簡介第50頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三9.3.3數(shù)據(jù)采集與存儲電路

該器件在同一芯片上集成了兩路（I和Q）獨立的A/D轉(zhuǎn)換器，每個通道都具有l(wèi)GS/s的采樣率，8bit分辨精度。為了實現(xiàn)高速率的數(shù)據(jù)采集，該器件提供了支持交錯工作方式的電路，在該模式下，雙路A/D轉(zhuǎn)換器并行采樣的最高采樣率可以達到2GS/s。為了降低輸出數(shù)據(jù)流的速度，該器件在內(nèi)部集成了1∶1和1∶2可選的數(shù)據(jù)多路分離器（DMUX），當(dāng)選擇DMUX在1：2時，可以使輸出數(shù)據(jù)流的速度降低2倍。從而可以在芯片內(nèi)部方便地實現(xiàn)高速率的數(shù)據(jù)采集和輸出數(shù)據(jù)的降速處理。AT84AD001高速A/D轉(zhuǎn)換器簡介第51頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三系統(tǒng)初始化時，設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換器工作在并行交替工作模式，DMUX設(shè)置為1∶2模式。模擬輸入信號經(jīng)過前置放大濾波電路，再經(jīng)過一個射頻變壓器TP101將單端信號轉(zhuǎn)換為差分信號，送入AT84AD001的I通道模擬輸入端。Q通道的模擬輸入端無需加入輸入信號，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出為4路8bit500MS/sLVDS邏輯的數(shù)據(jù)?；凇癆T84AD001”的2GHz數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)第52頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三AT84AD001輸出4路8bit500MS/s的數(shù)據(jù)，而且采用LVDS邏輯，對其輸出接口器件的性能提出了較高的要求。本系統(tǒng)接口器件選用Stratix2系列的FPGAEP2S60F1020芯片，該芯片具有84個專用LVDS差分邏輯接收通道，每個LVDS通道數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達640MS/s。因而，可直接與A/D轉(zhuǎn)換器相連。且一片EP2S60F1020即可滿足系統(tǒng)的需要?；凇癆T84AD001”的2GHz數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)第53頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三9.3.4觸發(fā)電路系統(tǒng)

觸發(fā)電路系統(tǒng)作用是為采集控制電路提供一個觸發(fā)參考點，以使DOS的每次采集都發(fā)生在被測信號特定的相位點上，使每一次捕獲的波形相重疊，以達到穩(wěn)定顯示波形的目的。觸發(fā)電路系統(tǒng)一般由外觸發(fā)信號通道電路、觸發(fā)源選擇和觸發(fā)電路組成，其中觸發(fā)電路應(yīng)包括觸發(fā)耦合方式選擇、觸發(fā)比較器、觸發(fā)釋抑電路等部分。第54頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三

外觸發(fā)信號通道電路和輸入信號通道電路一樣，也應(yīng)具備阻抗變換、AC/DC耦合選擇及放大等電路。示波器一般設(shè)置有內(nèi)觸發(fā)、外觸發(fā)和電源觸發(fā)觸發(fā)源。觸發(fā)源選擇電路功能是，根據(jù)用戶設(shè)定從中選擇其一作觸發(fā)源。內(nèi)觸發(fā)采用被測信號作為觸發(fā)源；外觸發(fā)采用外接與被測信號有同步關(guān)系的信號作為觸發(fā)源，常用于被測信號不適于作觸發(fā)信號時使用；電源觸發(fā)采用50Hz的工頻正弦信號作為觸發(fā)源，適用于觀測與50Hz交流有同步關(guān)系的信號。第55頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三觸發(fā)耦合方式選擇電路的功能是，根據(jù)用戶的設(shè)定從中選擇一種合適的耦合方式。示波器一般設(shè)置有直流耦合、交流耦合、低頻抑制耦合、高頻抑制耦合等多種觸發(fā)耦合方式。直流耦合方式使觸發(fā)信號通過，用于接入直流、或緩慢變化、或頻率較低并含有直流分量的信號；交流耦合方式使觸發(fā)信號通過電容耦合，用于觀察交流信號；低頻抑制耦合方式使觸發(fā)信號通過高通濾波器，對顯示含電源交流噪聲的信號很有用；高頻抑制耦合方式使觸發(fā)信號通過低通濾波器，即使低頻信號中包含高頻噪聲，仍能使其按低頻信號觸發(fā)。

觸發(fā)電路系統(tǒng)一般由外觸發(fā)信號通道電路、觸發(fā)源選擇和觸發(fā)電路組成，其中觸發(fā)電路應(yīng)包括觸發(fā)耦合方式選擇、觸發(fā)比較器、觸發(fā)釋抑電路等部分。第56頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三高性能示波器的觸發(fā)比較按觸發(fā)條件可劃分為：邊沿觸發(fā)、視屏觸發(fā)、毛刺觸發(fā)、狀態(tài)觸發(fā)等。此外，數(shù)字示波器還具有基于觸發(fā)點的預(yù)觸發(fā)功能。邊沿觸發(fā)是最基本的觸發(fā)，它要求在輸入信號邊沿的觸發(fā)閾值上產(chǎn)生觸發(fā)。視頻觸發(fā)通過視頻同步分離器提取視頻信號中的場同步信號或者行同步信號作為觸發(fā)信號，視頻觸發(fā)又可分為場同步觸發(fā)和行同步觸發(fā)兩種。毛刺觸發(fā)采用了單次觸發(fā)的模式，無毛刺出現(xiàn)時示波器不顯示，處于“監(jiān)視”狀態(tài)；當(dāng)觸發(fā)器發(fā)現(xiàn)毛刺時，則產(chǎn)生觸發(fā)信號并顯示毛刺尖峰出現(xiàn)前后的波形。毛刺觸發(fā)電路可根據(jù)脈沖的寬度來確定觸發(fā)時刻，當(dāng)被測信號為DC到某一頻率之間的信號，可以將脈沖寬度設(shè)置為小于被測信號最高頻率分量周期的一半，在正常情況下，這樣的窄脈沖是不會產(chǎn)生的。若被測信號是數(shù)字系統(tǒng)，由于數(shù)字系統(tǒng)的信號一般為系統(tǒng)時鐘周期的整數(shù)倍，我們可以把示波器的觸發(fā)條件設(shè)置為小于系統(tǒng)時鐘周期的脈沖寬度。狀態(tài)觸發(fā)采用狀態(tài)字作觸發(fā)信號，狀態(tài)觸發(fā)要求設(shè)置多條并行檢測線來監(jiān)測這些線上的狀態(tài)，當(dāng)檢測到用戶規(guī)定的狀態(tài)字（如HLHH）時，示波器就產(chǎn)生觸發(fā)。

第57頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三9.3.4觸發(fā)電路系統(tǒng)

觸發(fā)釋抑電路用以在每一次觸發(fā)后，產(chǎn)生一段閉鎖（Holdoff）時間，示波器在這段閉鎖時間內(nèi)將停止觸發(fā)響應(yīng)，以避免不希望的觸發(fā)產(chǎn)生，從而使DSO在每次觸發(fā)之后顯示的波形都一樣，達到穩(wěn)定顯示的目的。觸發(fā)電路系統(tǒng)一般由外觸發(fā)信號通道電路、觸發(fā)源選擇和觸發(fā)電路組成，其中觸發(fā)電路應(yīng)包括觸發(fā)耦合方式選擇、觸發(fā)比較器、觸發(fā)釋抑電路等部分。第58頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三9.3.4觸發(fā)電路系統(tǒng)

邊沿觸發(fā)方式邊沿觸發(fā)方式是指信號邊沿達到某一設(shè)定的觸發(fā)閾值而產(chǎn)生的一種觸發(fā)方式，觸發(fā)閾值電平可以調(diào)節(jié)，這是一種最基礎(chǔ)的觸發(fā)方式。邊沿觸發(fā)又分為上升沿觸發(fā)和下降沿觸發(fā)兩種。邊沿觸發(fā)電路一般采用雙輸入端的比較電路（比較器），一端接輸入信號，另一端接閾值電平，當(dāng)兩個輸入端信號之差達到某一值時，比較電路翻轉(zhuǎn)。若將兩個輸入端相互交換，則可改變觸發(fā)極性；若改變接在比較端的閾值電平值，就可實現(xiàn)觸發(fā)閾值電平的調(diào)節(jié)，從而可以選擇在信號波形的上升沿或下降沿的某一電平上產(chǎn)生觸發(fā)。第59頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三觸發(fā)極性選擇/觸發(fā)閾值電平調(diào)節(jié)示意圖在DSO中，比較器閾值電平由D/A轉(zhuǎn)換器提供，一旦觸發(fā)信號超過由D/A轉(zhuǎn)換器設(shè)定的觸發(fā)閾值電平，掃描即被觸發(fā)。觸發(fā)極性選擇開關(guān)S1用來選擇觸發(fā)信號的極性。當(dāng)選擇開關(guān)S1撥在“+”位置上時，在信號增加方向上，當(dāng)觸發(fā)信號超過設(shè)定的觸發(fā)閾值電平時就產(chǎn)生觸發(fā)。當(dāng)撥在“-”位置上時，在信號減少方向上，當(dāng)觸發(fā)信號超過觸發(fā)閾值電平時就產(chǎn)生觸發(fā)。觸發(fā)極性和觸發(fā)閾值電平共同決定觸發(fā)信號的觸發(fā)點。

該觸發(fā)電路既要選擇觸發(fā)極性選擇開關(guān)，又要調(diào)節(jié)觸發(fā)閾值電平，使用不夠方便?，F(xiàn)代示波器中的自動觸發(fā)電路，能使觸發(fā)點自動調(diào)整在最佳觸發(fā)電平上。第60頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三邊沿觸發(fā)的最終目的是產(chǎn)生一個穩(wěn)定的快沿脈沖，并以此刻作為對被測信號進行采樣的開始時間。很顯然，這一快沿脈沖的不穩(wěn)定將直接導(dǎo)致對信號采樣時間的不確定性，造成波形在顯示時會出現(xiàn)水平方向的抖動（稱觸發(fā)抖動）。觸發(fā)抖動嚴(yán)重時將無法觀察和精確測量信號的時間參量，觸發(fā)抖動是DSO的一項重要的技術(shù)指標(biāo)。造成觸發(fā)抖動的主要原因是：觸發(fā)比較器的延時誤差建立時間和觸發(fā)通道噪聲等。因此，觸發(fā)通道電路應(yīng)選擇低噪聲、低漂移、高帶寬的運算放大器、模擬開關(guān)及相關(guān)元器件，并注意布線的合理，電源退耦及地線處理得當(dāng)，高頻信號傳輸電路引線走直線并盡量短。除此之外，還需要對比較器施加滯后措施，即將比較器接成施密特電路的形式（

第61頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三預(yù)置觸發(fā)功能預(yù)置觸發(fā)功能含正延遲觸發(fā)和負延遲觸發(fā)兩種情況。并且正負延遲及延遲時間都可以進行預(yù)置。在數(shù)字存儲示波器中預(yù)置觸發(fā)可以通過控制存儲器的寫操作過程來實現(xiàn)。9.3.4觸發(fā)電路系統(tǒng)

第62頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三預(yù)置觸發(fā)功能當(dāng)被測信號大于預(yù)置電平時，觸發(fā)電路便產(chǎn)生觸發(fā)信號，于是存儲器就從零地址開始寫入采集的數(shù)據(jù)，設(shè)示波器的存儲容量為1024，則當(dāng)寫滿1024個單元后便停止寫操作。顯示也從零地址開始讀數(shù)據(jù)，則對應(yīng)示波器屏幕上顯示的信號便是觸發(fā)點開始后的波形。在常態(tài)觸發(fā)狀態(tài)下，在正延遲時(即顯示延遲觸發(fā)點N個取樣點時間)，觸發(fā)信號到來后，存儲器不立即寫入數(shù)據(jù)，而是延遲N次取樣之后才開始寫入。這樣當(dāng)顯示時，示波器屏幕上顯示的信號便是觸發(fā)點之后N個取樣點的波形。這等效于示波器的時間窗口右移。在正延遲時第63頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三在負延遲時(即顯示超前觸發(fā)點N個取樣點時間)，觸發(fā)信號到來前，存儲器信號便就一直處于0～1023單元不斷循環(huán)寫入的過程中，當(dāng)寫滿1024個單元之后，新內(nèi)容將覆蓋舊內(nèi)容繼續(xù)寫入。當(dāng)觸發(fā)信號到來后，使存儲器再寫入1024–N個取樣點之后停止寫操作。顯示時，不是從零地址讀數(shù)據(jù)，而是從停止寫操作時地址的下一個地址作為顯示首地址連續(xù)讀1024個單元的內(nèi)容。這樣，示波器屏幕上顯示的便是觸發(fā)點之前N次取樣點為起點的波形，這等于示波器的時間窗口左移。在負延遲時預(yù)置觸發(fā)功能第64頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三預(yù)置觸發(fā)功能第65頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三DSO的顯示電路大部分采用兩種顯示方式。隨機掃描顯示方式。光柵掃描兩種顯示方式。這兩種顯示方式的基本原理在本書3.4已做過討論。

9.3.5顯示系統(tǒng)DSO顯示系統(tǒng)的組成顯示系統(tǒng)的任務(wù)是：顯示采集的波形，顯示經(jīng)內(nèi)插或濾波處理后的波形，顯示測量的結(jié)果以及顯示人機交互信息等。

第66頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三顯示地址計數(shù)器在顯示時鐘的驅(qū)動下產(chǎn)生了連續(xù)的地址信號，這些地址信號分為兩路：一路提供給采樣RAM作為讀地址，依次將采樣RAM中的波形數(shù)據(jù)讀出送至D/A轉(zhuǎn)換器，然后經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)恢復(fù)為模擬信號送至CRT的Y軸；另一路直接送給另一個D/A轉(zhuǎn)換器而形成階梯波，然后送至CRT的X軸作同步的掃描信號。由于從采樣RAM中讀出并恢復(fù)的模擬信號與形成的階梯波是同步的，根據(jù)模擬示波器的顯示原理，CRT屏幕上便能生成存儲的模擬波形，

1、隨機掃描顯示方式。第67頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三DSO顯示系統(tǒng)的組成隨機掃描顯示方式的原理直觀，電路簡單，較易實現(xiàn)，但隨機掃描顯示方式在實現(xiàn)人機交互等方面不夠方便，主要應(yīng)用于一些較簡單的數(shù)字示波器的設(shè)計中。1、隨機掃描顯示方式。第68頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三現(xiàn)代數(shù)字示波器的顯示電路較多采用光柵掃描顯示方式。該方式不采用D／A轉(zhuǎn)換器，而是采用一個專用的CRT控制器（CRTC），直接將波形數(shù)據(jù)變換成屏幕上的圖像。光柵掃描顯示方式能提供友好的人機交互界面，也能支持較高的屏幕刷新率。2、光柵掃描顯示方式典型光柵掃描顯示方式舉例第69頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三典型光柵掃描顯示方式舉例該顯示電路使用MC6845作CRTC，上電后主處理器通過數(shù)據(jù)總線對MC6845的內(nèi)部寄存器初始化，如屏幕范圍、顯示區(qū)域、起始行位置等。初始化后，MC6845便獨立自動產(chǎn)生顯示器的行、場掃描，刷新信號，無須占用主處理器的時間，這樣，主處理器可以有更多的時間處理數(shù)據(jù)和對波形區(qū)數(shù)據(jù)的送顯，提高了資源的利用率。

第70頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三顯示方式點顯示就是在屏幕上以間隔點的形式將采集的信號波形顯示出來。由于這些點之間沒有任何連線，每個信號周期必須要有足夠的點才能正確地重新構(gòu)成信號波形，一般要求每個正弦信號周期顯示20～25個點。在點顯示的情況下，當(dāng)被觀察的信號在一周期內(nèi)采樣點數(shù)較少時會引起視覺上的混淆現(xiàn)象。為了有效地克服視覺的混淆現(xiàn)象，同時又不降低帶寬指標(biāo)，數(shù)字示波器往往采用插值顯示。1、點顯示與插值顯示點顯示：第71頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三插值顯示即利用插值技術(shù)在波形的兩個采樣點數(shù)據(jù)間補充一些數(shù)據(jù)。插值顯示可以降低對DSO采樣速率的要求。數(shù)字示波器廣泛采用矢量插值法和正弦插值法兩種方式。矢量插值法是用斜率不同的直線段來連接相鄰的點，由于矢量插值法僅僅是以直線形式加到數(shù)據(jù)點中，因而如果采樣的數(shù)據(jù)點沒有落在信號波形頂部時，就會造成頂尖幅度誤差。一般情況下，當(dāng)被測信號頻率為采樣頻率的十分之一以下時，矢量插值法就可以得到滿意的效果。正弦插值法是以正弦規(guī)律，用曲線連接各數(shù)據(jù)點的顯示方式，一般情況下，每個周期使用2.5個數(shù)據(jù)字就能夠構(gòu)成一個較完整的正弦波形。正弦插入法對階躍波顯示會產(chǎn)生副作用。插值顯示：第72頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三顯示方式基本顯示方式又稱刷新顯示方式，其工作過程是：每當(dāng)滿足觸發(fā)條件時，就對信號進行采集并存到存儲器中，然后將存儲器中的波形數(shù)據(jù)復(fù)制到顯示存儲器中去，從而使得屏幕的顯示內(nèi)容不斷隨著信號的變化而更新。這種連續(xù)觸發(fā)顯示的方式與模擬示波器的基本顯示方式類似，是最常使用的一種顯示方式。2、基本顯示與單次觸發(fā)顯示基本顯示：第73頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三顯示方式所謂單次觸發(fā)顯示就是：當(dāng)滿足觸發(fā)條件時，就對信號進行連續(xù)地采集并將其存在存儲器中的連續(xù)地址單元中，一旦數(shù)據(jù)將存儲器的最后一個單元填滿以后，采集過程即告結(jié)束，然后不斷地將存儲器中的波形數(shù)據(jù)復(fù)制到顯示存儲器中去，在此時期示波器不再采集新的數(shù)據(jù)。這種采集與顯示方式對觀測單次出現(xiàn)的信號非常有效。也是模擬示波器達不到的顯示方式。2、基本顯示與單次觸發(fā)顯示單次觸發(fā)顯示：第74頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三3、滾動顯示滾動顯示的表現(xiàn)形式是：被測波形連續(xù)不斷地從屏幕右端進入，從屏幕左端移出。示波器猶如一臺圖形記錄儀，記錄筆在屏幕的右端，記錄紙由右向左移動，當(dāng)發(fā)現(xiàn)欲研究的波形部分時，還可將波形存儲或固定在屏幕上，以作細微的觀察與分析。滾動顯示方式的機理是：每當(dāng)采集到一個新的數(shù)據(jù)時，就把已存在存儲器中的所有數(shù)據(jù)都向前移動一個單元，即將第一個單元的數(shù)據(jù)沖掉，其他單元的內(nèi)容依次向前遞進，然后再在最后一個單元中存入新采集的數(shù)據(jù)。每寫入一個數(shù)據(jù)，就進行一次讀過程，讀出和寫入的內(nèi)容不斷更新，因而可以產(chǎn)生波形滾滾而來的滾動效果。滾動顯示主要適于緩慢變化的信號。第75頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三4、存儲/調(diào)出顯示“存儲”功能即當(dāng)采集的信號波形數(shù)據(jù)存入存儲器以后，將這些波形數(shù)據(jù)以及面板參數(shù)一起復(fù)制到后備非易失存儲器中，以供以后進行分析或參考及比較使用。后備非易失存儲器的容量通?？梢匀菁{多幅波形數(shù)據(jù)及面板參數(shù)。使用時，只要按下“SAVE“鍵和一個數(shù)字鍵，示波器會自動把當(dāng)前的波形數(shù)據(jù)和參數(shù)存到對應(yīng)編號的非易失存儲器區(qū)域中?！罢{(diào)出“是把已存儲的波形調(diào)出并顯示。使用時，只要按下“RECALL“鍵和一個數(shù)字鍵，示波器會把對應(yīng)編號的波形數(shù)據(jù)和參數(shù)調(diào)出，并顯示在屏幕上?！罢{(diào)出“是“存儲“的逆過程。

存儲/調(diào)出顯示功能對于在現(xiàn)場工作的工程師是很方便的。工程師可以把現(xiàn)場測量期間所有的有關(guān)波形存儲下來，以便以后分析，或?qū)⑦@些波形傳往計算機再作進一步的處理。

第76頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三5、鎖存和半存顯示鎖存顯示就是把一幅波形數(shù)據(jù)存入存儲器之后，只允許從存儲器中讀出數(shù)據(jù)進行顯示，不準(zhǔn)新數(shù)據(jù)再寫入。半存顯示是指波形被存儲之后，允許存儲器奇數(shù)(或偶數(shù))地址中的內(nèi)容更新，但偶數(shù)(或奇數(shù))地址中的內(nèi)容保持不變。于是屏幕上便出現(xiàn)兩個波形，一個是已存儲的波形信號，另一個是實時測量的波形信號。這種顯示方法可以實現(xiàn)將現(xiàn)行波形與過去存儲下來的波形進行比較的功能。顯示方式第77頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三幾乎所有微機化的數(shù)字示波器都充分地利用內(nèi)部微處理器系統(tǒng)以及A/D轉(zhuǎn)換器等硬件，構(gòu)成多種測量及數(shù)據(jù)處理能力，使數(shù)字示波器成為一臺功能很強大的測量儀器。數(shù)字示波器的測量及處理功能包括：波形上任意兩點間的電位差（ΔU）以及時間差（Δt）的測量、波形的前后沿時間測量、峰-峰值測量、有效值測量、頻率測量、顯示波形平均值處理、兩波形的加、減、乘運算、波形的頻譜分析等。9.3.6波形參數(shù)的測量與處理本節(jié)以ΔU與Δt測量、兩波形相加處理為代表，討論波形參數(shù)的測量與處理的一般原理及方法。第78頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三一、ΔU、Δt的測量波形上任意兩點間的電位差(ΔU)和時間差(Δt)的測量一般采用加亮標(biāo)志法或光標(biāo)標(biāo)志法。加亮標(biāo)志法是將欲測量的波形段加亮進行標(biāo)志，而光標(biāo)標(biāo)志法是通過設(shè)置兩條水平光標(biāo)線或兩條垂直光標(biāo)線對波形被測部分進行標(biāo)志。波形加亮部分的起點和終點，或者光標(biāo)線的位置，可通過面板相應(yīng)按鍵的控制下作步進式的移動，波形加亮部分的起點和終點或光標(biāo)線與波形的交點，對應(yīng)于信號存儲器中的相應(yīng)數(shù)據(jù)，當(dāng)設(shè)置不同的測量項目時，儀器即可在測量程序控制下實現(xiàn)不同的測量目的，并將測量結(jié)果直接顯示在CRT上。為了測量ΔU、Δt的大小，通常應(yīng)將掃描時間因數(shù)(t/div)和靈敏度(mＶ/div)分擋編成代碼，并與波形代碼一起存入存儲器，如表9－3和表9－4所示。第79頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三表9-3為掃描時間因數(shù)代碼表，表中的每擋掃描時間因數(shù)都用相應(yīng)的代碼表示，當(dāng)掃描時間因數(shù)總數(shù)為30擋時，用5位二進制代碼即可。第80頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三表9-4為靈敏度代碼表，表中的每擋靈敏度都用相應(yīng)的代碼表示，當(dāng)靈敏度總數(shù)為6擋時，用3位二進制代碼來表示6擋靈敏度。最后，再把代表掃描時間因數(shù)的5位二進制代碼放在一個字節(jié)的高5位，代表靈敏度的3位二進制代碼放在同一字節(jié)的低3位，并在每次存儲一頁波形數(shù)據(jù)時，把這一字節(jié)內(nèi)容也存放在同一頁面的某個單元（例如0號單元）。第81頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三1．加亮標(biāo)志法Δt測量原理設(shè)波形由255個點組成，當(dāng)掃描時間因數(shù)確定之后，每兩點之間的步進時間Tstep便是確定的。若想測量波形某一部分的時間Δt，只需把這一部分加亮，把加亮部分的點數(shù)求出來，用點數(shù)乘以步進時間Tstep即可求出Δt。

求解Δt的步驟：1、根據(jù)掃描時間因數(shù)確定步進時間Tstep；2、求出測量波形（加亮部分）的點數(shù)；3、Δt=點數(shù)×Tstep。步進時間Tstep是隨不同的掃描時間而變的，此時只要把存放在波形頁面中0號地址的內(nèi)容取出來，根據(jù)它的高5位代碼就可以確定步進時間及單位。第82頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三波形加亮及控制流程第83頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三圖中，端口“I/O”為控制加亮輸入口，端口“I/O，Z”為控制加亮輸出口。其中“I/O”口的U0鍵和U1鍵分別對應(yīng)波形加亮部分的起點和終點，并定義D1為1表示要改變U1的位置，D2為1表示要改變U0的位置，究竟作如何改變(進或者退)則由進/退鍵來決定，定義D0為1時進，D1為0時退。在存儲階段，在CPU兩次取樣之間訪問I/O口，若D1為1，則B寄存器加1(若同時D0為1)或者減1(若同時D0為0);若D2為1，則C寄存器加1(若同時D0為1)或者減1(若同時D0為0)，使寄存器B和C分別寄存加亮部分起點和終點的地址。在顯示波形時，不斷地讓信號存儲器的地址計數(shù)器(L寄存器)與C寄存器比較，當(dāng)L＝C時，則使“I/O，Z”口的D0置1，它與加亮信號組合起來就產(chǎn)生了在波形上加亮的效果。同樣若L＝B，則使“I/O，Z”口的D0置0，這就是加亮的結(jié)束。這樣，通過按動U0鍵、U1鍵和進退鍵，便可產(chǎn)生使波形加亮部分變寬、變窄以及左右移動的效果。于是，可以得到加亮待測波形部分的時間T＝(B-C)×Tstep，式中的(B-C)即為加亮標(biāo)志間的點數(shù)。第84頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三二、兩波形的“加”運算兩波形的“加”運算是指把存放在不同頁面中的波形數(shù)據(jù)對應(yīng)相加。相加時，要求波形的掃描時間因數(shù)必須相同，否則無法表示相加后的時間；應(yīng)注意兩個頁面的靈敏度要相同，若靈敏度不同，應(yīng)在運算之前把兩頁面的靈敏度給以調(diào)整或“對齊”，記下靈敏度調(diào)整系數(shù)。相加時，如有溢出還應(yīng)能自動調(diào)整，使每兩點相加結(jié)果不超過255。靈敏度對齊程序的依據(jù)是表9－6所示的靈敏度與代碼關(guān)系表。首先把A、B頁面的靈敏度代碼相減，若結(jié)果為零，說明兩頁面的靈敏度相同不需要調(diào)整。若不為零，應(yīng)把相減的差值L（即靈敏度的差值）按2L計算出調(diào)整系數(shù)，然后進行調(diào)整。調(diào)整原則是：向低靈敏度對齊，即把靈敏度高的頁面做被調(diào)整頁，將其代碼改為低靈敏度代碼，再把被調(diào)整頁每一單元的數(shù)都除以調(diào)整系數(shù)。當(dāng)靈敏度“對齊”以后，便把兩頁面對應(yīng)地址中的數(shù)相加，相加的結(jié)果放在B頁面對應(yīng)的地址中。若兩個數(shù)相加有溢出，則把溢出標(biāo)志碼AAH存入E寄存器中，第85頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三二、兩波形的“加”運算“加”運算流程第86頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三9.4數(shù)字示波器的設(shè)計9.4.1簡易數(shù)字示波器的設(shè)計設(shè)計并制作一臺用普通示波器顯示被測波形的簡易數(shù)字示波器，示意圖如下：考慮到電子競賽的特點，將示波器被測信號的最高頻率分量（存儲帶寬）限定在50kHz，其顯示部分用模擬示波器（X－Y工作方式）來替代。第87頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三(1)具有連續(xù)觸發(fā)和單次觸發(fā)兩種存儲顯示方式。在連續(xù)觸發(fā)存儲顯示方式中，儀器能連續(xù)對信號進行采集、存儲并實時顯示，且具有鎖存（按“鎖存”鍵即可存儲當(dāng)前波形）功能。在單次觸發(fā)存儲顯示方式下，每按動一次“單次觸發(fā)”鍵，儀器在滿足觸發(fā)條件時，能對被測周期信號或單次非周期信號進行一次采集與存儲，然后連續(xù)顯示采集的波形。(2)器垂直分辨率為32級/div，水平分辨率為20點/div(設(shè)示波器顯示屏水平刻度為10div，垂直刻度為8div)，輸入阻抗大于100kΩ。(3)頻率范圍為DC～50kHz，最少設(shè)置0.2s/div、0.2ms/div、20μs/div三擋掃描速度，其誤差≤5%；最少設(shè)置1V/div、0.1V/div、0.01V/div三擋垂直靈敏度，其誤差≤5%。(4)儀器觸發(fā)電路采用內(nèi)觸發(fā)方式，上升沿觸發(fā)，觸發(fā)電平可調(diào)。(5)具有雙蹤示波功能，能同時顯示兩路被測信號波形。(6)具有水平移動擴展顯示功能，要求將存儲深度增加一倍，并且能通過操作“移動”鍵顯示被存儲信號波形的任一部分。(7)其他，例如具有量程自動調(diào)節(jié)(Autoscale)功能、頻譜分析功能等。要求達到的功能和技術(shù)指標(biāo)：第88頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三9.4.1簡易數(shù)字示波器的設(shè)計一、技術(shù)指標(biāo)分析及總體方案的制定設(shè)計要求存儲示波器具有單次觸發(fā)功能，能對單次出現(xiàn)的信號進行測量，非實時的等效時間取樣方式無能為力；另一方面，本題要求A/D轉(zhuǎn)換器的最高轉(zhuǎn)換速率僅為2MHz，因此，本設(shè)計選用實時取樣方式。1.取樣方式的選擇本題要求示波器垂直分辨率為32級/div，而顯示屏的垂直刻度為8div，因而要求A/D轉(zhuǎn)換器能分辨32×8＝256級，應(yīng)選擇8位A/D轉(zhuǎn)換器。本題要求示波器的最快掃描速度為20μs/div，水平分辨率為20點/div，因而A/D轉(zhuǎn)換器的最高轉(zhuǎn)換速率應(yīng)為1MHz。若考慮雙蹤輸入情況，A/D轉(zhuǎn)換器最高轉(zhuǎn)換速率應(yīng)選擇在2MHz以上。根據(jù)上述分析，A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)選擇最高轉(zhuǎn)換速率為2MHz以上的8位A/D轉(zhuǎn)換器，例如CA3308、TLC5510等。2.A/D轉(zhuǎn)換器的選擇第89頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三一、技術(shù)指標(biāo)分析及總體方案的制定本題要求水平分辨率為20點/div，而顯示屏水平刻度為10div，因而滿屏掃描顯示需20×10＝200點?？紤]雙蹤示波功能，存儲深度應(yīng)增加到400點，若再考慮水平移動擴展顯示功能的需要，可考慮選擇容量為1KB以上的存儲器。數(shù)字存儲示波器工作的一個重要特點是要求數(shù)據(jù)的寫入與讀出能同時進行，這就存在一個共享RAM的問題?？梢钥紤]采用如下兩種方案：(1)采用一般的RAM并設(shè)計相應(yīng)的外圍控制電路，使數(shù)據(jù)的寫入與讀出分時使用同一套總線。(2)采用具有兩套總線的雙口RAM器件。根據(jù)上述分析，本設(shè)計的存儲器擬選擇雙口RAM器件，例如選擇容量為2KB的雙口RAM器件IDT7132。3.存儲器的選擇9.4.1簡易數(shù)字示波器的設(shè)計第90頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三由于存儲示波器一般采樣速率較高(本題要求最高采樣速率不小于2MHz)，控制的實時性較強，并且采集與存儲要求保持嚴(yán)格的同步，因此采用普通單片機直接控制很難勝任。本設(shè)計采用了“CPLD＋單片機”的兩層控制方案，底層控制由CPLD或普通IC為核心的高速邏輯控制電路，實現(xiàn)對系統(tǒng)實時控制和高速的數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸；頂層由單片機實現(xiàn)人機交互、數(shù)據(jù)處理等項工作。這種控制方案使單片機和高速邏輯器件揚長避短地有效地結(jié)合在一起。4.控制方案的確定第91頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三二、關(guān)鍵電路的分析與設(shè)計輸入電路主要作用是將輸入信號的幅度調(diào)整到A/D轉(zhuǎn)換器允許的電壓范圍內(nèi)。題目要求垂直靈敏度擋位范圍在0.01V/div～1V/div之間，示波器顯示屏的垂直刻度為8div，則對應(yīng)被測信號電壓幅度的范圍應(yīng)在0.08V～8V之間。如果選擇的A/D轉(zhuǎn)換器最大輸入電壓幅度為2V，則計算得到對應(yīng)的輸入電路的衰減放大系數(shù)的范圍應(yīng)為0.25～25。若考慮Autoscale功能的要求，則應(yīng)按1－2－5分配原則設(shè)置7擋垂直靈敏度的量程（覆蓋題目要求的3擋量程）。不同垂直靈敏度（V/div擋）與對應(yīng)的衰減放大系數(shù)的關(guān)系如表所示。1.輸入電路的分析與設(shè)計很顯然，輸入電路應(yīng)是一個寬帶的數(shù)控衰減放大電路。根據(jù)表8-7提供的數(shù)據(jù)，輸入電路可以由二擋量程的程控衰減器(×1、0.1)和四擋量程的程控放大器(×2.5、×5、×12.5、×25)組合而成，或者采用具有7擋量程的程控衰減器和放大倍數(shù)固定為25的放大器組成等方案。垂直靈敏度(V/div)10mV20mV50mV0.1V0.2V0.5V1V衰減放大系數(shù)2512.552.51.250.50.25第92頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三二、關(guān)鍵電路的分析與設(shè)計1.輸入電路的分析與設(shè)計本題要求儀器輸入帶寬不小于50kHz，選用集成運放LF356(GBW為5MHz)；實際輸入電路設(shè)計還要考慮雙蹤輸入，單雙蹤控制由多路選擇器IC6完成，當(dāng)P1.1為高電平時，儀器為雙蹤示波功能；主放大器IC3是根據(jù)表8-7設(shè)計的具有七擋量程的程控放大器，通過控制模擬選擇開關(guān)IC7實現(xiàn)垂直靈敏度的選擇；IC4組成電平移位電路，以使輸入信號的電平移位到A/D轉(zhuǎn)換器所要求的0～2V范圍內(nèi)。（典型的輸入電路設(shè)計方案舉例）第93頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三2.采樣與存儲控制電路的設(shè)計

存儲示波器的采樣與存儲控制電路一般由時鐘、t/div控制器、寫地址計數(shù)器、RAM讀/寫控制等組成，圖822給出了能滿足本設(shè)計要求的采樣與存儲控制電路原理簡要框圖。輸入信號經(jīng)輸入電路分送至A/D轉(zhuǎn)換器與觸發(fā)電路?？刂齐娐芬坏┙拥絹碜杂|發(fā)電路的觸發(fā)信號，就啟動一次數(shù)據(jù)采集及RAM寫入過程：一方面，“t/div”控制器產(chǎn)生一個對應(yīng)控制轉(zhuǎn)換速率的采集信號，使A/D轉(zhuǎn)換器按設(shè)定的轉(zhuǎn)換速率對輸入信號進行采集；另一方面，使寫地址計數(shù)器按順序遞增，以選通RAM中對應(yīng)的存儲單元。為了保證下一個數(shù)據(jù)能可靠寫入到對應(yīng)的存儲單元中，應(yīng)安排在時鐘的上升沿將數(shù)據(jù)寫入到存儲器，在其下降沿將地址計數(shù)器加1。一旦200個存儲單元寫滿，就完成了一個寫入循環(huán)。第94頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三2.采樣與存儲控制電路的設(shè)計

t/div控制器用于控制A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率和對應(yīng)的存儲器的寫入地址，它是采集與存儲控制電路的核心。t/div控制器實際上是一個時基分頻器，題目要求掃描速度范圍在0.2s/div～20μs/div之間，水平分辨率為20點/div，則根據(jù)式(8.1)進行推算，得A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速率的范圍在100Hz～1MHz之間。若考慮Autoscale功能的要求，應(yīng)按1-2-5分配原則設(shè)置13擋掃描速度量程。經(jīng)計算得到不同t/div擋與對應(yīng)轉(zhuǎn)換速率的關(guān)系如表所示。第95頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三3.波形顯示電路的設(shè)計波形顯示控制電路一般由時鐘、讀地址計數(shù)器、RAM讀控制等部分組成，用以控制雙口RAM的一組地址和控制總線。波形顯示控制電路和采集與存儲控制電路在邏輯關(guān)系上是可以分離的，但在設(shè)計中兩者可以設(shè)計在同一可編程邏輯器件中。數(shù)字存儲示波器區(qū)別于模擬示波器的一個重要方面是，波形的顯示與波形的采集和存儲在管理上是分離的，即不管數(shù)據(jù)以何種速度寫入到存儲器中，存儲器中存儲的數(shù)據(jù)均以固定的速度讀出，因而可以得到清晰而穩(wěn)定的波形。這樣我們就可以無閃爍地觀察極慢信號，同時也可以穩(wěn)定地顯示很高頻率的信號。這是模擬示波器所不能及的。第96頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三3.波形顯示電路的設(shè)計簡易數(shù)字存儲示波器的控制電路如圖所示。圖中，讀地址計數(shù)器一方面提供連續(xù)的RAM讀地址，依次將存儲器中的波形數(shù)據(jù)送至D/A轉(zhuǎn)換器恢復(fù)為模擬信號Ｙ(ｔ)，然后送至示波器CRT的Y軸；另一方面，提供的地址信號也同時經(jīng)另一D/A轉(zhuǎn)換器形成鋸齒階梯波送至CRT的X軸做同步的掃描信號Ｘ(ｔ)。很顯然，由于Ｘ(ｔ)和Ｙ(ｔ)信號都來源于同一地址發(fā)生器，因而在顯示屏上形成的波形非常穩(wěn)定。第97頁，共110頁，2023年，2月20日，星期三三、軟件系統(tǒng)的設(shè)計在數(shù)字存儲示波器軟件的作用除表現(xiàn)在底層控制和人機界面的控制外，更重要的是體現(xiàn)在數(shù)據(jù)處理方面。這是因為被測信號已按預(yù)定的速率取樣、量化并存儲在儀器中，因而通過軟件可以很自如地對這些數(shù)據(jù)進行各種處理，從而擴展出許多儀器功能。例如基于幅度和頻率測量算法的自動測試功能基于幅度和頻率測量算法的自動測試功能：