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什么是示波器?示波器的種類和使用方法圖解

  示波器,“人”如其名,就是顯示波形的機器,它還被譽為“電子工程師的眼睛”。它的核心功能就是為了把被測信號的實際波形顯示在屏幕上,以供工程師查找定位問題或評估系統(tǒng)性能等等。它的發(fā)展同樣經(jīng)歷了模擬和數(shù)字兩個時代,還是先來看圖認識一下,如圖1所示。

示波器

圖1 模擬示波器、數(shù)字示波器、示波器探頭

  目前,模擬示波器也基本上被淘汰了,現(xiàn)在是數(shù)字示波器的天下。同理,我也將只以數(shù)字示波器為例來加以講解。

  數(shù)字示波器,更準確的名稱是數(shù)字存儲示波器,即DSO(Digital Storage Oscilloscope)。這個“存儲”不是指它可以把波形存儲到U盤等介質(zhì)上,而是針對于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。而數(shù)字示波器的原理卻是這樣的: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。

  很多人在第一次見到示波器的時候,可能會被他面板上眾多的按鈕唬住,再加上示波器一般身價都比較高,所以對使用它就產(chǎn)生了一種畏懼情緒。這是不必要的,因為示波器雖然看起來很復雜,但實際上要使用它的核心功能——顯示波形,并不復雜,只要三四個步驟就能搞定了,而現(xiàn)在示波器的復雜都是因為附加了很多輔助功能造成的,這些輔助功能自然都有它們的價值,熟練靈活的應用它們可以起到事半功倍的效果。作為初學者,我們先不管這些,我們只把它Z核心的、Z基本的功能應用起來即可。

  示波器的使用圖解

  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D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。

示波器

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。

示波器伏格調(diào)整對比圖   
 示波器伏格調(diào)整對比圖

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D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。

示波器秒格調(diào)整對比圖    
示波器秒格調(diào)整對比圖

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。

示波器觸發(fā)電平調(diào)整不當?shù)氖疽鈭D

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。Z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Z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。

示波器觸發(fā)旋鈕

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。

示波器實測的晶振波形    
示波器實測的晶振波形

圖7 示波器實測的晶振波形

首頁 > 相關(guān)新聞 > 日期:2022-6-25 來源:www.anarchyalive.com 作者:呆呆 瀏覽量: