李洋洋，王俊生，耿大勇，王春霞

(遼寧工業(yè)大學(xué)，遼寧 錦州 121000 )

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數(shù)字存儲示波器的功能與使用難點分析

李洋洋，王俊生，耿大勇，王春霞

(遼寧工業(yè)大學(xué)，遼寧 錦州 121000 )

介紹了GDS-1102B型數(shù)字存儲示波器的主要控制功能，包括：垂直系統(tǒng)、水平系統(tǒng)、功能菜單區(qū)、觸發(fā)控制系統(tǒng)、控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)。分析了示波器使用難點，并給出解決方法，包括：Autose功能測量弱信號的方法、避免混疊現(xiàn)象的方法等。

數(shù)字存儲示波器；使用難點；實驗教學(xué)

數(shù)字存儲示波器是物理實驗、電工電子實驗中常用的測量儀器之一，具有體積小、質(zhì)量輕、易攜帶等特點，能夠直觀的顯示出電壓隨時間變化的關(guān)系，并測量信號的各類參數(shù)[1]。數(shù)字存儲示波器的工作過程主要是以等間隔的時間對輸入的模擬信號采樣，經(jīng)過衰減、放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，保存到存儲器中，再由觸發(fā)器發(fā)出觸發(fā)信號，將存儲器中的數(shù)字信號發(fā)送到微處理器中，通過微處理器的分析、運算獲得信號的各種參數(shù)，并將信號重現(xiàn)，以數(shù)字或模擬的形式顯示在液晶屏上[2]。數(shù)字存儲示波器在原理、操作、測量等方面與模擬示波器截然不同[3]，優(yōu)勢明顯，功能強大，已經(jīng)逐漸替代模擬示波器的使用。但是數(shù)字存儲示波器操控面板上按鍵、旋鈕較多，在初次使用時，學(xué)生不易掌握，優(yōu)勢得不到充分發(fā)揮，會影響教學(xué)效果[4]。本文以GDS-1102B型數(shù)字存儲示波器為例，進行功能介紹、難點分析。

圖1 GDS-1102R數(shù)字存儲示波器控制面板

GDS-1102B型數(shù)字存儲示波器控制面板如圖1所示。GDS-1102B具有2個輸入通道，頻寬范圍100MHz，七寸TFT液晶屏，1個USB接口，校準信號為2vP-P、1KHz的方波。控制功能區(qū)包括：垂直系統(tǒng)、水平系統(tǒng)、功能菜單區(qū)、觸發(fā)控制系統(tǒng)、控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

1 垂直系統(tǒng)

垂直系統(tǒng)有CH1、CH2兩個輸入通道，分別獨立受控，控制鍵及功能包括：(1)通道鍵(CH1/CH2)，其功能為選擇輸入通道和設(shè)置通道選項，設(shè)置的選項有耦合方式、輸入阻抗、翻轉(zhuǎn)波形、限制波形帶寬、擴大、位置/設(shè)置到零、探針、選擇碳棒衰減準位等；(2)垂直位置調(diào)節(jié)旋鈕，功能是調(diào)節(jié)信號在顯示屏垂直方向的位置和回歸默認位置；(3)垂直靈敏度旋鈕，功能是改變垂直刻度，調(diào)節(jié)范圍：1mv/div～10v/div。兩通道的輸入信號可以進行運算，包括：數(shù)學(xué)運算、FFT快速傅立葉運算、編輯公式的高級數(shù)學(xué)運算。

2 水平系統(tǒng)

水平系統(tǒng)的控制鍵及功能包括：(1)水平位置調(diào)節(jié)旋鈕，功能是水平移動信號在顯示屏的位置和回歸默認位置；(2)水平靈敏度旋鈕，功能是改變水平刻度，調(diào)節(jié)范圍：5ns/div～100s/div；(3)zoom信號放大鍵，功能是使顯示屏上方顯示信號全紀錄長度，下方顯示正常視圖，方便查找某時刻信號的信息；(4)播放/停止鍵，功能是在zoom模式下，使放大區(qū)域播放或停止，方便對整個波形細致連續(xù)的觀察。

3 功能菜單區(qū)

功能菜單區(qū)共有8個控制按鍵，分別是Measures、Cursor、APP、Acquire、Display、Help、Save/Recall、Utility。

3.1 Measures測量鍵

功能包括16種電壓/電流的測量、11種時間/頻率的測量、9種延遲的測量[5]，設(shè)置多種參考電平，顯示8個參數(shù)的測量結(jié)果。

3.2 Cursor光標鍵

Cursor包括水平光標和垂直光標，通過移動光標線，獲得光標線所在位置的數(shù)值及兩條光標線位置的差值。

3.3 APP應(yīng)用程序鍵

查看或刪除已安裝的應(yīng)用程序。

3.4 Acquire獲取鍵

獲取模式包括：平均、采樣和峰值偵測。(1)平均模式，是通過設(shè)置平均次數(shù)，將示波器多次采集到的波形進行平均運算，平均次數(shù)從2至256，此模式可以提高測量準確度，降低隨機噪聲和毛刺的干擾，但是需要注意平均次數(shù)越高，波形改變的速度越慢。(2)峰值偵測模式，對信號峰值更加敏感，可以顯示瞬時脈沖，如毛刺或窄脈沖信號。(3)采樣模式，在每個采樣時間間隔僅保持第一個采樣點，是默認的采樣模式。XY模式將電壓/時間顯示變成電壓/電壓顯示，CH1的幅值標記為X軸，CH2的幅值標記為Y軸，顯示組合波形。

3.5 Display顯示鍵

功能包括：(1)點和向量兩種波形顯示方式，其中點顯示適合觀察采樣點信息，向量顯示適合觀察連續(xù)波形；(2)持續(xù)功能，便于捕捉突發(fā)信號；(3)波形、格線、背光等亮度的調(diào)節(jié)；(4)格線的樣式選擇。

3.6 Help幫助功能鍵

共有19類幫助說明。

3.7 Save/Recall存儲/調(diào)取鍵

存儲功能是將波形的圖像或數(shù)據(jù)、示波器的設(shè)置存儲到示波器內(nèi)部存儲器或U盤中，再由調(diào)取功能調(diào)取出來。

3.8 Utility系統(tǒng)設(shè)置鍵

功能包括：語言設(shè)置、訊號路徑補償、檔案管理、U盤操作、保存/打印默認設(shè)置。

4 觸發(fā)控制系統(tǒng)

觸發(fā)控制系統(tǒng)的功能是設(shè)置示波器捕獲輸入信號的條件，使每次掃描或采樣的波形同步，從而顯示穩(wěn)定的波形。觸發(fā)控制系統(tǒng)包括：觸發(fā)菜單、觸發(fā)準位調(diào)節(jié)旋鈕。觸發(fā)菜單包括：類型、信號源、耦合模式等，其功能是達到具體的觸發(fā)要求。觸發(fā)類型包括：邊沿觸發(fā)、延遲觸發(fā)、脈沖觸發(fā)、視頻觸發(fā)和其他方式，以邊沿觸發(fā)為例，它是最基本的觸發(fā)方式，通過選擇邊沿類型、觸發(fā)準位調(diào)節(jié)旋鈕、調(diào)節(jié)抑制時間來穩(wěn)定波形。GDS-1102B型數(shù)字存儲示波器還設(shè)有50%鍵，功能是將波形中點設(shè)置為觸發(fā)準位；Force-Trig強制觸發(fā)鍵，功能是無論觸發(fā)條件如何，都捕獲輸入信號。

5 控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)

控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括：Autoset、Run/Stop、Single、Default。Autoset鍵的功能是自動根據(jù)實測波形，調(diào)整示波器的設(shè)置，顯示合適的波形。Run/stop鍵的功能包括觸發(fā)運行模式和停止模式，其中觸發(fā)運行模式控制示波器連續(xù)搜索觸發(fā)條件，并更新信號；觸發(fā)停止模式控制示波器停止觸發(fā)，顯示最后采集的數(shù)據(jù)。Single鍵的功能是待滿足觸發(fā)條件后開始觸發(fā)。Default鍵的功能是恢復(fù)默認設(shè)置。

6 使用難點分析

6.1 Autoset功能測量弱信號

Autoset鍵在一般的測量中具有方便、簡單、易操作的特點，但是并不能夠適用于所有測量，尤其是輸入頻率低于20 Hz、幅度低于30 mV的弱信號。當測量弱信號時，Autoset功能將弱信號與噪聲兼收，識別的是信號中的最高頻率和最高幅值，嚴重影響測量結(jié)果。此種情況下，可以通過改變耦合方式，選擇“高頻抑制”功能，抑制信號中80 KHz以上的高頻噪聲；還可以改變獲取模式，選擇“平均模式”，通過對多次獲取的波形取平均值，減少隨機噪聲的影響[6]。

6.2 避免混疊現(xiàn)象

利用示波器對連續(xù)信號進行等間隔采樣時，按奈奎斯特采樣定理，采樣頻率應(yīng)高于信號高頻至少2倍，才不會發(fā)生混疊現(xiàn)象，否則屏幕顯示的信號頻率低于實際頻率或者波形不穩(wěn)定。實際應(yīng)用中，判斷是否發(fā)生混疊可以通過調(diào)節(jié)水平靈敏度，加快掃描時基，提高采樣頻率，如果信號頻率改變或者波形逐漸穩(wěn)定，說明發(fā)生混疊現(xiàn)象。利用示波器測量未知頻率的信號時，掃描時基置于較快位置，或采用Autoset自動設(shè)置，也可以選擇峰值偵測模式。

測量瞬時信號時，可以先設(shè)置觸發(fā)類型，選擇“邊沿觸發(fā)”，再設(shè)置時基和幅度，觸發(fā)方式選擇單次采樣；或者選擇峰值偵測模式。

7 結(jié) 論

數(shù)字存儲示波器是物理實驗、電工電子實驗必不可少的測量儀器之一，只有充分了解其功能、特點及使用，才能充分發(fā)揮優(yōu)勢，提高教學(xué)質(zhì)量[7]，使學(xué)生獨立思考，掌握數(shù)字存儲示波器的使用方法，具備解決實際問題的能力。

[1] 王旗,胡廣興,杜安.探討數(shù)字示波器在大學(xué)物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].大學(xué)物理實驗,2015,28(4)：36-38.

[2] 戴璐,黃曉江,苗曉莉,等.物理實驗中如何讓學(xué)生更好理解示波器原理[J].物理教師,2015,36(11)：49-50.

[3] 張琦.模擬示波器與數(shù)字示波器的比較實驗研究[J].實驗科學(xué)與技術(shù),2008,6(6)：15-17.

[4] 樊振軍,張自力,鄭志遠,等.示波器在物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].大學(xué)物理實驗,2010,23(3)：33-36.

[5] 許積文,楊玲,王華,等.數(shù)字示波器的原理與使用實驗教學(xué)中的問題與對策[J].廣西物理,2013,34(2)：46-48.

[6] 王陽,周志明,仲麗麗.數(shù)字示波器使用難點分析及解決辦法[J].實驗室科學(xué),2011,14(1)：158-160.

[7] 鄭元.數(shù)字存儲示波器教學(xué)方式改進與探討[J].教育教學(xué)論壇,2015,7(29)：151-153.

[8] 湛正艮，廖艷林，王洪，等.用示波器測量頻率三種方法的探討[J].大學(xué)物理實驗，29(4)：33-35.

[9] 吳高米，崔敏，石漢清，等.基于虛擬儀器技術(shù)的磁場的測量[J].大學(xué)物理實驗，29(2)：78-82．

Functions and Difficult Using of Digital Storage Oscilloscope

LI Yang-yang,WANG Jun-sheng,GENG Da-yong,WANG Chun-xia

(Liaoning University of Technology,Liaoning Jinzhou 121000)

It introduces the main control functions of the GDS-1102B digital storage oscilloscope,including：vertical system,horizontal system,function menu,trigger control system,control system.And it also analyzes the difficult using of Oscilloscope,and gives the solutions,including：method of autoset function to measure weak signal,method to avoid the aliasing phenomenon.

digital storage oscilloscope；difficulties of using；experimental teaching

2016-05-17

1007-2934(2016)05-0044-03

TM 930.7

A DOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.005.012