圖解數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測試與問題、性能評估等系列功能。示波器的發展經歷了模擬示波器、數字示波器時代，讓我們先來了解下示波器的發展、作用及數字示波器使用教程、具體測試方法。

      目前，模擬示波器基本上已經被淘汰，現如今是數字示波器的時代。那么數字示波器是什么?數字示波器，也叫數字存儲示波器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)發射出電子束，而這束電子在根據被測信號所形成的磁場下發生偏轉，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。

數字示波器的作用：

　　數字示波器作為廣泛的電子測量儀器，是電子工程師們經常使用的測量儀器。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(電壓與時間關系);

　　2. 測量幅度、周期、頻率和相位等參數;

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

　　數字示波器的原理：

　　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，前端采樣的數據就不可能實時的反應到屏幕上，于是就誕生了存儲這個環節：示波器把前端采樣來的數據暫時保存在內部的存儲器中，而顯示刷新的時候再來這個存儲器中讀取數據，用這級存儲環節解決前端采樣和后端顯示之間的速度差異。

　　數字示波器使用方法：

　　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的數字，而多余的那個探頭插座是外部觸發，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)來調整示波器的參數即可，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，就是調整該通道的幅值的，即波形垂直方向大小的調整。轉動它們，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)，這個旋鈕是調整周期的，即波形水平方向大小的調整。轉動它，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 示波器秒格調整對比圖

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

　　圖5 示波器觸發電平調整不當的示意圖

　　這就是因為示波器的觸發沒有調整好的緣故，那么什么是觸發呢?簡單點理解，所謂觸發就是設定一個基準，讓波形的采集和顯示都圍繞這個基準來。最常用的觸發設置是基于電平的(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，在左側總有一個T和一個小箭頭，T是觸發的意思，這個小箭頭指向的位置所對應的電壓值就是當前的觸發電平。示波器總是在波形經過這個電平的時候，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過T所指的位置，即用永遠達不到觸發電平，所以失去了基準的波形看上去就不穩定了。怎么調節這個觸發電平的位置呢，在示波器面板上找一個標了Trigger的旋鈕，如下圖，轉動這個旋鈕就可以改變這個T的位置了。

　　圖6 示波器觸發旋鈕

　　除了可以改變觸發電平的值以外，還可以設置觸發的方式：比如選擇上升沿還是下降沿觸發，也就是選擇讓波形向上增加的時候經過觸發電平還是向下減小的時候經過觸發電平來完成觸發，這些設置一般都是通過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的各個信號了。比如說上電后系統不運行，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