动态模拟示波器数据的设计实现方案

工程师谭军 发表于 2018-09-03 15:12:07 收藏 已收藏
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动态模拟示波器数据的设计实现方案

工程师谭军 发表于 2018-09-03 15:12:07
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  本文主要是关于模拟示波器的相关介绍,并着重对动态模拟示波器数据的设计进行了详细分析。

  模拟示波器

  拟示波器,采用的是模拟电路(示波管,其基础是电子枪)电子枪向屏幕发射电子,发射的电子经聚焦形成电子束,并打到屏幕上,屏幕的内表面涂有荧光物质,这样电子束打中的点就会发出光来。

  模拟示波器的使用

  一、模拟示波器的调整模拟示波器的调整和使用方法基本相同,现以MOS-620/640双踪示波器为例介绍如下:

  1、MOS-620/640双踪示波器前面板简介MOS-620/640双踪示波器的调节旋钮、开关、按键及连接器等都位于前面板上,如图6.1.27所示,其作用如下:

  (1)示波管操作部分

  6——“POWER”:主电源开关及指示灯。按下此开关,其左侧的发光二极管指示灯5亮,表明电源已接通。

  2——“INTEN”:亮度调节钮。调节轨迹或光点的亮度。

  3——“FOCUS”:聚焦调节钮。调节轨迹或亮光点的聚焦。

  4——“TRACE ROTATION”:轨迹旋转。调整水平轨迹与刻度线相平行。33——显示屏。显示信号的波形。

  (2)垂直轴操作部分

  7、22——“VOLTS/DIV”:垂直衰减钮。调节垂直偏转灵敏度,从5mV/div~5V/div,共10个档位。

  8——“CH1X”:通道1被测信号输入连接器。在X-Y模式下,作为X轴输入端。20——“CH2Y”:通道2被测信号输入连接器。在X-Y模式下,作为Y轴输入端。

  9、21——“VAR”垂直灵敏度旋钮:微调灵敏度大于或等于1/2.5标示值。在校正(CAL)位置时,灵敏度校正为标示值。

  10、19——“AC-GND-DC”:垂直系统输入耦合开关。选择被测信号进入垂直通道的耦合方式。“AC”:交流耦合;“DC”:直流耦合;“GND”:接地。

  动态模拟示波器数据的设计实现方案

  11、18——“POSITION”:垂直位置调节旋钮。调节显示波形在荧光屏上的垂直位置。

  12——“ALT”/“CHOP”:交替/断续选择按键,双踪显示时,放开此键(ALT),通道1与通道2的信号交替显示,适用于观测频率较高的信号波形;按下此键(CHOP),通道1与通道2的信号同时断续显示,适用于观测频率较低的信号波形。13、15——“DC BAL”:CH1、CH2通道直流平衡调节旋钮。垂直系统输入耦合开关在GND时,在5mV与10mV之间反复转动垂直衰减开关,调整“DC BAL”使光迹保持在零水平线上不移动。14——“VERTICAL MODE”:垂直系统工作模式开关。CH1:通道1单独显示;CH2:

  13、15——“DC BAL”:CH1、CH2通道直流平衡调节旋钮。垂直系统输入耦合开关在GND时,在5mV与10mV之间反复转动垂直衰减开关,调整“DC BAL”使光迹保持在零水平线上不移动。

  14——“VERTICAL MODE”:垂直系统工作模式开关。CH1:通道1单独显示;CH2:通道2单独显示;DUAL:两个通道同时显示;ADD:显示通道1与通道2信号的代数或代数差(按下通道2的信号反向键“CH2 INV”时)。

  17——“CH2 INV”:通道2信号反向按键。按下此键,通道2及其触发信号同时反向。

  (3)触发操作部分

  23——“TRIG IN”:外触发输入端子。用于输入外部触发信号。当使用该功能时,“SOURCE”开关应设置在EXT位置。

  24——“SOURCE”:触发源选择开关。“CH1”:当垂直系统工作模式开关14设定在DUAL或ADD时,选择通道1作为内部触发信号源;“CH2”:当垂直系统工作模式开关14设定在DUAL或ADD时,选择通道2作为内部触发信号源;“LINE”:选择交流电源作为触发信号源;“EXT”:选择“TRIG IN”端子输入的外部信号作为触发信号源。

  25——“TRIGGER MODE”:触发方式选择开关。“AUTO”(自动):当没有触发信号输入时,扫描处在自由模式下;“NORM”(常态):当没有触发信号输入时,踪迹处在待命状态并不显示;“TV-V”(电视场):当想要观察一场的电视信号时;“TV-H”(电视行):当想要观察一行的电视信号时。

  26——“SLOPE”:触发极性选择按键。释放为“+”,上升沿触发;按下为“-”,下降沿触发。

  27——“LEVEL”:触发电平调节旋钮。显示一个同步的稳定波形,并设定一个波形的起始点。向“+”旋转触发电平向上移,向“-”旋转触发电平向下移。

  28——“TRIG ALT”:当垂直系统工作模式开关14设定在DUAL或ADD,且触发源选择开关24选CH1或CH2时,按下此键,示波器会交替选择CH1和CH2作为内部触发信号源。

  (4)水平轴操作部分

  29——“TIME/DIV”:水平扫描速度旋钮。扫描速度从0.2μs/div到0.5s/div共20档。当设置到X-Y位置时,示波器可工作在X-Y方式。

  30——“SWP VAR”:水平扫描微调旋钮。微调水平扫描时间,使扫描时间被校正到于面板上“TIME/DIV”指示值一致。顺时针转到底为校正(CAL)位置。

  31——“×10 MAG”:扫描扩展开关。按下时扫描速度扩展10倍。

  32——“POSITION”:水平位置调节钮。调节显示波形在荧光屏上的水平位置。

  (4)其它操作部分

  1——“CAL”:示波器校正信号输出端。提供幅度为2Vpp,频率为1kHz的方波信号,用于校正10∶1探头的补偿电容器和检测示波器垂直与水平偏转因数等。

  16——“GND”:示波器机箱的接地端子。

  2、双踪示波器的正确调整与操作

  示波器的正确调整和操作对于提高测量精度和延长仪器的使用寿命十分重要。

  (1)聚焦和辉度的调整调整聚焦旋钮使扫描线尽可能细,以提高测量精度。扫描线亮度(辉度)应适当,过亮不仅会降低示波器的使用寿命,而且也会影响聚焦特性。

  (2)正确选择触发源和触发方式触发源的选择:如果观测的是单通道信号,就应选择该通道信号作为触发源;如果同时观测两个时间相关的信号,则应选择信号周期长的通道作为触发源。

  触发方式的选择:首次观测被测信号时,触发方式应设置于“AUTO”,待观测到稳定信号后,调好其它设置,最后将触发方式开关置于“NORM”,以提高触发的灵敏度。当观测直流信号或小信号时,必须采用“AUTO”触发方式。

  (3)正确选择输入耦合方式

  根据被观测信号的性质来选择正确的输入耦合方式。一般情况下,被观测的信号为直流或脉冲信号时,应选择“DC”耦合方式;被观测的信号为交流时,应选择“AC”耦合方式。

  (4)合理调整扫描速度调节扫描速度旋钮,可以改变荧光屏上显示波形的个数。提高扫描速度,显示的波形少;降低扫描速度,显示的波形多。显示的波形不应过多,以保证时间测量的精度。

  (5)波形位置和几何尺寸的调整观测信号时,波形应尽可能处于荧光屏的中心位置,以获得较好的测量线性。正确调整垂直衰减旋钮,尽可能使波形幅度占一半以上,以提高电压测量的精度。

  (6)合理操作双通道将垂直工作方式开关设置到“DUAL”,两个通道的波形可以同时显示。为了观察到稳定的波形,可以通过“ALT/CHOP”(交替/断续)开关控制波形的显示。按下“ALT/CHOP”开关(置于CHOP),两个通道的信号断续的显示在荧光屏上,此设定适用于观测频率较高的信号;释放“ALT/CHOP”开关(置于ALT),两个通道的信号交替的显示在荧光屏上,此设定适用于观测频率较低的信号。在双通道显示时,还必须正确选择触发源。当CH1、CH2信号同步时,选择任意通道作为触发源,两个波形都能稳定显示,当CH1、CH2信号在时间上不相关时,应按下“TRIG.ALT”(触发交替)开关,此时每一个扫描周期,触发信号交替一次,因而两个通道的波形都会稳定显示。

  值得注意的是:双通道显示时,不能同时按下“CHOP”和“TRIG ALT”开关,因为“CHOP”信号成为触发信号而不能同步显示。利用双通道进行相位和时间对比测量时,两个通道必须采用同一同步信号触发。

  (7)触发电平调整

  调整触发电平旋钮可以改变扫描电路预置的阀门电平。向“+”方向旋转时,阀门电平向正方向移动;向“-”方向旋转时,阀门电平向负方向移动;处在中间位置时,阀门电平设定在信号的平均值上。触发电平过正或过负,均不会产生扫描信号。因此,触发电平旋钮通常应保持在中间位置。

  动态模拟示波器数据的设计实现方案

  实验中常采用示波器观察数据的波形,可以观测到实时的结果,比较实际。有时候在没有示波器的情况下,又想对实验时观测到的波形数据进行分析,因为有的实验重复的价值较大,重新进行实验可能不现实。现在的示波器都具备有数据存储功能,可以将存储的数据重新示波出来,并可以在其他地方重新利用这些数据,如采用应用软件在计算机上展现波形进行分析等。此类应用软件比较多,采用的方法也各不相同,但结果都是类似的。笔者在过去的工作中应用户的要求也做过类似的开发,实现了只采用示波器的存储数据在计算机上进行动态显示的功能。

  基本思路是这样的,除了显示静态的示波器数据外,对动态的显示,采用移点后添的方法,即保持数组的总数不变,将数据组前面的点移动到数据组的后面,每移动一点形成一条曲线,然后逐条显示各数据组,形成动态的错觉。

  下面的图1是开发的应用图的界面和图形输入选择参数,参数6是实际示波器得来的数据组的组号,参数5是静动态显示的选择参数,参数14是动态显示方向的选择参数,其余参数是图形调整参数。

  动态模拟示波器数据的设计实现方案

  图2是本应用图的程序和显示所需要的两个基本图形要素。编程时采用了暂态数据组的概念,动态显示前,先要计算出和原始数据组组元总数相同的正方矩阵,这是自动完成的。显示结束时,暂态数据组消失。

  动态模拟示波器数据的设计实现方案

  图3是经过程序计算后的数据窗口的界面,本示例中原始数据组元总数是1500,因此程序自动计算出了1500×1500的方阵,然后显示出来。

  动态模拟示波器数据的设计实现方案

  模拟示波器的故障检修

  示波器是一种利用电子束的偏转,来重现电信号瞬时图象的仪器。它不仅能测量电压、电流等信号幅度的大小,而且还能测量其周期、频率和相位,并能直观地、形象地显示各种电信号的波形。示波器在仪器设备故障检修中,是一种重要的检查诊断工具,许多人把它比作维修技术人员的“眼睛”。在故障检查中,我们可以应用波形观察、信号寻迹、信号注人等方法,进行监视性观察,测量性观察和检定性观察。通过检测电路的有关测试点,了解电路的工作情况,检查电子元器件的好坏,从而确定和判断电子仪器或装备的整机性能和存在的问题) 。

  1)检查直流电派的纹波电压

  电源的纹波电压对仪器设备的工作影响很大。直流稳压电源中对纹波电压的大小通常都有相应的技术指标或要求。若超过其规定的指标,仪器便不能很好地工作。笔者在实际工作中,曾碰到过多例因电源纹波增大而导致仪器不能正常工作的情况。例如:一价值数万元的进口COZ培养箱,细胞培养时的设置温度为37℃,而实际显示温度却仅在24~30℃之间跳动,而且温度总升不到设定值。显示温度跳动,说明显示信号中混人了干扰信号;温度升不到设定值,说明控制电路工作失控。用示波器检查,发现纹波电压很大(近4V)。疑是滤波电容容t衰退,更换滤波电容,仪器工作正常。是纹波影响了测量和控温部分的工作。因此,碰到仪器工作不稳定时,别忘了检查电源的纹波) 。

  2)检查电路中有关测试点或有关电路波形

  有的仪器附有电路图,而且电路图中标有测试点及其波形。用示波器检查测试点,观察其波形,分析其差异,便能很快查出其故障) 。

  3)检查无圈纸电路或有关元件的工作波形。检查前,应做好以下准备工作

  ①观察被测电路或器件的连线和结构,参考有关资料,寻找相似电路或器件,进行分析比较,尽可能弄清其原理,绘出其电路框图。做到测量时有的放矢。②对于型号被抹或被涂黑固化的模块,可将其视为“黑匣子”,根据其引脚情况及外围元件,描绘其电路,推侧其电路结构,寻找输人输出。然后用波形观察法进行检查) 。

  在上述①②③种故障检查中,示波器主要用作监测性观察。其方法主要是波形观察法。

  4)侧。电路或整机的有关技术参数

  在这种检测中,示波器主要用作测量性或检定性观察,其方法主要采用信号注人法。以音频放大器为例。利用示波器和信号发生器等辅助仪器,可测量放大器的电压增益、输人阻抗、输出阻抗、输出功率、交调失真等。与此相类似,利用此方法,还可测量示波器的频响和上升时间,检定示波器的某些参数) 。

  5)检查数字集成电路的好坏

  市售的集成电路检查仪,功能全、用途广、但因价格较贵,因此目前还不能完全普及。仪器设备故障检修中,常常碰到检查集成电路好坏的问题,在条件受限的情况下,我们可以自已动手,自制一些简单实用的仪器。如正弦波信号发生器、方波信号发生器,高低位信号发生器。前两种仪器的电路很多,后一种发生器在检查数字集成电路中具有较大的用途。利用它作信号源,用示波器作监视器,必要时再配上方波发生器,便可检查多种数字集成电路。例如:各种门电路、反相器、缓冲器、译码器、触发器,总线数据收发器。此外,还可以用作微处理器的数据线、地址线,做一些简单的微处理器实验,或检查一些简单的徽处理器故障) 。

  6)检查传感器的好坏

  很多传感器加其前置放大器,便可构成一个特殊的信号源。例如:温度传忿器,压力传感器、光电传感器、红外传感等。因此,修理数字温控仪时,我们可以用升温法给传感器加温,然后在其前置放大器翰出端用示波器观察其电压的变化情况。修理数字天平时,可在天平上加一个间歇力,用示波器在AD变换前观察其电压的变化。检查传感器的好坏,检查有关电路的故障,一些带信号输出的插口,也可作信号源使用。如计算机显示器插口愉出的R,B,G,H,V信号,维修显示器时就很有用。利用它,我们可以用示波器寻迹检查显示器的各有关电路。此外,还有一些隐含义信号源,如空中特定频率的电磁场信号,加上调整谐回路及其放大电路,便可构成一个高频或超高频信号源。检查如接收机、电视机之类的设备时,也可以用示波器对其进行故障寻迹(注:仅观察信号带) 。

  结语

  关于模拟示波器的相关介绍就到这了,如有不足之处欢迎指正。

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