数字示波器的测试显示原理可以概括为：将输入的模拟电压信号高速数字化，通过数据处理重建波形，并最终在显示屏上可视化。 整个过程主要包含以下几个关键步骤：

1. 信号调理与衰减/放大：

   • 被测的模拟电压信号（通过探头）首先进入示波器的输入通道。
   • 垂直衰减器/放大器： 根据用户设置的 Volts/div (伏/格) 量程，对输入的信号进行精确的衰减或放大，使其幅度范围适配到模数转换器的最佳工作区间。
   • 带宽限制滤波器： 可选地滤除信号中不必要的高频噪声。
   • 阻抗匹配： 确保探头与示波器输入端的阻抗匹配（通常1MΩ || 电容 或 50Ω），以获得准确的信号。

2. 采样与保持：

   • 采样： 经过调理的信号被送入一个采样保持电路。在这个电路中，高速电子开关根据精确控制的时钟信号（其频率就是采样率，如1GS/s表示每秒采样10亿个点），在特定的时间点上“冻结”输入信号的瞬时电压值。
   • 保持： 被“冻结”的电压值会被保持一个非常短暂但足够的时间，以便模数转换器进行后续的量化操作。

3. 模数转换：

   • 量化： 模数转换器将每个采样保持电路捕捉到的模拟电压瞬时值转换成一个离散的数字值（二进制代码）。
   • 分辨率： ADC的位数（常见的有8位，10位，12位）决定了量化的精度和细节。例如，8位ADC可以将输入电压范围划分为2^8 = 256个离散等级（0到255）。
   • 这一步将连续的模拟信号彻底转换为一系列按时间顺序排列的数字点（样本），每个点包含其采样时刻的相对时间和离散电压值信息。

4. 采集与存储：

   • ADC输出的数字样本流被送入示波器的采集存储器中按顺序存储起来。
   • 存储深度： 存储器的大小（通常以点pts或兆点Mpts表示）决定了在一次触发捕获中能够存储的最大样本数量。高存储深度允许在长时间跨度内保持高采样率，或者在较低采样率下捕获更长时间的信号。

5. 触发：

   • 触发是数字示波器协调所有动作的核心机制。用户设置一个触发条件（如某个通道的边沿上升过特定电平、脉冲宽度、逻辑模式等）。
   • 示波器持续监测输入信号。一旦信号满足了预设的触发条件，触发电路就会产生一个精确的触发事件。
   • 该触发事件用来控制采集存储过程：触发点是信号捕捉和显示的时间参考点（通常显示在屏幕中心）。在存储采集到的数据点时，会保留触发点之前（预触发）和之后（后触发）的一定数量的点。预触发功能允许用户看到触发点之前的信号状态，这是故障诊断中极其关键的能力。

6. 信号处理与波形重建：

   • 从存储器中读出数字样本数据点。
   • 插值： 如果采样点数量不足以在屏幕上形成光滑的曲线（奈奎斯特采样定理的限制），示波器会采用插值算法（如线性插值或更精确的sin(x)/x插值）在相邻的实际采样点之间计算出更多的点，使显示的波形更接近真实形状。这通常只在点密度不足时发生。
   • 其他处理： 可能还包括垂直偏移调整（波形在屏幕上的上下位置）、数学运算（通道加减乘除、FFT频谱分析等）、数字滤波等。
   • 波形重建： 处理后的数字点被连接起来（在显示逻辑层面），以重建波形在屏幕上的视觉形态。

7. 波形显示：

   • 处理后的波形数据（点序列）最终被波形映射器或显示处理器转换成显示屏上的可视图像。
   • 点显示/向量显示/光栅显示： 早期的数字示波器可能直接将点显示在屏幕上（点显示）或用线连接点（向量显示）。现代数字示波器大多使用高分辨率点阵液晶显示屏：
     • 显示处理器将垂直（电压）和水平（时间）坐标轴的数值映射到屏幕的特定像素点上。
     • 显示辉度等级：对于屏幕上的每个像素，系统会统计该像素对应的电压/时间“区域”被样本点“访问”过的频率。访问频率越高的区域（即波形在屏幕上最常“经过”的位置）显示得越亮，而访问次数极少的区域显示得越暗或全黑。这称为辉度分级或数字荧光，能更直观地反映信号的特征（如信号抖动的位置最亮，异常毛刺瞬间穿过的地方亮度略暗），提供类似模拟示波器的视觉体验，并有助于发现偶发异常信号。

总结来说： 数字示波器通过高速采样、量化（ADC）、存储将模拟信号数字化，利用精确的触发系统捕捉感兴趣的信号片段并建立时间基准，然后通过数据处理和波形重建算法将存储在内存中的数字点恢复成视觉波形，最终在高分辨率显示器上以坐标映射和辉度分级的方式清晰地展现出来。其核心优势在于强大的波形捕获、存储、分析能力以及灵活的触发和测量功能。