西华大学实验报告
西华大学实验报告（理工类）
开课学院及实验室：电气与电子信息学院 实验室6A217
实验时间 ：2016年 5 月20日
学 生 姓 名
学 号
成 绩 学生所在学院
年级/专业/班 课 程 名 称 现代测试技术及应用 课 程 代 码 6002699 实验项目名称 数字存储示波器原理和应用
项 目 代 码 2（必做）
指 导 教 师
王维博
项 目 学 分
一、实验目的：
1、了解示波测量的基本原理。
2、熟悉虚拟数字存储示波器的操作，对几种电压波形进行参数测量并观察波形的显示。
二、实验原理：
数字示波器原理：数字存储示波器是用 A/D 变换器把模拟信号转换成数字信号，然后把数据存储在半导体存储器 RAM 中。
当有需要时，将 RAM 中存储的内容调出，通过 LCD 用点阵或连线的方式再现波形，其原理框图可以参考图2－1。
在这种示波器中信号处理和信号显示功能是分开的，它的性能主要取决于进行信号处理的AD 、RAM 和微处理器的性能。
由于采用 RAM 存储器，可以快写数慢读数，使得即使在观察缓慢信号时也不会有闪烁现象。
图2－1 虚拟数字存储示波器
虚拟示波器将计算机和测量系统融合于一体，用计算机软件代替传统仪器的某些硬件的功能，用计算机的显示器代替传统仪器物理面板。
通过相关的软件可以设计出的操作方便、形象逼真的仪器面板，不仅可以实现传统示波器的功能，而且具有存储、再现、分析、处理波形等特点，还可以进行各种信号的处理、加工和分析，完成各种规模的测量任务。
而且仪器的体积小、耗电少，方便携带，可以在不同的计算机上使用。
因此，在SJ-8002B 中，也引用了虚拟数字存储示波器的原理来实现数据的采集。
其中的信号调理、AD 转换、存储数据的SRAM 以及控制逻辑都在是实验平台中，计算机主要起到了数据的处理和显示的作用。
SJ-8002B 电子测量实验箱示波器硬件结构 （1）测试范围及采集参数调整范围
测试电压幅度范围：－20V ～＋20V （峰峰值） 测量频率范围：1Hz ～1MHz
第 组
采样时钟： timebase 序
号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 采样时钟 20M 20M 20M 20M 20M 20M 20M 20M 20M 20M timebase 序
号 10
11 12 13 14
15
16
17 18 19 采样时钟
10M
5M
2.5M
1M
500 k 250 k 100k
50 k
25 k
12.5 k
可程控增益：
Div 序号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 通道总增益 20 10 5 2 1 0.5 0.2 0.1
0.05 0.0
2
数据缓存深度：64kB 。
对采集的数据进行分析，显示波形的峰值、平均值、有效值和频率、周期等参数。
（2）硬件原理图
高速A/D 转换器AD 9288
AI 1信号通道输入
AI 2信号通道输入
放大整型电路放大整型电路
CPLD
内部电路
地址发生器EPP
控制电路
采集控制逻辑
触发方式选择采样频率选择
时钟
数据存储器SRAM
数据存储器SRAM
计算机
EPP 接口
图2－2 SJ8002B 示波器硬件原理图
图2－2为示波器模块的原理框图。
由图可见，高速采集的双通道是完全独立的，因此可以完成多种不同的测试任务，实现虚拟双踪数字存储示波器的各种功能。
数据处理：根据采集的波形数据，计算出被测信号的有效值、均值、峰值、频率。
离散信号的电压平均值及峰值的数学表达式如下所示： 电压有效值：
211
N
K
N
K U V
==
∑ 电压平均值：
1
1N
K
K U V
N ==
∑
电压峰－峰值：
max
min
ˆK K U V V =-
三、实验设备、仪器及材料：
计算机 1台 SJ-8002B 电子测量实验箱
1台 （也可以使用本实验箱的DDS 信号源）
2台
四、实验步骤 （按照实际操作过程）：
1．实验准备
（1）按照图2－3连线。
（2）先打开实验箱电源，电源指示灯“亮”。
然后在PC 机上运行主界面程序，再从主界面
进入“电子测量实验室”，最后选择实验六，软件则自动打开了信号源和示波器的界面。
E P P
电子测量实验箱
信号发生器
电源
计算机
①
②
Q9线
示波器
监
测
Ain1
Aout1
图2－3 实验连接框图
2．虚拟数字存储示波器面板
虚拟数字存储示波器面板如图2－4所示，它与实际的仪器有相似的面板，有CH1（绿）、CH2（黄）两个通道，面板下部还同时显示出伏/格、峰值(平均值、有效值)、频率、秒/格。
图2－4 虚拟数字存储示波器面板
五、实验过程记录（数据、图表、计算等）：
测量如下各种波形的参数：
操作接在Ain1的信号源产生以下信号，用CH1（绿）通道进行测量，调整秒/格使信号波形在屏幕上显示2～5个周期，调整伏/格使信号波形充满半个屏幕到满屏。
（1）正弦波
信号源产生一个正弦波如图2－5，用虚拟示波器观察,把显示面板上的峰值和频率填在表2－1中。
表2－1
输入幅度(V) 输入频率kHz 微秒/格
格数 伏/格 格数 峰值 频率 1 1 2 5 4 50
t
()
t v
图2－5 正弦波
（2）三角波
波形换成三角波如图2－6，观察波形对称度
b
a
T T 。
表2－2
（3）方波
信号源产生一个方波，用虚拟示波器观察上升时间和下降时间。
表2－3
输入幅度（V ） 输入频率（kHz ） 微秒/格
r
t
f t
5 100 5 200 5 500
（4）调幅波
用Q9线把Aout1和Ain1连接起来，启动虚拟信号源程序，产生一个调幅波，用示波器
测量调幅系数m ，测量结果填入表2-4。
%100⨯+-=b
a b
a m
表2－4
输入幅度（V ） 输入频率（kHz ）
微妙/
格
a 格数
b 格数
m 5 5 5 50 5
100
（5）双踪显示波形的观测
由两台函数信号源分别产生两路电压信号，一个产生幅度为5V ，频率为5KHz 的正弦波，另一个产生幅度为3V ，频率为5KHz 的三角波，由虚拟数字存储示波器进行双踪显示，并画出波形。
画信号波形：
输入幅度（V ） 输入频率（kHz ） 微秒/
格 a T 格数
b T 格数
b
a
T T 1 1 5 5 5 50 8 100 8
200
a
T b
T t
()
t v
图2－6 三角波
r
t f t t
()
t v 图2－7方波
t
()
t v b a
图2－8 调幅波
（6）波形存储与回放
在用示波器测量的过程中，随时可以把波形数据保存。
方法是点击面板上面的“保存”按钮，就会弹出一个对话框，取一个文件名，再选择路径、文件扩展名之后单击保存就能把波形数据保存在计算机的硬盘里。
要把计算机硬盘里存储的波形文件打开，就直接单击面板上面的“打开”按钮（注意此时不能启动采集），就能够实现波形的回放，这时通过调节“伏/格”和“秒/格”能够改变波形的显示。
把实验步骤3中的波形先保存到硬盘，然后再打开，对比它们有无变化。
六、实验结果分析及问题讨论：
1、能否用一个带宽为20MHz的示波器观测重复频率为15MHz的正弦波和方波？为什么？
2、利用示波器测量各种波形参数时，你如何减小其测量误差？。