电子测量技术教案《10》

11111目录退出下一页上一页最后一页章节目录10.1存储示波器10.2逻辑分析仪10.3现代电子测量仪器的应用10.4实训22222目录退出下一页上一页最后一页第10章现代电子测量仪器本章要点存储示波器的组成、原理框图存储示波器的几种显示方式逻辑分析仪的组成、原理框图逻辑分析仪的几种显示方式现代电子测量仪器的应用33333目录退出下一页上一页最后一页10.1存储示波器通用示波器存在的缺点存储示波器分类：模拟存储示波器和数字存储示波器。数字存储示波器采用数字电路，将输入信号先经过A／D变换器，将模拟波形变换成数字信息，存储于数字存储器中，需要显示时，再从存贮器中读出，通过D／A变换器，将数字信息变换成模拟波形显示在示波管上。44444目录退出下一页上一页最后一页10.1.1存储示波器主要技术参数指标1.分辨力用二进制的位数来表示，位数决定了垂直方向上的量化台阶数目。分辨力的位数越多，说明测量准确度就越高。也可以用百分数表示，见表10-1所示：2.采样速度采样速度表示数字波形存储器A/D转换速度。采样速率的大小与捕捉信号的能力有直接关系，见表10-2所示。55555目录退出下一页上一页最后一页0.02%409612位10位8位1.6%646位分辨力（用百分数表示）台阶个数分辨力（用二进制位数表示）0.09%10240.4%256表10-1分辨力的表示66666目录退出下一页上一页最后一页表10-280ns1.6μs被测脉冲波形的最小上升时间6.66MHz330kHz采用正弦插入时，被测波形的最高频率2MHz100kHz一般情况下被测波形的最高频率20MHz1MHz采样速率4页77777目录退出下一页上一页最后一页3.存储长度存储长度即存储器的容量，用多少K字来表示。存储长度表明水平方向划分细微的程度、存储长度的倒数称为水平分辨力。1/40964096（字）（4K）1/20482048（字）（2K）1/10241024（字）（1K）水平分辨力存储长度水平分辨力越高，说明数字存储器显示的波形与实际波形越接近。表9-388888目录退出下一页上一页最后一页10.1.2存储示波器的基本组成、原理框图1.存储示波器的基本组成由Y轴放大器、A/D转换单元、D/A转换单元、存储单元、时钟发生器、控制逻辑单元、接口逻辑单元、触发放大器、电源等部分组成。如图10-1所示。Y1放大器Y1输入Y2输入A/D转换器时钟发生器分频器触发放大器逻辑控制xD/A转换触发输入RAMY2放大器yD/A转换A0--A9Di0---Di7DO0--DO7D0--D9电源图10-1存储示波器的基本组成99999目录退出下一页上一页最后一页2．基本工作原理被测信号输入仪器后，首先将放大的模拟信号转换为数字信号。一般说来，波形愈复杂的信号要求的取样速率愈高。对于单次信号要求f0≥(4-10)fx。步进系统在触发信号的作用下产生步进脉冲，一方面启动取样门，对被测信号进行取样和A／D变换如图10-2所示：1010101010目录退出下一页上一页最后一页图10-2波形的取样和编码1111111111目录退出下一页上一页最后一页一方面启动CPU，于是CPU指定一个寄存器作为地址计数器，在初始化期间存放了首址。CPU工作后，地址计数器向RAM送出地址，将变换后的数字信号存入指定的单元。每写入一个数据，地址计数器则加1，并将地址数送至X轴的I／O，经D／A变换后产生阶梯波信号。当需要即时显示时，该信号能作为X扫描用的阶梯信号，送至X偏转系统以作扫描之用。同时该信号还送至步进系统，使其产生新的步进脉冲，作为产生一次新的数据写入循环用。在取样、存储过程中，地址计数器将写地址顺序递增，并一一送往RAM，以确保每组数据写入相应的存储单元中去，直至写完一个页面为止。如图10-3所示，这就是RAM的写过程。1212121212目录退出下一页上一页最后一页图10-3RAM写入过程1313131313目录退出下一页上一页最后一页地址计数器用于循环计数。它的最大计数值恰好等于RAM的一个页面的存储容量；相当于X轴扫描一行所需的数据。以上所述过程为顺序取样方式。存储单次波形时要用“实时取样”方式。1414141414目录退出下一页上一页最后一页当需要显示被测信号时，按照地址计数器给出的地址:一方面控制RAM以固定速度读出数据到Y通道的D／A变换器内，将被测信号还原为模拟信号。同时还将地址计数器的内容(即计数用脉冲)送往X通道D／A变换器，用来产生扫描用阶梯信号，如图10-4所示。显示时，X偏转板加阶梯波信号，Y偏转板加被测信号。X轴的阶梯递增时只需显示平顶，跳变部分要消隐，以使显示的波形清晰。1515151515目录退出下一页上一页最后一页图10-4显示过程1616161616目录退出下一页上一页最后一页10.1.3几种显示方式1.基本显示方式基本显示方法是指被测波形的数据已存入RAM时的显示。显示时能够根据需要去读出指定页面的数据，并予显示。2.刷新显示方式原已显示的一帧波形，在存储器一个单元写入新数据的同时，也将该单元的数据读出。由于写入速度慢，读出速度快，新数据能够马上读出并显示出来。写入、读出和扫描都是从0地址开始，写完一帧波形，也显示完该帧波形。原来显示的波形则自左至右消失，屏幕上可显示出瞬态波形的描绘过程。1717171717目录退出下一页上一页最后一页3.滚动显示方式滚动显示时信号存储器存满后，会使所有数据在存储器中的地址不停地向上移动，冲出旧数据，存入新数据。因此，新的数据出现在屏幕的最右边。不需外加触发信号，图形自右至左滚动，从屏幕右边进入，从屏幕左边离去。在观测过程中，也可以将感兴趣的波形数据予以锁存，使图形固定在屏幕上。4.双踪显示轮流对Y1和Y2两个通道信号取样，奇数地址存入Yl的数据，偶数地址存入Y2的数据。读数时先读Y2的数据，再读Y1的数据，并将两组数据进行交替显示。1818181818目录退出下一页上一页最后一页10.2逻辑分析仪在数字系统的测试中，逻辑功能测试已成为首要形式。仅用示波器进行时域过程的测试，已难以评价电路和系统的性能。二十世纪七十年代初出现了逻辑分析仪，有效地解决日益复杂的数字系统的检测和故障诊断问题。1919191919目录退出下一页上一页最后一页10．2．1逻辑分析仪简介逻辑分析仪是用来测量数据域的仪器。它能对数字逻辑电路和系统在实时运行过程中的数据流或事件进行记录和显示，并通过各种控制功能实现对数字系统的软、硬件故障分析和诊断。它能够用表格形式、波形形式或图形形式分别显示具有多个变量的数字系统的逻辑状态、时序关系或实时运行过程，也能用汇编语言格式显示运行时的数字系统的软件，来实现对数字系统的硬件和软件进行跟踪测试，它对包含大量软硬件的数字设备和系统调试是很适用的，可以大大提高系统的调试效率。面向微处理器的逻辑分析仪。2020202020目录退出下一页上一页最后一页1.对逻辑分析仪的基本要求（1）能跟踪与显示状态数据流；（2）能捕获并显示任一指定的数据块；（3）能分析并显示控制信号之间的时间关系；（4）能捕捉并显示来自系统内部噪声和外部干扰引起的毛刺噪声及毛刺等往往造成硬件出错；（5）能实时检测故障，诊断故障。2121212121目录退出下一页上一页最后一页1.逻辑分析仪的功能特点（1）足够多的输入通道如要检测一个具有16位地址的微机系统，逻辑分析仪至少应有16个输入通道。若考虑到同时监视数据总线、控制信号和I／O接口信号，则—般都要有32个或更多的输入通道。通道数是逻辑分析仪的一个重要指标，通道数越多，所能检测的数据信息量越大，就更能充分地发挥它的功用。2222222222目录退出下一页上一页最后一页（2）多种触发方式现今的逻辑分析仪触发方式很多：对于软件分析，这些触发功能使它可以跟踪系统运行中的任意程序段；对于硬件分析，触发能力可以解决检测与显示系统中存在的干扰飞毛刺问题。评价一种逻辑分析仪的好差，最重要的—项指标是触发能力的强弱。（3）具有记忆能力所有逻辑分析仪内部都有高速数据存贮器，因此它能快速记录数据。该存贮器的容量大小是分析仪的另一个重要指标，它决定了跟踪一次获取数据的多少。这种记忆能力使它可以观察单次现象和诊断随机故障。2323232323目录退出下一页上一页最后一页（4）具有负的延迟能力逻辑分析仪的内部存贮器可以存贮触发前的信息，这样便可以显示出相对于触发点来讲是负延迟的数据，这种能力有利于发现错误后回溯分析故障产生的原因。（5）具有限定能力所谓限定能力就是对所获取的数据进行鉴别挑选的一种能力。限定功能解决对单方向数据传输情况的观察以及复用总线的分析问题。由于限定可以删除与分析无关的数据，这就有效地提高了分析仪数据存贮器的利用率。2424242424目录退出下一页上一页最后一页（6）简明而直观的显示方式为适应不同的分析方法的需要，逻辑分析仪就要有相应的显示方式。对于系统的功能分析，它有功能显示；为便于了解系统工作的全貌，有图形显示；对于时间关系分析，有用高低电平表示逻辑状态的时间波形图显示；对于电气性能分析，有窄脉冲显示以及表示输入信号幅度和前后沿的电平显示等等。2525252525目录退出下一页上一页最后一页（7）具有驱动时域仪器的能力数据流状态值发生的错误常来源于时间域的某些失常。引起失常的原因往往是毛刺、噪声干扰或时序的差错。分析仪驱动时域仪器的能力弥补了它进行电气性能分析的某些欠缺。逻辑分析仪与示波器这两类仪器具有相辅相成的关系，它们在不同领域中有不同的地位和作用。（8）为了适应各种不同类型逻辑元件，逻辑分析仪的输入电平阈值应是可调的，其采样速率应合适，2626262626目录退出下一页上一页最后一页10.2.2逻辑分析仪的基本组成、原理框图1.逻辑分析仪的基本组成（1）逻辑分析仪基本组成简图逻辑分析仪的基本组成是数据捕获和数据显示这两个部.如图10-5所示。数据捕获是要捕获观察分析的数据并将其存储；数据显示是用多种形式显示这些数据。数据捕获部分由数据收集、数据存储和数据触发控制三部分组成。分析仪在数据捕获后便转入数据显示阶段。2727272727目录退出下一页上一页最后一页图10-5逻辑分析仪基本组成简图2828282828目录退出下一页上一页最后一页逻辑状态分析仪和逻辑定时分析仪。逻辑分析仪主要为监视数字设备的软件程序的运行状况而设计的。状态分析仪中无需时钟发生器。这类仪器是进行软件调试的工具。2929292929目录退出下一页上一页最后一页逻辑定时分析仪是为显示分析数字设备各通道波形的时序关系而设计的。它尽可能忠实地再现各通道的逻辑波形。定时分析仪应有内部时钟发生器，产生比被测设备系统时钟频率高得多（5~10倍）的采样时钟，且在该时钟控制下记录数据，与被测系统异步工作。这类主要用于调试检测硬件。3030303030目录退出下一页上一页最后一页2.智能逻辑分析仪框图图10-6智能逻辑分析仪框图3131313131目录退出下一页上一页最后一页（1）智能仪器逻辑分析仪的各部分的作用逻辑分析仪的各个部分的联系是微处理器通过内部总线进行的；PROM中存有控制整个逻辑分析仪的基本程序；RAM则用来暂存信息，例如暂时存储操作人员设定的触发延迟量或选定的显示方式等信息；字符发生器用来生成各种显示方式所需要的字母、数码等字符；键盘及其控制电路用来设定逻辑分析仪的工作方式。3232323232目录退出下一页上一页最后一页（2）数据的收集为了跟踪被测系统的数据流，逻辑分析仪应该把被测系统总线上发生的所有状态信息尽可能无遗漏地不断采集到它的数据存储器中，作为待分析显示的原始数据，这个过程称为数据收集。逻辑分析仪数据收集部分主要由输入探头、采样时钟发生器和数据寄存器或锁存器组成。3333333333目录退出下一页上一页最后一页（3）数据的存储为了防止漏检漏测，要求信息一出现就能捕获它，并且存储起来。具