【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 號(hào)，人們經(jīng)常推薦使用模擬示波器。模擬示波器的顯示部分基于化學(xué)熒光物質(zhì)，它具有亮度級(jí)這一特性。在信號(hào)出現(xiàn)越多的地方，軌跡就越亮。通過(guò)亮度級(jí)，僅觀察軌跡的亮度就能區(qū)別信號(hào)的細(xì)節(jié)。 數(shù)字示波器 與模擬示波器不同，數(shù)字示波器通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，并對(duì)樣值進(jìn)行存儲(chǔ)，存儲(chǔ)限度是判斷累計(jì)的樣值是否能描繪出波形為止。隨后，數(shù)字示波器重構(gòu)波形。(參看圖22。) 數(shù)字示波器分為數(shù)字存儲(chǔ)示波器(DSO)、數(shù)字熒光示波器(DPO)和采樣示波器。 數(shù)字的手段則意昧著，在示波器的顯示范圍內(nèi)，可以穩(wěn)定、明亮和清晰地顯示任何頻率的波形。對(duì)重復(fù)的信號(hào)而言，數(shù)字示波器的帶寬，是指示波器的前端部件的模擬帶寬，一般稱之為3dB點(diǎn)。對(duì)于單脈沖和瞬態(tài)事件，例如脈沖和階躍波，帶寬局限于示波器采樣率之內(nèi)。 圖23 數(shù)字存儲(chǔ)示波器 常規(guī)的數(shù)字示波器是數(shù)字存儲(chǔ)示波器(DSO)。它的顯示部分更多基于光柵屏幕而不是基于熒光。 數(shù)字存儲(chǔ)示波器(DSO)便于您捕獲和顯示那些可能只發(fā)生一改的事件，通常稱為瞬態(tài)現(xiàn)象。以數(shù)字形式表示波形信息，實(shí)際存儲(chǔ)的是二進(jìn)制序列。這樣，利用示波器本身或外部計(jì)算機(jī)，方便進(jìn)行分析、存檔、打印和其他的處理口波形沒(méi)有必要是連續(xù)的。即使信號(hào)已經(jīng)消失，仍能夠顯示出來(lái)口與模擬示波器不同的是，數(shù)字存儲(chǔ)示波器能夠持久地保留信號(hào)，可以擴(kuò)展波形處理方式口然而，DSO沒(méi)有實(shí)時(shí)的亮度級(jí)；因此，他們不能表示實(shí)際信號(hào)中不同的亮度等級(jí)。組成DSO的一些子系統(tǒng)與模擬示波器的一些部分相似。但是，DSO包含更多的數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，因此它能夠收集顯示整個(gè)波形的數(shù)據(jù)。從捕獲信號(hào)到在屏幕上顯示波形，DSO采用串行的處理體系結(jié)構(gòu)，如圖23所示。隨后將對(duì)串行處理體系作講解。串行處理體系結(jié)構(gòu) 與模擬示波器一樣，DSO第一部分(輸入)，垂直控制系統(tǒng)方便您調(diào)整幅度和位置范圍。緊接著，在水平系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)部分，信號(hào)實(shí)時(shí)在離散點(diǎn)采樣，采樣位置的信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，這些數(shù)字值稱為采樣點(diǎn)。該處理過(guò)程稱為信號(hào)數(shù)字化。水平系統(tǒng)的采樣時(shí)鐘訣定ADC采樣的頻度。該速率稱為采樣速率，表示為樣值每秒（S/s）。來(lái)自ADC的采樣點(diǎn)存儲(chǔ)在捕獲存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)，叫做波形點(diǎn)。幾個(gè)采樣點(diǎn)可以組成一個(gè)波形點(diǎn)。波形點(diǎn)共同組成一條波形記錄。創(chuàng)建一條波形記錄的波形點(diǎn)的數(shù)量稱為記錄長(zhǎng)度。觸發(fā)系統(tǒng)訣定記錄的起始和終止點(diǎn)。DSO信號(hào)通道中包括微處理器，被測(cè)信號(hào)在顯示之前要通過(guò)微處理器處理口微處理器處理信號(hào)，調(diào)整顯示運(yùn)行，管理前面板調(diào)節(jié)裝置，等等。信號(hào)通過(guò)顯存，最后顯示到示波器屏幕中。圖24 在示波器的能力范圍之內(nèi)，采樣點(diǎn)會(huì)經(jīng)過(guò)補(bǔ)充處理，顯示效果得到增強(qiáng)?？梢栽黾宇A(yù)觸發(fā)，使在觸發(fā)點(diǎn)之前也能觀察到結(jié)果。目前大多數(shù)數(shù)字示波器也提供自動(dòng)參數(shù)測(cè)量，使測(cè)量過(guò)程得到簡(jiǎn)化。DSO提供高性能處理單脈沖信號(hào)和多通道的能力（參看圖24）。DSO是低重復(fù)率或者單脈沖、高速多通道設(shè)計(jì)應(yīng)用的完美工具。在數(shù)字設(shè)計(jì)實(shí)踐中，工程師常常同時(shí)檢查四路甚至更多的信號(hào)，而DSO則成為標(biāo)準(zhǔn)的合作伙伴。圖25 數(shù)字熒光示波器 數(shù)字熒光示波器(DPO)為示波器系列增加了一種新的類型。DPO的體系結(jié)構(gòu)使之能提供獨(dú)特的捕獲和顯示能力，加速重構(gòu)信號(hào)。DSO使用串行處理的體協(xié)結(jié)構(gòu)來(lái)捕獲、顯示和分析信號(hào)；相對(duì)而言，DPO為完成這些功能采納的是并行的體系結(jié)構(gòu)，如圖25所示。DPO采用ASIC硬件構(gòu)架捕獲波形圖象，提供高速率的波形采集率，信號(hào)的可視化程度很高。它增加了證明數(shù)字系統(tǒng)中的瞬態(tài)事件的可能性。隨后將對(duì)該并行處理體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行闡述。串行處理體系結(jié)構(gòu) DPO的第一階段(輸入)與模擬示波器相似(垂直放大器)，第二階段與DSO相似(ADC)。但是，在模數(shù)轉(zhuǎn)換后，DPO與原來(lái)的示波器相比就有顯著的不同之處。 對(duì)所有的示波器而言，包括模擬、DSO和DPO示波器，都存在著釋抑時(shí)間。在這段時(shí)間內(nèi)，儀器處理最近捕獲的數(shù)據(jù)，重置系統(tǒng)，等待下一觸發(fā)事件的發(fā)生。在這段時(shí)間內(nèi)，示波器對(duì)所有信號(hào)都是視而不見(jiàn)的。隨著釋抑時(shí)I}的增加，對(duì)查看到低頻度和低重復(fù)事件的可能性就會(huì)降低。 請(qǐng)注意，由顯示的更新速率簡(jiǎn)單地推斷采集到事件的概率是不可能的。如果只是依靠顯示更新速率，就確認(rèn)示波器能采集到波形的所有相關(guān)信息，那么是很容易犯錯(cuò)誤的，因?yàn)?，?shí)際上示波器并沒(méi)有作到。數(shù)字存儲(chǔ)示波器串行處理采集到的波形。由于微處理器限制著波形的采集速率，所以微處理器是串行處理的瓶頸。 DPO把數(shù)字化的波形數(shù)據(jù)進(jìn)一步光柵化，存入熒光數(shù)據(jù)庫(kù)中。每1/30秒，這大約是人類眼睛能夠覺(jué)察到的最快速度，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中的信號(hào)圖象直接送到顯示系統(tǒng)。波形數(shù)據(jù)直接光柵化，以及直接把數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)拷貝到顯存中，兩者共同作用，改變了其他體系在數(shù)據(jù)處理方面的瓶頸。結(jié)果是增加了”使用時(shí)間”，增強(qiáng)顯示更新能力。信號(hào)細(xì)節(jié)、間斷事件和信號(hào)的動(dòng)態(tài)特性都能實(shí)時(shí)采集。DPO微處理器與集成的捕獲系統(tǒng)一道并行工作，完成顯示管理、自動(dòng)測(cè)量和設(shè)備調(diào)節(jié)控制工作，同時(shí)，又不影響示波器的捕獲速度. DPO如實(shí)地仿真模擬示波器最好的顯示屬性，并在三維顯示信號(hào)：時(shí)間、幅度和以時(shí)間為參變量的幅度變化，三者都是實(shí)時(shí)的口模擬示波器依靠化學(xué)熒光物質(zhì)，與此不同，DPO使用完全的電子數(shù)字熒光，其實(shí)質(zhì)是不斷更新的數(shù)據(jù)庫(kù)。針對(duì)示波器顯示屏幕的每一個(gè)點(diǎn)，數(shù)據(jù)庫(kù)中都有獨(dú)立的“單元（cell）”。一旦采集到波形（即波器—觸發(fā))，波形就映射到數(shù)字熒光數(shù)據(jù)庫(kù)的單元組內(nèi)。每一個(gè)單元代表著屏幕中的某位置。當(dāng)波形涉及到該單元，單元內(nèi)部就加入亮度信息；沒(méi)有涉及到則不加入。因此，如果波形經(jīng)常掃過(guò)的地方，亮度信息在單元內(nèi)會(huì)逐步累積。當(dāng)數(shù)字熒光數(shù)據(jù)庫(kù)傳淤(示波器的顯示屏幕后，根據(jù)各點(diǎn)發(fā)生的信號(hào)頻率的比例，顯示屏展示加入亮度形式的波形區(qū)域，這與模擬示波器的亮度級(jí)特性非常類似。DPO也可以顯示不斷變化的發(fā)生頻率的信息，顯示屏對(duì)不同的信息呈現(xiàn)不同的顏色，這一點(diǎn)與模擬示波器不同。利用DPO，可以比較由不同觸發(fā)器產(chǎn)生的波形之間的異同，例如，比較某波形與第們口號(hào)觸發(fā)器產(chǎn)生波形的區(qū)別。 數(shù)字熒光示波(DPOJ突破模擬和5字示波器技術(shù)之間的障礙。它同時(shí)適合觀察高頻和低頻信號(hào)、重復(fù)波形，以及實(shí)時(shí)的信號(hào)變化。只有DPO實(shí)時(shí)提供Z（亮度)軸，常規(guī)的050已經(jīng)喪失了這一功能。圖26 對(duì)那些需要最好的通用設(shè)計(jì)和故障檢測(cè)工具以適合大范圍應(yīng)用的人來(lái)說(shuō)，DPO是一個(gè)理想工具。DPO典型應(yīng)用有：通用模板測(cè)試，中斷信號(hào)的數(shù)字調(diào)試，重復(fù)的數(shù)字設(shè)計(jì)和定時(shí)應(yīng)用。圖27 數(shù)字采樣示波器 當(dāng)測(cè)量高頻信號(hào)時(shí)，示波器也許不能在一改掃描中采集足夠的樣值口如果需要正確采集頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于示波器采樣頻率的信號(hào)，那么數(shù)字采樣示波器是一個(gè)不錯(cuò)的選擇(參看圖28）。，它能達(dá)到的帶寬以及高速定時(shí)都十倍于其他示波器。連續(xù)等效時(shí)間采樣示波器能達(dá)到50GHZ的帶寬。 與數(shù)字存儲(chǔ)和數(shù)字熒光示波器體系結(jié)構(gòu)不同，在數(shù)字采樣示波器的體系結(jié)構(gòu)中，置換了衰減器/放大器于采樣橋的位置，參照?qǐng)D27。在衰減或放大之前對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣。由于采榭刁電路的作用，經(jīng)過(guò)采樣橋以后的信號(hào)的頻率已經(jīng)變低，因此可以采用低帶寬放大器，其結(jié)果，整個(gè)儀器的帶寬得到增加。 然而，采樣示波器帶寬的增加帶來(lái)的負(fù)面影響是動(dòng)態(tài)范圍的限制。由于在采樣門(mén)電路之前沒(méi)有衰減器/放大器，所以不育趁對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行縮放。所有時(shí)刻的輸入信號(hào)都不能超過(guò)采樣橋滿動(dòng)態(tài)范圍。因此，大多數(shù)采樣示波器的動(dòng)態(tài)范圍者l)民制在1丫的峰值峰值。另一方面，數(shù)字存儲(chǔ)和數(shù)字熒光示波器卻能夠處理50到100伏特的輸入。圖28另外，采樣橋的前面不能增加保護(hù)二極管，否則會(huì)限制帶寬。因此，采樣示波器的安全輸入電壓大約只有3V，相對(duì)而言，其他示波器可以高達(dá)500V。 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW及相關(guān)硬件介紹 LabVIEW概述 LabVIEW是一種程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó)家儀器（NI）公司研制開(kāi)發(fā)的，類似于C和BASIC開(kāi)發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語(yǔ)言G編寫(xiě)程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。 與 C 和 BASIC 一樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫(kù)。LabVIEW 的函數(shù)庫(kù)包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，等等。LabVIEW 也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫(huà)方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序（子VI）的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語(yǔ)言。傳統(tǒng)文本編程語(yǔ)言根據(jù)語(yǔ)句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而 LabVIEW 則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了VI及函數(shù)的執(zhí)行順序。VI指虛擬儀器，是LabVIEW的程序模塊?！　abVIEW 提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器、萬(wàn)用表）類似的控件，可用來(lái)方便地創(chuàng)建用戶界面。用戶界面在LabVIEW中被稱為前面板。使用圖標(biāo)和連線，可以通過(guò)編程對(duì)前面板上的對(duì)象進(jìn)行控制。這就是圖形化源代碼，又稱G代碼。LabVIEW的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖，因此又被稱作程序框圖代碼。 LabVIEW編程環(huán)境及其特點(diǎn) LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench）是一種圖形化的編程語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)環(huán)境，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW 集成了與滿足 GPIB、VXI、RS232 和 RS485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/IP、ActiveX 等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過(guò)程都生動(dòng)有趣。　　 圖形化的程序語(yǔ)言，又稱為 “G” 語(yǔ)言。使用這種語(yǔ)言編程時(shí)，基本上不寫(xiě)程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW[是一個(gè)面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率?！　? 利用 LabVIEW[，可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，它是一個(gè)真正的32位/64位編譯器。像許多重要的軟件一樣，LabVIE