Структура и принцип действия цифрового осциллографа

На рис. 2 в упрощенном виде показана структурная схема ЦО.

Рис. 2. Упрощенная структурная схема цифрового осциллографа (ЦО). МУ – масштабирующее устройство; АЦП – аналого-цифровой преобразователь; ОЗУ – оперативное запоминающее устройство; МК – микроконтроллер; ЗУ – запоминающее устройство; Э – экран; ОУ – органы управления (кнопки, ручки).

МК управляет согласованной работой отдельных узлов ЦО: задает коэффициенты деления или усиления МУ, выдает команды на запуск АЦП, выдает команду на перезапись содержимого ячеек ОЗУ в память ЗУ.

Пройдя через МУ, входное напряжение u(t) преобразуется АЦП в дискретную последовательность кодов N _i, отображающих мгновенные значения U _i этого напряжения. Запуск АЦП осуществляется по сигналам запуска от МК, следующим с частотой дискретизации F _д. Эта частота является основным параметром ЦО и задает шаг дискретизации T o = 1/ F _д. входного сигнала.

Каждое новое кодовое слово записывается в ОЗУ (регистр сдвига). При этом все предыдущие записанные отсчёты сдвигаются на одну ячейку, а самый первый N ₁ исчезает, как бы «выталкивается». Если ОЗУ состоит из М ячеек, то в нём, постоянно обновляясь, содержится М последних, кодовых слов.

Так продолжается до тех пор, пока не будет выполнено некое заданное условие, например, когда какое-либо значение кода N i, отображающее значение сигнала U i_i впервые превысит заданный оператором уровень («запуск по уровню»). После этого содержимое некоторого количества ячеек ОЗУ по команде от МК переписывается в запоминающее устройство ЗУ, входящее в состав МК. Тем самым осуществляется привязка отображаемых на экране значений сигнала к определенным моментам времени, т.е. синхронизация в ЦО

Отображение значений сигнала на экране ЦО. Каждой ячейке ЗУ соответствует точка на экране по цвету отличающаяся от фона. Её абсциссу определяет номер ячейки, а ординату кодовое слово N _i, находящееся в этой ячейке.

Для хорошего изображения сигнала на экране вполне достаточно 2 точки на 1 мм. Средних размеров экран имеет высоту 100 мм и ширину 120 мм. Следовательно, на экране должны располагаться 200 × 240 = 48 000 точек или более. Для формирования хорошего изображения АЦП должен иметь не менее 8 двоичных разрядов (256 точек по вертикали) и ЗУ должно содержать 256 ячеек.

Недостатком всех ЦО является, то, что они работают не в реальном масштабе времени, т.к.сначаладанные заносятся в ОЗУ, а затем порциями выводятся на экран.

При выводе изображения на экран используется графический редактор, осуществляющий линейную интерполяцию по выборкам сигнала.

Дата добавления: 2014-01-07