PenScope DAQ. Szybka, miniaturowa przystawka oscyloskopowa USB
Odkąd moja ulubiona staruszka – sonda TTL przestała wystarczać do uruchamiania większości układów, szukałem alternatywnego rozwiązania. Miałby to być jakiś uniwersalny przyrząd, którego mógłbym używać w różnych sytuacjach, niezależnie od poziomów logicznych na wyjściach/wejściach układów i ich napięć zasilania. Idealny byłby oscyloskop cyfrowy, jednak po pierwsze, nieco odstręczała jego cena, a po drugie, konieczność taszczenia ze sobą w teren dodatkowego przyrządu. Mógłbym pokusić się o wykonanie własnego instrumentu pomiarowego np. na bazie mikrokontrolera, ale na przeszkodzie stał czas jego opracowania. Świetne rozwiązanie zostało kiedyś zaproponowane kiedyś przez firmę Microchip („Engineer’s Assistant” Voji Antonica), który zdobył pierwszą nagrodę na konkursie na aplikację z mikrokontrolerem PIC), ale parametry urządzenia były niewystarczające. Ponadto, irracjonalnie nie wierzę aplikacjom, w których mikrokontroler próbkuje stan swojego portu wejściowego. Myślę, że to pozostałość po dawnych czasach, kiedy wiadomo było, że czas reakcji przeciętnego układu TTL jest znacznie krótszy, niż większości dostępnych mikroprocesorów. O ile w tym pierwszym wypadku można było mówić o reakcji w czasie rzeczywistym, o tyle w drugim na pewno nie. Czasy zmieniły się, ale (niestety) nawyki pozostały…
Na skutek takich potrzeb i rozważań mój warsztat wzbogacił się o fabryczny, cyfrowy oscyloskop przypominający swoim kształtem gruby marker, wyposażony w interfejs USB. Jako wyświetlacza „marker” używa komputera PC. Nie przeszkadza mi to, ponieważ głównie zajmuję się układami cyfrowymi i mieszanymi cyfrowo/analogowymi, więc tak czy inaczej muszę korzystać z różnych programatorów i sond, podłączanych do komputera. Jedyną przeszkodą może być ilość dostępnych portów USB, ale można sobie z tym poradzić np. stosując USB hub.
Miniaturowy oscyloskop, opisywany w artykule, wyprodukowano w Polsce, co jest swego rodzaju rzadkością, ponieważ większość tego typu przyrządów jest produkowana w Azji, głowie w Chinach i na Tajwanie. Producent, polska firma RK-System z Grodziska Mazowieckiego, oferuje dwie wersje przyrządu: ze złączem BNC umożliwiającym podłączenie typowej sondy oscyloskopowej oraz z igłą, która jest bardziej odpowiednia do szybkiego i łatwego podłączania oscyloskopu do wybranych doprowadzeń układu cyfrowego. Wybrałem tę drugą wersję, jako bardziej odpowiednią dla moich potrzeb.
PenScope DAQ (fotografia 1), bo tak nazywa się ów przyrząd, bez problemu mieści się w dłoni. Stosunkowo niewielka, okrągła obudowa mieści w sobie całą elektronikę, więc nic nie jest dołączane z zewnątrz. Pasmo analogowe przyrządu to 20 MHz. Sygnał wejściowy próbkowany jest z maksymalną częstotliwością wynoszącą 100 MHz. Oscyloskop jest zasilany z portu USB komputera PC. Przyznam, że pierwszy raz spotkałem taki rodzaj złącza, jaki użyła firma RK-System. Nie jest to złącze typu mini-B używane np. do podłączenia telefonu komórkowego, ale jeszcze mniejsze. Być może tego typu złącza używane są np. w odtwarzaczach multimedialnych, ale ja zobaczyłem je pierwszy raz w PenScope DAQ.
Fotografia 1. PenScope DAQ z końcówką w postaci igły pomiarowej
Jak wspomniałem wcześniej, wybrałem dla siebie model wyposażony w igłę oraz krokodylka do dołączania masy. Wymaga to, aby przyrząd był trzymany w ręce i dociskany do punktu pomiarowego. Na pewno nie jest to rozwiązanie, dzięki któremu można łatwo np. stroić obwody przy użyciu wkrętaka, ponieważ zwykle w takich sytuacjach potrzebne są dwie ręce, ale odpowiednie do moich zastosowań, ponieważ umożliwia szybkie sprawdzanie przebiegów w kilku punktów pomiarowych, bez zmiany zakresu, która zwykle nie jest wymagana dla układów cyfrowych, pracujących w logice dwustanowej. Z drugiej strony, stosując sondę pomiarową uzyskuje się lepsze dopasowanie do mierzonego obwodu oraz większy zakres mierzonych napięć… Każdy musi po prostu wybrać to, co lepiej pasuje do jego potrzeb.
Wszelkie zmiany zakresów, trybów pracy, częstotliwości próbkowania itd. wprowadza się z użyciem GUI na ekranie komputera. Oprogramowanie pracuje pod kontrolą systemu Windows (nie stwierdziłem żadnych problemów przy pracy pod kontrolą uważanego przez niektórych za problematyczny, systemu Windows Vista Home).
PenScope DAQ w akcji
PenScope DAQ przypuszczalnie używa mocy obliczeniowej komputera PC z uruchomionym GUI. „Przypuszczalnie”, ponieważ nie wiem tego na pewno. Bazując jednak na własnych doświadczeniach i obserwując pracę oscyloskopu mogę się spodziewać, że niewielka obudowa sondy mieści tylko układy interfejsowe oraz do szybkiej akwizycji danych, obrabianych dalej przez komputer przez PC.
Typowo, jak dla innych urządzeń z interfejsem USB, przed podłączeniem PenScope do komputera PC należy zainstalować odpowiedni sterownik i oprogramowanie do kontroli i wizualizacji. Producent dostarcza je na płycie CD. Instalacja przebiega bez żadnych problemów czy komunikatów o błędach. Moim zdaniem doskonałym pomysłem RK-System (znanym również z innych wyrobów) jest Updater (rysunek 2), to jest program, który automatycznie pobiera z Internetu aktualizacje oprogramowania oscyloskopu. Dzięki niemu użytkownik ma do dyspozycji zawsze najświeższe wersje programów obsługi.
Rysunek 2. Okno programu Updater
Jako pierwszy (jeszcze przed podłączeniem PenScope) uruchomiłem Updater’a, aby pobrać najnowszą wersję programu obsługi. Updater pobrał z Internetu kilkanaście plików, aktualizując oprogramowanie PenScope DAQ do najnowszej wersji.
Teraz przyszła kolej na podłączenie programatora. Jak zwykle nie obeszło się bez marnowania czasu i to nie z winy producenta PenScope, ale systemu Windows, który po wykryciu nowego urządzenia, idiotycznie za każdym razem szuka sterowników nie na płycie CD dostarczonej przez producenta, ale… w witrynie Windows Update, której przeszukanie zajmuje mu trochę czasu. Tak było i tym razem. Oczywiście odpowiedni program nie został znaleziony i dopiero wtedy system operacyjny zapytał o płytę instalacyjną od producenta, po wskazaniu której odpowiedni sterownik został odszukany i zainstalowany przezeń automatycznie, bez najmniejszych problemów. Następnie, korzystając ze skrótu umieszczonego przez instalator pulpicie, uruchomiłem program do obsługi sondy PenScope o nazwie DAQ.
Rozpoznanie funkcji programu – co należy podkreślić – bez lektury dokumentacji zajęło mi dosłownie kilka minut. Menu jest proste w obsłudze, intuicyjne, nie powinno nastręczyć żadnych problemów każdemu, przeciętnemu użytkownikowi Windows. Suwaki i kontrolki obsługiwane są myszką, a odpowiednie menu kontekstowe pojawia się po wskazaniu danej kontrolki i kliknięciu lewym przyciskiem myszy. Program przypuszczalnie obsługuje również inne oscyloskopy produkowane przez RK-System, ponieważ na ekranie jest możliwość wyboru drugiego kanału (tu szara, niedostępna) oraz wyświetlania obrazu będącego wynikiem iloczynu lub sumy przebiegów.
Oscylogram zajmuje większą część okna programu. Poniżej producent umieścił kontrolki służące do zmiany nastaw, kolejno: kanału A oraz kanału B (nieaktywny po podłączeniu 1-kanałowego PenScope), nastawy poziomu wyzwalania oraz ustawień sposobu wyświetlania oscylogramu i zmian ustawień konfiguracyjnych. Zmianę nastaw czułości pionowej lub podstawy czasu wykonuje się poprzez kliknięcie na aktualnie wyświetlanej wartości, a następnie wybór odpowiedniej wartości z listy.
Użytecznymi funkcjami zaimplementowanymi przez producenta są pomiar wartości skutecznej (VRMS) lub szczytowej (VPP) oraz częstotliwości przebiegu. Okienko to jest wyświetlane niezależnie od oscylogramu (rysunek 3), po kliknięciu na przycisk z graficznym symbolem woltomierza. Inną funkcją, którą czasami zdarza mi się używać, jest transformata Fouriera. Producent wyposażył program w możliwość wykonywania zarówno szybkiej jak i dyskretnej transformaty, z zastosowaniem okien o różnych kształtach oraz buforów o różnych, wybieranych z listy długościach. Duży rozmiar bufora można wymienić wśród zalet urządzenia, ponieważ mieści on aż 131072 próbek (128 kB, gdyż próbka ma wielkość 1 bajta). Oprócz rozmiaru bufora, można również ustawić czas opóźnienia, który upływnie od wyzwolenia do początku rejestracji.
Układ wyzwalania może uruchomić pomiar synchronizowany zboczem narastającym lub opadającym. Typowo, tzn. jak w każdym oscyloskopie, ustawiana jest wartość poziomu napięcia, przy której zostanie wyzwolona rejestracja. Chciałbym również zwrócić uwagę na możliwość ustawiania poziomu wyzwalania z pomijaniem sygnału szumu towarzyszącego sygnałowi użytkowemu. Można ustawić odrzucanie szumów na poziomie 0,3%; 4% lub 10%.
Rysunek 3. Główne okno programu DAQ. Widoczne są okienko multimetru oraz transformaty FFT
Częstotliwość próbkowania jest regulowana w przedziale 1 kHz...100 MHz, a zakres pomiarowy rozciąga się od 20 mV/dz...5 V/dz (jest to maksymalnie 5 działek). Program ma również możliwość powiększania wybranych fragmentów przebiegu, niezależnie od wybranej podstawy czasu próbkowania. Można rozciągać również przebieg będący wynikiem transformaty Fouriera.
Oprogramowanie oscyloskopu można pobrać ze strony internetowej RK-System i uruchomić w trybie demonstracyjnym, bez podłączonego PenScope. Dzięki temu każdy zainteresowany może zapoznać się z dostępnymi funkcjami za darmo, przed ewentualnym zakupem tego czy innego przyrządu.
Podsumowanie
Jak dotychczas oscyloskop spisuje się bez zarzutu i spełnia wszelkie stawiane przeze mnie wcześniej wymagania odnośnie „przedzwaniania” układów cyfrowych, a nawet robi znacznie więcej, bo przy jego pomocy mogę również testować układy analogowe i mieszane. Czy taki oscyloskop z interfejsem USB ma jakąś przewagę nad przyrządem stacjonarnym, wyposażonym we własny wyświetlacz? Oczywiście kosztuje mniej, ale pod warunkiem posiadania przez użytkownika komputera PC i dobrze, aby był on używany również do innych celów, np. do obsługi interfejsu JTAG. Moim zdaniem bardzo ważną cechą narzędzi tego typu jest umożliwienie skupienia wszystkich funkcji pomiarowych, programowania i debugowania urządzeń w pojedynczym komputerze PC. Zwalnia to inżyniera z konieczności taszczenia ze sobą wielu niezależnych przyrządów, jak również umożliwia sprawną archiwizację i dokumentację wyników pomiarów. Ponadto, takie przyrządy mogą korzystać z mocy obliczeniowej i elastyczności komputera oferując swoim użytkownikom ogromne wręcz możliwości.
Pewne zastrzeżenia może budzić pasmo oscyloskopu, ale z góry trzeba założyć, że nie jest on przeznaczony do badania sygnałów radiowych. Jest to doskonały przyrząd do diagnostyki i serwisu, jak również przyda się przy pracach konstrukcyjnych. W bardziej wyrafinowanych zastosowaniach pomiarowych trzeba posłużyć się znacznie droższym instrumentem o cechach urządzenia stacjonarnego.
Od lat obserwuję też różne ciekawe wyroby pojawiające się w ofercie RK-System. Firma ma mnóstwo ciekawych, autorskich rozwiązań. Cieszy mnie fakt, że tego typu przyrządu mogą być produkowane również w kraju nad Wisłą, a nie tylko na tzw. Zachodzie.
Jacek Bogusz
j.bogusz@easy-soft.net.pl
|
Tabela 1. Wybrane parametry PenScope DAQ 100 MHz |
|
|
Częstotliwości próbkowania |
100 MHz, 50 MHz, 20 MHz, 10 MHz, 5 MHz, 2 MHz, 1 MHz, 500 kHz, 200 kHz, 100 kHz, 50 kHz, 20 kHz, 10 kHz, 5k Hz, 2 kHz, 1 kHz, 500 Hz, 200 Hz |
|
Wejście analogowe |
1 kanał analogowy; zakresy napięć wejściowych: 5 V/dz, 2 V/dz, 1 V/dz, 500 mV/dz, 200 mV/dz, 100 mV/dz, 50 mV/dz, 20 mV/dz (5 działek); maksymalne napięcie wejściowe: 25 V; przetwornik 8-bitowy; pasmo analogowe 20 MHz; wejścia: AC lub DC, impedancja wejściowa: 1 MΩ/15pF |
|
Wielkość bufora danych |
256, 512, 1024, 2048, 4096, 8192, 16384, 32768, 65536, 131072 próbek |
|
Warunki wyzwalania |
Poziomem sygnału (zbocze narastające lub opadające) z regulacją poziomu redukcji szumu |
|
Poziom wyzwalania |
Regulowany w pełnym zakresie pomiarowym |
|
Bufor Pre- I Post Trigger |
Płynnie regulowana wielkość buforów rejestrujących dane przed i po wyzwoleniu |
|
Zasilanie |
Bezpośrednio z portu USB |
|
Wymiary zewnętrzne |
Średnica: 28 mm, długość: 200 mm |
|
Wymagania sprzętowe |
Procesor klasy Pentium II, port USB, ekranu min. 800×600 punktów (High Color). |
|
Skład zestawu |
Oscyloskop cyfrowy PenScopeDAQ, kabel USB, płyta CD z oprogramowaniem |
Dodaj nowy komentarz