Tentokrát volně navážeme na předchozí článek o „osciloskopech zdarma“ využívajících zvukovou kartu počítače a podíváme se zástupce levných USB přístrojů s trochu lepšími parametry. Je to ale jen osciloskop? Nebo ještě lépe: Je to vůbec ještě osciloskop? A vyplatí se něco podobného pořídit?
LHT00SU1 je jedním z mnoha podobných výrobků využívajících programové vybavení USBee AX PRO . Kromě originálů můžeme narazit na odvozené výrobky vyráběné v Číně i na nespočet amatérských konstrukcí využívajících stejné programové vybavení, často ve starších verzích. Náš LHT00SU1 patří mezi profesionálně vyráběné „odvozené“ přístroje a prodává se za cenu kolem 1000 Kč. Základní údaje vypadají výborně: dva analogové kanály s frekvenčním rozsahem do 3 MHz, vstupy 1 MΩ / 30 pF, vzorkování až 16 Msps, osmibitový převod a paměť až 4 MB. Zařízení může pracovat jako MSO (Mixed Signal Oscilloscope) nebo samotný osmikanálový logický analyzátor s dekódováním mnoha protokolů, dvojitý voltmetr se záznamem, osminásobný čítač, generátor digitálních signálů jak stabilních frekvencí tak libovolně zadaných pulzů, PWM generátor a mnoho dalšího.
Sestava s kabely a klipy (na snímku není USB kabel)
Dodaný přístroj budí solidní dojem, černý kryt z ABS má na jedné straně USB konektor, na druhé 20 kolíkový konektor se vstupy a výstupy včetně externí synchronizace, navíc s možností napájení měřeného zařízení napětím 5 a 3,3 V (stačí na napájení několika IO). Jako příslušenství se dodává USB kabel, sada kablíků se zásuvkami na obou koncích a 10 klipů, které jsou schopny se připojit na jednotlivé vývody pouzder DIL. LHT00SU1 je přizpůsobený k tomu, aby pracoval se zapojením na kontaktním poli, připojit k němu standardní osciloskopickou sondu nejde. Frekvenční kompenzace analogových vstupů není uživateli přístupná.
Přístroj po otevření
Osciloskop
Jsou sice k dispozici dva analogové kanály, ale nepracují současně, dá se zapnout buď jeden, nebo druhý. Hodně nepříjemným překvapením je způsob práce s napětím. Vstupní rozsah ±10V není nejvyšší, jak by se dalo čekat, ale jediný. Rozlišení vstupu je tedy 78 mV a pevně dané.
Ovládací panel osciloskopu
Osciloskop má sice knoflík pro nastavení vertikální citlivosti od 100 mV/d do 5 V/d, ale to je jen přepínání zobrazení, takže na rozsahu 100 mV je vidět na celou výšku jen 10 „schodů“ napětí, nic víc. Na následujícím obrázku je pokus o zobrazení trojúhelníkového signálu 150 mV(ef). Tedy, opravdu nic moc, s takovým přístrojem se toho o skutečných signálech mnoho nedozvíte.
Rozsah 100 mV/dílek, tohle měl být trojúhelník
I levné osciloskopy s mikrokontroléry mají nastavitelnou citlivost, přinejmenším změnou referenčního napětí pro AD převodníky, nic takového podobného není. Aby bylo možné smysluplně zobrazit signál s amplitudou 200 mV, musel by si uživatel postavit a připojit vstupní zesilovač. Problém je přesně opačný, než u osciloskopů ze zvukové karty s velkou citlivostí vstupů, u nich se však dělič napětí doplní podstatně snadněji než zesilovač k LHT00SU1.
Frekvenční rozsah vstupů naopak překvapí příjemně, deklarované 3 MHz plní s rezervou. Na snímku osciloskopu je zobrazení obdélníkového signálu 2,5 MHz a průběh je stále trochu k poznání, i když rozumně se dá přístroj použít asi tak do 300 kHz. Na obrázku je patrné ještě něco zajímavého, nejrychlejší časová základna odpovídá 100 ns/d a 16 MHz vzorkování periodě 62 ns, takže by se měla ukázat výrazně lomená nebo uměle vyhlazená čára, tak to ale není. Nastavíme-li zobrazení jednotlivých bodů a nekonečný dosvit, je průběh mnohem věrnější a lepší, než by se dalo čekat. Je však pochopitelné, že údaj o frekvenci vykazuje velkou chybu a je nestálý. Nad 2,5 MHz už téměř nefunguje synchronizace. Odměřování času i napětí pracují velmi dobře na rozsahu 5 nebo 2 V, na nižších narazíme na rozlišení převodníku respektive nemožnost reálné změny rozsahu.
Zobrazení obdélníkového signálu 300 kHz, ovšem s amplitudou 10 V
S LHT00SU1 se přijatelně pracuje v digitálních obvodech a zařízeních s napájením ±15V a přiměřeně velkým rozkmitem signálů, ale z obecného pohledu bych jeho funkci označil za nevyhovující. V tom dalším, co se zprvu jeví jako doplňkové a podružné funkce, je však překvapivě výborný.
Logický analyzátor
Jako první si představíme osmikanálový logický analyzátor. Analyzátor může vzorkovat digitální signály v rozsahu 1 až 24 Msps a uchovávat v paměti 1 MB až 2 GB vzorků, vstupní napětí je omezeno 5,5 V (na obalu je uvedeno 5,3 V). Za úroveň H se považuje napětí vyšší než 1,4 V, za L méně než 0,8 V. Je bezpodmínečně nutné všechny nepoužité vstupy spojit se zemí, jinak v kabelu a na sousedních vstupech dochází k přeslechům!
Okno osmikanálového logického analyzátoru
K synchronizaci lze využít libovolnou kombinaci úrovní respektive hran (přesněji řečeno změn mezi dvěma vzorky) na vstupech. Na předchozím obrázku je na stopě 7 (fialové) hodinový signál a na ostatních stavy na jednotlivých segmentech LED číslicovky (výstupy obvodu CD4026). Analyzátor sice není dost rychlý na to, aby zobrazil třeba hazardy trvající desítky nanosekund, ale pokud číslicové IO neběží na maximálním kmitočtu, většinou stíhá sledovat jejich signály. Zjišťování hodnot je velmi jednoduché, stačí položit kurzor pod průběhy a „přečte“ se paralelní kombinace signálů v HEX tvaru, stačí ukázat na průběh a zobrazí se podle volby šířka pulzu, frekvence nebo perioda. To ale zdaleka není vše, logický analyzátor není jen osciloskop pro digitální signály.
Logický analyzátor při čtení sériové linky
Dost častým problémem je zkontrolovat nebo analyzovat neznámý sériový signál, ať už standardní asynchronní přenos, SPI, I2C, USB nebo PS2 komunikaci. Analyzátor toto vše zvládá, stačí se napojit na signály, zadat, který je který, nahrát přenos (do záznamu se vejdou minuty až hodiny podle volené velikosti záznamu a kmitočtu vzorkování) a pak nechat záznam analyzovat. Na obrázku je jednoduchý příklad s jediným signálem (Tx sériového portu počítače 9600 Bd s přenosem číslic 0 až 9).
Tohle by se ještě dalo poměrně snadno přečíst druhým počítačem, ale například pro čtení SPI a ovládání čidel mikrokontrolérů je podobná analýza neocenitelná. Pro jednotlivé protokoly komunikace jsou k dispozici i samostatné programy, dekodéry a kontroléry, jimiž lze data odesílat i číst odpovědi. Nemusí se psát zkušební programy pro mikrokontrolér, v nichž se snadno udělá chyba, touto cestou můžeme zkoušet jako komunikaci mikrokontroléru (simulovat čidlo) tak chování čidla (simulovat mikrokontrolér), a když víme, jak se jednotlivé části chovají, je psaní programu podstatně jednodušší.
Mixed Signal Oscilloscope
neboli MSO v podstatě spojuje možnosti analogového osciloskopu a logického analyzátoru s pomalejším vzorkováním do 16 Msps. Hlavní výhodou je to, že digitální kanály i analogový kanál se zobrazí se stejnou synchronizací, kterou je možné odvodit od libovolného ze signálů (nebo kombinace), takže můžeme sledovat například i vstupní analogový signál AD převodníku, signály pro jeho řízení, a současně číst jeho výstupní sériová data.
Program pro MSO je citelně pomalejší než samostatný osciloskop nebo samostatný logický analyzátor, takže pokud to není nezbytné, raději se mu vyhneme a použijeme specializované režimy. Nicméně funguje tak jak má a jak je popsáno v návodu.
MSO – analogový signál z oscilátoru a výstupy na dekodéru 4026
Mohlo by se zdát, že uvedené možnosti jsou na malý a poměrně levný přístroj víc než dost, ale opak je pravdou. K tomu možná nejzajímavějšímu, jsme se ještě ani nedostali, o tom až příště.
Kat. 2