Ds0138 осциллограф инструкция на русском

01

В этой статье будет дано исчерпывающее описание самого дешевого и простого осциллографа для начинающих радиолюбителей — DSO 138. Здесь не будет инструкций по сборке, тестирования на частотных генераторах, сравнения с «взрослыми» осциллографами — этой информации предостаточно в интернете.

03

На написание этой статьи вынудило элементарное непонимание многими начинающими возможностей прибора, а также того, как и в каких случаях его нужно использовать.

05

Введение, ликбез для начинающих

Начнем с базовых вещей — терминов, понятий, характеристик. Осциллограф это вольтметр, который умеет наглядно (в графическом виде) показывать напряжение выбранного участка электрической схемы и его (напряжения) изменение во времени. Осциллограф — глаза радиолюбителя.

06

Основной и главной характеристикой любого осциллографа является его частота — величина, показывающая какой количество замеров прибор производит в единицу времени — секунду. Сравнить частоту осциллографа можно с кратностью увеличения микроскопа — чем больше увеличение, тем больше можно увидеть. Отсюда главный и по сути единственный недостаток (принимая во внимание его цену) осциллографа DSO 138 — низкая частота — 200 KHz. Если говорить о применимости осциллографа DSO 138 к Arduino-разработкам, то по сравнению с частотой микроконтроллера 16 MHz, частота осциллографа действительно вызывает уныние. Очень многие процессы остаются за пределами возможностей DSO 138. Тем не менее, остается ещё достаточно много интересных экспериментов, с пониманием которых осциллограф DSO 138 поможет. Но об этом во второй части статьи.

07

Следующей существенной характеристикой любого осциллографа является количество каналов. Каждый канал отвечает за свой участок электрической схемы. Наличие нескольких каналов позволяет осуществлять «связанные» наблюдения, в этом случае показывая одновременно изменения напряжений в нескольких точках, осциллограф помогает их сравнивать и выявлять закономерности. У осциллографа DSO 138 всего 1 канал, так что информация этого абзаца предназначена больше для профессионального роста.

08

Развертка — это линия, которой осциллограф рисует уровень измеряемого напряжения. Для того, чтобы периодические колебания (например, синусоида переменного тока) отображались корректно (неподвижно по горизонтали) существует понятие синхронизации развертки. Синоним из англоязычного мира — триггер (защелка). Как правило, в осциллографах предусмотрена возможность изменения двух параметров схемы синхронизации — уровень запуска и его тип (по спаду и по фронту).

09

Выделяют также 3 режима развертки — автоматический, ждущий и однократный. Цифровые осциллографы имеют неоспоримое преимущество перед аналоговыми в том, что в них реализована возможность использования всех 3 режимов развертки, а в аналоговых — только автоматический. Это ограничение связано с конструктивной невозможностью работы в других режимах. Для наглядности, об этом поговорим позже, когда будем рассматривать соответствующие настройки осциллографа DSO 138.

10 Важно:

Для осциллографа DSO 138 максимально допустимое входящее (измеряемое) напряжение со штатным щупом (без делителя) — 50 В. При превышении данного значения очень вероятен выход прибора из строя.

11

В принципе, этой информации достаточно, для того чтобы начать работать с нашим подопытным.

12

Органы управления

Осциллограф DSO 138 имеет 3 переключателя режимов работы (слева) и 5 кнопок (справа), из которых 4 кнопки являются управляющими, а пятая кнопка RESET — кнопка перезагрузки.

14

Переключатель CPL отвечает за установку типа входного напряжения:

  • GND — вход осциллографа заземлен;
  • AC — режим измерения переменного тока (без учета постоянной составляющей сигнала);
  • DC — режим работы с постоянным током.
15

Два других переключателя — SEN1 и SEN2 (англ. sensitivity — чувствительность) — отвечают за чувствительность прибора при измерении разных напряжений. Переключатель SEN1 задает единичный номинал, а переключатель SEN2 задает множитель единичного номинала — таким образом задается номинал клетки экрана по вертикали. Например, при выборе 10mV и X5, значение одной клетки экрана по вертикали будет 50mV.

16

Индикация

Экран осциллографа DSO 138 информативен и содержит всю необходимую информацию. При помощи кнопки SEL осуществляется навигация по доступным параметрам. А при помощи кнопок + и происходит изменение выбранного параметра. Каждый из параметров при выборе либо подсвечивается рамкой, либо меняет цвет на бирюзовый. Всего параметров 6 (на рисунке ниже бирюзовые указатели):

18

Основной параметр — период равертки. Значения — от 10 мкс до 500 с. Позволяет «масштабировать» во времени происходящий процесс. Быстропротекающие процессы наблюдаются при меньших значениях параметра, медленные — при больших.

19

Режим развертки. Значения:

  • AUTO — автоколебательная, непрерывная. Развертка работает постоянно, даже когда сигнала нет. Применяется для исследования периодических сигналов, а также импульсных с небольшой скважностью.
  • NORM — ждущая. Срабатывает каждый раз, когда наступает заданное условие срабатывания триггера. Можно использовать для отслеживания реакции на подконтрольное событие, например, нажатие кнопки.
  • SIGN — однократная. Работает также как и NORM, но после первого срабатывания «замораживается» (индикатор запуска развертки Running меняется на HOLD). Следующий запуск возможен только после снятия режима удержания HOLD (кнопка ОК). Используется для получения массива данных, например, от пульта ИК, от датчика температуры, когда последующие данные «затерли» бы предыдущие в режиме SIGN.
20

Тип запуска синхронизации. Значения — по фронту , по спаду (по аналогии с прерываниями — RISING, FALLING). Первый тип — по фронту — заставляет срабатывать триггер при условии превышения сигналом заданного уровня триггера, второй тип — по спаду — при условии понижения уровня сигнала ниже уровня триггера.

21

Уровень триггера (стрелка справа по вертикальной шкале) является вторым настраиваемым параметром схемы синхронизации. Задаёт уровень напряжения, при достижении которого запускается развёртка.

22

На плате запаян светодиод, который морганием показывает момент срабатывания синхронизации:

24

Навигационная шкала позволяет перемещаться по полученной развертке во времени. Осциллограф каждый раз запоминает набор показаний состоящий из 1024 значений. А поскольку сразу все они не помещаются на экране, то для их просмотра и служит шкала.

25

Коррекция нулевого уровня (стрелка слева по вертикальной шкале) используется для коррекции нулевого уровня отображения графика относительно центра экрана по оси Y.

26 На заметку:

Чтобы выровнять и запомнить положение нулевого уровня сигнала, необходимо установить указатель коррекции нулевого уровня (кнопки + и ) по центру экрана по оси Y и удерживать в течение 3 секунд кнопку ОК. Указатель автоматически переустановится по центру графика.

27 На заметку:

Осциллограф DSO 138 умеет запоминать актуальную осциллограмму в энергонезависимую память*. Для того, чтобы сохранить данные в память нужно одновременно нажать SEL++. Для того, чтобы извлечь из памяти сохраненные данные и показать их на экране — SEL+.

28

Расширенный режим отображения данных

У осциллографа DSO 138 есть режим отображения цифровых данных о получаемом сигнале. Режим включается/отключается 3-секундным удержанием кнопки ОК, при выбранном для изменения параметром Период развертки. Выглядит расширенный режим следующим образом:

30

Расшифровка показателей представлена ниже:

  • Freq (Frequency) — Частота сигнала (Гц)
  • Cycl (Сycle) – длительность одного цикла (сек)
  • PW (Pulse Width) – ширина импульса (сек)
  • Duty – скважность (%) — отношение длительность одного цикла к ширине импульса. Понятие очень близкое к ШИМ – его смысл практически идентичный.
  • Vmax – максимальное напряжение (В)
  • Vmin – минимальное напряжение (В)
  • Vavr (Average Voltage) – среднее напряжение (В)
  • Vpp (Peak-to-Peak Voltage) — Размах напряжения сигнала – разница между максимальным и минимальным пиковым напряжением (В)
  • Vrms (Root Mean Square Voltage) — Среднеквадратичное напряжение (В)
31

Похожие запросы:

  • Для чего нужен осциллограф?
  • Как пользоваться осциллографом
  • Как выбрать осциллограф
  • Инструкция по эксплуатации осциллографа DSO 138
  • Недокументированные возможности DSO 138
  • Неочевидные функции осциллографа DSO 138
  • Инструкция по эксплуатации на русском DSO 138

Цифровой осциллограф DSO138 продаётся в виде набора для самостоятельной сборки. Он размещается на одной печатной плате, и отдельной мезонинной платой к нему подключается TFT LCD дисплей. Осциллограф компактный, очень недорогой и при этом достаточно качественный. Он имеет функцию запоминания осциллограммы, функцию отображения параметров входного сигнала, автоматический, однократный и нормальный режимы работы. Полоса пропускания – 200 кГц. Разрешение по напряжению – 12 бит. Давайте посмотрим, как правильно и быстро собрать этот осциллограф.

Инструкция по сборке и настройке цифрового осциллографа DSO138

Нам понадобится:

  • Набор с цифровым осциллографом DSO138;
  • мультиметр;
  • источник питания на 8-12 В;
  • отвёртка для мелких работ;
  • пинцет;
  • паяльник;
  • припой и флюс;
  • ацетон или бензин.

1Установка и пайка радиоэлектронных компонентов

Продаётся набор DSO138 вот в таком виде (купить можно тут). В набор входит собственно печатная плата с установленными на ней SMD компонентами (есть также разновидность набора, где SMD компоненты не установлены), плата с ЖК дисплеем, пакетик с комплектующими, кабель с BNC разъёмом и «крокодилами», а также инструкция по сборке и инструкция по настройке на английском языке.

Набор для самостоятельной сборки DSO138

Набор для самостоятельной сборки DSO138

Распаковав набор, приступаем к монтажу радиоэлементов на печатной плате. Будем двигаться строго по инструкции и соблюдать предложенную изготовителем последовательность пайки. Для удобства сборки осциллографа сначала пайке подлежат самые низкие компоненты, затем более высокие.

Первым делом производится пайка резисторов. Их тут много, и много номиналов. Пайка ведётся обычным образом: формуете выводы, вставляете в отверстия, покрываете флюсом, разогреваете, паяете. Будьте внимательны и аккуратны при проведении пайки.

Монтаж резисторов на плату цифрового осциллографа DSO138

Монтаж резисторов на плату цифрового осциллографа DSO138

Следующий шаг – пайка трёх дросселей и двух диодов. Дроссели одинаковые, а вот диоды – разные, но в одинаковых корпусах. Кроме того, диоды имеют полярность. На шелкографии платы «минус» (катод) обозначен белой чертой, как и на корпусе самих диодов. Так что соблюдайте внимательность.

Монтаж дросселей и диодов на плату цифрового осциллографа DSO138

Монтаж дросселей и диодов на плату цифрового осциллографа DSO138

Далее припаиваем кварцевый резонатор на 8 МГц. Полярность не важна.

Монтаж кварцевого резонатора на плату цифрового осциллографа DSO138

Монтаж кварцевого резонатора на плату цифрового осциллографа DSO138

Следующим паяем разъём mini-USB на плату и пять тактовых кнопок. И разъём, и кнопки имеют специфические размеры корпуса и выводов, так что перепутать ничего невозможно.

Монтаж USB разъёма и тактовых кнопок на плату цифрового осциллографа DSO138

Монтаж USB разъёма и тактовых кнопок на плату цифрового осциллографа DSO138

Далее нам предстоит пайка конденсаторов. Их много, и номиналов много. Все они неполярные, и паяются легко. Не забудьте о формовке выводов, прежде чем вставлять ножки в отверстия под пайку.

Монтаж конденсаторов на плату цифрового осциллографа DSO138

Монтаж конденсаторов на плату цифрового осциллографа DSO138

Следующим делом припаяем светодиод. Длинный вывод – это анод, «плюс». Для него предназначено отверстие с квадратной контактной площадкой.

Монтаж светодиода на плату цифрового осциллографа DSO138

Монтаж светодиода на плату цифрового осциллографа DSO138

Теперь очередь штыревого белого разъёма для питания. Ставим его открытой частью по направлению от центра платы.

Монтаж разъёма питания на плату цифрового осциллографа DSO138

Монтаж разъёма питания на плату цифрового осциллографа DSO138

Устанавливаем на плату 2 транзистора и 2 регулятора напряжения. Они все разных типов, но в одинаковых корпусах. Будьте внимательны при установке их на плату осциллографа. Формуйте выводы перед установкой и не перегревайте их паяльником.

Монтаж транзисторов и регуляторов напряжения на плату цифрового осциллографа DSO138

Монтаж транзисторов и регуляторов напряжения на плату цифрового осциллографа DSO138

Устанавливаем два переменных конденсатора.

Монтаж переменных ёмкостей на плату цифрового осциллографа DSO138

Монтаж переменных ёмкостей на плату цифрового осциллографа DSO138

Монтируем большую катушку индуктивности для фильтра питания.

Монтаж катушки индуктивности на плату цифрового осциллографа DSO138

Монтаж катушки индуктивности на плату цифрового осциллографа DSO138

Далее устанавливаем 6 электролитических конденсаторов. При установке важно соблюдать полярность. Более длинный вывод – это «плюс». Он устанавливается в отверстие с квадратной площадкой под пайку.

Монтаж электролитических конденсаторов на плату цифрового осциллографа DSO138

Монтаж электролитических конденсаторов на плату цифрового осциллографа DSO138

Ставим на плату осциллографа DSO138 разъём для питания. Он имеет широкие довольно толстые выводы, его нужно хорошо пропаять.

Монтаж разъёма питания на плату цифрового осциллографа DSO138

Монтаж разъёма питания на плату цифрового осциллографа DSO138

Далее – пайка штыревых разъёмов и соответствующих колодок на плату осциллографа DSO138.

Монтаж штыревых разъёмов на плату цифрового осциллографа DSO138

Монтаж штыревых разъёмов на плату цифрового осциллографа DSO138

Устанавливаем три подвижных переключателя SW1, SW2 и SW3. Затем монтируем BNC разъём. Его корпус из толстого слоя металла, и трудно поддаётся пайке. Тем не менее, нужно очень хорошо его припаять к контактным площадкам. Это разъём часто будет подвергаться механической нагрузке, и его пайка должна быть очень качественной. Хорошо прогревайте толстые выводы его корпуса.

Монтаж разъёма BNC на плату цифрового осциллографа DSO138

Монтаж разъёма BNC на плату цифрового осциллографа DSO138

Теперь припаяем петлю из проволоки толщиной 0,5 мм в отверстия разъёма J2. Это будет контакт для выхода сигнала самотестирования осциллографа.

После этого закоротим с помощью паяльника и припоя контакты перемычки JP3.

Делаем петлю на плате осциллографа DSO138

Делаем петлю для самотестирования на плате цифрового осциллографа DSO138

Займёмся платой TFT LCD экрана. Нужно припаять 3 штыревых разъёма с нижней части платы. Два маленьких разъёма по два пина и один двухрядный 40-пиновый.

Мы почти закончили пайку. Но не спешите убирать паяльник, он нам ещё ненадолго понадобится.

Монтаж разъёмов на плату ЖК экрана цифрового осциллографа DSO138

Монтаж разъёмов на плату ЖК экрана цифрового осциллографа DSO138

Теперь желательно промыть плату ацетоном, бензином или каким-либо другим способом очистить от следов флюса.

Промытой плате нужно дать хорошо просохнуть. Это очень важно! Влаги на плате не должно остаться совершенно.

После этого подключим источник питания к плате и замерим напряжение между землёй и точкой TP22. Если напряжение примерно равно 3,3 вольтам, значит вы всё хорошо спаяли, поздравляю! Сейчас нужно отключить источник питания и закоротить припоем контакты перемычки JP4.

Измеряем напряжение в точке TP22 цифрового осциллографа DSO138

Измеряем напряжение в точке TP22 цифрового осциллографа DSO138

Сейчас можно подключить к осциллографу ЖК дисплей, совместив его штыревые выводы с колодками на печатной плате осциллографа.

Первое включение цифрового осциллографа DSO138

Первое включение цифрового осциллографа DSO138

2Первое включение осциллографа DSO138

Подключите источник питания к осциллографу. Должен загореться дисплей и два раза моргнуть светодиод. Затем на пару секунд на экране появится логотип изготовителя и загрузочная информация. После этого осциллограф войдёт в рабочий режим.

Подключим пробник к BNC разъёму осциллографа и проведём первый тест. Никуда не подключая чёрный провод пробника, прикоснитесь рукой к красному. На осциллограмме должен появится сигнал наводки от вашей руки.

Первый тест цифрового осциллографа DSO138 – касание рукой

Первый тест цифрового осциллографа DSO138 – касание рукой

3Калибровкаосциллографа DSO138

Теперь откалибруем осциллограф. Подключите красный щуп пробника к петле сигнала самотестирования, а чёрный оставьте неподключённым. Переключатель SEN1 поставьте в положение «0.1V», SEN2 в положение «X5», а CPL – в положение «AC» или «DC». С помощью тактовой кнопки SEL переместите курсор на метку времени, а кнопками и выставьте время «0.2ms», как на иллюстрации. На осциллограмме должен быть виден красивый меандр. Если края импульсов закругляются или имеют резкие острые пики по краям, нужно, поворачивая отвёрткой конденсатор C4, добиться того, чтобы импульсы сигнала стали максимально близкими к прямоугольным.

Калибровка цифрового осциллографа DSO138

Калибровка цифрового осциллографа DSO138

Теперь переключатель SEN1 поставим в положение «1V», SEN2 – в положение «X1». Остальные настройки оставим прежними. Аналогично предыдущему пункту, если сигнал далёк от прямоугольного, то подкорректируем его с помощью регулировки конденсатора C6.

Калибровка цифрового осциллографа DSO138

Калибровка цифрового осциллографа DSO138

На этом настройка осциллографа DSO138 закончена. Давайте проверим его в боевых условиях. Подключим щупы осциллографа к работающей электрической схеме и посмотрим сигнал.

Осциллограф DSO138 в работе

Осциллограф DSO138 в работе

4Режимы работы осциллографа DSO138

Возможные режимы работы осциллографа:

  • автоматический (AUTO),
  • нормальный (NORMAL),
  • однократный (SINGLE).

Автоматический режим постоянно выводит сигнал на экран осциллографа. При нормальном режиме сигнал выводится каждый раз, когда превышен заданный триггером порог. Однократный режим выводит сигнал при первом срабатывании триггера.

5Элементы управления осциллографа DSO138

Для управления чувствительностью осциллографа служат переключатели SEL1 и SEL2. Первый из них задаёт базовый уровень напряжения, второй – множитель. Например если выставить переключатели в положения «0,1V» и «X5», разрешение вертикальной шкалы будет 0,5 вольт на клетку.

Кнопка SEL служит для перемещения по элементам экрана, которые можно настраивать. Настройка выделенного элемента осуществляется с помощью кнопок и . Элементами для настройки являются:

  • время развёртки,
  • режим работы,
  • выбор фронта триггера,
  • порог срабатывания,
  • перемещение вдоль горизонтальной оси осциллограммы,
  • перемещение оси по вертикали.

Кнопка RESET сбрасывает и перезагружает цифровой осциллограф.

Кнопка OK позволяет остановить развёртку и удерживать текущую осциллограмму на экране.

6Дополнительные функции осциллографа DSO138

Полезная функция осциллографа DSO138 – отображение информации о сигнале: частоты, периода, скважности, размаха, среднего напряжения и т.д. Чтобы активировать её, переместите курсор кнопкой SEL на выбор времени развёртки, а затем нажмите и удерживайте 2 секунды кнопку OK.

Вывод информации о сигнале на экран осциллографа DSO138

Вывод информации о сигнале на экран осциллографа DSO138

Осциллограф умеет запоминать текущую осциллограмму в энергонезависимой памяти. Для этого нажмите одновременно SEL и . Чтобы вызвать на экран сохранённую в памяти осциллограмму, нажмите SEL и .

7Технические характеристикиосциллографа DSO138

Технические данные осциллографа DSO138, взятые из официального паспорта.

Параметр Значение
Количество выборок 1 млн./сек
Полоса пропускания 0…200 кГц
Диапазон чувствительности 10 мВ/дел.…5 В/дел.
Макс. входное напряжение 50 В
Входное сопротивление 1 МОм / 20 пФ
Разрешение 12 бит
Длина записи 1024 точки
Шкала по времени 500 сек/дел.…10 мксек/дел.
Питание 9 В (8…12 В)
Потребление ~120 мА
Размеры 117×76×15 мм
Вес 70 гр. без пробника

Скачать инструкцию по сборке осциллографа DSO139

  • Скачать инструкцию по сборке осциллографа DSO139 с Depositfiles.com

  1. Цена: $25.00
  2. Перейти в магазин

На сборке этого осциллографа-конструктора останавливаться не вижу смысла поскольку уважаемый kirich уже описал этот процесс во всех деталях
mysku.club/blog/china-stores/33799.html
Единственное что могу добавить, что все детали были в наличии и исправны, кроме одного керамического конденсатора с сильно заниженной ёмкостью.


87 вместо 100 нФ.

Осциллограф заработал сразу и без проблем. Также я стал обладателем обновлённой версии (13903K) с запаянными SMD деталями и последней на сегодняшний день прошивкой версии 60

Все кто знаком с DSO138 знают что заявленные производителем 200 кГц сильно завышены. Поэтому попробовал выяснить до какой частоты его показания будут «адекватными», без сильных искажений. Для этого теста мне удалось раздобыть генератор сигналов EFG-3210

Так как прямоугольный сигнал наиболее сложный для отображения осциллографом (из тех что я могу подать) то для теста будем использовать именно его.


Итак 1 кГц

10 кГц картина уже портится

22 кГц

31 кГц

41 кГц

50 кГц

61 кГц

70 кГц

80 кГц

100 кГц

200 кГц

Свыше примерно 200 кГц встроенный частотомер показывает показания «с потолка » сигнал на экране тоже «с потолка».

В общем по моему мнению приемлемую форму сигнала осциллограф DSO138 выдаёт максимум до 10-20 кГц, Как «показометр» его можно использовать и при 100-150 кГц.
Но и 20 кГц вполне хватит для многих «опытов!»
Например можно измерять частоту вращения прицепив фотоэлемент или датчик хола

Или строить графики изменения температуры, влажности, скорости… прикрепив соответствующий датчик.

Можно зафиксировать «моргание» ламп или фонариков подключив фотоэлемент.

Ну и конечно по назначению при небольших частотах


Модифицированная синусоида инвертора 12/220В


В итоге:
Отличная игрушка-осциллограф, хоть и заявленные скромные 200 кГц и завышены в 10 раз, но всё равно интересная и полезная. К покупке рекомендую.



Планирую купить

+22


Добавить в избранное



Обзор понравился


+11
+29

Всем привет.
Изучаю, поэтому нужно все конспектировать. Настройка осциллографа Dso138.

прошивка 060

Обновление до версии 061 с подробностями, взял отсюда: soltau.ru/index.php/theme…ivku-ostsillografa-dso138 одним архивом тут: yadi.sk/d/kE6KI5_b3CXS5Z
Кастомная прошивка от GFXscope: cloud.mail.ru/public/2p9f/3aDqwjrP9

выставляем активным ноль

Выставляем: GND_1v._X1

зажимаем и удерживаем ОК
выровнялось

Регулировка С4: выставляем как на фото = АС _ 0,1 _ Х5

Регулировка С6: выставляем как на фото = АС _ 1v _ Х1

думаю прошить кастом, чтоб удалилась реклама

периодически вылазит реклама

Натаскал с интернетов, кому как понятно будет:

Когда-то, целый гроб нужен был для этого ))) Генератор низкочастотный Г3-112, главное, чтоб на ногу не упал!

Генератор звуков онлайн: www.szynalski.com/tone-generator/
SIGNAL GENERATOR 1.21 для андроид: signal-generator.apkcafe.ru
звуковой генератор: play.google.com/store/app…roid.soundgenerator&hl=ru

Частотный генератор звука 2.4 for Android play.google.com/store/app….frequencygenerator&hl=ru

Function Generator play.google.com/store/app…m.keuwl.functiongenerator

генератор на тестере

Буду редактировать, добавлять.
Благодарю за внимание.

Предыстория и введение

На Али продается за очень недорого интересная игрушка – осциллограф под названием DSO138. Он снискал уже довольно большую популярность среди любителей электроники, но параметры этого приборчика, увы, позволяют его более-менее полноценно использовать только для отладки очень низкочастотных схем. Собственно, он и не позиционируется как инструмент, а скорее, как DIY-kit для начинающих электронщиков.

Собран этот «игрушечный» осциллограф на микроконтроллере STM32F103, и при достаточно грамотном схемотехническом решении цифровой части, наличии довольно приличного цветного дисплея 320Х240 точек, и не самом поганом аналоговом тракте, все, увы, гробится очень слабыми АЦП на борту 32F103. Заявленная полоса в 200 кГц может быть признана таковой только с очень большой натяжкой. Да, наличие или отсутствие сигнала с такой частотой он покажет, но вот реально посмотреть что-то сверх этого не получиться.

Есть и еще несколько, так скажем, странных недоделок. Например, USB порт в наличии имеется, но использовать его можно только для подачи питания, на связь с компьютером он не работает. Причина? Скорее всего выбранная тактовая частота ядра микроконтроллера не бьется с 48 МГц, необходимыми для корректной работы USB. Сервисные функции, например, та же калибровка нуля, без которой жить просто невозможно, реализованы очень неудобно, да и хотелось бы, чтобы сервиса было побольше, например, была бы возможность измерения параметров сигнала с использованием курсоров.

При этом есть у 103-й серии чуть более старший брат – STM32F303, по ножкам совместим практически полностью, но по интересующим нас параметрам существенно лучше, на борту 4 АЦП с частотой преобразования 5 МГц (6 МГц с 10-ти битным разрешением). При таком раскладе, если использовать все 4 АЦП параллельно с 10-ти битным разрешением, можно получить временное разрешение до честных 24 MSPS (миллионов отсчетов в секунду). Стоит микроконтроллер тоже недорого, на том же Али можно легко найти за опять же весьма умеренные деньги. Понятно, что идея поменять микроконтроллер возникла практически сразу после того, как я этот самый DSO138 и попробовал.

При этом из игрушки может получиться вполне полноценный инструмент, которым уже могли бы пользоваться даже и профессионалы, а не только начинающие любители. Вот с такими мыслями я и решил попробовать сделать что-нибудь с китайской игрушкой в свободное от работы время.


Постановка задачи, или, что хотелось бы получить в результате

Задачу я себе поставил следующую – получить в результате минимальной переделки железа на основе DSO138 и новой программы инструмент, годный для отладки цифровых схем с микроконтроллерами, что подразумевало бы:

  • Полосу хотя бы 0 ÷ 2 МГц при возможности видеть наличие/отсутствие сигнала с частотой до 8 МГц (популярная частота кварцевых резонаторов, применяемых с микроконтроллерами);

  • Возможность использования USB порта для связи с компьютером (сохранения осциллограмм);

  • Нормальное сервисное меню вместо скудного набора комбинаций кнопок;

DSO138 продается в двух вариантах, просто DSO138 и DSO138-mini. Второй (мини) показался мне более распространенным и подходящим для переделки. Его основное отличие в том, что есть четкое деление на цифровую и аналоговую части (платы). Вот его-то (DSO138 mini) я и начал переделывать. Под раздачу попали версия I цифровой, или как в оригинале основной (Main Board) платы, и версия J аналоговой (Analog Board).

В честь того, что используется 303-й микроконтроллер, проект получил название DSO303.


Цифровая часть (плата)

Рис.1.  Переделки цифровой части (общий вид).

Рис.1. Переделки цифровой части (общий вид).

Переделки цифровой части (Рис.1) минимальны и сводятся к следующему:

1)      Режем одну дорожку, соединяющую R50 и PA7 микроконтроллера, и соединяем эту ножку R50 c питанием +3,3В (Рис.2 и Рис.3). Это необходимо по двум причинам: порт PA7 нужен для одного из входов АЦП, подача постоянного питания на R50 позволит использовать USB и в режиме загрузчика прошивки.

Рис.2. Режем дорожку. 

Рис.2. Режем дорожку. 
Рис.3.  Переделки USB  порта.
Рис.3. Переделки USB порта.

2)      Заменяем микроконтроллер на STM32F303СВ или STM32F303CC. Для работы программы необходимы минимально 128 кБ флэш-памяти и 40 кБ ОЗУ.

3)      Соединяем вместе четыре входа АЦП: ножки PA0 (10), PA7(17), PB13(26), PB14(27). Рисунок 4.

Рис.4. Замена микроконтроллера и соединение входов АЦП.

Рис.4. Замена микроконтроллера и соединение входов АЦП.

4)      Заменяем также EEPROM (Рис.5) на любой стандартный, емкостью не менее 32 кБит, но с 2-х байтной адресацией (например, вполне подойдет старый добрый AT24C32 в подходящем корпусе). Скажем честно, разобраться с той китайской микросхемой EEPROM, что уже стоит на плате мне не удалось. Протокол у нее оказался сильно не похожим на какой-либо стандартный. А дальше по ходу работы над программой выяснилось, что необходимо минимум 4 кБ энергонезависимой памяти для хранения калибровок и прочих данных. Поэтому, ту микросхему, что есть на плате, и которая имеет емкость по некоторым данным только 2 кБ, все равно менять бы пришлось.     

Рис.5.  Замена EEPROM.

Рис.5. Замена EEPROM.

5)      Запаиваем штырьковые разъемы на 3 контакта на последовательный порт (низ платы на Рис.1) и на порт PA3 + GND (верх платы на Рис.1). Последовательный порт можно использовать одновременно и наравне с USB для соединения с компьютером и передачи данных. Порт PA3 используется как вход (аналоговый!) для подачи сигнала внешней синхронизации (триггера). На этот порт заведен вход компаратора внутри микроконтроллера. Уровень (порог) срабатывания триггера задается программно в меню осциллографа.

В оригинале также была возможность подачи внешней синхронизации, но там требовался цифровой логический сигнал уровня 3,3В.  

ВНИМАНИЕ: Сигнал синхронизации подается на вход микроконтроллера напрямую. Максимально допустимое напряжение при этом не должно превышать 3,3В. Отрицательное относительно земли (GND) платы напряжение на этом входе соответственно также крайне нежелательно. 


Аналоговая часть (плата)

В аналоговой части в оригинале используется операционный усилитель TL084 с паспортной полосой пропускания где-то в районе 4 МГц. Понятно, что, если мы хотим хотя бы видеть сигнал частотой 8 МГц, то эту микросхему также придется поменять на более широкополосную. Переделки аналоговой части (Рис.6) собственно и сводятся к такой замене и сопутствующим изменениям в номиналах элементов входного тракта.

Итак, меняем TL084 на любой счетверенный усилитель с полосой от 100 МГц в подходящем корпусе. В моем случае я остановился на AD8054 (другой вариант, например, TL974). Полоса пропускания у этих микросхем по паспорту – 150 МГц, хорошо, и для наших целей более чем достаточно.

Далее, сразу же выяснилось, что смещение нуля в общем случае для AD8054 существенно больше, и, соответственно, оставлять вход усилителя совсем открытым без подтяжки резистором к земле, как в оригинальной схеме, не получится, что собственно и привело к изменениям схемотехники входной части. На вход операционного усилителя был добавлен резистор 110 кОм. 

Рис.6.  Изменения входной части аналогового тракта.

Рис.6. Изменения входной части аналогового тракта.

В нашем случае ставить большой делитель на этом диапазоне 10 мВ равносильно неприемлемо большой потере в точности и качестве обработки этого сигнала АЦП, либо необходимости введения каким-то образом дополнительного усиления в тракте, что приводит к уже существенным переделкам платы. Поэтому в предположении, что основной фронт работ – это цифровая схемотехника, для которой этот диапазон не является основным рабочим, я ограничился делением на 2, что далее компенсируется в программе, и входным сопротивлением 200 кОм, что конечно плохо, но приемлемо.

Еще одно компромиссное решение – сделать входное сопротивление 1 МОм именно для диапазона 1В, что позволяло бы использовать на этом диапазоне щуп с делителем 1:10 с точным делением, для диапазона 0,1В я счел это не столь актуальным. При этом для диапазона 0,1В входное сопротивление получается 660 кОм, тоже плохо, но приемлемо.

В любом случае, я полагаю, что эту часть каждый имеет право и волен делать по своему усмотрению, предлагаемое решение только один из возможных вариантов.

В зависимости от того, какой усилитель будет использован, возможно, будет необходимо добавить в схему питания ОУ еще один преобразователь для получения отрицательного напряжения параллельно уже существующему. В схеме в оригинале используется ICL7660 для получения отрицательного напряжения. Данная микросхема допускает параллельное соединение неограниченного числа таких преобразователей для увеличения выходного тока. Если окажется, что одного преобразователя ICL7660 недостаточно для питания выбранного ОУ, то на свободное место на плате надо будет установить еще одну микросхему ICL7660 с двумя электролитическими конденсаторами 100 мкФ соединенными аналогично U2, C12, C13, и подключить ее параллельно существующей.

Проконтролировать необходимость такой установки просто по значению напряжения «V-» в контрольной точке TP8, в идеале это напряжение должно быть по значению не меньше -3В, еще лучше — -3,5В. Если измеренное напряжение существенно меньше, то поставить еще один ICL7660 необходимо.    


Программа

Ну а теперь переходим к самому вкусному для меня – к прошивке…

Основная идея была в том, чтобы реализовать как можно больше действий по обработке входного сигнала «железным» образом и не нагружать этим само ядро микроконтроллера, что гарантировало бы, например, то, что все оцифрованные данные будут консистентны во времени. Таким образом алгоритм сбора данных выглядит так:

  1. По сигналам от блоков сравнения таймера (TIM1 CC1…4) с фиксированными сдвигами по времени запускаются АЦП 1…4, каждый от своего сигнала (в матрице внутренних соединений микроконтроллера такая возможность есть);

  2. Данные после оцифровки по DMA записываются в буфера;

  3. Об окончании набора буфера программа узнает по прерыванию от контроллера DMA;

  4. При внутренней синхронизации триггер вырабатывается блоком компаратора аналогового watch-dog АЦП2;

  5. При внешней синхронизации триггер дает компаратор COMP2, на один вход которого подается сигнал синхронизации, а на другой напряжение с одного из каналов ЦАП, что позволяет задавать уровень срабатывания триггера.

Программа при этом крутится в бесконечном цикле:

  1. Опросили управление (сигналы от кнопок и переключателей);

  2. Если что-то поменялось – обновили экран;

  3. Если есть готовность к новому циклу — запустили сбор данных;

  4. Если есть готовность данных – обработали данные, обновили экран, поставили флаг готовности нового цикла;

Так как для синхронизации нужен фронт, который может быть как нарастающим, так и спадающим, а сигнал с аналогового watch-dog АЦП при внутренней синхронизации только потенциальный, то для выделения фронтов его пришлось еще завести на вход таймера ETR1 TIM8. И уже по прерыванию таймера отслеживать триггер.

Далее, я решил для упрощения программы, что все 4 АЦП будут работать всегда, даже на длинных временах развертки, когда и одного АЦП было бы вполне достаточно. Это может оказаться полезным, так как таким образом можно учетверять эффективную скорость выборки при медленных развертках, что может помочь, например, при поиске «иголок в стогу», или для выделения огибающей при шумном сигнале.

В принципе на бумаге все выглядело достаточно гладко… При 10 битной оцифровке получалось 12 тактов на отсчет при частоте 72 МГц, что давало при 4-х работающих со сдвигом АЦП 72 МГц / 12 * 4 = 24 МГц (24MSPS), или 24 точки на 1 микросекунду.

На медленных развертках все прекрасно и заработало, но вот при попытке получить максимальную скорость начались овраги… Для начала выяснилось, что смещение АЦП меняется при увеличении частоты выборки, и его нужно калибровать для каждой частоты оцифровки отдельно и, вдобавок, довольно часто. Но главная беда была в том, что явно были видны пропуски в оцифровке, что приводило при стыковке данных от разных АЦП к полной мешанине. Причем, чем выше была частота входного сигнала и чаще прерывания от синхронизации (триггеры), тем непригляднее выглядела картинка.

Казалось бы, благодаря матричной структуре (Рис.7) и разделению ОЗУ на два блока, процессы вычитывания данных из АЦП по DMA (используются S3, S4, M2, M5), и работа основной программы, которая при этом использует все остальное, но «практически» не пересекается с ресурсами, которые используются в данный момент DMA, должны вполне спокойно сосуществовать одновременно.     

Рис.7.  Архитектура системы STM32F303  из Reference  Manual  (для справки).

Рис.7. Архитектура системы STM32F303 из Reference Manual (для справки).

 Но, увы, фактически тех операций, которые происходят при обработке триггеров синхронизации данных, а по прерыванию надо слазить и в блок АЦП, и в контроллере DMA прочитать текущий счетчик, с учетом того, что шины DMA загружены то ли 8 тактов из 12, то ли 12 из 12, сколько точно я так и не смог выяснить) оказалось достаточно, чтобы совсем испортить картинку.

У АЦП есть еще второй режим работы, когда они работают попарно с фиксированным сдвигом. Вычитывать пару, при этом, можно только одной операцией, что должно резко облегчить жизнь и доступ к шине. Сказано – сделано. Для режимов с быстрой разверткой (быстрее 5 микросекунд на клетку) сделал вариант с попарной работой. Не помогло… Картинка стала получше, в том смысле, что сбои теперь стали идти как бы волнами, но все равно ничего хорошего. Посмотрел Errata, оп-па, как раз прямо специально мой случай, попарная работа АЦП с DMA для больших частот дискретизации не гарантируется! Предлагается использовать АЦП в одиночном режиме. Ситуация оказалась практически патовой.

После долгих размышлений и попыток что-то сделать пришла в голову мысль, что, поскольку сбои теперь возникают не всегда, а доступ к контроллеру DMA теперь не приводит к фатальным последствиям (шина-то все ж разгрузилась!), то можно попытаться просто контролировать возникновение сбоя, сравнивая счетчики разных каналов постоянно, и просто повторять цикл набора данных в случае, если в процессе был этот сбой обнаружен. Такая тактика оказалась приемлемой. Сбои все равно остались, но стало хотя бы что-то более-менее видно.


Итоги

Итог и результат трудов — на Рис.8. На вход подан меандр частотой 1 МГц.

Рис.8.  Меандр частотой 1 МГц.

Рис.8. Меандр частотой 1 МГц.

Сигнал 2 МГц тоже вполне четко видно, но разглядеть подробности уже совсем не получится. Наличие/отсутствие сигнала можно спокойно увидеть для достаточно высоких частот, по крайней мере 25 МГц на ножках кварца микроконтроллера видно четко (Рис.9). При этом наблюдаем весьма коварный эффект биений между частотой дискретизации (в данном случае 12 МГц) и частотой сигнала – 25 МГц, который обязательно возникает, если частота дискретизации кратно меньше частоты сигнала.  Сигнал выглядит как будто он имеет частоту 1 МГц, но это как раз разность между удвоенной частотой дискретизации и сигналом.

Также отметим, что щуп пришлось поставить в положение 1:10, так как входное сопротивление в 220 кОм, подключенное к ножке кварца напрямую, естественно, срывает генерацию. Коэффициент деления получается при этом 9,1 МОм + 220 кОм / 220 кОм = 42, т.е. в клетке примерно 420 мВ.

Рис.9. Сигнал с кварцевого резонатора 25 МГц.

Рис.9. Сигнал с кварцевого резонатора 25 МГц.

Русской душе хочется всегда чего-то большего, чем то, что достижимо. Прикинув теоретическую максимально достижимую скорость дискретизации с точки зрения входа АЦП, а это определяется минимальным временем открытия УВХ, которое в нашем случае 1,5 такта х (1 / 72 МГц) = 20,8 наносекунд , что дает 48 MSPS, стал думать, а можно ли как-то этого достичь при имеющемся железе?

И вот, в итоге все же удалось посредством некоторого, но вполне законного фокуса, перепрыгнуть через голову и получить для некоторых, не для всех конечно, вариаций входного сигнала, эффективные 48 MSPS и время развертки 500 и 200 наносекунд на клетку, не без искусственных артефактов (Рис.10), но иногда и вообще абсолютно чисто (Рис.11)! Но, фокус работает только для правильно-периодических сигналов, и разглядывать так сигналы частотой сильно выше 1 МГц все равно, увы, не получится. Про все это далее в отдельной публикации…       

Рис.10.  48 MSPS.  Меандр 1 МГц. С артефактами.

Рис.10. 48 MSPS. Меандр 1 МГц. С артефактами.
Рис.11.  48MSPS.  Меандр 1 МГц.
Рис.11. 48MSPS. Меандр 1 МГц.

Заключение

Результат для работы с цифровыми микроконтроллерными устройствами хотел бы признать достаточно хорошим. Программой и инструкцией к ней, само собой, готов поделиться со всеми желающими (пока бесплатно).  Несколько слов об экономике:

1)      DSO138 mini от 1000 руб. на Али (в комплекте со щупом и корпусом где-то в районе 1500 руб.);

2)      STM32F303CBT6 от 300 руб. (тоже на Али);

3)      AD8054ARZ от 30 руб. (там же);

4)      ICL7660 от 40 руб. за партию в 5 шт. (там же);

5)      Остальная рассыпуха не более 50 – 100 руб;

6)      Программа – пока бесплатно, если будет коммерческий интерес, т.е. большое число желающих, то буду брать за лицензию деньги, но не дороже 1000 рублей.

Таким образом можно уложиться в 2000, максимум 3000 рублей. Что-то подобное по характеристикам и возможностью применения для отладки микроконтроллерных устройств скорее всего будет USB-приставкой к компьютеру, а не полноценным автономным прибором, и с ценником в районе 7 тысяч рублей.

Если заинтересовало, пишите, готов ответить на все интересующие вопросы и поделиться программой…

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
  • Ds kh6320 wte1 инструкция подключения
  • Ds kh6320 te1 инструкция по установке
  • Ds kh6320 te1 инструкция на русском
  • Ds h204qa инструкция по эксплуатации
  • Ds d100ikwf инструкция по программированию