Как собрать и настроить цифровой осциллограф dso138

Осциллограф начинающего DSO138 — инструкция и модернизация

Любой новичок, занимающийся радиоэлектроникой рано или поздно сталкивается с необходимостью узнать форму сигнала и частоту. Для этого существуют осциллографы, в простонародье «ослы». Поэтому сегодня предлагаю рассмотреть недорогой Китайский вариант — dso138, для новичка в самый раз.

Изначально эта модель разрабатывалась как конструктор для пайки своими руками, но Китайские друзья смекнули, что в спаянном виде спрос на осциллограф выше. Мы будем рассматривать уже готовую, рабочую плату.

Несмотря на то, что продавцы заявляют максимальную, исследуемую частоту 200 кГц., на такой диапазон вряд-ли стоит рассчитывать. Ну разве что прикинуть приблизительно частоту, без реальной картины формы сигнала. Если же быть реалистом, то следует рассчитывать на относительно сносную картинку на частоте 50 кГц, выше — будут сильные искажения. Для наладки различных импульсных источников питания этого будет достаточно.

Важный момент — этот осциллограф можно и даже нужно сделать портативным. Карманный прибор, даже с такими не высокими характеристиками может оказаться весьма полезным помощником при ремонте низкочастотных узлов.

Итак, при покупке присылается коробка с платой и дисплеем, щуп в виде двух крокодилов и «куцая» инструкция на английском. В использовании различных функций приходится разбираться методом «высоконаучного тыка» и минимальной информацией из интернета.

4Подключение осциллографа DSO138 к компьютеру

Для загрузки прошивки в память осциллографа используется порт J5 (UART) с логическим уровнем 3,3 В. Чтобы подключить его к компьютеру нам понадобится преобразователь USB в UART, например вот такой. На многих преобразователях имеется перемычка для переключения напряжения между 5 и 3,3 вольтами.

Подключаем «свисток» к осциллографу согласно схеме.

Схема подключения осциллографа DSO138 к компьютеру через преобразователь USB-UART

Обратите внимание, что порт TX преобразователя (выход) должен быть подключён к порту RX (вход) осциллографа, и наоборот. А GND – общий провод

Теперь можно подключать конвертер к USB порту компьютера.

Будет это выглядеть примерно так:

Осциллограф DSO138 подключён к ПУ через преобразователь USB-UART

Как собрать и настроить цифровой осциллограф DSO138

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

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

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

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

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

Организация питания

Для питания требуется источник 9 В, как утверждают изготовители, питающее напряжение может быть в пределах 8-12 вольт. Потребляемый ток не указан, забегая вперёд — он составляет чуть более 100 мА.

Очень практичным и универсальным решением считаю питать плату от портативного аккумулятора (power bank) — сейчас они есть практически у каждого. К тому же, адаптировав осциллограф для 5 В аккумулятора, плату можно будет запитать и от телефонной зарядки.

Для повышения напряжения с 5 до 9 вольт можно использовать DC-DC преобразователь, например MT3608 — стоит копейки в радиомагазине или у тех же Китайцев. Для подключения к плате я использовал разъём компьютерного вентилятора — подойдут те, которые с двумя проводами, например со старой видеокарты.

То-ли из-за входного конденсатора, то-ли по иным причинам, но у платы большие стартовые токи и при включении всей схемы срабатывает внутренняя защита аккумулятора (выход 2 А). Проблема легко решается добавлением резистора 0,5 Ом в разрыв входного питания DC-преобразователя.

Перед подключением платы осциллографа необходимо выставить на преобразователе напряжение 9-10 вольт, делается это путем вращения подстроечного резистора.

Перед первым включением рекомендую впаять перемычку или штырёк для образцового сигнала, место под перемычку находится рядом с разъёмами питания. Внутренний генератор выдаёт прямоугольные импульсы частотой 1 кГц и амплитудой 3,3 В. Для проверки нужно коснуться красным крокодилом до перемычки, черный крокодил никуда цеплять не нужно.

Теперь можно включать всю схему и приступать к освоению несложной инструкции.

Корпус для осциллографа

В силу того, что на плате устройства имеется довольно много разъемов и органов управления, было решено приобрести готовый корпус на Али за 6 долларов.

Основой корпуса выступают передняя и задняя панели, а также четыре боковых стенки.

Мелкие элементы и крепеж упакованы в отдельный пакет.

Кроме этого в комплект поставки входит панель для крепления органов управления. В этой панели имеются отверстия для движковых переключателей и кнопок.

Кнопки крепятся в отверстия на данной панели.

При их установке можно регулировать рабочий ход подвижного элемента.

Задняя панель, плата осциллографа и панель с органами управления представляют собой единый блок, соединенный винтами. При сборке следует иметь в виду, что при сильном затягивании крепежных винтов может не обеспечиваться нормальная работа кнопок, они постоянно будут нажаты.

По этому желательно зафиксировать расстояние между платой осциллографа и панелью с органами управления при помощи самодельных стоек.

Изготавливая самодельные стойки, следует иметь в виду, что возле разъема питания довольно мало места, это надо учитывать при конструировании стоек.

Все детали корпуса выполнены из оргстекла, покрытого с двух сторон бумагой. Бумага легко отсоединяется, если подогреть детали феном для волос.

Автор обзора удалил бумагу только с передней панели, которая защищает экран. На остальных поверхностях бумага не мешает работе, но может защитить корпус от мелких повреждений. В целом данный корпус несколько разочаровал. Набор деталей стоит как половина осциллографа, при этом в комплекте деталей одной кнопки (для кнопки RESET) не хватило.

Расстояние между платой осциллографа и панелью с органами управления выдержать довольно трудно. Движковые переключатели выполнены слишком короткими, так, что в крайних положениях они заедают настолько, что автору обзора не удалось заставить нормально их работать.

Последнее не является непреодолимой проблемой, движковые переключатели на плате можно перемещать спичкой, через отверстия в корпусе.

В целом корпус осциллографа полезен, но требует доработки, по мнению автора, в этом довольно дорогом «полуфабрикате» такого быть не должно.

What’s New

New firmware (113-13801-060) released with following improvements:

Auto-center trigger level to the middle of signal amplitude when trigger level is focused and OK button is held down for 2 seconds. This is useful for quickly stabilize waveform display. (Thank Gabriel S. for the suggestion!)

Auto-center horizontal position when horizontal position is focused and OK button is held down for 2 seconds. (Thank Gabriel S. for the suggestion!)

Restore factory default settings when «+» and «-» buttons are held down simultaneously for 2 seconds.

Improved frequency measurement by using average voltage level (instead of true 0V level which was used in previous versions) as cycle counting reference.

Fixed a bug in trigger level readout error. In previous versions trigger level readout displayed wrong value after VPos alignment was performed.

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.

5Процесс прошивки осциллографа DSO138 по шагам

Включаем осциллограф в сеть, а преобразователь USB-UART подключаем к порту USB компьютера. Теперь запускаем программу Flash Loader Demonstrator.

Выбираем номер COM-порта, к которому подключён преобразователь. Остальные настройки можно оставить как есть. Нажимаем кнопку «Next».

Далее следует предупреждение, что дальнейшие действия приведут к стиранию памяти осциллографа DSO138. Нажимаем кнопку «Remove protection», чтобы перейти к следующему шагу.

Запуск программы Flash Loader DemonstratorСнятие защиты от перезаписи флеш-памяти

После этого открывается страница с информацией о разделах памяти осциллографа. Выбираем здесь память с размером 64K (проверьте, что на предыдущем шаге она была определена именно с таким размером). Нажимаем “Next”.

Ставим флажок на пункте “Download to device” (загрузить в устройство). Нажимаем кнопку с тремя точками для выбора скачанного ранее файла прошивки “113-13801-061.hex”. Остальные параметры выставляем как на изображении.

Выбор типа памяти и файла с новой прошивкой для осциллографа

При нажатии кнопки “Next” начнётся процесс перепрошивки флеш-памяти осциллографа DSO138. После него запустится процесс проверки загруженной прошивки. Об успешном завершении будет свидетельствовать зелёная полоска прогресс-бара. Весь процесс занимает около 1-2 минут.

Прогресс загрузки и проверки новой прошивки осциллографа DSO138

Обесточим осциллограф. Отключим от него UART преобразователь. Не забудем отпаять замкнутые перемычки JP1 и JP2.

Теперь можно включить осциллограф в сеть и при его загрузке убедиться, что версия его встроенного программного обеспечения обновилась: “FW: 113-13801-061”.

Осциллограф DSO138 с обновлённой прошивкой

Практическое применение

Этим прибором можно прекрасно пользоваться как вольтметром и милливольтметром как постоянного, так и переменного напряжения. Причём мы уже не ограничены так сильно частотой или формой сигнала, как при использовании мультиметра

При измерениях следует уделять больше внимание не амплитудным значениям, а среднеквадратичным Vrms. Именно среднеквадратичное значение учитывается при измерении переменного напряжения — в сети амплитудные значения достигают более 310 В, однако действующее значение именно 220 (среднеквадратическое)

Так как мы можем с достаточно высокой точностью измерять напряжение, то соответственно можем более точно измерить любые токи на шунте, для этого нужно всего лишь научиться использовать закон Ома.

Осциллографом можно прекрасно смотреть сигналы звукового тракта — для таких целей это никакая не игрушка. При сносном качестве можно смотреть процессы в импульсных источниках питания. Эта плата приобреталась мной именно для этих целей.

Как пример: осциллограф помог мне наладить блок питания шуруповерта (описание есть в этом разделе) с мощными IGBT-транзисторами. Я никак не мог понять, почему блок не хочет запускаться, перемотал коммутирующий трансформатор с разными данными — никак. Когда оценил сигналы на затворах, всё стало ясно — не хватает открывающего напряжения, нужно добавить витков в затворных обмотках. Вот этот затухающий сигнал, достаточно чёткий, частота 44 кГц:

На этом публикацию заканчиваю. Если данная тема вообще будет интересна посетителям сайта, то обязательно её расширю и дополню. Ставьте оценки и проявляйте активность.

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

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

1 Установка 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.

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.

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.

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

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.

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.

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

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

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.

Устанавливаем два переменных конденсатора.

Монтируем большую катушку индуктивности для фильтра питания.

Далее устанавливаем 6 электролитических конденсаторов

При установке важно соблюдать полярность. Более длинный вывод – это «плюс»

Он устанавливается в отверстие с квадратной площадкой под пайку.

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

Далее – пайка штыревых разъёмов и соответствующих колодок на плату 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.

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.

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.

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.

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

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.

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.    

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.

Итоги

Итог и результат трудов — на Рис.8. На вход подан 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.

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.11. 48MSPS. Меандр 1 МГц.

Похожие записи:

Как выставить зажигание с помощью стробоскопа? Сигнализация действия защиты и автоматики Подключение потолочного светильника со светодиодами Маркировка smd компонентов: кодовые обозначения Как сделать веб-приложение для вашего собственного bluetooth low energy девайса? Как подключить усилитель в машине