DSO Quad - мал, да удал!

Практически каждый, кто занимается Arduino (или другими микроконтроллерами), озадаченно смотрит на свое творение и пытаясь понять, почему же устройство работает (или не работает) не так, как задумано, мечтает о том, чтобы увидеть, что же реально происходит на "пинах" (как изменяется напряжение, какова длительность импульсов и т.п.).

И тут может помочь очень полезный прибор - осциллограф. Но для многих этот девайс ассоциируется с очень массивным агрегатом, занимающим половину стола и с огромным количеством непонятных ручек.

Но технологии не стоят на месте. Встречайте - компактный 4-х канальный осциллограф DSO Quad:

Главный герой нашего обзора - DSO Quad

Внешний вид и комплект поставки

DSO Quad поставляется в очень небольшой картонной коробке с привлекательной полиграфией. 

Внутри коробки находится:

• Осциллограф - 1 шт.
• Краткая инструкция по эксплуатации - 1 шт.
• Щуп для аналоговых входов (х1) - 2 шт.
• Щуп для цифровых входов - 2 шт.

Следует отметить, что цифровые щупы, хотя и обладают очень удобными зажимами, но сама их длинна очень невелика, поэтому пользоваться ими достаточно неудобно. 

Аналоговые же щупы лишены этого недостатка и сделаны очень качественно: они могут использоваться как с пружинным зажимом, так и без него (пружинный зажим просто снимается с некоторым усилием, оголяя обычную "иголку"). 

Дополнительным бонусом в комплекте поставки является набор цветных колечек, которые можно установить на аналоговый щуп, что позволит быстрее ориентироваться между ними.

Отдельно можно приобрести пробник с делителем (может работать в двух режимах: x1 или x10 в зависимости от положения переключателя), жаль, что этот полезный аксессуар не входит в стандартный комплект поставки.

На просторах интернета встречается упоминание специальной пластиковой подставки для этого осциллографа, но в комплекте поставки ее так же не наблюдается, а жаль - тоже очень полезный аксессуар.

Изображение с сайта компании-производителя (http://www.seeedstudio.com)

Первое, что очень удивляет, когда берешь DSO Quad в руки - это его размер. Это ОЧЕНЬ компактный прибор, который, впрочем, выпускать из рук совершенно не хочется :)

DSO Quad в сравнении с батарейкой АА

Фотографии (и даже чтение данных о размерах прибора) не дают общего представления о размере - его надо просто взять в руки. Кроха.

Но довольно рассматривать, пора включить осциллограф. Перед первым включением прибор надо зарядить, зарядка осуществляется через miniUSB-кабель (в комплект не входит).

Примерный вид экрана с заводской прошивкой (включены два канала, для фиксации сигнала используется триггер по спаду):

Далее мы более подробно остановимся на некоторых возможностях этого осциллографа. Но для начала - немного сухих данных из спецификации.

Харакеристики

Таблица спецификации, которая приводится в первоисточнике:

Параметр	Значение
Аналоговые входы * 2	[CH_A] [CH_B]
Цифровые ввходы * 2	[CH_C] [CH_D]
Чувствительность по вертикали	20mV-10V/деление (1-2-5 step) с пробником x1 200mV -100V/div (1-2-5 step) с пробником x10
Разрешение по вертикали	8 bit
Входное напряжение	AC/DC (переменное/постоянное)
Максимальное входное напряжение	80Vpp (пробник x1) 400Vpp (пробник x10)
Память	4K на канал / 8K (измерение одного канала)
Программные триггеры	фронт/спад, длительность, уровень
Аппаратные триггеры	фронт/спад
Синхронизация	CH1/CH2/EXT
Типы синхронизации	Auto, Normal, Single, SCAN, None
Генератор тестовых сигналов	10Hz to 8MHz 2.8Vpp Square Wave, duty cycle 10~90% adjustable / 10Hz to 20kHz 2.8Vpp Sine, Square, Sawtooth, Triangle wave
Встроенная память	internal 2MB USB disk, BMP, DAT file
Автоизмерение	Vmax, Vmin, Vpp, Vavr, Vrms, Freq, Period, Pulse, Duty
Измерение с помощью курсоров	напряжение, длительность
Режим выборки	real time
Выборка	30S/s - 72MS/s
Питание	LiPo battery
Размеры	98 * 60 * 14.5 (mm)
Вес	80g (без батареи)
Аксессуары в комплекте	2 аналоговых пробника х1, 2 цифровых пробника

DSO Quad построен на базе процессора ARM Cortex M3 (STM32F103VCT6).
Используется быстродействующее 8-битное АЦП с максимальной частотой дискретизации 72МГц.
Внутренняя память - 2 Мб (может использоваться для хранения данных и обновления прошивки).
Экран - TFT с диагональю 3" и разрешением 400х240 точек.
Питание от встроенного (заменяемого) LiPo аккумулятора.

Основные функции

Доступ ко всем возможным функциям и настройкам прибора осуществляется с помощью 4 кнопок (каждая из кнопок имеет по 2 функции: одна - на короткое нажатие и вторая - на длинное) и двух трехпозиционных "слайдеров" (отрабатываются "смещение вправо", "смещение влево" и "нажатие").

Элементы управления осциллографом

Сначала управление кажется несколько сложным, но после некоторого привыкания и понимания логики работы (особенно это касается "слайдеров") - все становится просто и удобно.

Осциллограф, который попал мне в руки имел заводскую прошивку версии 2.7, в которой обнаружился досадный недостаток - невозможно было записанный сигнал "пролистать" по оси времени. Как оказалось, это не единственный недостаток.

Большим преимуществом этого прибора является то, что он реализуется по принципам "open source" и энтузиасты не преминули этим воспользоваться: существует несколько версий альтернативных прошивок (с меньшим количеством ошибок и зачастую с гораздо большей функциональностью), причем, это касается не только основной функции DSO Quad, но и дополнительных расширений (о них мы поговорим позже).

Устав бороться с указанным выше недостатком, я обновил прошивку своего экземпляра на DSO203 GCC APP - Community Edition (2.51+SmTech1.8+Fixes).

Первое, что бросилось в глаза: изменение экранного интерфейса (сравните скриншот выше и ниже этого предложения), но больше всего сбило с толку, что изменились функции управляющих элементов - пришлось заново "знакомиться" с осциллографом.

Но после недолгого изучения оказалось, что хотя функции и поменялись, основные принципы остались прежними и к новому управлению тоже можно приспособиться.

Новая прошивка дала не только эти изменения: они коснулись практически каждой фукнции DSO Quad - начиная от новых видов "развертки", до встроенного генератора сигналов. И каждая функция стала еще более "юзабельной".

Все последующие скриншоты сделаны уже с новой прошивкой.

Покажем работу с некоторыми функциями прибора (далеко не со всеми, иначе бы обзор превратился в огромный "мануал"). Кстати, мануал из комплекта дает только общее представление о том, что можно делать с помощью прибора, но большую часть функций предлагается найти пользователю самостоятельно.

Очень удобно для работы с цифровыми сигналами оказалось использовать встроенные триггеры (их несколько различных вариантов: по спаду, по фронту, по превышению определенного напряжения, по напряжению ниже порогового, по длительности импульса и т.п.). Триггер в качестве ключевого сигнала может использовать любой из каналов (на скриншотах ниже обратите внимание на самый правый верхний угол - используется триггер "по спаду" на канале А - что позволило "захватить" полезный сигнал).

Встроенная память осциллографа позволяет использовать для "захвата" буфер 4Кб на канал (или, если осуществляется захват одного канала - 8Кб).

Записанный таким образом сигнал можно "пролистать" по шкале времени (в центре снизу видна общая шкала времени и прямоугольником выделена область на экране, которая выводится в текущий момент). Дополнительно осциллограмму можно сохранить в различных вариантах: как изображение (BMP), файл с данными (CSV или DAT), что открывает дополнительные возможности по анализу и обработке сигналов.

При подключении к компьютеру DSO Quad обнаруживается как обычный внешний жесткий диск. Наиболее полно поддерживается работа в среде Windows, для Linux-систем все несколько сложнее, но есть соответствующие описания необходимых процедур монтирования встроенного накопителя. Работа с mac-компьютерами пока находится в стадии proof-of-concept.

Как мы уже отметили ранее, осциллограф имеет два аналоговых входа (A и B) и два цифровых (C и D). Для примера мы покажем разницу в работе:

На представленном скриншоте каналы B и D отключили, чтобы не загромождать изображение на экране (отключить можно любой из каналов).

Видно, что сигнал с первого канала (А) выглядит несколько иначе, чем с 3 (C) - в первом случае осциллограф показывает абсолютно все изменения и все промежуточные значения сигнала и наиболее точно отображает форму сигнала, во втором же случае обрабатываются всего два значения: "низкий логический уровень" (0) и "высокий логический уровень" (1).

Безусловно, это накладывает некоторые ограничения на использование данного осциллографа (невозможно посмотреть реальную форму четырех аналоговых сигналов - это возможно только для двух каналов), но на мой взгляд, этот прибор наиболее полно раскрывает свои возможности именно по работе с цифровыми сигналами (для "цифры" можно использовать все 4 канала одновременно).

С помощью специальных курсоров (T1, T2 и V1, V2) можно производить измерения параметров сигналов. На скриншоте ниже видно, как с помощью этих курсоров измерено напряжение между минимумом и максимумом на сигнале 1 канала, там же видно, как измерили длительность кодовой посылки.

Измерение напряжения и длительности

Кнопкой 3 (круг) можно включить режим отображения информационной панели (справа), тогда соответствующий размах и время отображается в правом столбце (два верхних значения). Дополнительно можно настроить, какие еще параметры в данной панели выводить.

Отображение информационной панели

Более того, таких быстрых информационных панелей можно создать целых 5 штук (в каждой могут быть параметры как одного конкретного канала, так и разных). Переключение между панелями с помощью кнопки 4 (треугольник).

Еще одной интересной особенностью является то, что последний цифровой канал (D) можно использовать как некий "вычислитель" - пользователи могут не только видеть тот сигнал, что приходит на этот канал, но можно включить так же отображение на этом канале следующих вариантов:

• A+B
• A-B
• C&D
• C | D
• REC_A
• REC_B
• REC_C
• REC_D
• FFT_A
• FFT_B

Последние два пункта - это "быстрое преобразование Фурье" для соответствующего канала. Согласитесь, функционал очень богат!

Генератор сигналов

Еще одной полезной функцией этого прибора является генератор сигналов различной формы.

Доступны следующие варианты:

• Меандр (SQUARE) 
• Синусоида (SINUS) 
• Треугольник (TRIANG) 
• Пила (SAW) 
• ШИМ (PWM)

Параметры каждого выходного сигнала достаточно гибко изменяются (частота, напряжение, скважность).

Ниже приведены соответствующие скриншоты (выход генератора подключен к 1 входу).

Меандр

Синусоида

"Треугольник"

ШИМ со скважностью 25%

"Пила"

Встроенным генератором сигналов можно пользоваться и во время основной работы осциллографа, например для того, чтобы подавать на вход разрабатываемого модуля сигнал с различными параметрами (с генератора) и отслеживать его прохождение и трансформации в различных точках системы с помощью 2 аналоговых и 2 цифровых входов.

Логический анализатор

Еще одним приложением, которое разработали энтузиасты является Logic analyzer. Как следует из названия - с помощью этой программы удобно анализировать логику работы цифровых устройств.

После установки этого приложения (процедура установки легко находится по ссылке выше), его вызов осуществляется следующим образом: надо нажать и удерживать кнопку 3 (круг) и включить DSO Quad.

В этом режиме работы DSO Quad все входы становятся цифровыми (в моем тесте сигналы присутствуют на 1 и 3 канале):

Записанные сигналы можно удобно масштабировать по времени:

Логический анализатор не только позволяет оценить форму сигналов, но и в очень удобной форме показывает время между различными кодовыми посылками:

Поскольку тут используются только "цифровые" сигналы, то длительность записанных сигналов существенно выше. Обеспечивается так же удобная навигация по шкале времени (можно "листать" сигнал от начала до конца записи") и соответствующий маркер (красная пунктирная черта) позволяет не напрягая глаз оценить сигнал одновременно по всем 4 каналам.

Естественно, доступны фукнции по сохранению записанных сигналов в различных форматах.

Утилиты

Энтузиастам показалось, что и этих (безусловно богатых) функций для такого компактного прибора недостаточно. 

Для устранения этого "недостатка" была осуществлена реализация PAWN (специального скриптового языка) для DSO Quad.

А это позволило еще больше расширить возможности:

Несколько полезных утилит

Список этих утилит постоянно расширяется. Приведем лишь несколько примеров:

Двухканальный вольтметр с фиксацией минимальных и максимальных значений

Таблица символов

Полный список (включая описание процедуры установки) и свежие версии этих утилит можно найти по ссылке (существует даже анализатор USB).

Резюме

Превосходный компактный прибор с уникальным набором функций.

Конечно, DSO Quad не претендует на полную универсальность и в некоторых случаях не хватит его быстродействия (высокочастотные цепи), но в большинстве случаев при работе с различными микроконтроллерами, он позволит "пощупать" сигналы в различных точках схемы и поможет проанализировать процессы, проходящие в исследуемых или разрабатываемых системах.

Открытая платформа и большое сообщество пользователей еще больше расширяют возможности этого осциллографа.

Удобный интерфейс и очень наглядное представление процессов позволяют даже новичкам быстро освоиться с прибором.