Моя домашняя лаборатория

15 апреля 2009, среда 17:42
Моя домашняя лаборатория

Содержание:
Не было бы счастья, да несчастье помогло
Главный прибор всех времен и народов
Цифровой запоминающий осциллограф
Инфракрасный термометр
Блок питания
Микроконтроллеры
Чего не хватает в домашней лаборатории?
Заключение



Не было бы счастья, да несчастье помогло

Почти в каждом домашнем хозяйстве присутствует тестер. Когда-то это были стрелочные приборы серии Ц4ххх, или что-то типа ТЛ-4М, сегодня — цифровой привет из КНР (варианты — из Польши и прочих активных на производстве ширпотреба стран) в виде однообразного многообразия поделок, коими заполнены все рынки и интернет магазины. Честно говоря, эти поделки мне нравятся больше, безусловно выигрывая у продукции «образца СССР» в эргономике и имея достаточную для любительских целей точность и надежность.

Но если вы хотите узнать немного больше о своих всякого рода электро и электронных изделиях, тем более, если дружите с паяльником, то есть, в какой-то степени радиолюбитель, и можете что-то припаять или отремонтировать, то, вероятно, арсенал домашней лаборатории не ограничивается только банальным тестером. Когда-то и у меня была достаточно неплохая подборка измерительной аппаратуры, кое-что было куплено, немного собрано своими руками, но основная масса получена с использованием служебного положения, чего уж греха таить. К сожалению, все это было лет 20 назад, а с тех пор были многочисленные изменения в жизни, переезды и работа на износ, которая не оставляла времени ни на какое хобби. Когда этот износ проявился перманентной потерей трудоспособности и захотелось вернуться к старым занятиям, накопленное в предыдущие года богатство представляло жалкое зрелище. Все надо было начинать с нуля. Фактически, ничего, кроме китайского тестера, и не осталось. Ну и, в хламовнике у бывшей квартиры, обнаружил измеритель нелинейных искажений С6-1, который и 20 лет назад уже был бесполезен из-за того, что мерял КНИ от 0.1%, да частотомер Ч3-38, с газоразрядными индикаторами, оба прибора там и были оставлены умирать. Осциллографы и другие полезные приборы, вещи и детали приказали долго жить. Поход на радиорынок пробил ностальгическое настроение при виде всего того, что у меня когда-то было, и я понял … какой же я старый! Вид приборов, живущих под открытым небом и десятилетиями хранящимися в неотапливаемых помещениях, хоть и с заботливо протертым тряпочкой корпусом, ручками и шкалами, заставил сердце сжаться от жалости. Чтобы не пустить скупую мужскую слезу, пришлось уйти - стало ясно, что возврата к прошлому нет. Говоря откровенно, я покупать старье и не собирался, просто оно попалось на глаза. Сегодня никаких проблем не представляет купить домой новое измерительное оборудование, в отличие от советской эпохи. Вот только цены не радуют — все хорошее стоит дорого. Даже можно сказать — неоправданно дорого, если, конечно, вы не планируете создавать мелкосерийное производство, а занимаетесь этим для души.

Источник жизни — интернет легко выводит на ряд торгующих (частенько торгово-производственных) организаций, одной из которых является бельгийская Velleman http://www.velleman.be/be/en/company/ . Волею судеб, пара ключевых (для меня) приборов именно этого поставщика и была приобретена после того, как проблема воссоздания лаборатории остро проявилась осенью 2008 года. Вот об этом, и немножко о том, как эти приборы могут помочь компьютерным энтузиастам, и пойдет речь в статье. Разумеется, приобреталось оборудование низших ценовых категорий, и для людей, профессионально связанных с R&D, ничего, кроме снисходительной улыбки, вряд ли вызовет, но у них - своя свадьба, а у нас — своя. Тем более, казна тоже только своя и спонсоров у нас нет.

Столкнувшись практически с полным отсутствием более-менее подробного описания подобных устройств, решил восполнить этот пробел, надеясь, что это кому-то поможет в выборе или просто отвлечет на некоторое время от мирской суеты.


Главный прибор всех времен и народов

Тут возможны разночтения. Кто-то считает, что это тестер, для кого важнее орган, потребляющий тестостерон, а на мой взгляд — так это голова. Но говорить мы будем все же о тестере — многофункциональном устройстве для измерения основных электрических величин, так как, если вы не решаете какие-то чересчур специфические задачи постоянно, этот прибор будет использоваться наиболее часто.


Два боевых польских друга, M890G и MAS838

Для типового домашнего применения по решению несложных электротехнических и радиолюбительских задач подойдут практически любые изделия, имеющиеся в продаже. Они измеряют постоянный и переменный ток и напряжение, сопротивление, обычно есть и опция проверки электрического пробоя (короткого замыкания с зуммером). Немножечко дороже будут стоить устройства с выносной термопарой (у прибора слева — отдельное гнездо для термопары зеленое слева внизу, у прибора справа термопара подключается вместо обычных щупов. Зачастую они снабжаются измерителем параметров транзисторов. Прибор слева дополнительно имеет функции измерения емкости и частоты и автоматическое отключение питания.

Существуют приборы и с более расширенным функционалом, с автоматическим выбором диапазона измерений, с высоким классом точности, влагопылезащищенности, ударопрочности и т.д.

Невысокая цена устройств позволяет эксплуатировать тестер в «небрежном» режиме, хотя, как правило, непреднамеренно его трудно вывести из строя как электрическими, так и механическими воздействиями.

В принципе, ошибиться с выбором тестера крайне сложно, погрешность измерения, как правило, определяет флуктуация контроллера дисплея в пару LSB. От цены в $40 и выше идут бюджетные приборы с классом точности повыше, а тестеры профессионального уровня и стационарные уже имеют совсем неприличную для домашнего хозяйства стоимость.

Кому интересно, вот принципиальная электрическая схема M890G .


Цифровой запоминающий осциллограф

Прибор-мечта. Но более-менее нормальный, например, от Agilent, стоит от полутора тысяч долларов и до неприличного выше. Для домашнего периодического применения это ставит почти непреодолимую преграду, обращаемся к низшей категории, осциллографам от GW Instek (нет в нашей местности Rigol-ов, правда, я и не особо старался найти), но цены тоже не вдохновляют — от 600 долларов.

Если честно, то намерений брать «настоящий» осциллограф не было, ввиду отсутствия задач, для которых потребуется даже минимально приличный осциллограф, плюс к тому, отсутствует и место для полноценных приборов. Поэтому было принято решение о приобретении малогабаритного устройства без встроенного экрана. А из трех мониторов на моем столе (реально на столе только одна двадцатка, 24-ка — над ним на поворотном кронштейне, пятнашка — где придется, как правило, на колонке) и четырех компьютерах, всегда можно определиться, куда подключить и на что выводить.

Бросаем взгляд на компьютерные приставки. Тут тоже выбор есть, диапазон цен $200-1000, но в нижней ценовой категории как-то совсем грустно. Практически — это собранный из DIY-набора 8-битный микроконтроллер в серийном корпусе. И повезет, если АЦП попадется 10-битный. Естественно, все подаются как спектроанализаторы, при 8-битах-то... О полосе пропускания в 100МГц можно только мечтать.

Краткий обзор рынка позволил сформулировать требования, которые бы были сбалансированы с выделяемым бюджетом (до 400 долларов):
2 канала;
полоса пропускания 25МГц;
работа в 64-битной ОС Windows Vista.

Как говорится, куда уж проще. Впрочем, для моих целей — устройства автоматики, низкочастотные АЦП-ЦАП и микроконтроллеры, измерение параметров питающих цепей и блоков питания в целом, этого вполне достаточно. Если интересующие вас частотные диапазоны перешагивают рубеж нескольких МГц, то все нижеизложенное про выбор и работу с осциллографом можно и не читать.


Но даже это в бюджет не влазит. Прошлым летом даже чуть не купил одноканальный английский PS 2104, в форм-факторе пробника http://www.picotech.com/handheld-oscilloscope.html. Но покупка не состоялась. Двухканальный PS 2205, со встроенным генератором сигналов, уже вылезал из бюджета, а у PS 2204 полоса всего 10МГц.

В это же время Velleman выходит на рынок со своим двухканальным PCSU100, с полосой 60МГц, но цена близка к $600, нет ясности и с поддержкой 64-битных ОС. В условиях ограниченного бюджета нет резона покупать что-нибудь новоиспеченное в момент анонса, нужно дождаться отзывов первых рискнувших купить.

В корпусе того же форм-фактора, что и у PCSU100, Velleman выпускает и сигнал-генератор PCGU1000, с ценой под $300.

А уже в сентября 2008 года Velleman анонсирует новое изделие PCSGU250, двухканальный осциллограф со встроенным сигнал-генератором, в формате корпуса PCSU100. Параметры заметно хуже, чем у PCSU100 (в частности, полоса пропускания всего 12МГц), и генератор послабее, чем у упомянутого выше. Зато цена в районе $250. Опять же, первые отзывы говорили о стартовой сырости ПО. С выходом в 2009 году комплектного ПО PCLab2000LT rev.1.03 ситуация, вроде бы, улучшилась. Так как отсутствие осциллографа стало тормозить некоторые планы по баловству с микроконтроллерами, планка по пропускной способности была опущена и был приобретен PCSGU250 образца 2009 года, хотя бельгийцы уже успели немного поднять цену.


Распакованный PCSGU250

Как обычно, кроме самого изделия, имеется немного бесполезной макулатуры и бесполезный мини-диск с устаревшими версиями ПО. В комплект входит короткий USB-кабель (по нему устройство и запитывается, подключение внешнего источника питания не предусмотрено), пробник 60МГц с причиндалами и заглушками (в комплекте идет всего один, пришлось за $20 докупать второй; а у PCSU100 в комплекте сразу два таких), переходник BNC-RCA (пришлось докупить еще три штуки плюс разветвитель BNC-папа на две BNC-мамы, потратив почти пять долларов, так как интересно будет и аудио сигналы погонять) и треугольная пластмассовая опора для придания устойчивости.

Итак, что же можно выжать из PCSGU250?

Осциллограф

Максимальное входное напряжение (AC+DC) 30В. Нужно учесть, что «земля» - общая для компьютера и PCSGU250, поэтому, в необходимых случаях, нужно прибегать к гальванической развязке.

Вход имеет опцию развязки по переменному току сигнального провода и замыкания входа на землю.

Входное сопротивление/емкость 1МОм/10пФ.
Полоса пропускания — от постоянного тока до 12МГц (±3dB).
Чувствительность (разрешение) — 0.3мВ.
Вертикальная развертка — от 0.01 до 3В/дел.
Временная развертка — от 0.1мкс/дел. до 500мс/дел.

Шкала может быть отградуирована в RMS, dBV, dBm, p-p, частоте.
Есть опция расстановка маркеров по вертикальной и горизонтальной шкале. Комплектное ПО не расставляет значения шкал, в отличие от программы от Pico-tech для своих осциллографов той же ценовой категории. Можно получить только значения от пары маркеров. Конечно, немного привыкнув, неудобства исчезают (если материал не готовится для публичной презентации), но все же это неприятная недоработка производителя.

Имеется функция автоустановки и переключения вертикальной шкалы х10.

Запуск может быть осуществлен по сигналу с любого канала, по фронту или по спаду импульса.
Запись данных — 4К отсчетов на каждый канал, возможен экспорт в формат csv.
Частота сэмплирования от 250Гц до 25МГц.

Возможно задать построение по сумме или разности сигналов каждого канала, и, естественно, строить фигуры Лиссажу.

Сигнал-генератор

Диапазон частот — от 0.005Гц до 500КГц.
Амплитуда выходного сигнала от 100мВ до 10В на частоте 1КГц и нагрузке 600 Ом (в версии ПО 1.03 производитель в своем форуме отмечает, что мощность повышена, но конкретных цифр не прозвучало). Смещение можно задавать на уровне ±5В с шагом 10мВ.

Выходной импеданс 50Ом.

Форма сигнала — синусоида, прямоугольные, треугольные импульсы, импульсы из встроенной библиотеки, возможен импорт в библиотеку сигнала, подаваемого на осциллограф. Также доступна генерация сигнала произвольной формы по задаваемым точкам в окне редактирования или из текстового файла (до 512 точек). Квантование амплитуды — восьмибитное, типичный КНИ на синусоиде не превышает 1%.
Возможна даже генерация формы «на лету», подаваемая через порт RS-232 с внешнего по отношению к PCSGU250 и компьютеру источника.

Также можно запрограммировать любые последовательности сигналов с произвольными параметрами амплитуды, длительности и т.д. Максимальная длина списка в спецификации не оговаривается.

Есть опция программируемого генератора качающейся частоты.

Опорная частота генератора — 12.5МГц.

Фронт и спад импульсов прямоугольной формы - 0.2мкс. Практически это означает, что треугольный сигнал 500КГц уже больше похож на синусоиду, а прямоугольный — на полпути к ней. Кстати, примерно аналогичный по цене и функциям прибор PS 2404 от Pico-tech ограничен частотой 100КГц.

Графопостроитель (плоттер Бода)

Как правило, его в русскоязычной литературе называют плоттер Боде, по русской привычке «как пишется, так и произносится». К сожалению, это далеко не единичный случай. Например, благодаря слабообразованным техническим писателям, в обиход вошло слово «роутер», которое ни один иностранец не поймет, вместо правильного рутер. Я понимаю, что многие не совсем правильные исторические названия уже сложились, но современные неологизмы часто являют собой воинственную лингвистическую невежественность. Как бы вы отнеслись, к примеру, к названию известных французских автомарок Рено и Пежо, озвученных по тому же принципу «как пишется, так и произносится», в виде Ренаулт и Пеугот?

Построение таких зависимостей широко практикуется, например, в автоматике, при анализе цифровой и аналоговой фильтрации, в акустике, для построения АЧХ и ФЧХ.

Диапазон частот выбирается из значений 1КГц, 10КГц, 100КГц, 500КГц, при этом начальная частота предлагается от 10Гц, 100Гц, 1КГц или 10КГц.

Обеспечивается автоматическая синхронизация между генератором и осциллографом.
Вертикальная шкала градуируется в вольтах или децибелах.


Анализатор спектра

Частотный диапазон до 12МГц, разрешение — 2048, шесть видов FFT. Конечно, ограниченная полоса пропускания и низкая разрядность АЦП не позволяет говорить о сколько-нибудь серьезном применении этого режима в анализе сигналов. Но формально такая опция есть.

Регистратор данных

Возможна работа устройства в режиме регистратора, с временным интервалом от 20мс/дел. до 2000с/дел. Запись происходит с частотой от 100 отсчетов в секунду до 1 отсчета в 20 секунд.
Максимальная запись одного экрана может достигать 9.4 часа, автоматическая запись в файл может вестись в течение года.

Помимо автоматической записи данных, можно сохранять и скриншоты.

Общие параметры

Питание по шине USB, потребляемый ток 500мА, так что необходимо прямое подключение без всяких нонеймовских расширителей.
Размер : 205 х 55 х 174 мм.
Масса : 600г.

Корпус пластмассовый, имеет несимметричные выпуклости и вогнутости, для дополнительной устойчивости в вертикальном положении, помимо внутреннего груза, предусмотрена плоская треугольная пластмассовая опора, присоединяемая к тыльной части корпуса.


PCSGU250. Экстерьер

На передней панели — индикатор готовности (загорается, при установленной связи с компьютером, после запуска ПО PCLab2000LT), два BNC-коннектора осциллографа и BNC-коннектор выхода сигнал-генератора.


Отверстие для свежего воздуха

На тыльной стороне — разъем для USB-подключения, технологическое отверстие с видом на часть единственного внутреннего разъема (видимо, хотели поставить разъем внешнего питания, но сэкономили), шильдик с серийным номером и направляющая для придающей устойчивость в вертикальном положении пластмассовой опоры.

На шильдике — надпись, что изделие разработано в Европе, а произведено на Тайване. Желанию разобрать корпус и посмотреть внутреннее устройство и тип элементной базы, в первую очередь АЦП-ЦАП, противостоять не удалось. Кстати, это единственный вскрытый прибор из домашней лаборатории, по отношению к остальным желания посмотреть внутренности не возникало.

Корпус состоит из двух половинок и передней панели, стянутых пятью саморезами. Изнутри черная пластмасса покрашена в охровый цвет. Конструкция одноплатная, никаких дополнительных элементов прибор не содержит. К сборке корпуса и самой плате — никаких претензий. Все на месте, четко и аккуратно. По наклейке ОТК видно, что плата изготовлена в феврале 2009 года.


Общий вид на монтаж. Внешне все сделано почти идеально

«Сердцем» PCSGU250 служит микроконтроллер PIC18LF2450, работающий на частоте 4МГц:


Главный управленец - PIC18LF2450

Скорее всего, ему отведены функции генерации сигналов (судя по разводке, хорошо виден длинный путь дорожки от выходного разъема генератора до контроллера), внутреннего управления и обмена по USB, иначе частота была бы выбрана повыше, ведь PIC18LF2450 рассчитан на частоту до 48Мгц. Видимо, со всем остальным справляется пятидесятимегагерцовый «мозг» прибора, выполненный на ПЛИС от Xilinх, самой младшей модели XC3S50 из 50 тысяч вентилей:


Мозговой центр. В его недрах - около 10К 18-битной скоростной памяти, из которой по 4К 8-битных слов на канал служат буфером данных

Осталась теперь найти «руки», хватающие и оцифровывающие входной сигнал. Если идти от входных разъемов по направлению к ПЛИС, то проходим по паре реле в каждом канале, одно из которых служит для закорачивания входа на землю, второе — вначале подумалось, что оно выбирает режим «АС» или «DC», то есть учет или не учет постоянной составляющей сигнала, манипулируя разделительным конденсатором, но нет, оно срабатывает только при выборе двух наиболее детальных разрешений по вертикали - 10мВ/дел и 30мВ/дел. Далее несколько одиночных ОУ и по сдвоенному OPA2354 на канал. Последний рубеж перед ПЛИС и есть АЦП — сдвоенный восьмибитный AD9288:


8-битный АЦП. No comment

Число 40 означает максимальное число преобразований, в миллионах в секунду. Производитель (Analog Devices) позиционирует этот ЦАП, как решение в том числе и для «low cost» цифровых осциллографов, не забывая в спецификации упомянуть и о наличии 10-битного АЦП, совместимого по выводам с AD9288. Вообщем, используемые «руки» коротковаты. Кстати, в самом PIC18LF2450 содержится 10-канальный 10-битовый АЦП.

Паспортная максимальная частота сэмплирования PCSGU250 25МГц.

На плате установлены также мультиплексор-демультиплексор 74HCT4051, не идентифицируемая микросхема с обозначением JM84AB DACO800LCM, рядом с ними сдвоенный ОУ LM6172 со скоростью нарастания напряжения 3000 В/мкс (для чего вдруг понадобилась такая скорость?). Впрочем, тут же находятся и совсем устаревшие ОУ TL081C. Ну и много другой разной мелочи. С обратной стороны платы установлены только несколько десятков SMD конденсаторов, строго под ПЛИС.

При вскрытом корпусе становится ясно, откуда берется масса в 600г - на дно корпуса, для повышения устойчивости, изнутри прикреплен кусочек сантиметровой брони:


Даже тут все аккуратно. Прямо как будто не в Китае собиралось

Проверка функциональности — осциллограф и генератор

Для приведения устройства в рабочее состояние необходимо подключить USB-кабель и установить последний драйвер с сайта http://www.velleman.be/be/en/download/files/ . Самостоятельно ОС Windows Vista 64 SP1 поиском в интернете драйвер не находит. Немножко ругнувшись на несертифицированность, система драйвер устанавливает, и появляется новое устройство - PCSGU250. При этом голубой огонек «READY» на передней панели по-прежнему не горит. Он загорается только после установки ПО PcLAB2000LT (последняя версия которой скачивается по той же ссылке) и первичной автоматической калибровки. Через первый час работы рекомендуется провести повторную калибровку.

Нажимаем кнопку «Run» и подсоединяем вход первого канала к выходу генератора, задав генерацию прямоугольных импульсов частотой 500КГц. На второй канал подаем сигнал с затвора первого попавшегося мосфета платы Asus Blitz Formula(в районе литиевой батарейки). Первый канал отображается синим цветом, второй — красным (все цвета можно переопределить).


Меандр 500КГц генератору уже не по зубам. Но и за это спасибо

Видно, что частоты сигналов примерно одинаковы, но на мосфет, работающий в цепи регулирования какого-то напряжения с помощью ШИМ, подаваемый сигнал (красный цвет) имеет больший коэффициент заполнения (меньшую скважность), чем меандр с генератора. Также на развертке 500нс/дел очень хорошо заметна неидеальность фронтов импульсов, хотя она примерно соответствует заявленным 200нс. Вообщем, на δ-функцию не потянет.

Неплохо было бы сравнить, как проявляются переходные процессы, хорошо заметные на красном графике, на аналоговом осциллографе с использованием того же щупа, но пока нет возможности.

Давайте попробуем произвести измерение, которое практически невозможно провести с помощью тестера или чисто программных средств диагностики и контроля. Речь пойдет о стартовом токе HDD. На корпусе и в ТТХ указывается потребление в стационарном режиме, и к ним нет никаких вопросов. Вот только одновременный старт нескольких дисковых накопителей может кратковременно нагрузить блок питания несколькими десятками ампер, что просто может привести к срабатыванию защиты блока питания. Перегрузка по току снизит и выходное напряжение, что, в итоге, приводит к высокоамплитудным переходным процессам в электрических цепях, и, как следствие, в механических системах HDD, что сопровождается неприятными звуковыми эффектами.

Для этого нам потребуется «вклиниться» в цепь питания +12В с помощью шунта с таким сопротивлением, которое бы не создавало при пусковых токах существенного падения напряжения (не более полувольта). Поэтому шунт должен быть 0.01Ω или меньше. На момент написания статьи, такого не оказалось, поэтому принято решение воспользоваться шунтом, входящим в состав тестера M890G. Как видно из принципиальной схемы тестера, при режиме измерения постоянного тока «20А» от одноименного вывода до общего провода стоит шунт в 0.01Ω, который мы и задействуем. Незнание класса точности шунта не должно беспокоить, поскольку основная проблема при больших токах лежит не в его точности, а в переходном сопротивлении подсоединений. Конструкция для подключения щупов к тестеру, на мой взгляд, неудовлетворительная, я бы предпочел зажим под винт. Поэтому, для дополнительной страховки от прерывания цепи создадим дополнительный шунт в виде мощного резистора 1Ω, к которому уже будем подключать и шунт 0.01Ω, и осциллограф.


Перманентный шунт во избежание перерыва по питанию 12В

Мы не можем подключить вход осциллографа для измерения падения напряжения непосредственно к резистору 1Ω, так как измерять будем на том же компьютере, к которому подключен осциллограф, то есть «земля» гальванически связана (если в доме правильное заземление и правильный электрик, то это будет так и для всех компьютеров, использующих трехпроводное питание).

Но при двухлучевом осциллографе задача решается просто — на каждый вход подается напряжение с одного из концов шунта, а измерение и индикация сигнала идет по разнице этих напряжений, для чего в меню «Math» выбираем соответствующую опцию:


Даем команду показывать сигнал как разницу по входам

Подключаем параллельно к шунту 1Ω тестер, установленный на измерение постоянного тока «20А» (т.е. шунт 0.01Ω), и к каждому выводу объединенного шунта свой вход осциллографа.

Попробуем сравнить, что получится, если подавать питание с контролируемого разъема на HDD WD5001ALS и Hitachi HDT725032VLA360 (по очереди):


WD5001ALS


Hitachi HDT725032VLA360


WD через 5 секунд (у Hitachi примерно то же), период уменьшился в сто раз

К сожалению, зарегистрировать первые пики, как они должны выглядеть, не очень получилось, а если это делать регистратором, то 100 сэмплов в секунду недостаточно, чтобы увидеть, что происходит. А происходит следующее — WD начинает высоамплитудными хаотичными импульсами, затем, в течение нескольких секунд, амплитуда тока на одном высоком уровне, из хаоса постепенно проступает быстро уменьшающийся период и к пяти секундам все заканчивается импульсным потреблением с эффективным значением, соответствующим ТТХ, период импульсов около20мкс.
Hitachi начинает серией импульсов, которые имеют гораздо большую длительность, быстрее увеличивает частоту и при некотором значении резко падает амплитуда, примерно до тех же значений, что и у WD и примерно с таким же периодом.

Что интересно, если оставить только один шунт в 1Ω, WD не запускается, а Hitachi – элементарно. Для точной оценки бросков тока нужно измерить сопротивление шунта и проводов вместе с переходным сопротивлением, но такой возможности пока нет.

При подключении SSD осциллограф даже не отреагировал.
На этом наш эксперимент с HDD закончим.

По любому каналу можно получить подробный отчет о параметрах периодического сигнала, вот как он выглядит для синусоиды 500Гц с параметрами генератора по умолчанию:


Отчет (динамический) о параметрах периодического сигнала

Форма генерируемых сигналов, помимо очевидных по пиктограммам синусоиды, прямоугольных и треугольных импульсов, может выбираться из библиотеки (которая легко расширяется):


Выбор из библиотеки форм импульсов

Вот как выглядит сигнал burst01 из библиотеки в редакторе формы импульсов:


burst01

По вопросу редактирования и создания форм сигналов в программе имеется подробная справка, все делается очень просто.

При этом для всех видов сигналов доступна точная подстройка:


Точная подстройка

Также имеется возможность настройки параметров генератора качающейся частоты, верхней частоты может достигать 1МГц (в параметрах не оговорена):


ГКЧ

Проверка функциональности - спектроанализатор

Анализатор спектра позволяет разложить сложный периодический сигнал (или нестационарный, ограниченный по временному интервалу) на сумму «одноголосных» синусоидальных гармонических колебаний. Разумеется, серьезные спектроанализаторы имеют широкое поле применения в исследовательской работе, в массе практических прикладных задач радиотехники, химии, медицины, военной разведки, криптографии и т.д. Если говорить о распознавании сигналов, то, если речь идет о десятке МГц, нужен, как минимум, 16 -битный АЦП, наш прибор для этого не годится. То же верно и для аудиотрактов, PCSGU250 вполне подходит по пропускной способности, но по разрядности опять не дотягивает. Однако, на что-то же он способен?

Можно определить, например, какими частотами загажено питание компьютера. Для этого подадим на вход осциллографа сигнал +5В с разъема MOLEX блока питания, постоянную составляющую на входе убираем, нажав кнопку «АС». Нужно также выбрать максимальную чувствительность по вертикали, так как амплитуда пульсаций блока питания, по крайней мере, под легкой нагрузкой, составляет около 30мВ. После этого жмем мышкой на кнопочку «Spectrum Analizer» и получаем спектральные линии сигнала. Выбираем для анализа достаточно широкий диапазон частот в 1.2МГц. На сигнал с максимальной амплитудой наводим маркеры для точного определения значений.


Спектр импульсного блока питания под импульсной нагрузкой

Горизонтальный синий пунктирный маркер показывает 73.44dB, имеется еще одна синяя линия, которая установлена на уровень 0dB. Она также может быть передвинута, и на экране будет показываться разница в dB между уровнями этих линий. Вертикальный маркер красного цвета показывает частоту 195.62КГц. На полученную точность до сотых внимания обращать не стоит, так как перемещение маркеров дискретное и привязано к разрешению экрана, шкале развертки и выбранному увеличению. При желании можно выяснить, что дает эти помехи — собственный инвертор БП, импульсные силовые схемы питания на материнской плате или платы расширения, но мы сейчас этим не будем заниматься.

Таким же образом можно определить текущую частоту в сети переменного тока (если только вы не в юрте посреди тундры), даже дистанционно, взявшись за щуп осциллографа пальцами и включив «Spectrum Analizer». Главная гармоника будет в районе 50Гц. В тундре, возможно, таким способом удастся определить частоту, на которой вещает радиостанция «Маяк» .

К сожалению, спектроанализатор PCSGU250 не пригоден для проверки высококачественного звукового тракта на вносимые искажения, так как достоверно узнать, какими гармониками обогатился спектр усилителя или звуковой карты, не получится — у современных аппаратов искажения и шум будут за пределами разрешающей способности анализатора.
Вот как выглядит спектр синусоидального сигнала 1КГц, сформированного генератором PCSGU250:


Спектр синусоидальных колебаний 1КГц встроенного генератора

Вторая и третья гармоники максимально заметны и находятся на уровне около -50dB, что типично для восьмибитного преобразования, уровень шумов (наводок, питания и ошибок квантования) около -55dB. Так что для аудиоаппаратуры без RMAA не обойтись. Да и RMAA далеко не панацея и не идеал. Хоть и используется боле высококачественное и многобитное преобразование с помощью современных аудиокарт, но область применения ограничена их специализацией и частотным звуковым диапазоном. Последствия дельта-сигма модуляции в виде выбросов в район 200КГц или самовозбуждение за пределами звукового диапазона останутся вне поля зрения таких измерителей.

Впрочем, искажения уровня около единицы процентов уже можно хорошо зафиксировать и с PCSGU250, что может пригодиться при анализе искажений акустических систем, проверки «модифицированного синуса» у блоков бесперебойного питания и прочих устройств с относительно высоким КНИ.

Вот как представлен спектр меандра 1КГц:


Спектр прямоугольных колебаний

Частокол из высокоамплитудных нечетных гармоник по плавной экспоненте спадает до уровня собственных шумов (это будет при частотах в районе нескольких МГц, в отличие, к примеру, от спектра треугольного сигнала, высшие гармоники которого затеряются на частотах в несколько сотен килогерц).

По крайней мере, одно полезное применение для этого спектроанализатора найдено — проверка качества цепей питания аппаратуры. С помощью несложного анализа можно, при необходимости, рассчитать параметры дополнительных фильтров, максимально устраняющих неслучайные импульсные помехи.

Да и некоторым аудиофилам, любящим скрутку из бескислородной меди толщиной в сварочный провод и с покрытием из чистого серебра, рассуждающим о влиянии проводов на звук, не мешает проверить по питанию, не работает ли в нестационарном режиме в радиусе пары сотен километров какая-нибудь военная РЛС.

Проверка функциональности — регистратор

В этом режиме два медленно изменяющихся сигнала, подаваемых на входы осциллографа, могут быть записаны в память или в файл в пределах одного экрана (по 4096 отсчетов на канал), или в файл «автоматического сохранения» (практически без ограничений), предварительно назначенный через опции меню «File». В последнем случае во время записи на экране под графиком показывается полный путь к файлу:


Идет запись полгерцевой синусоиды в файл

Впоследствии записанный файл можно загрузить и просмотреть визуально на экране.

Для максимально заявленной скорости регистрации 100 сэмплов в секунду уже пятигерцевая синусоида будет представляться как будто сделанная с четырехбитным квантованием. Частота в пол герца, как на приведенной выше иллюстрации, уже визуально хорошо восстанавливается. Впрочем, режим и предназначен для медленно меняющихся сигналов, к примеру, температуры, напряжения аккумулятора и т.д. Формат сохранения — текстовый, вот пример того, как выглядит такой файл:


Формат файла данных - текстовый

Уровень сигнала представляется целым положительным числом от 0 до 255, нулевой уровень сигнала соответствует числу 127, пересчет в вольты (а затем и в нужные смысловые единицы, если, например, снимается напряжение с терморезистора) происходит по масштабным параметрам, приведенным в начале файла.

Порядковый номер «N» 32-битный, то есть максимально хранимое число более четырех миллиардов, год записи со скоростью 100 отсчетов в секунду дает немногим более трех миллиардов отсчетов. Но можно записывать и со скоростью один отсчет в 20 секунд. Правда, использование такого прибора в качестве двухканального регистратора в течение даже нескольких суток вряд ли целесообразно, так как другие операции с ним будут недоступны, кроме того нужно ради этого все время держать компьютер включенным, что крайне энергонеэффективно. Для подобных целей существуют малогабаритные даталоггеры, зачастую размером с флэшку, работающие долгое время автономно и которые дня снятия данных подключаются к USB порту компьютера. Кроме того, более дешевое и функциональное решение можно достаточно легко собрать самостоятельно и практически на любом современном микроконтроллере.

Проверка функциональности — Bode plotter

Снимем АЧХ предварительного усилителя от NAD C355 BEE, который на моем рабочем столе коммутирует большинство аналоговых источников звука. Для этого нажимаем клавишу «Circuit analyzer», и получаем напоминание, что мы должны подсоединить выход генератора ко входу проверяемого устройства, а выход этого устройства — к первому входу осциллографа. Если интересует и ФЧХ, то дополнительно нужно соединить выход генератора и второй вход осциллографа, но это не обязательно. Вот как это выглядит:


Подготовка PCSGU250 к проверке АЧХ и ФЧХ аудиоаппаратуры

Так как нет по рукой кабеля BNC-to-BNC, пришлось задействовать все четыре переходника BNC-to-RCA и использовать для всех соединений кабели от аудиоаппаратуры.

Уровень входного сигнала устанавливаем 300мВ (rms), ручку регулировки громкости — на 12 часов, так как глубина регулировки тембра зависит от положения регулятора и, при коэффициенте передачи предварительного усилителя выше единицы, его АЧХ становится линейна и не зависит от положения регуляторов тембра.

После этого выбираем диапазон измерения по частоте, нам нужна верхняя граница 100КГц, стартовую частоту выбираем 10Гц. Так как проверяем диапазон и глубину регулировки темброблока NAD C355, то на одном графике надо будет совмещать несколько прогонов теста по всему диапазону. Для этого в меню «Options» надо активировать галочку у опции «Show Multiple Traces», заодно можно сменить и цвет для первого прохода. По умолчанию он черный, а мы выберем зеленый. Допускается выбрать пять разных цветов, но, если проходов будет больше пяти, то цвета будут повторяться. Нам хватит и трех — для выключенного темброблока (зеленый), с ручками тембра в максимальном положении (красный) и в минимальном (синий).

Нажимаем кнопку «Start» и через несколько секунд получаем первую AЧX и ФЧХ. Устанавливаем регуляторы тембра в максимум, нажимаем «Start» еще раз, затем снимаем AЧX и ФЧХ для минимального положения регуляторов тембра.


AЧX и ФЧХ предварительного усилителя NAD C355

Заявленный для NAD C355 диапазон частот 5Гц-70КГц на уровне -3dB соблюдается (правда, 5Гц нам не видно, но с большой долей вероятности это будет выдержано, к тому же, это и не настолько принципиально). Диапазон 20Гц-20КГц заявлен на уровне ±0.3dB, что тоже похоже на правду, чтобы в этом убедиться наверняка, достаточно выбрать вертикальное разрешение 5dB/V или 1dB/V.

Как и все прочие графики в программе, АЧХ, при желании, сохраняются в текстовом формате и позднее их всегда можно загрузить и просмотреть на экране монитора.

Ну и, напоследок, — проверка линейности АЧХ и ФЧХ предварительного усилителя NAD C355 в диапазоне до 1МГц:


Пропускная способность NAD C355 в диапазоне до 1МГц

При выбранном усилении полоса частот по уровню -3dB простирается до 290КГц, по уровню -6dB до 470КГц, а при 1МГц завал составляет -14.4dB. Хотя нет уверенности в том, что кабеля не вносят своей лепты в затухание сигнала на высоких частотах.

Кстати, после окончания теста, генератор остается включенным на последнем шаге по частоте, то есть, на 1МГц, что подтверждается и по развертке на осциллографе. Этот диапазон исключен из официально поддерживаемых генератором, так как, при фронтах меандра по 200нс, на этих частотах и прямоугольные, и треугольные импульсы превращаются в подобие синусоиды.

Таким образом, в режиме графопостроителя PCSGU250 обладает необходимой функциональностью для снятия АЧХ-ФЧХ и настройки разнообразных фильтров для аудио и различных усилительных устройств с полосой пропускания до 1МГц.


Резюме по PCSGU250

Подводя итог по работе PCSGU250, можно отметить, что прибор прекрасно подходит для обучения, продвинутого детского технического творчества, а также и моих скромных задач. Если вы ограничены в средствах, но требуется цифровой осциллограф для работы с сигналами до нескольких мегагерц, то это может быть и ваш выбор.

На сайте производителя предоставляется для скачивания DLL для разработки своих программных приложений с использованием PCSGU250.

Попробуйте также оценить подобные устройства от Pico-tech, примерно за аналогичные деньги и с похожими параметрами. По крайней мере, программное обеспечение там получше, все шкалы оцифрованы, графики масштабируются по размеру, и, помимо прочего, имеется готовая функция цифрового мультиметра и частотомера.


Инфракрасный термометр

Время от времени бывает нужно замерить температуру деталей или поверхностей в «труднодоступных» местах. Или температуру, которая высока (или низка) для типовых полупроводниковых датчиков, а установка термопар затруднена. Или монтаж датчиков занимает много времени, точек замера много и требуется получить результаты быстро. Выход — использовать мобильный дистанционный измеритель температуры в виде приемника ИК-излучения, которое и характеризует температуру предмета (с учетом отражающих свойств поверхности, «розы ветров» векторов излучения и ряда других факторов).

Существует множество вариантов инфракрасных измерителей температуры, от выполненных в формате авторучки до широкоэкранных тепловизоров. Опять используем принцип разумной целесообразности и выбираем прибор, исходя из бюджета примерно в $100. При этом требований не так много:

    -лазерная подсветка цели, так как необходимо точное позиционирование внутри системного блока или по поверхности;
    -«пистолетный» форм-фактор, так как, подержав в руках изделия нижней ценовой категории в форм-факторе авторучек и небольших брелков, становится понятно, что они неудобны для работы вообще и с компьютерными компонентами в частности;
    -максимально низкая измеряемая температура (основная масса ИК термометров измеряет до минус 20-30°С), для положительных температур должно быть не менее 200°С.


В итоге, вся мелкая мишура отсеивается на уровне $50-60, следующая ступень -бюджетные «пистолетные» измерители в диапазоне $100-130. Даже за такую цену есть и от Fluke. Но был выбран прибор DVM8861 от уже упоминавшейся бельгийской компании Velleman.

Причины три. Во-первых, цена немногим более $100. Во-вторых, измеряются отрицательные температуры до -50°С. В третьих, используются два лазерных луча, показывающих на поверхности размер пятна, которое будет захватываться оптикой и подаваться на ИК приемник.


Комплект поставки DVM8861

В комплект входит прибор, кобура для ношения на поясном ремне из кожзаменителя, инструкция и наклейки на восьми европейских языках с предупреждением о лазерной опасности. Стандартная 9В батарея включена в комплект.

Основные технические характеристики DVM8861:
Диапазон измерений: от -50°С до 550°С (можно измерять и в °F)
Точность в диапазоне от -50°С до 20°С ±2.5°С
Точность в диапазоне от 20°С до 300°С ±1% и ±1°С
Точность в диапазоне от 300°С до 550°С ±1.5°С
Спектральный диапазон 8...14мкм.
Время измерения не более 150мс.
Рабочая температура окружающей среды от 0°С до 50°С.
Питание — батарея 9В.
Размер: 146мм х 104мм х 43мм.
Масса с батареей 163г.


Вид на лазеры и ИК-приемник

«Боевая» часть представляет собой оптическую систему из полупрозрачного фильтра, за которым находится ИК приемник (возможно, и какая-то оптика, но снаружи этого не видно). Лазеры, располагающиеся по бокам в горизонтальной плоскости, по всей видимости, обходятся встроенной фокусирующей системой. Отношение D/S составляет 12:1, то есть, на каждые 12см дистанции (D), захватываемое пятно (S) увеличивается на 1см.
На расстоянии 15см размер пятна 12.5мм. Фокус каждого лазера находится на расстоянии 914мм. Длина волны лазера 630-670нм, мощность излучения не превышает 1мВт.


Экран с информацией и размер захватываемого пятна

Выше снимок в натуральную величину, поверхность (обратная матовая сторона зеркала), подсвеченная двумя лазерными лучами, находится примерно в тридцати сантиметрах. Включена подсветка дисплея. До тех пор, пока нажат курок, высвечивается текущая температура, в левом нижнем углу — максимум со времени нажатия. Внизу справа — коэффициент, характеризующий эмиссионные свойства поверхности, который вручную устанавливается перед измерением, в диапазоне от 0.10 до 1.00 с шагом 0.01. В приводимой в руководстве таблице для некоторых материалов указаны следующие значения для этого коэффициента:


ВеществоКоэффициент
Бетон0.94
Песок0.90
Вода 0.92...0.96
Лед0.96...0.98
Черная ткань0.98
Ткань0.90
Человеческая кожа0.98
Кожа0.95...1.0
Лак0.8...0.95
Оксид меди0.78
Оксид железа0.78...0.92
Бумага0.7...0.94
Пластик0.85...0.95



Оговаривается, что температура блестящих и полированных поверхностей может определяться неточно. Температура окружающей среды учитывается автоматически.

При проведении измерений можно установить лимиты по нижнему и (или) верхнему пределу измерений, в случае выхода за пределы будет выдано предупреждение.
Подсветку экрана и лазеры можно отключить. Включение автоматическое, по нажатию на спусковой крючок. После его отпускания аппарат автоматически выключается через семь секунд.

У меня нет опыта работы с другими типами подобных устройств, поэтому эта модель пока принимается за эталон, так как все, что нужно есть и работа полностью устраивает. Очень удобно, точно и быстро. Если требуется мобильность, то по оперативности получения информации нет никакого сравнения с термопарами и панелями типа Zalman MFC-2, к тому же MFC-2 регистрирует только от -9°С до 99°С.

Блок питания

Лет двадцать назад мысль о покупном блоке питания показалась бы кощунственной. Еще не канули в лету бесчисленные россыпи силовых трансформаторов, череда паяльников всегда была наготове, самые лучшие из них были выменены у представителей по доработке военной техники, приезжавших к нам регулярно, на спирт этиловый ректификованный ГОСТ 18300-72. Никаких сложностей не было и с элементной базой.

С тех пор ситуация с доступностью элементной базы стала еще лучше, но вот желания самостоятельно собирать подобные устройства, уже по-современному, с цифровой индикацией потребляемого тока и установленного напряжения, никак не появлялось. А такой блок питания все чаще требовался, по мере периодического возврата интереса к давно заброшенному радиолюбительскому хобби.

Конечно, имелись различные полуфабрикаты и остатки от безвременно ушедших электронных устройств, – мобилок, принтеров и т.д. Но требовался агрегат посерьезнее.

Меня вполне бы устроил двуполярный блок питания, с регулировкой выходного напряжения 0...±15В и током до 10А. Но цена на готовые изделия с подобными характеристиками превышала все разумные границы. Поэтому пришлось отбросить половину от двуполярности и половину по току, в итоге за $50 был приобретен блок питания ZHAOXIN PXN-1505D, с напряжением 0...15В при силе тока до 5А, с возможностью ограничить потребление тока на любом значении из этого диапазона, с цифровой индикацией выходного напряжения и тока.


ZHAOXIN PXN-1505D

В поставку входят три комплекта кабелей, в том числе и с миниатюрными зажимами для подсоединения к элементам электронной аппаратуры.

Напряжение поддерживается с точностью 0.01% ±2мВ.
Пульсации не превышают 1мВ RMS.
Восстановление после снятия перегрузки менее 100мкс.

Размер 125мм х 155мм х 205мм.
Масса — около 3кг.


Низкий уровень пульсаций - 0.47 милливольт эфф.

Пульсации, при токе около 1А, составляют меньше 500 микровольт. Судя по массе прибора и отсутствию выраженных спектральных линий (есть выбросы на 2.5 и 5.8МГц, которые никакого отношения к БП не имеют), преобразование переменного тока однократное. Компьютерные импульсные блоки питания и рядом не стояли.

И все бы хорошо, но есть одна недоработка и один неприятный момент.

Недоработка в том, что, хоть стабилизация и на высоком уровне, для точной установки выходного напряжения с точностью до сотых долей вольта потребуется внешний прецизионный вольтметр. Если ручкой точной настройки выставлять напряжение по шкале блока питания, то приходится засекать угол поворота, при котором происходят изменения последней значащей цифры десятых долей, и поворачивать «на глазок». Было бы логичнее сделать десятичную точку на индикаторе плавающей, что давало бы возможность при напряжении ниже 10 вольт видеть на индикаторе и десятые, и сотые доли вольта.

А неприятность - постоянно работающий на максимуме вытяжной вентилятор, размером 50мм, очень шумный. Без срыва гарантийного стикера произвести вскрытие корпуса не представляется возможным. Некоторое время придется смириться с неприятным акустическим эффектом.

Тем не менее, впечатление в целом положительное, безусловно, видеть одновременно и напряжение, и потребляемый ток, и именно таким образом, гораздо удобнее, чем с помощью двух мультиметров.

Микроконтроллеры

Если мы хотим получить максимальную гибкость при проведении измерений, то не обойтись без помощи микроконтроллера. Примеров таких устройств много, начиная от мышей и клавиатур. Сегодня труднее найти устройства, где их нет.
Компьютерным энтузиастам наверняка знаком и Zalman MFC2, который появился и у меня пару лет назад:




В этом ракурсе, видимо, он знаком меньше, тем не менее, это наглядный пример типичного использования микроконтроллера. В центре нижней платы квадратный 44-выводной корпус TQFP — это широко распространенный AТmega161, фактически целая микроЭВМ.
Устройство измеряет потребляемую мощность компьютера (напряжение с токового трансформатора и сигнал по напряжению приходят с выносного блока, подключенного к разъему белого цвета) и температуру по 4 каналам с четырех термопар (разъем черного цвета). Кроме того, устройство осуществляет раздельное управление оборотами 4-х компьютерных вентиляторов, один из которых может быть с PWM.

Вся информация отображается на газоразрядном цветном индикаторе. Устройство подкупает внешним видом и смотрится в отсеке 5.25 очень привлекательно.

Если к эргономике и интерьеру претензий нет, то мой экземпляр (а по многочисленным нелицеприятным отзывам, и не только мой) проявил себя не с лучшей стороны. Что касается измерения температуры и точности этих показаний, то тут никогда претензий не возникало. Другое дело — измеряемая потребляемая мощность из сети переменного тока. Для ее определения необходимы сигналы по току, напряжению и сдвигу фаз между ними. Бытовали различные точки зрения, что же на самом деле измеряет и показывает Zalman MFC2 и как он учитывает сдвиг фаз. Я даже собрал «стенд» из активных нагрузок, чтобы разобраться, но внезапно потребляемая мощность перестала индицироваться — стали гореть одни нули. Проверка разъемов, на которые были нарекания у некоторых пользователей из-за образования налета и ухудшения контакта (скорее всего, из-за хранения на складах в условиях повышенной влажности и большом перепаде температур), не выявила ничего подозрительного, полную разборку всех блоков делать не стал.
Более того, время от времени, при включении компьютера настройки вентиляторов сбрасывались и устройство начинало подавать громкий и неприятный акустический сигнал, особенно радующий ночью или ранним утром. А сброс контроля, чтобы прекратить сигнал тревоги, нужно делать последовательно для четырех каналов. Да и качество регулировки не впечатлило. Нестабильно.

Есть еще один существенный недостаток — малые углы вертикального обзора индикатора. Чтобы увидеть цифры, панель должна находиться на уровне глаз с отклонением ±15° по вертикали, иначе яркость всех сегментов, из которых состоят цифры, выравнивается и понять ничего нельзя.

Так Zalman MFC2 и простоял, как декоративная панель. При установке в другой корпус, на некоторое время индикатор мощности проснулся, но вскоре снова обнулился. Но интерес к нему уже пропал, хотя иногда он и используется как самостоятельное устройство для измерения температур.

Для измерения потребляемой мощности будет правильно использовать хороший блок бесперебойного питания. Но пока его нет, зато есть, как написано на коробке, прибор Energy Power Meter для «полупрофессионального» использования:


HQ Energy Power Meter

Конечно, термин «полупрфессиональность» - это из серии «немножко беременна». Профессионалы и стоят в 10-20 раз больше. Тем не менее, устройство позволяет измерять текущую потребляемую мощность от 5 до 3.68КВА, считать потребленную энергию, определять стоимость по двум программируемым по времени тарифам, подсчитывать общее время под нагрузкой. Кроме того, это еще и электронные часы. Разумеется, собрано все на микропроцессоре, внутрь встроен литиевый аккумулятор, так что пару недель после отключения из сети все настройки сохранятся. К примеру, если есть система охлаждения с элементами Пельтье, подключенными к интеллектуальному управлению подаваемой на него мощности, то можно посмотреть на энергоэффективность такого решения. Но можно себя и не расстраивать...

Но все же это уже «бытовуха», и применение ее в контексте полезности для компьютерных энтузиастов ограничено. Хотя для материала статьи был использован и другой бытовой прибор, электронные весы, чтобы узнать массу осциллографа, которая «на глаз» показалась чрезмерной для такого устройства.

При всей полезности подобных функционально законченных приборов, у них есть общий недостаток. Они запрограммированы на ограниченный круг задач и, как правило, изменить или доработать ничего нельзя.

Гораздо более гибки в этом плане микроконтроллерные «полуфабрикаты», выпускаемые многими производителями, представляющие из себя практически готовые устройства для встраивания в компьютерную систему или работающие автономно. У меня есть старая макет-плата под контроллеры PIC, но особого смысла рассматривать изделия с портом RS-232 нет, все современные решения могут оснащаться и более удобным и быстрым USB. Рассмотрим такой «полуфабрикат» на примере недавно приобретенного Arduino Duemilanove 2009, http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardDuemilanove , собранного на базе микроконтроллера Aтmega328P, работающего на тактовой частоте 16МГц:


Arduino Duemilanove 2009

Как следует из редко встречающейся надписи “Made in Italy” на обратной стороне PCB и самого названия, продукция итальянского производства.

Подобный конструктив применяется для изделий серии Arduino уже несколько лет, ранее вместо USB использовался интерфейс RS-232. Такое расположение разъемов позволяет собирать «многоэтажные стеки», подобно формату Pico-ITXe. Платы расширения изготавливаются производителем (сервоблок для управления шаговыми двигателями для устройств робототехники, BT-модуль, Ethernet-модуль и т.д.), также доступны по цене около $8-10 пустые макетные платы для сбора собственных устройств.

Связь по USB обеспечивает микросхема FT232RL, фактически эмулируя высокоскоростной COM-порт. Микросхема повсеместно применяется, поэтому Vista 64 без проблем через интернет самостоятельно находит и устанавливает драйвер, так что устройство практически сразу готово к работе.

К слову, микроконтроллер PIC18LF2450, установленный в PCSGU250, имеет встроенную поддержку USB и не требует для этого внешних микросхем.
Нет сомнения в том, что более новый и с лучшими параметрами микроконтроллер Aтmega328P превосходит ATmega161, примененного в Zalman MFC2. То есть, фактически все то, что измеряет Zalman MFC2 можно запрограммировать и с помощью Arduino Duemilanove 2009, более того, передать все данные для обработки на компьютер.

Но тут для большинства неподготовленных пользователей встает непреодолимое препятствие. С какого боку подступиться к программированию микроконтроллера, если знания о программировании крайне поверхностны? Конечно, было бы идеально знать аппаратную часть и ассемблер Aтmega, но компания Arduino максимально облегчила путь простым пользователям в этом направлении.

Так как комплект поставки Arduino Duemilanove 2009 включает только само устройство в полупрозрачном пакетике, то обо всех нюансах устройства необходимо узнавать на официальном сайте и форуме компании. Это требует некоторого знания английского языка, но не знать английский язык хотя бы в минимальном техническом объеме и интересоваться микроконтроллерами — вещи несовместимые.

С официального сайта скачиваем программу Arduino, выбираем в опциях свой тип микроконтроллера и можно приступать к работе. Программа пишется на С, но на до предела упрощенном диалекте, фактически на псевдокоде! Никакого ассемблера, если вы знакомы с основами программирования, то использовать микроконтроллер никакого труда не составит. Программа представляет собой IDE, позволяющую не только выполнять и отлаживать программу, но и одним нажатием кнопки загружать в микроконтроллер, и он сразу будет ее выполнять. В программе имеется множество примеров использования, практически на все случаи жизни, и, кроме того, развитый форум.

Для примера, за 20 секунд из Arduino Duemilanove 2009 делается собственный осциллограф, конечно, это прототип, но тем не менее. С генератора PCSGU250 подаем на него прямоугольные импульсы и получаем картинку:




Микроконтроллер имеет встроенный интерфейс SPI, что позволяет подключать к нему напрямую различные устройства, например, SD-карты. Вместе с батарейным блоком питания фактически получаем многоканальный даталоггер с огромным временем автономной работы.

Фактически, тема неисчерпаема, если будет интерес, то можно создать эту тему и пообщаться поподробнее. В Петербурге и Москве эти устройства продаются (где-то 1100 рублей по прайсу), на сайте производителя — 22 евро. Но уже доступна еще более продвинутая версия (но и вдвое дорогая), Arduino Mega:





Чего не хватает в домашней лаборатории?

Разумеется, потребности у всех разные, и никто бы не отказался иметь все вышеперечисленное, но классом повыше. Все упирается в решаемые задачи и выделенный бюджет. Поэтому ниже будет только несколько слов о том, что бы автор добавил к уже имеющемуся оборудованию.

Во-первых, это был бы миллиомметр. Тестеры бытового уровня непригодны для измерения малых сопротивлений, а тем более переходных сопротивлений контактов. Эти измерения, в общем смысле, требуются при монтаже электрических цепей, а в практическом приложении, например, для проверки качества акустических систем и усилителей мощности, подбору шунтов и т.д. Но цена цифровых миллиомметров просто отпугивает, а приобретать мост нет желания. Но, по крайней мере, прецизионные шунты можно приобрести по разумной цене.

Во вторых, хороший ИБП с замером параметров состояния электрической сети и потребляемой мощности. В принципе, более он бы пригодился не как измеритель, а просто для питания нормальным синусом аудиоаппаратуры. Но мой настольный Hi-Fi комплект, стоимостью более $2000, еще не выходит на тот уровень, когда это начинает заметно сказываться, нужен класс аппаратуры повыше.

В третьих, измеритель RLC, в плане измерения индуктивности. Сопротивление и емкость худо-бедно замерит тестер. В принципе, при наличии генератора и вольтметра (или осциллографа), индуктивность можно определить и косвенным методом. Имеются в виду, в первую очередь катушки кроссоверов и дроссели импульсных (рабочей частотой несколько сот КГц) устройств. Поэтому вопрос не очень актуален. Если катушки изготовляются самостоятельно, то существуют и программы, позволяющие рассчитать нужное число витков. В эту же группу можно отнести и частотомер, который также в простейших случаях может заменить осциллограф.


В последнюю группу входят приборы, которые несколько раз уже почти решился приобрести, но в последнюю минуту что-то этому мешало. Например, шумомер. Как правило, они измеряют от 30dBA, но более-менее приличные стоят от сотни долларов. Этот интерес появился в целях измерения шума системных блоков и различных вентиляторов.

Также несколько попыток было приобрести, для измерения АЧХ акустических систем, недорогой измерительный микрофон, который стоит в районе $80-100. Однако, особого смысла в нем тоже нет, имея в виду, что измерения в неподготовленной комнате будут разительно отличаться от измерений в безэховой камере. Если конечно, измерять традиционным способом, непрерывно розовым шумом или ГКЧ. А ведь можно и полуволновыми импульсами с длинными паузами, засекая максимум отдачи за время, пока отраженные звуковые волны не докатились
до микрофона, максимально удаленного от стен и мебели. Таким образом, в комнате площадью более 30 кв.метров, можно получить правильную АЧХ от верхних частот до нижней границы в 70-80 Гц. Но это уже отдельная тема. Впрочем, в хозяйстве имеется пара микрофонных усилителей и пяток электретников (и даже один советский электретный микрофон, с балансным выходом, у которого заряд уже испарился).


Заключение

Техническое творчество — увлекательное и полезное занятие. И если ваш компьютер не песочница (в том смысле, что дошколята любят играть в песочнице, пионеры и юноши — на компьютере, что, по сути, одно и то же), то для более углубленного изучения происходящих процессов при эксплуатации, ремонте, настройке и разгоне вашего компьютера (и других электронных изделий) и для проверки работоспособности самостоятельно изготовленных узлов потребуется определенный набор измерительных устройств. Не так часто можно увидеть не то, что обзоры, но даже их внешний вид и описание, не говоря уже о внутреннем устройстве. Поэтому, я привел описание того, что в настоящее время находится у меня под рукой, надеясь, что это кому-нибудь будет полезно. И сам бы с интересом ознакомился с детальным описанием приборов других производителей.

Обсудить мою лабораторию и задать вопросы по ее использованию можно тут .

15 апреля 2009 года
zauropod, специально для www.overclockers.ru
Оценитe материал

Возможно вас заинтересует

Популярные новости

Сейчас обсуждают