Dnes si všechno již obvykle kupujeme hotové, smontované přímo v obchodech a prostě to jen zapojíme do zásuvky či vložíme baterie a přístroj prostě používáme. Není to však dlouho, kdy platilo „Co si člověk sám neudělám, tak to nemá“. Když si člověk sám cokoliv vyrobí, vytvoří či postaví, hned má k tomu jaksi jiný vztah a jinak se k tomu chová. To samé platí i elektronických zařízeních. Ještě před cca 20 lety si mnoho amatérských elektroniků většinu zařízení stavělo samo podle publikovaných návodů a schémat zapojení. Možná i proto se stále ještě tato „tradice“ v ČR udržuje. Proto taky v nabídkách obchodů s elektronikou stále ještě najdete i dost široké spektrum tzv. elektronických stavebnic, které jsou určeny pro ty, kteří nechtějí ztrácet čas s vlastním návrhem desky plošných spojů či zapojení, nebo to neumí v takové míře, aby si na to troufli, ale přesto si chtějí něco sami postavit, co bude fungovat.

A to včetně i takové složité věci, jako je kvalitní osciloskop. Takovou jednu stavebnici totiž najdete již mnoho let v nabídce německé společnosti Velleman (www.velleman.eu/products/view/?id=348712), potažmo v nabídce obchodu GM electronic (www.gme.cz/stavebnice-meridel-elektrickych-velicin/f-kv8031-p765-379). Jde o jednokanálový PC osciloskop s označením PCS100 / K8031 s frekvenčním rozsahem do 12 MHz a vzorkovací frekvencí 32 MS/s (miliónu vzorků za sekundu). A vzhledem k tomu, že aktuální prodejní cena je necelé 3000,- Kč, nemusíte jen být fanda do stavebnic, ale prostě jen potřebujete osciloskop za levný peníz a máte čas si cca jeden až dva dny hrát s pájkou, cínem, štípacími kleštičkami, malým a velkým plochým šroubováčkem a počítačem. Nic víc totiž ke stavbě nepotřebujete.

Já osobně si stavebnici koupil a osciloskop podle přiloženého návodu úspěšně sestavil a zprovoznil, takže můžu na vlastní kůži říct, že to není složitého ani pro málo zkušené elektroniky amatéry a výsledek je velmi dobrý (pro mě až překvapující).

PC Digital Scope Velleman PCS100/K8031

Stavebnice jednokanálového osciloskopu Velleman PCS100 / K8031 vlastně představuje sestavení analogově-digitálního rozhraní k PC, se kterým pak po paralelním portu komunikuje s PC a v něm běžícím softwaru, který je přiložen ke stavebnici v podobě CD. Navíc nejnovější verzi si lze najít a bezplatně stáhnout na stránkách společnosti Velleman. Bohužel starší původ konstrukce (více jak 6 let zpět) má výsledek v použití klasického paralelního portu pro komunikaci s PC, což je v současné době ta nejhorší varianta. Osciloskop je totiž možné připojit jen ke „klasickému velkému počítači“ a s notebookem skoro nemáte nárok. Převodníků na paralelní port pro notebooky, se kterými by to fungovalo (simulovaly by přímo správnou adresu LPT portu např.  378), je opravdu jako šafránu...

Sestavený PC Digital Scope Velleman PCS100 / K8031 se sondou Velleman Probe60S.

Osciloskop ve spojení s PC tak poskytuje měření ve frekvenčním rozsahu 0 až 12 MHz a pro napětí na klasickém vstupním BNC konektoru 0 až 30 V převáděné A/D převodníkem na 8bitový datový signál. Pro signály s větší amplitudou je nutné použít sondu poskytující zapnutí atenuátoru (útlumu). Dále je přítomen výstup s referenčním obdélníkovým napětím pro doladění a testování funkce osciloskopu. Napájení se provádí z externího stejnosměrného napájecího zdroje 9 VDC. To je pro většinu amatérských elektroniků, pro které je stavebnice tedy asi hlavně určena, více než dostačující. Navíc dobře vytvořený a vypadající PC software, který realizuje jak vlastní komunikace s externím hardwarem, tak zobrazovací a ovládací rozhraní, neobsahuje jen okno klasického časového zobrazení průběhu napětí signálu v čase, ale i okno spektrálního analyzátoru a dokonce i záznamníku přechodových jevů. Tedy 3 věci v jednom a již dopředu mohu říct, že všechny pracují dost kvalitně.

Detaily vstupu s BNC konektorem (jeden kanál) na čelní straně a propojovací paralelní konektor s napájecím konektorem.  

Jako poznámku zde ještě uvedu, je podobný osciloskop, ale ve dvoukanálové podobě, se prodává např. opět V GM electronic v již sestaveném provedení, ale za dvojnásobnou cenu.

Základní parametry osciloskopu Velleman PSC100/K8031:

• stavebnice: digitální osciloskop, jeden kanál
• vst. imp. 1 Mohm / 30 pF
• frekvenční rozsah +/-3dB: 0 - 12 MHz
• vertikální rozlišení: 8 bitů
• připojení k PC: opticky izolovaný paralelní port
• časová základna: 0,1 mikrosekund až 100ms / dílek
• napájení: 9 - 10 VDC / 500mA
• rozměry: 230 x 165 x 45mm

Stavebnice osciloskopu

Po zakoupení stavebnice se Vám do rukou dostane nepříliš velká krabice, která obsahuje jak perfektně připravenou a označenou desku plošných spojů a krabičku se všemi potřebnými součástkami konektory (včetně naprogramovaného MCU, které jádrem hardwarové části), tak i kompletní krabičku (pouzdro) osciloskopu, CD se softwarem, datasheety apod. a hlavně velmi přesný tištěný návod. Ten je klíčový, pokud chcete bez velkého přemýšlení úspěšně a bez problémů montáž provést a zařízení zprovoznit.

Zatímco u stavebnice za pár stovek asi s klidným svědomím můžete různě při sestavování experimentovat, u stavebnice za 3 tisíce, už většina uživatelů chce, aby to nakonec doopravdy správně fungovalo. Pokud se tedy budete přesně držet postupu v návodu a někdy jste již něco sami pájeli, tak je kvalitní výsledek skoro zaručen. To můžu říct na vlastní kůži. Přestože já osobně nikdy nebyl moc manuálně zručný a vybaven jen klasickou pistolovou páječkou a jednoduchou mikropájkou za pár stovek korun, při důsledném postupování dle přesnému návodu nakonec hned vše na první pokus a spuštění fungovalo, jak mělo. Stavby se při troše trpělivosti a pečlivosti není nutné vůbec bát.

Sestavený osciloskop Velleman PCS100 / K8031 uvnitř.

Seřízení sestaveného osciloskopu

Po kompletním osazení desky plošných spojů a usazení do krabičky se celé zařízení nechá odkrytovné, připojí se k PC, zapne se měřící software a vstup se připojí na výstup referenčního obdélníkového signálu. Poté se dle postupu, též uvedené v manuálu, a potenciometrů a proměnných kondenzátorů R1/R2 a C1/C2 provede seřízení osciloskopu z pohledu linearity, zesílení a impedance.

Poté již stačí správně umístit stínicí hliníkovou fólii nad vstupními obvody a osciloskop zakrytovat. A vše je hotovo.

Seřizování osciloskopu se provádí dvěma potenciometry RV1 a RV2 a proměnnými kondenzátory CV1 a CV2.

Test zprovozněného osciloskopu

Zkompletovaný a dle návodu co nejlépe seřízený osciloskop jsem následně podrobil otestování připojením na funkční generátor. Jako měřící sondu jsem použil typ PROBE60S též od firmy Velleman, kterou jsem měl připojenou i při seřizování osciloskopu. Tuto sondu jsem musel zvlášť odkoupit, protože ve stavebnici žádná přiložená není. Stejnou sondu pak najdete například i ve výbavě kapesního osciloskopu Velleman HPS140, který jsem otestoval a Vám představil nedávno – viz článek http://automatizace.hw.cz/mereni-a-regulace/test-levny-prirucni-osciloskop-velleman-hps140.html.

Úvodní obrazovka řídícího a zobrazovacího PC software osciloskopu PCS100

Obrazovky základních informací (vlevo) a  nastavení provozu (vpravo) - zda má software běžet s připojením na hardware osciloskopu (K8031) či v pouze simulačním DEMO režimu bez hardwaru, adresu LPT portu a rychlost komunikace.

Zobrazení časového průběhu signálů

Nejdříve jsem si v měřícím softwaru, mimochodem u mě běžící na Windows XP SP3 (na Vistách ani Win7 jsem jej zatím nezkoušel), zapnul klasické okno osciloskopu, tedy zobrazení průběhu napětí v čase.

V tomto režimu je možné provozovat všechna běžná ovládání a nastavení jako u jakéhokoliv jiného osciloskopu. Tedy měnit rozlišení zobrazení napětí v rozsahu 10 mV až 3 V / dílek, rozlišení času 20 ms až 2000 s / dílek, zapnout či vypnout spouštění trigger a měnit úroveň napětí spouštění, posouvat signál v ose X i Y, tedy v čase i napětí. Zobrazení průběhu lze spustit jednorázově (tlačítko „Single“ či kontinuální (tlačítko „Run“). Osciloskop pak automaticky do pamětí (do paměti PC) zaznamenává časový průběh v délce až 4079 vzorků.

V reálném čase zobrazený průběh sinového signálu o frekvenci 9,7 kHz (vlevo) a TTL obdélníku s frekvencí 700 Hz (vpravo).

Samozřejmostí pro každý digitální osciloskop je dnes i vyvolání posuvných značek pro přesné odměření napětí a času průběhu. Z časové periody pak software již rovnou vypočítá frekvenci. Také lze vyvolat výpočet TrueRMS hodnoty napětí (Vrms) počítanou z průběhu v reálném čase. Hodnoty hodnot či obrázek průběhu pak lze uložit na disk počítače.

Aktuálně zobrazený průběh lze i uložit v podobě bitmapy (soubor .bmp) či uložit do souboru .txt posloupnost vzorků signálu, což se velmi hodí například pro další sofistikovanější zpracování signálu ve specializovaných softwarech typu MATLAB.

Na vstup osciloskopu jsem zatím přiváděl jen základní sinusový signál, trojúhelníkový průběh či obdélníkový TTL signál v rozsahu 1 Hz až 500 kHz. Při správném seřízení osciloskopu je zobrazení průběhů plně bezproblémové a zobrazená amplituda i perioda dostatečně přesně odpovídá realitě. Ovládání myší v PC je jednoduché a pohotové a prakticky shodné s tím, co již znáte z jiných osciloskopů, takže člověk nijak netápe. V praxi možná může trošku limitovat dost nízké napěťové rozlišení jen max. 3 V / dílek, takže pro větší signály prostě musíte použít sondu s možností zapnutí útlumu.

Ukázky automatického měření a zobrazování parametrů a odměřování signálů v reálném čase.

Spektrální analyzátor

V tomto režimu je možné provozovat základní možnosti spektrálních analyzátorů, tedy zobrazovat a měřit v reálném čase frekvenční spektrum signálu ve lineárním i logaritmickém měřítku ve frekvenčním rozsahu 0 ... 400 Hz až 16 MHz. K dispozici je zoom funkce a možnost volby okna FFT transformace. Také zde je možné vyvolat posuvné značky (markers) pro přesné zjištění hodnoty frekvence a amplitudy.

Volba použití odměřovacích značek (vlevo) a odměření frekvence a amplitudy sinového signálu 250 kHz z generátoru signál (vpravo) - mimochodem je patrné, že mi generátor s možností nastavení frekvence po 1 Hz pracuje dobře...

Spektrální analyzátor sice nepracuje jako specializované hardwarové měřící přístroje, ale to se u tohoto provedení dalo celkem očekávat. Zvláště v případě spektra je nízké napěťové i časové / frekvenční rozlišení pro výpočet FFT transformace dost významné a výsledný zobrazený průběh je tedy někdy dost "kostrbatý". Při správném nastavení frekvenčního rozsahu je sice rozlišení jednotlivých frekvencí spekra základních periodických signálů dostačující, ale na složitější signály to již vhodné moc není. Prostě mezi sebou jednotlivé frekvenční složky již obtížněji rozeznáte. To ale myslím základní uživatele až tak trápit nebude.

V reálném čase zobrazené frekvenční spektrum signálů o frekvenci 9,7 kHz - sinus (vlevo), trojúhelník (vpravo).

Záznamník přechodových dějů

V tomto režimu je možné provozovat záznam pomalých přechodných dějů v časovém měřítku 20 ms až 2000 s / dílek, přičemž lze zaznamenat signál v délce až 9,4 hodiny. I zde je k dispozici přesné měření bodů průběhu pomocí pohyblivých značek, funkce přiblížení či automatického ukládání hodnot či obrázek průběhu na disk počítače.

Záznamník jsem zkoušel na různé signály. Vzhledem k nejmenšímu časovému měřítku 20 ms/dílek je však hlavně vhodný pro pomalé děje typu záznamu nabíjení RC článku či například testování průběhu analogových výstupů snímačů. Pro sledování rychlých náběžných a sestupných hran a překmitů pulsů to již vhodné moc není. Ve výsledku tak tato funkce není vůbec špatná, pokud znáte její omezení a prostě ji použijete jen pro pomalé a středně rychlé změny a průběhy, může to být velmi velmi užitečné.

Závěrem…

Na závěr na adresu stavebnice osciloskopu Velleman /CS100 / K8031 prostě opět musím říct, že jako základní měřící zařízení pomalých a středně rychlých signálů je to dost schopný přístroj. Samozřejmě za cenu cca 3000,- Kč a ruční stavby nelze očekávat žádné špičkové výkony. Takový osciloskop prostě pro měření potřebuje trošku jinou konstrukci jak v oblasti desky plošných spojů a typů použitých součástek, tak napájení a i provedení skříně. Na druhou stranu tato stavebnice jasně ukazuje, že ani takový přístroj, nemusí být v základní konfiguraci složitý ani náročný na výrobu. Dle mého názoru je tato stavebnice osciloskopu velmi vhodná pro amatérské elektroniky či jako základní měřící přístroj techniků pomůže i v menších firmách. Zvláště teď, když se hlídá každá vydaná koruna. Z pohledu elektrotechnika je vždy lepší mít i nějaký levný osciloskop než žádný...

DOWNLOAD & Odkazy

• Stránky výrobce, německé společnosti Velleman Instruments - www.velleman.eu
• Přímý odkaz na stránku o osciloskopu PCS100 / K8031 - www.velleman.eu/products/view/?id=345957
• Výkonnější dvoukanálové provedení PCS500A - www.velleman.eu/products/view/?id=345333
• Stavebnici lze například v ČR koupit v e-shopu GM electronic - www.gme.cz/stavebnice-meridel-elektrickych-velicin/f-kv8031-p765-379
• Článek o jednoduchém PC osciloskopu ze zvukové karty - http://automatizace.hw.cz/test-softwarovy-osciloskop-ze-zvukovky-pc
• Článek "2-kanálový, digitální, paměťový USB osciloskop" - http://automatizace.hw.cz/2kanalovy-digitalni-pametovy-usb-osciloskop
• Další články a testy o snímačích, PLC, komponentech nejen pro průmyslové aplikace najdete na stránkách serveru automatizace.HW.cz