Jak pro amatéra, tak i pro malé české výrobní společnosti může být vydání mnoha i desítek tisíc korun za měřící techniku velmi citelné zatížení rozpočtu. Naštěstí existují i velmi rozumná řešení, která nepřestavují větší investice než základní počítač a přitom pro většinu běžných měření velmi dobře vyhoví a dokonce některými svými vlastnostmi předčí ne moc starý stolní osciloskop, který tehdy stál i mnoho desítek tisíc korun.

Úvodní popis PicoScope 2204

Tak zvaný PicoScope představuje řadu kompaktních měřících přístrojů vytvářející externí zapouzdřené měřící rozhraní pro běžný osobní i průmyslový počítač (PC). Konkrétně v případě typu PicoScope 2000 v sobě současně obsahují jak funkci klasického dvoukanálového osciloskopu, tedy zobrazení průběhů signálů v čase, tak i funkci jednoduchého spektrálního analyzátoru, tedy zobrazení zastoupení frekvencí (frekvenčních složek) v analyzovaném signálu a jednoduchého logického analyzátoru / dataloggeru pro sledování průběhu dvoustavových (binárních, logických) signálů v čase. Konkrétně v mém případě u typu PicoScope 2204 jde o kombinaci osciloskopu s šířkou pásma 100 MHz a vzorkovací frekvencí až 2 GS/s, spektrálního analyzátoru 100 MHz. 

Navíc k tomu všemu má ještě integrovaný univerzální generátor signálů, který sice poskytuje frekvenční rozsah jen do 100 kHz, ale jeho kladné body jsou v možnosti nejen generování základních signálů sinus, trojúhelník, obdélník, rampa a možnost jejich frekvenčního rozmítání (plynulého automatického přelaďování), ale i možnost vytvoření si prakticky libovolného průběhu periody signálů v grafickém editoru.

Musíte uznat, že PicoScope 2204 toho dokáže opravdu hodně a prakticky v jedné krabičce napojené přes klasický USB konektor na PC má každý vývojový, testovací i servisní technik kompletní základní měřící laboratoř dostačující pro měření a ladění mnoha běžných elektrických a elektronických přístrojů a zařízení. Samozřejmě pro vysokofrekvenční techniku či velmi přesná měření je potřeba použít zařízení zcela jiné úrovně a kvality, ale tyto úkony běžný amatér či servisní technik většinou neprovádí. Navíc napájení 5VDC přes samotné USB rozhraní a rozměry pouze 100x150x37 mm je ideální právě pro použití při "polních" servisních pracích, kdy společně s notebookem dostanete plně přenosnou měřící stanici.

Samotná "krabička" PicoScope 2204 je však k ničemu bez připojení na počítač s nainstalovaným USB driverem a měřícím / ovládacím softwarem. Konkrétně na CD-ROMu přiloženém v dodané krabici je mimo kompletní pdf dokumentace a návodů přítomen i kompletní software pro OS Windows s názvem PicoScope 6.0, který realizuje ono uživatelské rozhraní se všemi funkcemi a vlastnostmi, na jaké jste zvyklí u každého osciloskopu, plus mnoho dalších možností navíc vyplývající z použití PC. Tedy možnost snadného ukládání čí kopírování zobrazených / naměřených průběhů nejen ve formě obrazu, ale i ve formě souboru posloupnosti hodnot amplitudy v textové TXT souboru či ve formě souboru pro EXCEL či dokonce program MATLAB. Mimo je možné data zpracovávat i v prostředí NI LabView či prostřednictvím API driveru "ps2000a.dll", který pracuje v součinnosti se standardním driverem "WinUsb.sys", si mohou programátoři klidně sami vytvořit vlastní ovládací rozhraní či vizualizaci v jazyce C, nebo zakomponovat PicoScope do nějakého komplexnějšího měřícího systému či aplikace.

Základní parametry zařízení PicoScope 2204:

• Název: PC Oscilloscope PicoScope 2204.
• Popis: signály měřící a generující jednotka / rozhraní pro PC.
• Připojení k PC: USB port 2.0.
• Ovládání z PC přes:
  • software PicoScope 6.0 pro OS Windows XP, Vista, Win7,
  • vlastní program nebo aplikaci přes API driver "ps2000a.dll",
  • ze softwaru NI LabView.
• Počet kanálů: 2 měřící + 1 generátor signálů.
• Vertikální rozlišení (amplitudy): 8 bitů.
• Šířka pásma: 10 MHz (měření osciloskop), 100 kHz (generátor signálů).<
• Maximální vzorkovací frekvence vstupů:
  • v reálném čase: 100 MS/s (jeden kanál), 50 MS/s (dva kanály),
  • u periodických signálů: až 2 GS/s.
• Integrovaný buffer (paměť): 8000 vzorků (sdílený oběma kanály).
• Rozlišení času (časová základna):
  • rozsahy: 2 ns/dílek (ETS) nebo 50 ns/dílek (v reálném čase) až 200 s/dílek,
  • přesnost ±100 ppm.
• Měřící vstupy:
  • konektory: BNC,
  • vstupní odpor / kapacita: 1 Mohmů / max. 20 pF,
  • napěťové rozsahy: +/- 50 mV až +/- 20 V,
  • přesnost měření: 3% rozsahu,
  • šum: 1 LSB na rozsahu 1 V,
  • dynamický rozsah: 48 dB,
  • ochrana proti přetížení: +/- 100 V.
• Generátor - výstup:
  • konektor: BNC,
  • výstupní odpor: 600 ohmů,
  • rozsah napětí: +/- 125 mV až +/- 2 V,
  • počet vzorků periody: 4 096 vzorků,
  • průběhy: sinus, obdélník, trojúhelník, rampa, libovolně nadefinovaný průběh,
  • možnost rozmítání.
• Napájení: 5 VDC z USB portu.
• Provozní teplota: 0 až 45 °C.
• Provozní vlhkost: 5 až 95% RH.
• Rozměry pouzdra: 100 x 150 x 37 mm.
• Materiál pouzdra: plast
• Hmotnost: 210 g

Základní zprovoznění PicoScope 2204

Samotné základní "uvedení do provozu" zařízení PicoScope 2204 pod OS Windows je jednoduché a bezproblémové. Prostě stačí před prvním připojením externí "krabičky" přes USB port nainstalovat hlavní a zároveň základní software PicoScope 6. S ním se nainstaluje vše potřebné i pro připojení a navázání komunikace s externí jednotkou PicoScope, tedy včetně příslušných ovladačů. Instalaci lze snadno spustit vložením CD do mechaniky, kdy by mělo automaticky najet prostředí pro pohyb na CD vyrobené pro Adobe Flash Player. Zde pak můžete mimo jiného snadno v menu zvolit možnost stažení příslušných pdf manuálů a návodů k dané externí jednotce PicoScope podle zadání konkrétního typu (v mém případě tedy PicoScope2204). Výrobce totiž vyrábí mnoho dalších řad a typů, jednodušších jednokanálových či naopak i vyspělejších provedení s větším frekvenčním rozsahem přesností atd. Dále v sekci "Install Software" lze pak spustit instalaci zmíněného základního programu PicoScope 6 a PicoLog, což je přídavný software pro funkci dataloggeru (o něm více pak v dalším díle testu) nebo i dalších aplikací, jako demo verzi umožňující simulovat funkci měření i bez USB připojení samotné externí jednotky či stažení tzv. SDK (Software Development Kit) obsahující drivery pro OS Windows i OS Linux, a podpůrné prostředky pro napojení na LabView atd.

Instalační menu, které se automaticky spustí po vložení přibaleného CD do mechaniky. Vpravo je pak instalační menu, kde pro potřeby zařízení PicoScope je nutné nainstalovat PicoScope 6 a v případě potřeby pak i PicoLog.

Samotný proces instalace základního programu PicoScope 6.0 v OS Windows XP, Vista, Win 7 je klasicky jednoduchý klikací proces, pouze s nutností v průběhu instalace vybrat z rolovacího seznamu správný typ externí jednotky (v mém případě tedy PicoScope2204). Program PicoScope je sice univerzální pro všechny typy, ale drivery samozřejmě již nejsou. Instalace je velmi rychlá.

Následně se na ploše objeví ikona "PicoScope 6" a je možné připojit externí jednotku přes USB k PC. O fyzickém připojení a přítomnosti napájení z USB informuje svítící / poblikávající červená LED dioda a po chvilce se v PC i načtou předtím nainstalované drivery. Vše automaticky a bez žádných problémových hlášení. Pak již stačí jen spustit přes ikonu PC software PicoScope, kde se následně hned na monitoru objeví hlavní a zároveň základní zobrazení s aktuálním průběhem signálů na měřícím vstupu kanálu A v ideálních měřítkách amplitudy a času nastavených automaticky dle velikosti signálu na vstupu.

Po spuštění programu PicoScope 6 se hned zobrazí základní / hlavní okno s aktuálním průběhem signálu na kanálu A. Zobrazení kanálu B je teď vypnuté a případně je nutné jej zapnout.

Tedy osciloskop měří. Samozřejmě je nutné pro nakontaktování na měřený objekt na BNC konektory vstupu připojit měřící sondy, které sice nejsou přímo součástí dodávky PicoScope, což vzhledem k ceně cca 5000,- Kč se dá pochopit, ale je možné si je přiobjednat a pak je dostat společně se zařízením. Konkrétně já si přiobjednal dodávku 2 sad 60 MHz sond za celkovou cenu necelých 1000,- Kč.

Sadu dvou měřících sond lze přiobjednat k osciloskopu PicoScope jako doplněk již od cca 900,- Kč za celou sadu.

Základní provoz měření - osciloskop

Pro základní měření se využívá již výše zmíněné základní / hlavní okno programu PicoScope, které se automaticky otevře po spuštění programu. Při prvním "najetí" se standardně zobrazí jen signál A kanálu, přičemž zobrazení / měření B kanálu je vypnuto. To se indikuje v hned prvním "ovládacím" řádku hned nad zobrazovací plochou, kde zeleně je zobrazeno nastavení A kanálu a vedle je červeně naznačeno, že B kanál je vypnutý. Ten lze ale snadno zapnout přenastavením právě položky "Vypnuto" na "Zapnuto". Pak se současně do společného vykreslovacího souřadnicového systému vykreslují oba kanály.

Standardně je modrý průběh kanálu A a červený kanálu B, ale samozřejmě to lze přenastavit na jiné barvy. U každého kanálu lze pak samozřejmě nastavit vlastní měřítko amplitudy V/dílek (osy Y), zatímco časová osa X je společná. U té lze také samozřejmě libovolně nastavit měřítko času na dílek. Pokud se Vám povede se v nastavování měřítek "zamotat" a nemůžete se rychle zorientovat, dá se říct vždy vše zachrání ikona "blesku" přítomná hned vedle položek nastavení kanálu A, která spustí automatickou volbu ideálních měřítek dle velikosti a průběhu signálů. Mimo to ještě je k dispozici režim "Zoom", kdy nehýbete se samotným nastavením os, ale v menším okně se Vám zobrazí celý průběh signálu a indikací pozice detailního výřezu aktuálně zobrazeného v hlavním velkém okně. S indikací pozice detailu v malém okně lze myší hýbat, přesouvat ho, čímž snadno vybrat právě tu oblast, která je na celkovém průběhu signálu zajímavá. Najetím myší na libovolné místo signálu lze zobrazit přímo hodnoty daného místa průběhu.

Měřítko amplitudy jednoho i obou kanálů A a B lze nastavit odlišně a buď automaticky pro optimální zobrazení nebo ručně výběrem možných rozsahů ze seznamu (obrázek vlevo). Jako na správném osciloskopu lze zobrazení obou kanálů vzájemně posouvat nebo pro zobrazení větších detailů lze použít funkce lupy "Zoom" (obrázek vpravo).

Samozřejmostí u osciloskopů je možnost vypnout / zapnout režim spouštění (trigger) na náběžnou či sestupnou hranu signálu a definovat amplitudovou úroveň. To lze pro každý kanál nastavit zvlášť. Také nechybí možnost pouze kanálů A/B na osách X/Y bez časové složky, např. kanál na ose Y a kanál B na ose X a tak například zobrazit známé lissajousovy obrazce, které dostaneme při skládání dvou navzájem kolmých kmitů a kde podíl frekvencí je určující veličinou pro tvar Lissajousových křivek. Na průběhy kanálů A a B lze aplikovat měření střední hodnoty, stejnosměrné složky, maximální / minimální hodnoty, periody / frekvence, doby náběžné a sestupné hrany atd., či výpočty / matematické operace, jak na na jednotlivé kanály zvlášť, tak mezi sebou (více informací o tom v dalším díle testu).

Zobrazené průběhy lze uložit jako soubor PicoScope po opětovné zobrazení v tomto programu, jako obrázky (bmp, gif, png), jako textový soupis či formátu pro Excel po sobě jdoucích přiřazených hodnot os X a Y či jako výstupní soubor hodnot pro program MATLAB (.mat).

Příklady uložení signálu na harddisk PC v podobě obrázku (vlevo) či seznamu po sobě jdoucích hodnot v textovém souboru (vlevo).

Základní provoz měření - spektrální analyzátor

Jednoduchým kliknutím na ikonu lze přepnout zobrazení signálů kanálů z časového na frekvenční, tedy do režimu spektrálního analyzátoru, tedy výpočtu DFT (Diskrétní Fourierovi Transformace). Zde lze volit rozsah měřítka osy X, tedy frekvence v nastavovacím rolovacím menu daných krocích, dále ale pak i tzv. výpočetní okno DFT a počet bodů transformace, což má zjednodušeně řečeno vliv na "kvalitu" a přesnosti zobrazení frekvenčních složek analyzovaného signálu. Na ose Y lze velikost amplitudy frekvenčních složek zobrazovat v decibelech (dBm) či v absolutních hodnotách V a pak v lineárním nebo logaritmickém měřítku, jako je to u spektrálních analyzátorů běžné. Měřítko lze měnit ručně nebo nechat pracovat automatické přepínání rozsahů. Opět je možné průběhy ukládat v grafickém formátu jako obrázek i v textovém formátu jako soubor hodnot.

V režimu spektrálního analyzátoru lze snadno zobrazení "regulovat" volbou frekvenčního rozsahu (obrázek vlevo), i počtem bodů či volbou okna výpočtu Fourierovi transformace (obrázek vpravo), což ocení hlavně vyspělejší uživatelé.

Základní provoz generování signálů

A nakonec je tu ještě výše zmíněný režim generování signálů, který se skrývá pod ikonou základního okna programu PicoScope, přičemž se pro potřeby generování základních průběhů jen zobrazí takové malé nastavovací okno, kde si uživatel zvolí typ průběhu (sinus, obdélník, trojúhelník, rampa, gausova křivka), a nastaví frekvenci a amplitudu a je hotovo. Nebo lze případně ještě uvolnit režim rozmítání, kde se nastavuje počáteční a koncová frekvence plynulého přelaďování vybraného průběhu signálu.

Mimo to je tu ještě univerzální možnost si sám nadefinovat vlastní průběh periody signálu v grafickém editoru, který je pak následně generován nastavenou frekvencí. O tom bližší podrobnosti pak v dalším díle testu.

V integrovaném generátoru signálu lze buď vybrat průběh z připraveného seznamu či prostřednictvím tlačítka "Libovolný" si nadefinovat libovolný vlastní signál v následně otevřeném grafickém editoru.

Závěr

PC osciloskop PicoScope 2204 si osobně zatím nemůžu vynachválit. Osobně jsem ho koupil přes českou verzi internetového obchodu RS Components (http://cz.rs-online.com) za celkovou částku zařízení + sady 2 měřících sond s příslušenstvím necelých 6 000,- Kč i s DPH, což mi přijde jako velmi velmi zajímavá částka, vzhledem k tomu, co vše zařízení umí, a že nejde o žádný čínský výrobek, ale kvalitní anglickou techniku "Made in UK".

Přístroj zatím po 1 měsíci provozu pracuje spolehlivě bez jakýkoliv problémů jak hardwaru externí jednotky, tak i PC softwaru, který reaguje rychle, nijak se nezasekává. Protože doporučený výkon pro PC je processor 1 GHz a velikost paměti 512 MB RAM, je jasné, že software poběží bez problémů i na malých PC Netbooky s procesorem Intel Atom, které se mi právě ve spojení s PicoScope 2204 zatím velmi dobře osvědčily pro servisní práci v terénu. Například výdrž baterií Netbooku Asus EEE i s připojeným osciloskopem je až přes 5 hodin, takže prakticky celé servisní měření se obejdete bez někdy velmi omezujícího požadavku připojení do zásuvky, což v průmyslu obvykle znamená si natáhnout prodlužovačku i na vzdálenost několika desítek metrů.

V příštím 2. díle se pak blíže podíváme na některé zajímavé funkce používání PicoScope ve všech výše zmíněných režimech, které při správném zvládnutí mohou velmi usnadnit ladění a nalezení závady analyzovaného systému.

Odkazy:

• Odkaz na stránky výrobce, společnosti Pico Technology - http://www.picotech.com
• Odkaz na jednoho z prodejců v ČR, e-shop RS Components - http://cz.rs-online.com
• Další články / testy osciloskopů:
  • 2-kanálový, digitální, paměťový USB osciloskop
  • TEST - Levný příruční osciloskop Velleman HPS140
  • M221 - 100 MHz digitálny pamäťový osciloskop
  • Přenosný USB osciloskop USBscope50
  • Nový SW pro osciloskop USBscope50 – praktické zkušenosti
  • BitScope - Logický analyzátor a digitální osciloskop do 100 MHz!