Przyrządy pomiarowe serii DAQ Instrukcja obsługi

Transkrypt

1 Przyrządy pomiarowe serii DAQ Instrukcja obsługi

2 Sierpień

3 Spis treści SPIS TREŚCI...3 CHARAKTERYSTYKA PRZYRZĄDÓW...4 PENSCOPEDAQ...4 SCOPEDAQ...5 SCOPELOGICDAQ...6 LOGICDAQ...7 INSTALACJA...8 INSTALACJA SPRZĘTU...8 INSTALACJA OPROGRAMOWANIA...9 AKTUALIZACJA OPROGRAMOWANIA...9 INSTRUKCJA UŻYTKOWNIKA...10 CHARAKTERYSTYKA OGÓLNA...10 OKNO ANALOG...10 Wykresy czasowe...10 Konfiguracja wejść analogowych...11 Parametry procesu próbkowania...12 Przyciski sterujące...13 Pasek pomiarowo-informacyjny...14 Podręczny miernik uniwersalny...15 Analiza widmowa (FFT)...15 Wykres typu A=f(B)...15 OKNO DIGITAL...16 Parametry procesu próbkowania...16 Przyciski sterujące...17 Wykresy czasowe...18 Pasek pomiarowo-informacyjny...19 Okno Channels...19 Okno Text Display...20 Okno Search Pattern...20 Analiza stanów (State Analysis)...20 PARAMETRY PROCESU PRÓBKOWANIA (CAPTURE SETUP)...22 Parametry ogólne...22 Parametry części analogowej...22 Parametry części cyfrowej...23 KONFIGURACJA OGÓLNA PROGRAMU...25 OGÓLNE ZASADY PRACY...26 Kalibracja sond pomiarowych...26 Pliki projektu i ustawień, pliki danych...27 Sygnały wzorcowe...27 Ograniczenia konstrukcyjne przyrządu cyfrowego...28 Przykłady pomiarowe PenScopeDAQ...30 UWAGI KOŃCOWE

4 Charakterystyka przyrządów Rodzina przyrządów pomiarowych serii DAQ to urządzenia współpracujące z komputerem PC, na ekranie którego wyświetlane są wyniki pomiarów. Oprogramowanie sterujące urządzeniami pozwala na prostą analizę zarejestrowanych przebiegów, np.: analizę widmową, pomiar czasu lub częstotliwości, pomiar napięcia. Zostało ono tak skonstruowane, aby użytkownik mógł obsługiwać je w sposób intuicyjny. Najważniejsze i najczęściej używane opcje i parametry są bezpośrednio dostępne użytkownik ma możliwość szybkiej zmiany parametrów urządzenia. Szybki transfer danych z urządzenia do komputera poprzez port USB (również wersja 2.0) zapewnia wysoki komfort użytkowania. Niewielkie wymiary urządzeń pozwalają na wykorzystanie ich zarówno w warunkach laboratoryjnych, gdzie często brakuje powierzchni na biurku, jak i serwisowych lub kontrolno-pomiarowych. Trwała, metalowa obudowa chroni urządzenie przed wpływem czynników zewnętrznych (mechanicznych oraz elektromagnetycznych). PenScopeDAQ Oscyloskop cyfrowy PenScopeDAQ to jednokanałowy przyrząd o maksymalnej częstotliwości próbkowania wynoszącej 100MHz i rozdzielczości 8 bitów. Oscyloskop posiada niewielkich rozmiarów obudowę w kształcie długopisu, zasilany jest bezpośrednio z portu USB komputera. Wersja przyrządu BNC zamiast igły pomiarowej posiada gniazdo BNC umożliwiające podłączenie sondy oscyloskopowej. Podstawowe parametry: maksymalna częstotliwość próbkowania: 100MHz, pasmo analogowe: 20MHz, rozdzielczość przetwornika: 8 bitów, długość bufora danych: 128KB, zakresy pomiarowe: od 20mV/dz. do 5V/dz. (5 działek, sonda 1:1 w wersji BNC), maksymalny zakres napięć wejściowych: ±25V (sonda 1:1 w wersji BNC), wejście typu AC lub DC, zabezpieczenie napięciowe wejścia: 100V, impedancja wejściowa: 1MΩ, 15pF, zasilanie bezpośrednio z portu USB, niewielkich rozmiarów obudowa w kształcie długopisu 4

5 ScopeDAQ ScopeDAQ jest dwukanałowym oscyloskopem cyfrowym o maksymalnej częstotliwości próbkowania 200MHz i rozdzielczości przetwornika 8 bitów. Podstawowe parametry: maksymalna częstotliwość próbkowania: 200MHz (aktywny jeden kanał), ilość kanałów: 2, pasmo analogowe: 20MHz, rozdzielczość przetwornika: 8 bitów, długość bufora danych: 128KB (opcjonalnie 512KB), zakresy pomiarowe: od 20mV/dz. do 5V/dz. (5 działek, sonda 1:1), maksymalny zakres napięć wejściowych: ±25V (sonda 1:1), wejścia typu AC lub DC, zewnętrzne wejście wyzwalające, zabezpieczenie napięciowe wejść: 100V, impedancja wejściowa: 1MΩ, 15pF, zasilanie zewnętrzne: 5V/1A 5

6 ScopeLogicDAQ Przyrząd pomiarowy ScopeLogicDAQ to kompletny system akwizycji danych, realizujący funkcję cyfrowego oscyloskopu i analizatora stanów logicznych. Podstawowe parametry: maksymalna częstotliwość próbkowania: o 200MHz - aktywny jeden kanał analogowy i 8 cyfrowych, o 100MHz - dwa kanały analogowe, 16 cyfrowych, ilość kanałów: 2 analogowe, 16 cyfrowych, pasmo analogowe: 20MHz, rozdzielczość przetwornika: 8 bitów, długość bufora danych: 128KB (opcjonalnie 512KB), zakresy pomiarowe: od 20mV/dz. do 5V/dz. (5 działek, sonda 1:1), maksymalny zakres napięć wejściowych: ±25V (sonda 1:1), wejścia analogowe typu AC lub DC, zewnętrzne wejście wyzwalające (tylko dla części cyfrowej), regulacja poziomu jedynki logicznej dla wejść cyfrowych, zabezpieczenie napięciowe wejść: 100V, impedancja wejściowa: 1MΩ, 15pF, zasilanie zewnętrzne: 5V/1A 6

7 LogicDAQ Analizator stanów logicznych LogicDAQ to przyrząd pomiarowy, którego maksymalna częstotliwość próbkowania wynosi 200MHz. Podstawowe parametry: maksymalne częstotliwości próbkowania: o 200MHz przy 16 kanałach, o 100MHz przy 32 kanałach, długość bufora danych: 128KB (opcjonalnie 512KB), zewnętrzne wejście zegarowe, regulacja poziomu jedynki logicznej, zawansowane opcje wyzwalania, zasilanie zewnętrzne: 5V/1A 7

8 Instalacja Instalacja sprzętu Aby zainstalować urządzenie pomiarowe serii DAQ należy podłączyć urządzenie do wolnego portu USB komputera przy pomocy kabla transmisji danych. Jeżeli urządzenie zasilane jest z zewnętrznego zasilacza konieczne jest także podłączenie zasilania. System Windows automatycznie wykryje podłączenie urządzenie USB i podejmie próbę instalacji sterowników. Poniżej zostanie przedstawiony proces instalacji sterowników dla systemu Windows Instalacja sterowników może wyglądać inaczej dla różnych wersji systemu Windows. Należy jednak postępować według przedstawionego schematu. 1) Wybrać opcję Wyszukaj odpowiedni sterownik dla tego urządzenia (zalecane) : 2) Wybrać instalację sterownika z określonej lokalizacji: 3) Wskazać plik daq.inf znajdujący się na załączonej płycie CD w katalogu Drivers. 8

9 Instalacja oprogramowania Oprogramowanie do urządzenia znajduje się na płycie CD wchodzącej w skład zestawu. Aby zainstalować oprogramowanie sterujące należy uruchomić plik daqsetup.exe znajdujący się na płycie i postępować zgodnie z instrukcjami kreatora instalacji. Po zakończeniu instalacji ikona oprogramowania będzie dostępna na pulpicie oraz w menu Start > Programy (Programs) w folderze RK-SYSTEM. Aktualizacja oprogramowania Aktualizacja oprogramowania pozwala uzyskać dostęp do nowych opcji, niedostępnych w wersji aktualnie posiadanej, lub usunąć zauważone błędy. Aby zaktualizować oprogramowanie należy uruchomić aplikację Updater, której ikona znajduj się w menu Start > Programy (Programs) w folderze RK-SYSTEM. Uruchomienie tej aplikacji możliwe jest także z poziomu programu DAQ, poprzez kliknięcie w check for update w oknie Info ( ). 9

10 Instrukcja użytkownika Po uruchomieniu oprogramowania przyrządu, fakt wykrycia przyrządu przez komputer jest sygnalizowany dwukrotnym błyskiem czerwonej diody umieszczonej w obudowie przyrządu. W przypadku urządzenia PenScopeDAQ jest to dioda STATUS, natomiast w przypadku pozostałych przyrządów jest dioda o nazwie POWER. Charakterystyka ogólna Oprogramowanie przeznaczone dla przyrządów serii DAQ składa się z dwóch części: analogowej oscyloskopu i cyfrowej analizatora stanów logicznych. W zależności od typu urządzenia, okno analogowe lub cyfrowe może być niewidoczne. Możliwość przełączenia pomiędzy oknami normalnie realizowana przy pomocy dużych przycisków Analog i Digital lub kombinacją klawiszy Ctrl + Tab będzie niemożliwa. Okno Analog Okno części analogowej przedstawia przebieg zarejestrowanego napięcia w czasie. Pozwala także na prosta analizę przebiegu: analizę widmową, pomiar czasu lub częstotliwości, pomiar napięcia. Składa się ono z następujących elementów: wykres czasowy zarejestrowanych przebiegów wraz z linijkami czasu i napięcia pola konfiguracyjne wejść analogowych parametry procesu próbkowania grupa przycisków realizujących funkcje programu wraz z paskiem statusu pasek pomiarowo-informacyjny Wykresy czasowe 10

11 1. Wskaźnik poziomu wyzwalania Threshold. 2. Wskaźnik kursora T. Kursor ten składa się z dwóch linii: pionowej i poziomej. Pionowa linia kursora T wskazuje miejsce wystąpienia wyzwolenia (Trigger). Dzieli on oś czasu na obszary po wyzwoleniu czasy dodatnie i przed wyzwoleniem czasy ujemne. Położenie pionowej linii kursora T zależne jest od stopnia podziału bufora danych (patrz: Parametry procesu próbkowania). 3. Linijka czasu. Wartość zerowa czasu (0s) ustawiona jest zawsze w pozycji kursora T. 4. Wskaźniki kursorów: X, Y, Z wraz ze wskaźnikami poziomu napięcia. 5. Wskaźnik zera napięcia. 6. Pole wykresów czasowych wraz z siatką. 7. Linijka napięcia kanału A wraz ze znacznikami kursorów, wskaźnikiem zera i wskaźnikiem poziomu wyzwalania Threshold. 8. Linijka napięcia kanału B wraz ze znacznikami kursorów i wskaźnikiem zera. 9. Suwak czasu pozwala na przesuwanie wykresu względem osi czasu. 10. Suwak pozycji pionowej wykresów pozwala na przesunięcie pola wykresów w pionie. Kliknięcie prawym klawiszem myszy na suwaku powoduje ustawienie go w pozycji zerowej. Konfiguracja wejść analogowych 1. Wskaźnik koloru wykresu dla danego kanału. Po kliknięciu w pole możliwa jest zmiana koloru. 2. Wartość wzmocnienia kanału. Jest to również jednostka pionowa siatki wykresu. Kliknięcie pola umożliwia zmianę wartości wzmocnienia: 3. Wskaźnik typu wejścia analogowego: AC lub DC. Zmiana parametru następuje po kliknięciu w pole i wybraniu odpowiedniej pozycji menu: 11

12 4. Obsługa sygnału wzorcowego. Kliknięcie w pole REF rozwija menu oferujące następujące opcje: Save zapis aktualnie wyświetlanego przebiegu jako wzorcowy, On/Off włączenie/wyłączenie ostatnio zapisanego sygnału wzorcowego. 5. Suwak pozycji kanału względem linii zera siatki pola sygnałów (offset). Kliknięcie suwaka prawym klawiszem myszy powoduje wyzerowanie wartości offsetu. 6. Wartość dzielnika sondy oscyloskopowej. Dostępne wartości to: 1, 10, Wartość offsetu w woltach, o jaką został przesunięty kanał (przy pomocy suwaka 5) 8. Odbicie lustrzane kanału względem osi zera: - kanał nieodwrócony, - kanał odwrócony. 9. Włączenie/wyłączenie kanału: - kanał włączony, - kanał wyłączony. Parametry procesu próbkowania 1. Suwak poziomu wyzwalania (Threshold). Poziom wyzwalania w jednostkach napięcia pokazywany jest w polu 6. Kliknięcie suwaka prawym klawiszem myszy powoduje wyzerowanie wartości Threshold. 2. Częstotliwość próbkowania. Zmiana częstotliwości możliwa jest po kliknięciu w pole i wybraniu innej z listy: W zależności od typu przyrządu pomiarowego zawartość listy może być różna. 3. Źródło wyzwolenia. Możliwe źródła to: kanał A, kanał B, źródło zewnętrzne (External). 12

13 4. Typ zbocza powodującego wyzwolenie: narastające (Rising) lub opadające (Falling). 5. Typ procesu próbkowania. W zależności od wybranej opcji możliwe są trzy trybu pracy urządzenia: Auto Urządzenie próbkuje dane i przesyła je do programu głównego. Repeat Urządzenie czeka na wystąpienie warunku wyzwolenia próbkując jednocześnie dane, po wystąpieniu wyzwolenia przesyła dane do programu. Cykl powtarza się do zatrzymania procesu próbkowania przez użytkownika. Single Urządzenie czeka na wystąpienie warunku wyzwolenia próbkując jednocześnie dane, po wystąpieniu wyzwolenia przesyła dane do programu. Cykl wykonuje się jeden raz proces próbkowania kończy się automatycznie. 6. Wartość poziomu wyzwalania (Threshold) w woltach. Kliknięcie w pole powoduje włączenie/wyłączenie wyświetlania kursora T. Przyciski sterujące 13

14 przycisk opis klawisz Uaktywnia okno cyfrowe. Aktywne dla przyrządu ScopeLogicDAQ Ctrl + Tab Otwiera okno konfiguracji programu głównego. Operacje plikowe: zapis/odczyt pliku projektu lub konfiguracji, zapis ekranu w postaci bitmapy. Drukowanie przebiegów. Otwiera plik pomocy. Przyciski powiększenia przebiegu względem osi czasu. Przyciski powiększenia przebiegu względem osi napięcia. Powiększenie fragmentu przebiegu zawartego pomiędzy kursorami X i Y. Zawarcie na ekranie całego zarejestrowanego przebiegu. Powiększenie 1:1 1 próbka na 1 punkt ekranu (w skali czasu). Przywrócenie poprzednich powiększeń. Skok do miejsca wyzwolenia: kursora T Skok do pozycji kursorów: X, Y, Z. Otwiera okno podręcznego miernika napięcia, częstotliwości. Ctrl + T Ctrl + X Ctrl + Y Ctrl + Z Otwiera okno analizy widma FFT. Otwiera okno wykresu kanału A w funkcji kanału B. Wyświetla okno ustawień parametrów procesu rejestracji Capture Setup Ctrl + S Operacje matematyczne na przebiegach: A + B, A B, B A. Start procesu próbkowania. Wymuszenie wyzwolenia. Zakończenie procesu próbkowania. Enter Spacja Esc Pasek pomiarowo-informacyjny Pasek zawiera następujące informacje: 1. Aktualna wartość powiększenia w osi czasu i napięcia. Kliknięcie wartości powoduje ustawienie jej na 1:1. 2. Wartość parametru opóźnienia procesu próbkowania. 3. Pozycja wybranego kursora (czas lub numer próbki) 4. Odstęp czasowy, częstotliwość, napięcie pomiędzy dwoma wybranymi kursorami. 5. Wartości pomiarów częstotliwości, okresu, napięcia dla wybranego kanału. 6. Wartości pomiarów częstotliwości, okresu, napięcia dla wybranego kanału. Pole to ma dodatkową właściwość po kliknięciu przyciskiem myszy w prawą część pola można włączyć (lub wyłączyć) wyświetlanie wartości wielkości mierzonej na ekranie przebiegów. 14

15 Niektóre elementy paska po kliknięciu myszką cyklicznie zmieniają stan, dzięki czemu możliwe jest dowolne jego skonfigurowanie w zależności od potrzeb. Podręczny miernik uniwersalny Pożyteczna funkcją oprogramowania jest podręczny miernik uniwersalny ScopeDAQ Meter w postaci niewielkiego okna wyświetlającego aktualnie mierzone wartości w postaci cyfrowej. Miernik ten, uruchamiany poprzez przyciśnięcie przycisku, może pokazywać wartość napięcia: średnią (AVG), skuteczną (RMS) i międzyszczytową (Pk-Pk) oraz wartość częstotliwości (Freq) lub okresu (Period). Typ wyświetlanej wartości, jak i numer kanału, można zmienić poprzez kliknięcie w pole typu lub znacznika kanału. Wybrane pole wartości można zamrozić poprzez kliknięcie w nie. Wartość ta, rysowana kolorem niebieskim, nie jest wtedy odświeżana. Okno podręcznego miernika posiada tę cechę, że nie jest przykrywane przez okna innych aplikacji. Ułatwia to znacznie prace konstruktorskie w przypadku analizy urządzenia współpracującego z komputerem PC. Możliwa jest operacja śledzenia kodu programu oraz obserwowania skutku wykonania tego kodu w badanym urządzeniu, np. zmiany napięcia lub częstotliwości. Analiza widmowa (FFT) Oprogramowanie oferuje możliwość przeprowadzenia analizy widmowej zarejestrowanego sygnału. Po kliknięciu przycisku otwarte zostanie dodatkowe okno zawierające wykres widma. Analiza przebiegu ułatwiona jest dzięki kursorom X i Y pokazującym częstotliwość w miejscu ich ustawienia a także wartość amplitudy i fazy. Możliwe jest także powiększenie fragmentu widma, zmiana typu i wielkości okna czasowego oraz zmiana sposobu wyświetlania pionowej osi wykresu (liniowa lub logarytmiczna). Wykres typu A=f(B) Funkcja dostępna wkrótce. 15

16 Okno Digital Okno części cyfrowej przedstawia przebieg zarejestrowanego stanu logicznego w czasie. Pozwala także na prosta analizę przebiegu: pomiar czasu lub częstotliwości. Składa się ono z następujących elementów: parametry procesu próbkowania (Trigger), grupa przycisków realizujących funkcje programu wraz z paskiem statusu (LogicDAQ), wykres czasowy zarejestrowanych przebiegów wraz z linijką czasu, pasek pomiarowo-informacyjny. Parametry procesu próbkowania 1. Źródło sygnału zegarowego używanego w procesie próbkowania danych: wewnętrzny (Internal) o regulowanej częstotliwości (pole 4), zewnętrzny: typu generator i strob. 2. Typ procesu próbkowania. W zależności od wybranej opcji możliwe są trzy trybu pracy urządzenia: Auto Urządzenie próbkuje dane i przesyła je do programu głównego. Single Urządzenie czeka na wystąpienie warunku wyzwolenia próbkując jednocześnie dane, po wystąpieniu wyzwolenia przesyła dane do programu. Cykl powtarza się do zatrzymania procesu próbkowania przez użytkownika. Repeat Urządzenie czeka na wystąpienie warunku wyzwolenia próbkując jednocześnie dane, po wystąpieniu wyzwolenia przesyła dane do programu. Cykl wykonuje się jeden raz proces próbkowania kończy się automatycznie. 16

17 3. Warunek wyzwolenia określa, jakie zdarzenie wywoła wyzwolenie: Edge narastające lub opadające zbocze na kanale, Pattern określona kombinacja stanów logicznych, Edge and Pattern, Edge or Pattern kombinacja typów. 4. Częstotliwość próbkowania. Zmiana częstotliwości możliwa jest po kliknięciu w pole i wybraniu innej z listy. W przypadku wybrania zewnętrznego źródła zegara pole to określa tryb pracy przyrządu przy taktowaniu zewnętrznym zegarem. 5. Próg jedynki logicznej Threshold. Poziom sygnału większy niż wartość Threshold traktowana jest jako sygnał wysoki, sygnały o mniejszej wartości rejestrowane są jako poziomy niskie. Przyciski sterujące przycisk opis klawisz Uaktywnia okno analogowe. Ctrl + Tab Otwiera okno konfiguracji programu głównego. Operacje plikowe: zapis/odczyt pliku projektu lub konfiguracji, zapis ekranu w postaci bitmapy. Drukowanie przebiegów. Otwiera plik pomocy. Przyciski powiększenia przebiegu względem osi czasu. Powiększenie fragmentu przebiegu zawartego pomiędzy kursorami X i Y. Zawarcie na ekranie całego zarejestrowanego przebiegu. Powiększenie 1:1 1 próbka na 1 punkt ekranu. Przywrócenie poprzednich powiększeń. Skok do miejsca wyzwolenia: kursora T Skok do pozycji kursorów: X, Y, Z. Umożliwia przedstawienie sygnałów w postaci binarnej i heksadecymalnej - Text Display Ctrl + T Ctrl + X Ctrl + Y Ctrl + Z Umożliwia wyszukanie określonego stanu zarejestrowanych sygnałów - Search Pattern Wyświetla okno ustawień parametrów kanałów Channels Wyświetla okno ustawień parametrów procesu rejestracji Capture Setup. Start procesu próbkowania. Wymuszenie wyzwolenia. Zakończenie procesu próbkowania. Ctrl + S Enter Spacja Esc 17

18 Wykresy czasowe 1. Numer kolejny kanału. Możliwa jest zmiana kolejności kanałów przy użyciu techniki przeciągnij i upuść. Dodatkowo dostępne jest podręczne menu z następującymi opcjami: Hide channel ukrycie kanału Show all channels pokazanie wszystkich kanałów Reset order przywrócenie domyślnej kolejności kanałów Change color zmiana koloru kanału 2. Nazwa kanału. Po kliknięciu w pole możliwa jest zmiana nazwy kanału oraz jego koloru. Dostępne menu kontekstowe takie jak w punkcie Informacja o aktualnej konfiguracji typu zbocza powodującego wyzwolenia tu: narastające na kanale pierwszym. Klikanie myszką nad wybranym elementem powoduje cykliczną zmianę jego wartości: zbocze narastające, zbocze opadające, zbocze dowolne. Menu podręczne tego elementu oferuje następujące opcje: Reset edge przywraca domyśle ustawienia typu zbocza powodującego wyzwolenie oraz kanału, Reset pattern przywraca domyślne ustawienia kombinacji stanów powodującej wyzwolenie, Reset edge and pattern przywrócenie domyślnych ustawień typu zbocza i kombinacji stanów. 4. Informacja o aktualnej konfiguracji kombinacji stanów. Klikanie myszką nad wybranym elementem powoduje cykliczną zmianę jego wartości: stan niski (0), stan wysoki (1), stan dowolny. 5. Element informacyjny narzędzi Edge Counter i Edge Skipper. Dokładny opis tych narzędzi znajduje się w sekcji Parametry części cyfrowej rozdziału Parametry procesu próbkowania. 6. Linijka czasu. Wartość zerowa czasu (0s) ustawiona jest zawsze w pozycji kursora T. 7. Wskaźnik kursora T wskazującego miejsce wystąpienia wyzwolenia (Trigger). Dzieli on oś czasu na obszary po wyzwoleniu czasy dodatnie i przed wyzwoleniem czasy ujemne. Położenie pionowej linii kursora T zależne jest od stopnia podziału bufora danych (patrz: Parametry procesu próbkowania). 8. Wskaźniki pozostałych kursorów: X, Y, Z. 9. Rodzaj kursora, dla którego wyświetlane są wartości sygnału (10) w miejscu kursora. Po kliknięciu w to pole następuje cykliczna zmiana kursorów. 10. Pola wartości sygnału w miejscu kursora. Typ kursora ustawiony elementem Pole wykresów czasowych. 12. Suwak wykresu pozwala na przesuwanie wykresu względem osi czasu 18

19 Pasek pomiarowo-informacyjny Pasek zawiera następujące informacje: 1. Wskaźnik aktualnego współczynnika powiększenia przebiegu 2. Stopień podziału bufora danych na Pre i Post Trigger. 3. Wartość parametru opóźnienia procesu próbkowania. 4. Ilość pominiętych zboczy przed wyzwoleniem lub ilość zarejestrowanych zboczy, jeśli włączona została funkcja Edge Counter. 5. Pozycja wybranego kursora (czas lub numer próbki). 6. Odstęp czasowy, częstotliwość, napięcie pomiędzy dwoma wybranymi kursorami. Okno Channels W zakładce Channels użytkownik może zdefiniować własne nazwy przypisane poszczególnym kanałom, ukryć nie używane kanały oraz zmienić kolor wyświetlanych kanałów. Aby uczynić kanał niewidocznym należy wyczyścić pole znajdujące się po lewej stronie nazwy kanału. Kanał ten, mimo ukrycia, będzie rejestrował dane. W celu wyróżnienia kanału innym kolorem należy kliknąć kwadrat przy nazwie kanału i wybrać kolor z palety. Przyciski w prawej części okna pełnią następujące funkcje: ALL wyświetlenie wszystkich kanałów, CLEAR ukrycie wszystkich kanałów, INVERT odwrócenie selekcji kanałów, RESET ustawia nazwy kanałów na domyślne i przypisuje im kolor czarny. Przyciski OK i CANCEL zamykają okno Channels i służą do akceptacji bądź anulowania ustawień. Zakładka State Analysis służy do konfiguracji narzędzia analizy stanów. Dokładny opis tego narzędzia znajduje się w sekcji Analiza stanów (State Analysis). 19

20 Okno Text Display Okno Text Display pozwala na przedstawienie zarejestrowanych sygnałów w postaci liczb binarnych i heksadecymalnych. Ułatwia to często analizę transmisji w magistralach, gdzie w prosty sposób można określić wartość przesyłanej danej. Najmłodszy bit reprezentuje kanał 1. Przyciski JUMP TO umożliwiają odnalezienie pozycji kursorów. Okno Search Pattern Okno Search Pattern pozwala na odszukanie w zarejestrowanej sekwencji określonej kombinacji stanów na poszczególnych kanałach. Przy pomocy pól wyboru należy określić kombinację sygnałów, gdzie 0 oznacza stan niski, 1 stan wysoki, X dowolny, i przycisnąć SEARCH. Jeśli określona kombinacja istnieje, kursor X zostanie ustawiony na jej pozycji, a w polu informacyjnym zostanie wyświetlony komunikat: Pattern found at: xxxx, gdzie xxxx jest przykładowym numerem próbki. Aby odszukać kolejne wystąpienia określonej kombinacji należy przycisnąć przycisk FIND NEXT. Przyciski 0 ALL, 1 ALL i X ALL pozwalają na ustawienie jednakowych stanów na wszystkich kanałach, odpowiednio: niskiego, wysokiego i dowolnego. Przycisk INVERT odwraca wybraną kombinację: zamienia zera i jedynki. Analiza stanów (State Analysis) Narzędzie analizy stanów znacznie ułatwia prace konstrukcyjne oraz analizę urządzeń lub automatów cyfrowych. Użytkownik, wykorzystując część linii analizatora, może zdefiniować magistralę a następnie każdemu z możliwych stanów tej magistrali przyporządkować nazwę. Konfiguracja narzędzia dostępna jest w oknie Channels w zakładce State Analysis. 20

21 Pole Input channels (1) to lista dostępnych kanałów analizatora mogących stworzyć grupę sygnałów (2). W grupie tej najmłodszy bit znajduje się w najwyższej pozycji listy. Używając przycisków Add channel i Remove channel (3) użytkownik ma możliwość dodania lub usunięcia kanału z grupy. Przyciski Move channel up i Move channel down (4) służą do zmiany kolejności kanałów w grupie. Po zdefiniowaniu grupy kanałów w polu State definitions możliwe jest przypisanie nazw wszystkim lub wybranym stanom magistrali (5). Wartości stanów, w systemie dziesiętnym, szesnastkowym lub binarnym (7), należy podać w kolumnie State code odpowiadające im nazwy w polu State name. Użytkownik ma również możliwość zapisu zdefiniowanych stanów do pliku, lub załadowania wcześniej zdefiniowanych (8). Przyciski Sort i Clear służą do sortowania listy nazw według rosnącej wartości oraz do czyszczenia listy definicji stanów (9). Przycisk Sort również usuwa z listy duplikaty oraz puste wiersze. Jeśli narzędzie zostało włączone (6), grupa kanałów zaznaczona jest innym kolorem. Pole w lewej dolnej części okna cyfrowego przedstawia nazwę stanu występującego w miejscu ustawienia kursora (X, Y, lub Z). Zmiana aktywnego kursora (cykliczna) następuje po kliknięciu przyciskiem myszy na jego symbolu. Dla przykładu: projektowanie automatu cyfrowego typu FSM (Finite State Machine) w układzie programowalnym typu FPGA lub CPLD. Warunkiem jest tu wyprowadzenie wewnętrznej zmiennej stanu w postaci magistrali wykorzystując nieużywane w danej chwili nóżki układu. Fragment kodu w języku VHDL opisujący działanie automatu oraz odpowiadające mu pomiary przyrządem LogicDAQ z wykorzystaniem narzędzia State Analysis przedstawiono poniżej. 21

22 Parametry procesu próbkowania (Capture Setup) Wszystkie parametry procesu próbkowania zawarte są w oknie konfiguracyjnym Capture Setup otwierającym się po naciśnięciu przycisku. Okno to podzielone jest na dwie części. Górna zawiera ogólne parametry: podział bufora danych, typ procesu próbkowania i opóźnienie rejestracji, dolna zawiera parametry części analogowej lub cyfrowej, zależnie od wybranej zakładki. W zależności od typu przyrządu pomiarowego niektóre elementy okna Capture Setup mogą być niedostępne, np. ustawienia części cyfrowej dla oscyloskopu PenScopeDAQ. Parametry ogólne Parametry ogólne dotyczą zarówno części analogowej, jak i cyfrowej. Pole Pre/Post Trigger Buffer umożliwia przesunięcie granicy pomiędzy buforami Pre i Post Trigger. W buforze Pre Trigger przechowywane są dane zarejestrowane przed momentem wyzwolenia, w buforze Post Trigger zapisywane są próbki zarejestrowane po wyzwoleniu. Ustawienie suwaka w połowie zakresu pozwala na analizę takiego samego odcinka czasu przed i po wyzwoleniu. Pole Trigger Type umożliwia wybór typu wyzwalania. Typ Single używany jest do pojedynczej rejestracji sygnałów. Po przesłaniu danych i wyświetleniu przebiegów proces rejestracji zostaje zakończony. Aby zarejestrować kolejne dane należy przycisnąć przycisk Capture. Typ Repeat pozwala na ciągłą rejestrację sygnałów, tzn. po zarejestrowaniu i wyświetleniu przebiegów analizator oczekuje na kolejne wyzwolenie. Przyrząd pracujący w trybie wyzwalania Auto cyklicznie rejestruje i wyświetla przebiegi bez oczekiwania na wystąpienie warunków wyzwolenia. Dodatkowym parametrem procesu rejestracji próbek jest Capture delay. Ustawienie niezerowej wartości w tym polu spowoduje zastosowanie określonego opóźnienia czasowego po wystąpieniu warunku wyzwolenia. Pozwala to na analizę zdarzeń bardziej odległych w czasie niż okres wynikający z rozmiaru bufora. Wartości minimalna i maksymalna są różne dla różnych częstotliwości próbkowania, wartość opóźnienia czasowego musi być wielokrotnością wartości minimalnej. Opóźnienie czasowe sygnalizowane jest w pasku informacyjno-pomiarowym w dolnej części okna cyfrowego. Opcja Capture delay dostępna jest tylko dla próbkowania wewnętrznym sygnałem zegarowym (Internal) dla typów wyzwalania Single i Repeat. Parametry części analogowej 22

23 Po wybraniu zakładki Analog użytkownik ma możliwość zmiany parametrów próbkowania części analogowej: parametry kanałów, parametry wyzwalania, częstotliwość próbkowania. 1. Wyświetlanie kanału włączone/wyłączone. 2. Odwrócenie kanału (odbicie względem osi napięcia 0V). 3. Wzmocnienie kanału analogowego. Kliknięcie powoduje rozwinięcie listy wzmocnień. 4. Typ wejścia analogowego (AC, DC, GND). Kliknięcie powoduje rozwinięcie listy. 5. Dzielnik sondy. Kliknięcie powoduje rozwinięcie listy. 6. Obsługa sygnałów wzorcowych: Save zapis aktualnego przebiegu. 7. Typ zbocza powodującego wyzwolenie. 8. Źródło wyzwolenia: kanał A, kanał B, zewnętrzne. 9. Poziom wyzwalania. Kliknięcie prawym klawiszem myszy w suwak zmiany poziomu powoduje jego wyzerowanie. 10. Konfiguracja filtra szumów układu wyzwalania. 11. Częstotliwość próbkowania. Kliknięcie powoduje rozwinięcie listy częstotliwości. 12. Kalibracja sondy pomiarowej. Jeśli kalibracja sondy jest włączona (Enabled) złącze EXT TRIG pełni funkcję generatora fali prostokątnej. Dokładny opis znajduje się w rozdziale Kalibracja sond pomiarowych. 13. Znacznik koloru kanału. Dokładny opis parametrów dostępnych bezpośrednio z okna Analog znajduje się również w rozdziałach Konfiguracja wejść analogowych i Parametry procesu próbkowania. Parametry części cyfrowej Obszar Edge/Pattern Settings umożliwia określenie typu zbocza i numeru kanału przy wyzwalaniu Edge oraz zdefiniowanie kombinacji sygnałów dla wyzwalania typu Pattern. Zmiana parametrów w tym polu odbywa się poprzez wybranie odpowiednich opcji przy pomocy myszy, np. klikanie rodzaju zbocza powoduje cykliczną jego zmianę aż do uzyskania odpowiedniego typu. Naciśnięcie prawego klawisza myszy w tym polu wyświetla podręczne menu z opcjami pozwalającymi na przywrócenie domyślnych ustawień Egde i Pattern. 1. Numer kanału. 2. Typ zbocza 3. Wartość kombinacji wartości kanałów (pattern) W polu Sampling clock możliwe jest określenie źródła sygnału zegarowego (4) używanego w procesie próbkowania. W przypadku wybrania Internal źródłem sygnału zegara próbkującego jest wewnętrzny generator o regulowanej częstotliwości. Jego wartość można wybrać z listy po kliknięciu w pole Sampling rate (6). Źródłem sygnału próbkującego mogą być również impulsy z zewnętrznego źródła. Użytkownik, poza opcją generatora wewnętrznego (Internal), ma do dyspozycji jeszcze dwie opcje próbkowania sygnałem zewnętrznym: External (Generator) i External (Strobe type). Wybranie pierwszej opcji powoduje pracę przyrządu bardzo podobną do przypadku pracy z wewnętrznym generatorem. Tryb ten pozwala na rejestrowanie sygnałów z częstotliwością inną niż możliwe do wybrania w polu Sampling clock, np. 3MHz. Dodatkowo użytkownik może określić aktywne zbocze sygnału (5) oraz jego częstotliwość, aby zachować możliwość pomiarów czasowych. 23

24 Drugi przypadek - External (Strobe type) to próbkowanie w takt zewnętrznego sygnału strobującego. Tak skonfigurowany przyrząd znacznie ułatwia analizę transmisji we wszelkiego typu synchronicznych magistralach: równoległych i szeregowych. Sygnałem próbkującym jest wtedy sygnał strobujący magistralę, np. WE, OE, SCK, itp. Analizator będzie rejestrował wtedy przepływające dane. Jeżeli ilość wygenerowanych strobów jest mniejsza niż rozmiar bufora, konieczne jest naciśnięcie klawisza STOP w celu pobrania zarejestrowanych danych. Pozycja kursora T wskazywała będzie ilość zarejestrowanych próbek. W przeciwnym wypadku, po wypełnieniu bufora, dane zostaną pobrane automatycznie. Start procesu próbkowania może nastąpić niezwłocznie po naciśnięciu przycisku Capture opcja Start Immediate, lub dopiero po wystąpieniu pewnego warunku na liniach analizatora opcja Start from Trigger (opcja dostępna wkrótce). Próg jedynki ustawiany jest w polu Threshold (7). Poziom sygnału większy niż wartość Threshold traktowana jest jako sygnał wysoki, sygnały o mniejszej wartości rejestrowane są jako poziomy niskie. A Próbkowany sygnał B Wartość threshold 1 C Wartość threshold 2 D Zarejestrowany sygnał dla wartości threshold 1 E Zarejestrowany sygnał dla wartości threshold 2 W polu Trigger Condition (8) możliwe jest określenie warunków wyzwolenia. Przyczyną wyzwolenia może być: narastające lub opadające zbocze (Edge), wystąpienie określonej kombinacji sygnałów logicznych (Pattern) oraz kombinacje typu Edge and Pattern oraz Edge or Pattern. Przy wybranym warunku Edge możliwe jest dodatkowo konfiguracja narzędzia Edge Skipper, czyli określenie, jaka ilość zboczy zostanie pominięta zanim nastąpi wyzwolenie, np. wyzwolenie może nastąpić po piątym zboczu narastającym na kanale nr 1: Konfiguracja narzędzia Edge skipper jest również możliwa z okna głównego Digital. Po kliknięciu w element informacyjny narzędzi Edge Counter i Edge Skipper menu podręczne oferuje możliwość zmiany ilości pomijanych zboczy lub wyłączenia narzędzia. Przy włączonym narzędziu ilość pomijanych zboczy jest przedstawiona w pasku informacyjnym. Edge Counter (after Trigger) (9) to narzędzie pozwalające na zliczanie ilości zboczy (narastających lub opadających) na jednym z kanałów po wystąpieniu wyzwolenia do zapełnienia bufora próbek. Pozwala ono na przykład 24

25 na analizę zakłóceń lub poprawności transmisji szeregowych. Narzędzie to nie może być używane jednocześnie z opcją pomijania zboczy. Ilość zarejestrowanych zboczy wyświetlana jest w pasku informacyjnym. W poniższym przykładzie Edge counter zliczy trzy narastające zbocza na kanale 2: Ilość zliczonych zboczy przedstawiona jest w dodatkowym pasku informacyjnym umieszczonym w głównym oknie Digital na wysokości kanału, dla którego Edge Counter jest skonfigurowany. Pasek ten zawiera informację o polaryzacji liczonych zboczy zmienianej cyklicznie po kliknięciu myszą oraz wartości liczników: asynchronicznego i synchronicznego. Licznik asynchroniczny przedstawia ilość zboczy policzonych przez przyrząd, niezależnie od wybranej częstotliwości próbkowania. Zlicza on także bardzo krótkie impulsy, np. pochodzące z zakłóceń, które ze względu na zbyt niską częstotliwość próbkowania, nie zostaną zarejestrowane i wyświetlone w postaci przebiegów. Ilość zboczy policzonych programowo, a więc zarejestrowanych i wyświetlonych w oknie Digital przedstawia licznik synchroniczny. Dzięki obu licznikom więc, w łatwy sposób można określić obecność zakłóceń w układzie oba liczniki przedstawią w tym przypadku różne wartości. Przy włączonej opcji Edge Counter istnieje dodatkowo możliwość policzenia zboczy zarejestrowanego sygnału pomiędzy kursorami. Wystarczy w tym celu ustawić tę funkcję w jednym z dwóch ostatnich pól paska informacyjnopomiarowego pomiarów pomiędzy kursorami. Konfiguracja ogólna programu Ogólna konfiguracja programu znajduje się w oknie Configuration, dostępnym pod przyciskiem. Zakładka General tego okna zawiera ogólne parametry programu: sygnalizację dźwiękową momentu wyzwolenia sygnał wbudowanego głośnika (PC Speaker) lub domyślny dźwięk systemowy, suwak zmiany rozmiaru bufora próbek. Zakładka Colors umożliwia zmianę schematu kolorów programu: zmianę koloru niektórych elementów okien przebiegów, kursorów, tła, siatki, itp., a także zapis oraz odczyt plików zawierających schemat kolorów. 25

26 Ogólne zasady pracy Kalibracja sond pomiarowych Po każdym podłączeniu sondy pomiarowej do urządzenia, jeżeli pomiary dokonywane będą przy stopniu podziału innym niż 1:1, konieczna jest jej kalibracja. Aby poprawnie wykonać tę operację należy wykonać następujące czynności: 1. Podłączyć sondę pomiarową do urządzenia, ustawić współczynnik tłumienia na 10. Końcówkę pomiarową włożyć do gniazda EXT TRIG. 2. Uruchomić oprogramowanie i ustawić następujące parametry: a. współczynnik korygujący sondy: 10x, b. zakres pomiarowy: 1V, c. wejście typu DC, d. częstotliwość próbkowania: 1MHz, e. typ próbkowania: REPEAT, f. źródło wyzwalania: kanał, do którego podłączono sondę, g. poziom wyzwalania: około 1V, 3. Uruchomić proces próbkowania wciskając Capture. 4. Sprawdzić kształt zarejestrowanego przebiegu i ew. skorygować przy pomocy wkrętaka znajdującego się w zestawie. Pomiary przy nieskompensowanej sondzie mogą powodować zafałszowanie wyników. Sonda niedokompensowana będzie tłumiła wyższe częstotliwości, sonda przekompensowana może je wzmacniać. Sonda przekompensowana Sonda niedokompensowana 26

27 Sonda skompensowana prawidłowo Pliki projektu i ustawień, pliki danych Oprogramowanie oferuje możliwość zapisu pliku projektu i ustawień. Użytkownik, klikając przycisk, może zapisać do pliku aktualną konfiguracją procesu próbkowania, wybierając plik ustawień (Settings file). Jeżeli wybierze on plik projektu (Project file), oprócz ustawień dodatkowo zostaną zapisane zarejestrowane przebiegi. Istnieje również możliwość zapisu zarejestrowanych przebiegów w postaci plików, przeznaczonych do dalszej obróbki przez inne programy. Ich format przedstawiono w tabeli poniżej. Binary data file (Analog) Binary data file (Digital) Text data file (Analog) Text data file (Digital) Generowane są osobne pliki danych dla każdego z kanałów i zawierają serię danych zarejestrowanych przez przetwornik analogowo-cyfrowy. Plik zawiera dane w postaci 32-bitowych słów. Najmłodszy bit odpowiada kanałowi pierwszemu najstarszy bit to kanał 32. Plik zawiera dane w postaci wierszy tekstu o następującym formacie: numer_próbki numer kolejny próbki, liczony od 0 czas wartość czasu w sekundach (moment wystąpienia wyzwolenia to czas 0s. wartość_kanału_a wartość napięcia sygnału na kanale A (w woltach) wartość_kanału_b wartość napięcia sygnału na kanale B, jeśli jest dostępny (w woltach) Plik zawiera dane w postaci wierszy tekstu o następującym formacie: numer_próbki numer kolejny próbki, liczony od 0 czas wartość czasu w sekundach (moment wystąpienia wyzwolenia to czas 0s. wartość_hex wartość heksadecymalna, 32-bitowa: najmłodszy bit kanał 1 wartość_bin wartości sygnałów na poszczególnych kanałach: kanał 32 jako pierwszy, kanał 1 jako ostatni Sygnały wzorcowe Możliwość zapisu zarejestrowanego sygnału jako wzorcowego jest bardzo wygodną własnością przyrządów pomiarowych. W dowolnym momencie pracy użytkownik może zapisać zarejestrowany przebieg do pamięci jako sygnał wzorcowy. Po włączeniu wyświetlania sygnału wzorcowego widoczny jest on na ekranie (1) równocześnie z sygnałami zarejestrowanymi później (2). 27

28 W połączeniu z możliwością zapisu sygnału wraz z wszystkimi ustawieniami procesu próbkowania, opcja może być pomocna przy tworzeniu bazy sygnałów, wykorzystywanej jako wzorce sygnałów. Użytkownik serwisujący urządzenie może zarejestrować poprawne sygnały i zapisać je do plików projektów. Po ponownym załadowaniu pliku projektu wszystkie parametry urządzenia zostają przywrócone, a odczytany przebieg użytkownik może ustawić jako wzorcowy. Ograniczenia konstrukcyjne przyrządu cyfrowego Zasadą pracy cyfrowych przyrządów pomiarowych jest cykliczny pomiar wielkości i zapis jego wartości do pamięci (bufora). Zarejestrowane dane są następnie przesyłane do komputera, gdzie poddawane są analizie, bądź przedstawiane na ekranie w postaci wykresu. Z takiej konstrukcji przyrządu wynika kilka ograniczeń, które użytkownik powinien mieć na uwadze. Pierwszym z ograniczeń jest skończona wartość częstotliwości próbkowania. Użytkownik dokonując pomiarów oscyloskopem cyfrowym powinien mieć na uwadze zasady próbkowania według Nyquista. Do prawidłowego odtworzenia sygnału oscyloskop cyfrowy musi zarejestrować odpowiednią ilość próbek. Według teorii Nyquista do odtworzenia sygnału sinusoidalnego wystarczają dwie próbki na okres badanego sygnału. W praktyce ilość próbek na okres zależna jest od pożądanej dokładności pomiaru. Dla przykładu weźmy pod uwagę sygnał sinusoidalny. Mierząc go z częstotliwością 2 próbek na okres, maksymalny błąd pomiarowy może wynosić 100%. W takim przypadku zarejestrowany sygnał może być linią prostą. W przypadku zarejestrowania czterech próbek w okresie maksymalny błąd może wynosić ok. 30%, przy 10 próbkach na okres maksymalny błąd spada do ok. 2%. Przy założeniu, że badany sygnał jest częstotliwości 4 i 2 razy mniejszej niż częstotliwość próbkowania, sygnały zostaną odtworzone w sposób przedstawiony na rysunkach poniżej. Kształt odtworzonego z próbek przebiegu (2) znacząco różni się od kształtu sygnału badanego (1), co może powodować błędną jego interpretację i wyciągniecie fałszywych wniosków. 28

29 Opisany problem dotyczy także sygnałów cyfrowych, badanych przy pomocy analizatora stanów logicznych. Kolejnym ograniczeniem jest pasmo analogowe toru wejściowego. Pasmo analogowe można określić jako częstotliwość sygnału mierzonego, przy której amplituda tego sygnału jest o 3dB większa niż amplituda sygnału zarejestrowanego. Tor wejściowy traktować można jako filtr dolnoprzepustowy harmoniczne sygnału powyżej pewnej częstotliwości będą tłumione. Ma to szczególne znaczenie przy analizie sygnałów o dużej zawartości harmonicznych o wysokich częstotliwościach. 29

30 Przykłady pomiarowe PenScopeDAQ Poniżej przedstawiono kilka przykładów przebiegów zarejestrowanych przy użyciu przyrządu PenScopeDAQ. Sygnałem wzorcowym jest przebieg prostokątny o amplitudzie 3.3V i różnych częstotliwościach. Pomiarów dokonano z częstotliwością 100MHz i zakresem pomiarowym 1V. 1. Częstotliwość 321.5kHz 2. Częstotliwość 1.25MHz 3. Częstotliwość 5MHz 4. Częstotliwość 10MHz 5. Częstotliwość 20MHz 6. Częstotliwość 40MHz Przykłady 1 i 2 pokazują dokładne odwzorowanie badanego sygnału, w przykładach 3 i 4 dokładność odwzorowania sygnału jest mniejsza, ale wystarczająco dobra. W przykładach 5 i 6 wyraźne staje się zmniejszenie amplitudy wynikające z ograniczonego pasma analogowego przyrządu. Przykład 6 dodatkowo pokazuje, że przebieg próbkowany jest ze zbyt niską częstotliwością. 30

31 Uwagi końcowe Firma RK-SYSTEM nie ponosi odpowiedzialności za szkody wynikłe w wyniku błędnego zrozumienia tej dokumentacji, jak i obsługi opisywanych tu urządzeń, rezerwuje sobie prawo do zmian dokumentacji bez zapowiedzi. Występujące w tekście znaki są zastrzeżonymi znakami firmowymi bądź towarowymi ich właścicieli i zostały użyte w tym dokumencie jedynie w celach informacyjnych. Copyright 2005 RK-SYSTEM. Wszystkie prawa zastrzeżone. 31