DIY набор-конструктор для сборки осциллографа DSO068

Здравствуйте. В продолжение моего обзора на подобный набор-конструктор осциллографа DSO 062, расскажу про более «продвинутую» модель — DSO 068.
Основные отличия DSO 068 от DSO 062 следующие:
— наличие корпуса;
— возможность автономного питания от встроенного аккумулятора;
— работа в качестве USB осциллографа;
— сохранение данных в MS Excel.
Указанные отличия, переводят осциллограф DSO 068 из разряда познавательных игрушек в разряд профессионального инструмента начального уровня.
В обзоре я постараюсь подробно описать все этапы сборки и настройки, возникшие в этом процессе проблемы и поделюсь с найденными путями решения. Надеюсь информация будет полезна.
Конструктор может поставляться в 6 различных вариантах (маркировка присутствует на торце упаковочной коробки). В данном обзоре будет идти речь о самом полном варианте: 06804К

Отличия осциллографов DSO 062 и DSO 068:

Упаковка и комплектация:

В коробке кроме корпуса осциллографа находятся кабеля и пакетик с «платками» и BNC разъёмами:

Остальные «запчасти» находятся внутри корпуса:

Рассмотрим всё отдельно.

Конденсаторы:

Для определения номинала керамических конденсаторов, нужно «превратить» последнюю цифру трёхзначной маркировки в соответствующее количество «нолей», это и будет ёмкость в пикофарадах. Керамические конденсаторы неполярные. У электролитических на корпусе указана ёмкость в микрофарадах и "-" обозначен отрицательный электрод

Кварцевый резонатор:

Полярности не имеет

Транзисторы и диоды:

Элементы полярные, при пайке необходимо это учитывать

Индуктивности:

Полярности не имеют, номинал у всех 3-х в наборе одинаков

Резисторы:

Полярности не имеют. Номинал можно определить по цветным кольцам на корпусе, для этого используются специальные таблицы, но в данном случае цвета колец очень близки между собой и можно ошибиться вычисляя номинал таким образом. В связи с этим лучше пользоваться мультиметром.
 

Звукоизлучатель:

Элемент полярный, на корпусе промаркирован положительный контакт знаком "+"

Другие изделия (разъёмы, кнопки, ручки, саморезы):

Кабели:

В комплекте идёт кабель для аккумулятора и отрезок экранированного кабеля для подключения BNC разъёмов к плате

ЖК индикатор:

Печатная плата и корпус:

На печатной плате элементы поверхностного монтажа уже распаяны. Качество изготовления печатной платы хорошее, маркировка видна отчётливо. На плате можно заметить ряды широких контактных площадок. Это места к которым необходимо припаивать маленькие модули, которые также присутствуют в комплекте. О них расскажу чуть ниже.

Схема устройства:

Схему можно скачать по этой ссылке с сайта производителя. Приводить целиком схему я не буду, но про составные части скажу.
Ядром осциллографа является микроконтроллер ATMega64. Микросхема уже запаяна на основную печатную плату:


В схеме и на плате присутствует ещё один микроконтроллер — ATMega48. Его функциями являются обслуживание кнопочной панели, а также энкодера:


Входная аналоговая часть собрана на 2 операционных усилителях TL082 и LM6172:


Для преобразования аналогового сигнала в цифровой используется 8-ми битный параллельный АЦП TLC5510:
 

Остальные функциональные блоки собраны в виде отдельных модулёчков.

Повышающий преобразователь JYE116 (BOB4):
Для доведения напряжения аккумуляторной батареи до стабилизированных 5 вольт используется повышающий импульсный преобразователь напряжения на микросхеме QX3400


Выключатель питания JYE117 (BOB3):



Зарядное устройство для Li-Ion аккумулятора JYE118 (BOB2):
Для корректного заряда Li-Ion аккумулятора используется ЗУ на контроллере заряда LTC4054


Преобразователь UART-USB JYE119 (BOB1):


Источник питания отрицательного напряжения JYE120 (BOB5):
Для получения напряжения отрицательной полярности, которое необходимо для питания операционных усилителей, используется следующий источник
 

Сборка:

Итак, все составные части рассмотрены, пора переходить к сборке. Для этого можно скачать специальную инструкцию по сборке с сайта производителя. Но можно и не скачивать, т.к. распечатанный вариант приложен к конструктору.
В инструкции приводится важная таблица — перечень деталей и очерёдность сборки:

Собирать в последовательности, указанной в данной таблице, я не советую по соображениям удобства и безопасности отмывания платы окунанием. Я паял в следующей последовательности:
1. резисторы;
2. индуктивности;
3. светодиод;
4. керамические конденсаторы;
5. транзисторы;
6. диоды;
7. кварцевый резонатор.

Далее окунаем плату в спирт (я использовал изопропиловый) на 10 минут для растворения остатков флюса, далее стираем оставшиеся остатки флюса ватной палочкой

Следующим этапом припаиваем модулёчки. Для этого в комплекте имеется специальное приспособление

Но мне оно не понравилось, проще придерживать перпендикулярно плате модулёк пальцем и запаивать его. После этого паяем электролитические конденсаторы, разъёмы. Временно закорачиваем JP2. К следующей схеме мы будем неоднократно возвращаться

Вытираем остатки флюса ватной палочкой смоченной в спирте и проверяем монтаж на наличие качественных пропаев и отсутствия «соплей».
Если всё в порядке, то подключаем питание в USB разъём (я подключил повербанк) и измеряем напряжение +5 вольт в контрольной точке +5V. Если напряжения нет, проверяем его наличие на USB разъёме, снова перепроверяем монтаж, пайку.
Если оно присутствует, отключаем питание и закорачиваем JP4. После этого снова подаём питание и смотрим на светодиод. Он должен 1 раз моргнуть, а через секунду ещё 2 раза. Если всё нормально, закорачиваем JP7, запаиваем все остальные компоненты, в том числе и ЖК экран.
Для начала нужно напаять на плату ЖК индикатора однорядную 20-ти пиновую линейку. Но нужно не перепутать и запаять там, где отверстия подписаны. С другой стороны запаять 2 двухпиновых кусочка. Паять нужно так, чтобы пины были перпендикулярно плате. После этого попробовать посадить плату ЖК дисплея на основную и убедиться, что выводы запаянных элементов не достают до платы дисплея. Если всё в порядке, пропаять обратные стороны пинов со стороны основной платы.

Снова вытираем остатки флюса, проверяем монтаж и подаём питание.
Вместе с «морганием» светодиода должен появится звук от излучателя. Также должен засветиться ЖК экран. Контрастность изображения необходимо отрегулировать соответствующим подстроечным резистором «Contrast Adj.»
Если изображение присутствует, то отключаем питание и разрываем JP2. Теперь чтобы включить осциллограф, необходимо нажать на энкодер.
Следующий этап: настройка аналоговой части.
Паяем временную перемычку между AIN и OUT:

Устанавливаем внутренний генератор на 10кГц и 5В, развёртку осциллографа на 20мкс (как это делать опишу ниже в разделе «Тестирование»). Переключатели SW1 и SW2 устанавливаем на 1V и х2 соответственно. И вращая переменный конденсатор С8 добиваемся прямых углов меандра.
Как я ни крутил этот С8, прямых углов добиться не удалось

Искажения были минимальны при минимальной ёмкости этого конденсатора. Для улучшения картины я решил выпаять этот конденсатор и форма сигнала стала почти такой как нужно

Теперь нужно уменьшить амплитуду сигнала встроенного генератора до 1В и переключить SW1 и SW2 в 0,1V и х5 соответственно. И вращая конденсатор С5 снова добиваться прямоугольности, но у меня картинка была совсем другая:

После тщательной проверки всех цепей связанных с этими положениями переключателей обнаружил непропай одного резистора, вот что значит невнимательность, повезло, что этот резистор оказался не под ЖК экраном:

После пропаивания пропущенной пайки, «картинка» стала такой как нужно.

Всё, настройка осциллографа закончена (позже нужно будет таким же образом настроить делитель щупа регулировкой подстроечного конденсатора на нём), убираем перемычку и собираем осциллограф в корпус, для чего устанавливаем сначала в него BNC разъёмы и кнопки:

Далее вставляем плату в корпус. Начинаем со стороны USB разъёма. На этом этапе слегка мешает шток энкодера, его нужно чем-то поддеть. После того как плата вставилась, припаиваем BNC разъёмы к плате. Разъём выхода внутреннего генератора припаиваем с помощью обрезков выводов, а разъём входа осциллографа с помощью комплектного кусочка экранированного кабеля


Установка аккумулятора:
Аккумулятора в комплекте нет, но можно использовать любой Li-Ion аккумулятор, подходящий по размеру. У меня как раз лежал такой от iPhone 3GS с «дохлой» платой защиты. Но сама «банка» аккумулятора нормальная.
 В связи с тем, что в осциллографе присутствует контроллер заряда Li-Ion батарей, то использование аккумулятора без своей платы защиты допустимо. Выкидываем плату защиты и припаиваем на контакты аккумулятора специальный кабель с разъёмом. Саму батарею крепим 2-х сторонним скотчем к задней крышке корпуса


Проверка тока потребления:

Результаты следующие:
— осциллограф включен без аккумулятора: 220 мА;
— осциллограф включен, аккумулятор заряжается: 370 мА;
— осциллограф выключен, аккумулятор заряжается: 140 мА;
Во время заряда аккумулятора светится красный светодиод на модулёчке зарядного устройства

Напряжение на аккумуляторе во время заряда:

Всё, корпус можно закручивать. Сначала 2-мя саморезами прикручиваем плату, потом защёлкиваем заднюю крышку и еще 2-мя оставшимися саморезами фиксируем и её.

Обновление «прошивки»:

Для начала определяем какая прошивка установлена, для этого включаем осциллограф и ждём загрузку. На экране появляется большая надпись на китайском языке и ниже:
MAIN:06801-060
KEYPAD:06802-030
Идём на соответствующую страницу сайта производителя с прошивками и сравниваем. Получается, что прошивка контроллера клавиатуры актуальная, а вот основного контроллера нет. Качаем новую прошивку, инструкцию по прошиванию и «прошивальщик» avrubd.
Подключаем осциллограф к USB порту компьютера. Win7 автоматически нашла драйвера (запоминаем номер СОМ порта, в данном случае это СОМ6):

Запускаем avrubd, выбираем английский язык:

Устанавливаем соответствующие настройки и открываем прошивку
 Теперь долгим нажатием на энкодер выключаем осциллограф, жмём кнопку «Dn» в прошивальщике и включаем осциллограф нажатием на энкодер. Начинается прошивка. Ждём окончания. В конце осциллограф перезагрузится:


Снова смотрим на версию прошивки и удивляемся, что она не изменилась

В чём дело я не знаю. Прошивка произведена, но версия не поменялась.

Тестирование:

Для полноценной работы с осциллографом советую скачать инструкцию с сайта производителя и ознакомиться с ней. Она также присутствует в распечатанном виде в комплекте с конструктором.
Для переключения режимов осциллографа нужно кратковременно нажать на энкодер и вращая его выбрать нужный режим. Подтверждение выбора — нажатие на энкодер. В меню всего 12 пунктов:

Для начала проверим работу внутреннего генератора и частотомера. Для этого соединим выход генератора с входом осциллографа, а также подключим параллельно мультиметр и переведём его в режим измерения частоты

На фото плохо видны единицы измерения мультиметра. Слева это герцы, справа килогерцы. Частота измеряется корректно.
Далее проверим режим БПФ:
БПФ или по английски FFT это Быстрое преобразование Фурье. Не вдаваясь в подробности эта функция даёт пользователю возможность с помощью осциллографа проводить анализа сигнала не только во временной, но и в частотной области. Этот алгоритм особенно полезен когда нужно провести спектральный анализ, но специализированных приборов типа анализаторов спектра нет. При этом надо четко представлять, что осциллограф это прежде всего, осциллограф, а не средство измерения частотного спектра, хотя у него и есть такая возможность. Поэтому метрологические характеристики осциллографов в режиме БПФ не нормируются.
Для тестирования этого режима подключим вход осциллографа к выходу внутреннего тестового генератора:

Частота генератора равна 1 кГц, можно видеть максимальный уровень сигнала именно на этой частоте, и дальше наблюдать затухающие гармоники на частотах 2 кГц, 3 кГц и т.д. Вращением энкодера можно менять частоту дискретизации.
Теперь переходим к «самому вкусному» — к подключению осциллографа к компьютеру. Тут есть 3 варианта:
1. сохранение «скриншотов» экранов в виде BMP файлов;
2. сохранение данных в файл *.CSV с последующей обработкой в MS Excell;
3. использование специального софта jyeLab, превращающего этот осциллограф в USB осциллограф.
Для пунктов 1 и 2 необходимо использовать ПО Tera Term. Инструкцию по использованию этого ПО можно скачать отсюда. В инструкции есть и ссылка на саму Tera Term.
Устанавливаем, запускаем, выбираем настройку последовательного порта и устанавливаем соответствующие значения:

Далее выбираем приём данных по протоколу «X-Modem»

Выбираем имя и расширение файла (*.BMP для скриншота, *.CSV для файла данных), а на осциллографе жмём «SEND SCREEN» или «SEND WAVE DATA» соответственно.
Для пункта 3 необходимо скачать jyeLab по ссылке с сайта производителя. По установки не требует. После запуска выбрать Options -> Port Setup и сделать следующие настройки:

Далее жмём «Connect» и «Run».
Естественно использовать обе программы одновременно нельзя.
Итак, вот что получилось:
Фотография ЖК экрана и «скриншот»:

Данные в MS Excell:

Результат в jyeLab

На последнем скриншоте показаны такие возможности ПО jyeLab как установка измерительных меток по амплитуде и длительности и вывод результата (верхний левый угол).
Использование ПО jyeLab устраняет существенный недостаток осциллографа — низкую разрешающую способность встроенного ЖК экрана.

В качестве ещё одного примера покажу как можно «поймать» байт последовательности передачи данных с СОМ порта:

Итоги:

Плюсов можно перечислять множество, минусов за эту цену просто нет. Результатом и прибором я доволен на 99%: омрачает странная подсветка ЖК экрана, но думаю я тут сам виноват. Скорее всего между экраном и подсветкой попал спирт во время отмывки экрана, надо бы разобрать и хорошенько помыть и просушить его, но сделать при запаяном ЖК экране это проблематично.
Сборка осциллографа относительно несложная (DSO 062 ещё проще) и с ней может справится радиолюбитель не совсем начального уровня. К покупке рекомендую однозначно.

Удачи!