Jste zde

Základné parametre digitálnych osciloskopov a ich význam IV

Redakce HW serveru, 1. Listopad 2003 - 0:00

Poslední díl seriálu o základních vlastnostech osciloskopů je věnován možnostem spouštění a

záznamem dat.

6. Možnosti spúšťania zberu dát

Každý osciloskop by mal umožňovať nastavenie štartu zberu dát aspoň nasledujúcimi spôsobmi:

  • nastaviť úroveň napätia, pri ktorej sa spúšťacia udalosť uskutoční
  • nastaviť smer zmeny spúšťacieho napätia, ktorá sa bude za spúšťaciu udalosť považovať.

Prácu s prístrojom uľahčí, ak je možné zvoliť z rôznych zdrojov spúšťacieho napätia, prípadne za spúšťaciu udalosť považovať výsledok matematickej operácie nad niekoľkými zdrojmi.

Pri zložitých meraniach je možné s výhodou využiť aj operácie nad spúšťacími udalosťami v časovej oblasti, prípadne niekoľkoúrovňové spúšťacie systémy, ktorými je možné definovať postupnosť spúšťacích udalostí. Ako príklad zložitej spúšťacej udalosti vysvetlime spôsob nastavenia spúšťacieho systému virtuálneho digitálneho osciloskopu M621 tak, aby sa na obrazovke zobrazil n-tý riadok kompozitného videosignálu z čiernobielej CCD kamery (OSCAR). Ako prvú úlohu, ktorú treba vyriešiť, je nájsť takú spúšťaciu udalosť, ktorá bude v cykle práce kamery unikátna. Unikátnou udalosťou je v tomto prípade vertikálny (snímkový) synchronizačný impulz. Oblasť okolo snímkového synchronizačného impulzu je zobrazená na obrázku 28.


Obr. 28 - Oblasť okolo snímkového synchronizačného impulzu

Treba si všimnúť, že synchronizačné a videosignály sú jasne oddelené úrovňou napätia. Videosignály nezasahujú do úrovne nízkych napätí, kde sú synchronizačné impulzy , ktoré sú neviditeľné, lebo sú pod úrovňou čiernej. Na obrázku je patrná oblasť v čase, kde je vidieť posledné a prvé riadky obrazu a medzi nimi zatemnený pás, kde sa nachádza snímkový synchronizačný impulz. Na obrázku 29 je zobrazený detail tohto impulzu. Ako je vidieť, snímkový synchronizačný impulz je rozdelený na niekoľko impulzov, ktoré slúžia na zabezpečenie riadkovej synchronizácie. Ako je z obr. 29 patrné, trvanie nulovej úrovne týchto impulzov je 27.6 us.


Obr. 29 - Detail snímkového synchronizačného impulzu


Obr.30 - Detail riadkového synchronizačného impulzu

Riadkové synchronizačné impulzy majú dĺžku 4.4 us, ako je to patrné z obr.30. Spúšťaciu udalosť treba konštruovať teda tak, že prvá udalosť, na ktorú budeme čakať, je výskyt synchronizačného impulzu s dĺžkou vačšou ako 4.4, ale menšou ako 27.6 us. Potom budeme čakať na taký počet synchronizačných impulzov, ktorý sa po prvom impulze snímkového synchronizačného signálu vyskytne pred tým riadkom videosignálu, ktorý chceme vidieť. Musíme tiež zistiť, ako treba nastaviť časovú základňu osciloskopu, aby bol celý riadok viditeľný. Ako je z obr. 31 zrejmé, čas medzi dvoma riadkovými synchronizačnými impulzmi je 64 us. K tomu, aby bol viditeľný celý riadok, bude treba časovú základňu nastaviť na rýchlosť 10 us/d. Ďalej musíme zistiť, koľko synchronizačných impulzov sa vyskytne medzi prvým impulzom vertikálneho synchronizačného signálu a začiatkom prvého riadku obrazu.


Obr. 31 - Riadok videosignálu


Obr. 32 - Detail oblasti medzi snímkovým synchronizačným signálom a prvým riadkom

Z obrázku 32 vidíme, že medzi týmito bodmi je 27 záverných hrán synchronizačných impulzov. Ak teda aktivujeme digitálny filter v prvej úrovni spúšťania a nastavíme minimálnu dĺžku nulovej hodnoty impulzu na 20 us, donútime tak spúšťacie obvody osciloskopu čakať na prvý impulz s nulovou hodnotou minimálne 20 us, čo je práve prvý impulz snímkovej synchronizačnej udalosti. Ak potom druhú úroveň spúšťacích obvodov nastavíme tak, aby bola riadená závernou hranou rovnakého signálu a počet výskytov tohto signálu nastavíme na 26, bude viditeľný posledný zatemnený a začiatok prvého aktívneho riadku obrazovky (viď obr. 33).


Obr. 33 - Posledný zatemnený a začiatok prvého riadku obrazu


Obr. 34 - Zobrazenie stého (a začiatku stoprvého) riadku obrazu

Nastavením hodnoty parametra funkcie Cn (počet synchronizačných udalostí na druhej úrovni) je teraz možné jednoducho zobraziť ktorýkoľvek riadok obrazu (viď obr. 34).

7. Maximálna možná dĺžka záznamu

Pre zobrazenie meraného priebehu na obrazovke je potrebné zbierať iba malý počet dát (cca 500 bodov pre každý kanál), pretože väčší počet je vzhľadom na zobrazovacie možnosti obrazovky zbytočný. Ak však potrebujeme analyzovať s veľkou rozlišovacou schopnosťou dlhšie deje, uvítame, ak je osciloskop schopný zozbierať oveľa väčší počet bodov, ako je to pre zobrazenie priebehu na obrazovke potrebné. V takomto prípade je treba zabezpečiť možnosť orientácie v celom nameranom priebehu. Ako ilustračný príklad uveďme meranie výstupu sériového asynchrónneho komunikačného kanálu RS232. Sledujme prenos bloku dát (obr.35), pričom vieme, že dáta sa vysielajú rýchlosťou 9600 Baud v osembitovom formáte bez parity s jedným stop bitom.


Obr.35 - Blok dát vysielaný kanálom RS232

Prenos jedného bajtu bude teda trvať asi 1.04 ms. Prenos celého bloku, ktorý sa skladá zo 59 znakov, bude trvať 61.36 ms. Ak by sme chceli zobraziť celú sekvenciu na obrazovke, museli by sme rýchlosť časovej základne nastaviť na 10 ms/d, čomu zodpovedá vzorkovacia frekvencia 5 kHz. Je zrejmé, nazbierané dáta by boli nepoužiteľné. Riešením nášho problému je zozbieranie väčšieho počtu dát, než je možné priamo zobraziť na obrazovke, a využiť zobrazovacie a navigačné možnosti osciloskopu k ich vyhodnoteniu. Ak použijeme osciloskop ETC M621, ktorý dovoľuje zozbierať až 32000 bodov dát pre každý kanál, môžeme časovú základňu prepnúť na rýchlosť 200 us/d a potom nastaviť režim zobrazenia všetkých nazbieraných dát. Ak stojíme pred úlohou zobraziť na obrazovke, ktorá má rozmer 500 bodov v horizontálnom smere, všetky dáta, musíme si uvedomiť, do jedného bodu obrazovky zobrazujeme 64 nameraných bodov. To, čo na obrazovke uvidíme, veľmi záleží na tom, akým spôsobom zobrazíme 64 nameraných bodov do jedného.

Osciloskop M621 ponúka niekoľko možností:

  • zobrazenie strednej hodnoty z nameraných bodov
  • zobrazenie maximálnej hodnoty z nameraných bodov
  • zobrazenie minimálnej hodnoty z nameraných bodov
  • zobrazenie vertikálnej čiary začínajúcej na minimálnej a končiacej na maximálnej hodnote z nameraných bodov.

Ak zvolíme nesprávny spôsob zobrazenia, môžeme dostať skreslený obraz skutočnosti.


Obr. 36 - Zobrazenie priebehu sériovej komunikácie pri nevhodnom spôsobe zobrazenia (stredná hodnota)

Tak napríklad na obrázku 36 je zobrazená celá sériová komunikácia, avšak pri nastavení zobrazenia strednej hodnoty z nameraných bodov, čo značne skresluje skutočnosť. Ako vhodný spôsob zobrazenia dát sa javí zobrazenie minimálnej a maximálnej hodnoty každého bodu. Takto zobrazená sériová komunikácia je na obrázku 37. Ako je z obrázku zrejmé, je použiteľný len na hrubú orientáciu. Ak nás zaujímajú detaily, môžeme pomocou rolovacej lišty zvoliť miesto, ktoré nás zaujíma, a po prepnutí zobrazenia do režimu 1:1 sledovať detaily. Na obrázku 38 je zobrazený detail začiatku komunikácie. Sú viditeľné dve prvé slabiky.


Obr. 37 - Zobrazenie priebehu sériovej komunikácie zobrazením minimálnej a maximálnej hodnoty každej skupiny bodov


Obr. 38 - Detail začiatku komunikácie (vertikálne kurzory ohraničujú prvý bajt)

Prvá má binárny tvar 00111101, teda 0x3D hexadecimálne, čo reprezentuje znak „=“. Binárny tvar druhej je 00110001, teda 0x31, čo reprezentuje znak „1“. Takto je možné analyzovať ktorúkoľvek časť komunikácie, prípadne postupne detailne prezerať celú postupnosť.

Je možno konštatovať, že aj keď prevažná časť meraní digitálnym osciloskopom je takého charakteru, že nevyžaduje zber väčšieho počtu dát, než je potrebný na priame zobrazenie nameraných priebehov, z času na čas sa vyskytne úloha, ktorá sa bez veľkej pamäte prístroja nedá riešiť, alebo sa rieši veľmi obtiažne. Odporúčam preto, aby digitálny osciloskop, ktorý si zvolíte, umožnil zbierať minimálne 20x väčší počet bodov, než je potrebný pre zobrazenie. Prirodzene použiteľnosť osciloskopu bude v špeciálnych prípadoch tým vyššia, čím je tento pomer väčší.

Peter Gubiš ETC R&D

DOWNLOAD & Odkazy

Hodnocení článku: