SmartScope USB Oscilloscoop, Logic Analyzer en Signaalgenerator

De LabNation SmartScope is een bijzonder handige en betaalbare USB-oscilloscoop, logic analyzer en signaalgenerator met een aantal opmerkelijke eigenschappen. De meeste USB-oscilloscopen zijn ontworpen voor gebruik in combinatie met een Windows- of Linux-pc. De SmartScope is hierop een uitzondering: hij werkt net zo goed met een Android-tablet, een iPad of een OS X-systeem. De software is ontworpen om de gebruikersinterface op alle platforms identiek te laten lijken. Een ander groot voordeel is dat de standaardsoftware al meerdere decoders voor digitale signaalprotocollen bevat.

De SmartScope is verkrijgbaar in de Elektor-winkel. Als goede introductie, bekijk de Elektor Video met Riemer Grootjans, een van de ontwikkelaars, hij toont de oscilloscoop aan Elektor-redacteur Jan Buiting.

SmartScope-hardware

De hardware van de SmartScope bestaat uit een kleine metalen behuizing (voor een goede afscherming), met een paar full-sized BNC-connectoren aan de voorkant voor de analoge ingangen, en een 16-pins header aan de achterkant, voor de acht digitale ingangen van de logische analyzer, vier digitale uitgangen en de uitgang van de ingebouwde arbitrary waveform generator (AWG), dit is een signaal generator die standaard en willekeurige golfvormen kan genereren. Aan de achterkant bevinden zich ook een mini- en een micro-USB-connector. De mini-USB is voor aansluiting op een tablet, smartphone of computer; de micro-USB wordt gebruikt om een ​​externe voeding aan te sluiten.

De printplaat bevat een krachtige Xilinx Spartan 6 FPGA, die de hoofdtaken voor haar rekening neemt (zoals het verwerken van de ontvangen meetgegevens en het creëren van het AWG-signaal). De conversie van de ingangssignalen wordt verzorgd door een A/D-converter met 100 Msamples/kanaal en een resolutie van 8 bits. Een RAM-chip biedt een buffercapaciteit van 4 Msamples/kanaal. Een PIC controller zorgt voor de communicatie met de computer via de USB aansluiting. Er zijn verschillende relais en opamps aan de ingangen voor het bereik- en AC/DC-selecties. De bandbreedte van het analoge ingangsgedeelte is 45 MHz. Dit is vrij groot in vergelijking met de sample frequentie van 100 Msamples/s. Dit is met opzet gedaan om de verzwakking van de ingangssignalen zoveel mogelijk te minimaliseren. Het bruikbare ingangsbereik is tot ongeveer 10 tot 20 MHz (wat ook door LabNation wordt vermeld).

Software

Een van de belangrijkste doelen die de ontwikkelaars voor ogen hadden, was dat de software onder vrijwel elk besturingssysteem zou moeten draaien, met een identieke gebruikersinterface. Het kan dus draaien op een standaard pc of een laptop, maar ook op een tablet of een smartphone.

De ontwikkelaars waren ook van mening dat de bedieningselementen op de meeste USB-scopes enigszins beperkend waren. De gebruikersinterface is meestal een soort kopie van die op hardware-scopes, die al sinds de jaren vijftig bestaat. Vaak wordt het hele bedieningspaneel inclusief de knoppen op het scherm gesimuleerd, of worden pull-down menu's gebruikt voor allerlei instellingen. Dit werd als een beetje achterhaald beschouwd en niet erg intuïtief bevonden. De software voor de SmartScope moest anders en gebruik maken van moderne interfaces zoals touchscreens. Het resultaat is een user-interface dat je doet denken aan je eerste ervaring met een tablet of smartphone: in het begin wat vreemd, maar al snel voelt het goed. Het is alsof je iemand zijn eerste tablet hebt gegeven: ze spelen er even mee en na een kwartier lijkt het alsof ze er al hun hele leven mee bezig zijn. Hetzelfde gebeurt met de software voor de SmartScope. Het is even wennen, maar dan wordt het zo vanzelfsprekend dat je niet meer terug wilt naar de ouderwetse methodes.

Aan de linkerkant is het hoofdmenu met alle instellingen. Onderaan staan ​​enkele van de meest gebruikte instellingen. De rest van het scherm wordt ingenomen door de scoopweergave met schaalverdeling, waar de gemeten signalen worden weergegeven.

Dit zijn de twee analoge ingangen of de acht digitale ingangen in de logic analyzer-modus. Wanneer een van de ingebouwde seriële decoders wordt gebruikt, worden ook de gedecodeerde gegevens weergegeven. Tot nu toe is er niets echt bijzonder. Wat opvalt is de afwezigheid van bedieningsknoppen en knoppen. In plaats van menu's en knoppen te gebruiken, gebeurt bijna alles via muisklikken of (in het geval van een touchscreen) door met je vingers te vegen.



Dit kost wel wat tijd om te wennen. Maar als je eenmaal hebt ontdekt hoe je een instelling kunt wijzigen (zoals het wijzigen van de ingangsversterking met een pinch/stretch gebaar met twee vingers), wordt het al snel een vertrouwde omgeving. Elk signaal heeft een identiek gekleurde cirkel links van het raster, die een aantal functies verbergt. Wanneer je het aanraakt of erop klikt met de muis, verschijnt er een klein menu waarmee je de AC/DC-coupling, triggering, probe verzwakking kunt instellen of het signaal kunt verbergen. Er is een soortgelijke cirkel aan de rechterkant van het raster. Met het bijbehorende menu kunt je het triggerkanaal en de stijgende of dalende flank voor triggering selecteren. Er kan een statusvenster worden weergegeven met de instellingen en veel gedetailleerde informatie over het signaal. Als het niet langer nodig is, kunt je het gewoon van het scherm slepen.

Bovenin het display kunt je het hardware geheugenbuffer oproepen. Dit toont de volledige inhoud van de buffer (4 Msamples). Hier kunt je snel en eenvoudig een specifiek gedeelte selecteren, zodat je deze meer gedetaileerd kunt bekijken.
  Het menu aan de linkerkant heeft een sectie waarmee je de AWG kunt instellen. Op dit moment kan de gebruiker kiezen uit een aantal standaard golfvormen, of een door de gebruiker gedefinieerd signaal importeren uit een CSV-bestand, dat kan worden opgeslagen in Dropbox of een lokale harddisk. Wat opvalt is dat er standaard een aantal digitale decoders bij de software worden meegeleverd. Het is ongebruikelijk om dit te zien voor producten in deze prijsklasse (je zou verwachten dat je er extra voor zou betalen). Deze decoders worden gebruikt om verschillende soorten digitale formaten te ontrafelen en om zaken als de werkelijke waarden en adressen van de data weer te geven. Er zijn decoders voor I²C, 3-draads en 4-draads SPI en UART meegeleverd met de software. Het is ook mogelijk voor gebruikers om een eigen decoder te schrijven en deze beschikbaar te stellen aan de SmartScope-gemeenschap. Zo'n decoder bestaat uit een enkel DLL-bestand, die moet worden toegevoegd aan de SmartScope-systeemmap. Dit is zo opgezet dat het zonder aanpassingen op alle platformen kan werken.

FPGA-ontwikkelingsplatform

Intern is de SmartScope gebouwd rond een krachtige Xilinx Spartan 6 FPGA, waardoor het ook geschikt is voor gebruik als FPGA-ontwikkelplatform. Elektor biedt een unieke SmartScope Maker-kit, die een speciale versie van de SmartScope en twee programmers met bijbehorende kabels bevat. Om de SmartScope te kunnen gebruiken als hardwareplatform voor FPGA-prototyping, heeft LabNation zijn software- en firmwarestacks open-source gemaakt en voor dit doel geoptimaliseerd. Met toegang tot de VHDL-bestanden van het platform kun je eenvoudig je eigen FPGA-code samenstellen en downloaden naar de SmartScope. Dan bedien je hem via de USB-link vanaf een desktop, tablet of smartphone. Harry Baggen, voormalig hoofdredacteur van Elektor met een bijzondere interesse in meetapparatuur, heeft een recensie gepubliceerd over de Maker Kit. Er was ook een artikel in Elektor magazine 11/2016, die beschikbaar is als gratis PDF-download.


Vertaling: Hans Adams