Конструктор осциллографа DSO138

Эта статья посвящена обзору DIY-набора "Осциллограф DSO138". Выпускается компанией JYE Tech, по описанию имеет следующие основные характеристики:

• полоса пропускания до 200 кГц
• до 1 млн замеров в секунду
• чувствительность 10 мВ/дел - 5 В/дел с точностью 5%
• разрешение АЦП 12 бит
• максимальное напряжение на входе 20 В
• развертка 10 мкс/дел - 500 сек/дел

Данный конструктор очень популярен среди отечественных радиолюбителей. Главный фактор - низкая стоимость. На текущий момент на AliExpress попадаются наборы стоимостью всего 15$! А еще меньше года назад дешевле 22$ не было предложений. Средняя цена на апрель 2016 составляет 17-18$. Но нужно понимать, что в большинстве случаев это подделки, хотя и вполне рабочие. Официальная же цена составляет 32$, т.е. почти в 2 раза больше. В теме поддержки DSO138 на форуме есть актуальный список продавцов, на тот случай, если вы все же хотите приобрести оригинал.

Сразу скажу, что не стоит ожидать от DSO138 идеальных прямоугольных импульсов на 200 кГц. Прямоугольный импульс состоит из множества сигналов более высокой частоты, которые обрежутся, и на экране появятся искажения.

Пришел набор вот в такой посылке

Внутри почтового пакета в защитной обертке ещё один пакет с комплектовкой.

Детали внутри рассортированы по пакетам

Как видим, SMD уже распаяны на плате, так что ломать глаза не придётся. В осциллографе использован микроконтроллер STM32F103C8T6

Вид платы с обратной стороны:

Также в комплекте есть документация, на всякий случай прикладываю все снимки

Для монтажа потребуется паяльник 25-40 Вт, припой, неактивный флюс и, желательно, мультиметр для измерения сопротивления резисторов

Собирать будем по шагам, которые описаны в инструкции. Первыми идут резисторы, в инструкции подписаны номера резисторов и номиналы, на плате только номера. Резисторы в комплекте имеют кольцевую маркировку, поэтому самым простым способом определить сопротивления будет непосредственное измерение. Резисторы одного сопротивления сгруппированы в наборе в ленту, поэтому достаточно узнать сопротивление одного резистора из каждой ленты.

Таким образом впаиваем все резисторы. Кстати, в наборе не оказалось резистора на 1,8 МОм - R2. Пока что нашел у себя на самое близкое - 5,1 МОм, что, вообще то, крайне нехорошо. Этот резистор цепи делителя напряжения и неправильный номинал приведет к неверной амплитуде на экране. Постараюсь как можно скорее найти нужный номинал. Результат пайки:

При монтаже компонентов надо быть крайне внимательным, чтобы не оставить коротких замыканий между ножками элементов. Такая ошибка возникает очень легко, а результат может быть очень плачевным.

Далее производим монтаж индуктивностей и диодов

Теперь надо смонтировать кварц и разъем. Монтировать разъем здесь, наверное, самое сложное - расстояние между выводами мало. Однако разъём USB особенно не нужен, вплоть до последний версии функция USB не поддерживается.

Далее настала очередь кнопок-микриков. Их всего 5.

Далее по плану впайка керамических конденсаторов. Выглядят они вот так...

...и имеют цифровую маркировку из двух или трёх цифр. Если три цифры, то первые две надо умножить на десять в степени, которая указана третьей цифрой и получится емкость конденсатора в пикофарадах. Если цифры две, то это сразу емкость в пикофарадах. Например, 104 - это 10 * 10^4 = 100000 пФ = 0,1 мкФ. 22 - это 22 пФ.

Вот что получилось:

.

Платка потихоньку обрастает компонентами. Впаиваем светодиод. Он будет вспыхивать при срабатывании триггера развертки.

Для светодиода важна полярность, иначе он не загорится. Длинная ножка должна быть подключена к квадратной контактной площадке посадочного места светодиода.

Теперь нужно установить первый из двух разъемов питания (второй установим чуть позже). Оба разъёма подключены параллельно и можно для питания использовать любой. Если у вас нет ответной части ни к одному из них, то самое время отправится с разъемами в радиотовары и подобрать там штекеры. При установки этого разъема его важно не перегреть, иначе можно повредить корпус.

Следующими впаиваем транзисторы и стабилизаторы. Все они в корпусах TO-92, так что не перепутайте, перед монтажом проверяйте маркировку детали.

Смонтируем подстроечные конденсаторы. Они нужны для согласования щупа и для настройки нам понадобится тонкая отвёрточка.

Далее идет катушка индуктивности.

После монтажа катушки обрезки выводов не выбрасывайте. Нам потребуется сделать петельку для вывода тестового сигнала, а выводы этой катушки как раз довольно жесткие и хорошо подойдут для этих целей.

Теперь настает пора электролитических конденсаторов.

Это полярные элементы, длинный вывод - плюс, короткий - минус. На установочном месте плюсовой контакт подписан и выполнен квадратным.

Результат монтажа:

Далее ставим разъем питания и две гребенки, гребенки также стараемся не перегревать.

Настала очередь разъема для дисплея.

Самое главное сейчас - хорошо впаять сорокаконтактную двухрядку. Дефект пайки тут приведет к неработоспособности дисплея и танцам с бубном во время поиска этого самого дефекта. Пайка в моём исполнении:

Два маленьких двухконтактных разъема паять не так сложно. Тут желательно поставить их как можно ровнее - они буду опорами дисплея. Текущий вид платы с разъёмами:

.

Далее монтируем три движковых переключателя.

Тут надо опять же паять осторожно - иначе получите артефакты при работе осциллографа.

Пляшем дальше - ставим байонетный разъем для щупа. При пайке выводов от корпуса желательно воспользоваться паяльником помощнее.

Почти завершили монтаж основной платы, ставим петельку для вывода тестового сигнала. Её нужно сдедать из обрезка вывода, желательно жесткого, так как к нему мы будем цеплять щуп. Я взял вывод от катушки L2.

И осталось припоем закоротить перемычку J3

Монтаж главной платы завершён.

Теперь надо на плату с дисплеем напаять гребенки выводов.

Основное внимание к качеству пайки гребёнки 2х20. Вот как получилось у меня

Далее нам потребуется источник питания. В идеале 9 В, но допустимо от 8 до 12 Вольт. На ум сразу приходит крона, однако это плохая идея - другой такой же девайс у меня съел крону за  15 минут. Поэтому использую две батарейки по 4,5 В с припаянным проводом - хватает надолго.

Сейчас надо подключить питание к главной плате и проверить напряжение после трёхвольтового стабилизатора - в точке TP22 должно быть около 3,3 В относительно земли.

Очевидно стабилизатор работает нормально. Значит можно запаять перемычкуJP4 - это подаст питание на микроконтроллер.

Конечно, можно и ничего не замеряя включить питания МК, но STM очень легко умирают от передозировки напряжения. Поэтому, если вдруг что-то не так со стабилизатором, гораздо проще заменить его, чем микроконтроллер. 

Если все в порядке, то на этом операции пайки окончены - осталось вставить дисплей в разъем основной платы и подать питание. На дисплее должна начать отображаться информация и светодиод начнёт мигать. Однако, у меня экран не включился и  светодиод не замигал. Первое, что пришло в голову - я не пропаял перемычку питания камня, но, измерив, я убедился, что пайка в порядке.

Тем не менее, микроконтроллер не завёлся, и проблему надо решать. Для начала нужно было выяснить - шевелится ли МК вообще. Я решил считать его память с помощью отладочной платки STM32VL-Discovery. Как это делается - отдельный разговор, но ничего сложного там нет. Подключение происходит по SWD. 

Пытаемся прочитать микроконтроллер.

Контроллер прочитался, но, как видно, он абсолютно чистый, ни намёка на прошивку! То ли китайцы забыли прошить, то ли не смогли, то ли не собирались. В принципе, это не страшно; на сайте производителя есть hex-файл прошивки. На всякий случай файл, который там висит на момент написания статьи, я прикреплю внизу. 

Его же я и залил в осциллограф

Результат налицо, на экране что-то вроде предупреждения про авторские права. Осциллограф заработал.

Примерно год назад я купил ещё один такой осциллограф, там прошивка была сразу на месте, правда чуть более старая версия. На АлиЭкспрессе встречаются комплекты для этого осциллографа без прошивки, так что при покупке внимательно читайте, что представляет из себя товар.

Теперь к осциллографу нужно прикрепить 4 ножки по углам и надеть щуп.

Тут ничего сложного нет

Сборка завершена - начинается настройка. Однако перед этим хотелось бы чуть-чуть рассказать про органы управления, в инструкции к нему это называется Display and Controls. 

Попробую перевести

Connector for probe - сюда подключаем щуп.

Oscilloscope mode - режим; HOLD - осциллограмма не обновляется, RUN - нормальный режим.

Horizontal position - позиция по горизонтали; осциллограф держит в памяти больше, чем вывел на экран, поэтому картинку можно сдвигать для просмотра скрытых участков сигнала. К слову, развертка у электронных осциллографов идет от середины экрана, после срабатывания триггера запуска развёртки сигнал начинает прорисовываться от середины вправо; то, что левее середины пририсовывется от предыдущей развёртки. Таким образом, обычно интересует часть сигнала, находящаяся справа, в том числе и невидимая.

Vertical position indicator - индикатор позиции нуля сигнала по вертикали.

Trigger level - напряжения, по которому срабатывает триггер и запускает развертку.

Connectors for power supply - сюда подаём питание.

OK - кнопка подтверждения. При коротком нажатии переключение RUN/HOLD. В режиме выбора времени развертки при ее длительном удержании на экран выводятся параметры сигнала; чтобы вывести частоту сигнала, необходимо, чтобы сигнал проходил через линию 0, для однополярных сигналов выбирайте закрытый вход. В режиме выбора вертикальной позиции устанавливает линию нуля.

+/- - изменение величины выбранного параметра.

SEL - выбор между параметрами

Triggger level Indicator - напряжения срабатывания триггера.

Reset - кнопка перезагрузки микроконтроллера.

Trigged indicator - светодиод мигает каждый раз при захвате триггера.

Trigger Slope - фронт срабатывания триггера - передний или задний.

Trigger mode - режим работы развертки: auto - ждёт захвата триггера, если его нет, то запускается автоматически через определенный промежуток времени, normal - развертка происходит только от триггера, single - после срабатывания триггера построит график и зависнет в режиме HOLD до нажатия кнопки OK.

Timebase - развертка, время на деление.

Couple - показывает состояние входа: GND - вход зажат на землю, AC - показана только переменная составляющая, закрытый вход через ёмкость, DC - вход открыт, проходят как переменная, так и постоянная составляющие.

Sensivity - чувствительность, напряжение на деление.

Sensivity selection 1/2 - переключатели чувствительности, чувствительность определяется как положение переключателя 2 умноженное на множитель, выбранный положением переключателя 3.

Couple selection - выбор входа - открытый, закрытый или земля.

Сначала проверим положение нуля на экране осциллографа. Для этого тип входа выбираем GND и смотрим, чтобы линия на экране шла на одном уровне с индикатором позиции по вертикали. У меня сигнал оказался чуть сдвинут вверх. 

Чтобы исправить это, кнопкой SEL нужно выбрать индикатор позиции по вертикали и зажать кнопку ОК. Через несколько секунд осциллограф автоматически настроит положение нуля, график сигнала встанет на уровне ползунка вертикальной позиции. Делать это процедуру надо при входе в режиме GND.

С этим немного разобрались. Нужно теперь настроить согласование щупа. Для этого чувствительность выставим 0,5 В/дел, вход закрытый, развертка 0,2 мс/дел. Щуп подцепляем к петельке тестового сигнала и ожидаем увидеть прямоугольный сигнал.

Сигнал чуть срезанный, что говорит о рассогласовании щупа. Конденсатором C4 нужно добиться прямоугольного сигнала.

Результат

Аналогично, переходим в режим 1 В/дел и проводим настройку C6. Правда особой настройки и не потребовалось.

До

После

Наш осциллограф готов к работе.

Теперь попробуем посмотреть разные сигналы. 

300 Гц

1000 Гц

5000 Гц

20000 Гц

Режим измерения сигнала, 300 Гц и 20000 Гц соответственно

С прямоугольными сигналами все не так гладко. Из-за того, что его спектральные составляющие уходят в бесконечность, сигнал искажается (об этом я упоминал выше). Прямоугольник 33 кГц:

Таким образом, осциллограф прекрасно подходит для исследования сигналов звукового диапазона. Встроенному измерителю вполне можно доверять.

Напоследок расскажу об основных неисправностях и методах их устранения.

Для начала контрольные характеристики с исправного аппарата при питании от 9 В:

• ток 100 мА
• напряжения AV-    -4.9 В
• напряжение AV+    +4.9 В
• напряжение +3.3V  + 3.28 В
• напряжение +5V    +4.9 В
• напряжение V1    0.0 В
• напряжение V2    +1.6 В
• напряжение V3    +2.83 В
• напряжение TLVL   +1.64 В

Все напряжения измерены по постоянке.

Вот примерный поиск неисправностей. 

Если ноль уходит, в первую очередь проверяем напряжение питания. Если оно ниже 8 В, осциллограф не будет работать. Если с питанием всё в порядке, проверяем AV+ и AV-. Отсутствие положительного напряжения говорит о неисправности цепей вокруг микросхемы 78L05, а отсутствие отрицательного напряжение говорит о проблемах c цепями вокруг 79L05 и двух транзисторов с диодом. TLVL - уровень срабатывания триггера, он должен меняться при изменении настроек уровня.

Если при подаче питания не происходит абсолютно ничего, необходимо проверить питание микроконтроллера,  после перемычки JP4 должно быть 3.3 В. Отсутствие там напряжения говорит о проблемах с стабилизатором LM1117. Если же напряжение там больше 4 В, с высокой долей вероятности мк можно считать убитым. Если же при включении экран не работает, а светодиод мигает, то причина, скорее всего, в плохой пропайки сорокаконтактного разъёма дисплея.

При проблемах с отображением графика сигнала нужно проверять на левой половине платы, особое внимание уделяя качеству пайки движковых переключателей.

Тема поддержки DSO138 на форуме (актуальные прошивки, список продавцов, мануалы и т.д.)

Теги:

• DSO138
• Осциллограф