אוסצילוסקופים הם הכלי שייבחר על ידי כל מהנדס בכל הנוגע למדידות. אם אפשר להפעיל את מכשיר המדידה גם כמחולל צורות גל ואפשר גם לבצע כמה חישובים מתמטיים על האותות שנרכשו, או לבצע בדיקות אוטומטיות, מה טוב.
אוסצילוסקופים (משקפי תנודות) הם בחירה מצוינת עבור רבות מבין משימות המדידה, אשר בפניהן עומדים אנשי תכנון בעבודתם היומיומית, והם אכן מציעים אפשרויות רבות להשגת תוצאות טובות. ואולם, מדי פעם יש צורך לתעד את הנתונים שהושגו או להרחיב את עיבוד האותות. דוגמה פשוטה היא כאשר יש צורך לכמת את ההספק של בלוק מסוים במעגל, ויש גם עניין בצורות הגל שמקורן בחישובים אלו ולא רק בערכים המוחלטים.
רוב האוסצילוסקופים מודדים רק את המתח ואת הזרם, ועל כן אין אפשרות למדוד באופן ישיר את ההספק. לכן, יש צורך להשתמש בנגד מיצד (shunt) כדי לקבל את הזרם העובר דרך המעגל ולאפשר את החישוב של צריכת ההספק (איור 1). צריך גם לקחת בחשבון את החיבור מיוחס (single ended) של הערוצים ברוב האוסצילוסקופים, לכן יש ליחס את כל המדידות להארקה. אין אפשרות לקרוא באופן ישיר את מפל המתח על פני העומס. נדרשת מדידה שנייה לקבלת מפל המתח על פני נגד המיצד. בסופו של דבר, המשמעות היא שיש לבצע כמה חישובים כדי לקבל את קריאת ההספק.
בנקודה זו נכנסים למשחק אוסצילוסקופים בעלי יכולת לבצע מדידות ישירות על ההתקן, כדוגמת Analog Discovery Pro
(ADP 3450) של Digilent. האוסצילוסקופ בעל ארבעה ערוצים (אפשר לקבל גם גרסה בעלת שני ערוצים) עם רזולוציה של 14 סיביות בקצב דגימה של 0.5 ג’יגה דגימות בשנייה הוא כלי מדידה של ממש עבור אותות מעורבים, אשר עומד בדרישות של ספסלי בדיקות אלקטרוניים ברמה מקצועית במעבדה או בבית. בנוסף לכניסות האנלוגיות, הוא מספק למהנדסים גם 16 ערוצי כניסות/ יציאות (I/O) ספרתיות, שתי כניסות עירור (trigger) חיצוני, ומחולל צורות גל שרירותיות בשני ערוצים (איור 2).
איור 1: מערכת פשוטה למדידת הספק
איור 2: את האוסצילוסקופים כדוגמת Analog Discovery Pro של Digilent אפשר לקבל עם אפשרויות מדידה מרובות כגון מחולל צורות או נתח צורות גל,
ואפשר לכתוב להם תסריט (script) לביצוע בדיקות אוטומטיות.
Analog Discovery Pro קטן יותר וקל יותר ממחשב נייד ויש בו ממשק משתמש מובנה. הוא מתחבר למחשב מארח דרך אחד מבין ארבעת חיבורי port מהירים מסוג USB 2.0 שקיימים בו, או דרך ממשק Ethernet, והוא מבוקר באמצעות התוכנה החופשית WaveForms של Digilent, אשר פועלת במחשב המארח. תוכנה זו, ששוכללה במשך יותר מ- 10 שנות משוב שהתקבלו מלקוחות, מספקת חוויית משתמש עם המראה והתחושה של יישומים שולחניים מסורתיים ותואמת למערכות ההפעלה
macOS, Windows ו- Linux.
תוכנה אחת לכל המכשירים
התוכנה WaveForms מקיפה שניים-עשר כלי תוכנה מובנים, כגון אוסצילוסקופ, מחולל תבניות וצורות גל (אשר יכול ליצור אות בדיקה עבור מדידות ההספק שלנו, למשל), ספק כוח מבוקר, חיבורי כניסות/ יציאות, נתחים ללוגיקה, לספקטרום, לרשתות, לעכבה (אימפדאנס) ולפרוטוקולים וכן, מד מתח ורשם נתונים. באופן כזה, המשתמשים יכולים ללכוד, לבצע רישום, לנתח, לתעד, ולחולל אותות מעורבים ואותות ממישורים מעורבים. בנוסף, היישום WaveForm כולל כלי לעריכת תסריטים, אשר מאפשר לתכנת את כלי המכשור בהתאמה אישית בעזרת JavaScript.
עם זאת, יש פעמים, כמו בדוגמה של מדידת ההספק, שבהם אין אפילו צורך ליצור תסריט. כלי האוסצילוסקופ של התוכנה כולל את מה שמכונה ערוצי מתמטיקה, אשר מבצעים את החישובים ומכינים תרשים של התוצאות עם המדידות. כדי להציג את ההספק הכולל של המעגל מספיק רק לכתוב בשדה התסריט “(C2–C1) * C1/RS“, כאשר RS הוא הערך של נגד המיצד.
משוואה זו מחשבת את הזרם על ידי חלוקת המתח VS שעל פני נגד החישה ׁ(ערוץ 1) בערך ההתנגדות, וכפל התוצאה במתח שעל פני העומס המשולב (קיבול והתנגדות), שמחושב על ידי חיסור המתח VS (ערוץ 1) מהמתח VG שעל פני העומס (ערוץ 2). באותו חלון, אפשר גם להגדיר את היחידות של האות ואת הטווח של הערוץ ביחידות לחלוקה. אפשר גם לשנות את השמות של ערוצי המדידה ושל ערוצי המתמטיקה לקבלת בהירות רבה יותר (איור 3). ולבסוף, אפשר לבצע חישובים נוספים, כדוגמת צריכת ההספק של הנגד RL, על ידי הוספה פשוטה של ערוצי מתמטיקה. מעבר לפעולות אריתמטיות, המודול תומך גם בפעולות טריגונומטריות ובפעולות אחרות.
איור 3: ערוצי המתמטיקה הופכים את החישובים עם הכניסות לאוסצילוסקופ לתהליך פשוט.
מודול תסריטים מקל על האוטומציה
אפשר להפעיל כל אחד מחלקי המכשור של צורת הגל בעזרת תסריט. מהנדסים יכולים לשלוט בכל פריט מכשור אחר על ידי כתיבה של קוד JavaScript וביצועו בכלי Script דרך ממשק תכנות יישומים
(API) נרחב. באופן כזה, אפשר גם להגדיר ולהפעיל כמה פריטי מכשור בו זמנית, בדרך שניתן לחזור עליה בקלות.
כלי התסריט מאפשר לא רק לשלוט בפריטי המכשור ולקבל נתונים. הוא כולל גם חלונית תרשימים, שבה משתמשים יכולים לשלב נתונים מפריטי מכשור רבים ושונים ולהציג אותם בדרך שניתנת להתאמה אישית במידה רבה. מעבר לכך, אפשר להפוך את פעולות הממשק הגרפי (GUI) לאוטומטיות, ולהתאים אישית ניתוח נתונים ולבצע בהם מניפולציות.
כך יכולים מהנדסים לנטר אותות ולתעד את תוצאות המדידות. עם ערכת פיתוח התוכנה WaveForms (WaveForms SDK), אפשר לבצע התאמה אישית מדויקת אף יותר, מאחר שאפשר להשתמש בערכת SDK ליצירה של יישומים ותסריטים בהתאמה אישית ב- Python, C, C++, C# וב- Visual Basic. ערכות כלים של צד שלישי קיימות עבור LabVIEW ו- MATLAB.
איור 4: פריט המכשור Script שב- WaveForm מאפשר לכתוב יישומים של המשתמש
ב- JavaScript.
אוטומציה מלאה במצב Linux
איור 5: במצב Linux, אפשר לגשת אל Analog Discovery Pro דרך ממשק טורי. יש לשנות את שם המשתמש והסיסמה לאחר ההפעלה הראשונה.
בנוסף למצב הרגיל, כאשר ההתקן מחובר דרך חיבור USB או דרך ממשק Ethernet למחשב מארח, שבו פועלת WaveForms, הכלי Analog Discovery Pro פועל במצב Linux. במצב זה, הכלי ADP עולה הפצת Linux מתוך Debian המותקנת בהתקן. כך מתאפשר להפעיל תסריטי בדיקות אוטומטיים הכתובים ב- Python, C, C++, C# וב- Visual Basic דרך ממשקי תכנות היישומים של ערכת פיתוח התוכנה WaveForms ללא מחשב מארח. הכלי Analog Discovery PRO פועל אז כהתקן משובץ ומאפשר גמישות וקישוריות נוספות. איור 6 מציג כדוגמה קטע מתוך תסריט Python שמדגים בדיקה אוטומטית של ממיר מאנלוגי לספרתי ב-
בעת הפעלה של בדיקות אוטומטיות, מופעלות פונקציות המוגדרות על ידי המשתמש להפעלה של משימות חוזרות כגון איפוס או סגירה של פריטי מכשור שבשימוש, הצגה של הודעות שגיאה וקריאת נתונים מממשק SPI. על המתכנתים יהיה גם להגדיר מילות מפתח מסוימות ומטפלי (handler) פסיקות לפני שהם יוכלו להשתמש בהם.
לכלי Analog Discovery PRO יש ארבעה חיבור USB בחלק האחורי של הלוח, אשר הם מאופשרים במצב Linux. כך אפשר לחבר התקנים היקפיים כגון התקן חיבור (dongle) תואם ל- Wi–Fi או כונן Flash בתבנית FAT/ FAT32. כאשר פועלים תסריטים בהתקן, אפשר לאחסן נתונים באופן מקומי או להעביר אותם למשל דרך חיבור USB או ממשק אלחוטי אל שירות מבוסס ענן כגון ThingSpeak, לצורך אחסון או הצגה ולביצוע מניפולציות.
כאשר ההתקן פועל במצב Linux, אפשר לגשת אליו דרך תוכנית מסוף טורי כדוגמת PuTTY, או TeraTerm. יש תמיכה בתקשורת בין ההתקן לבין המחשב המארח דרך חיבור USB, Ethernet ותקשורת Wi-Fi. גישה לרשת האינטרנט לצורך גישה מרחוק או לאינטרנט של הדברים (IoT) אפשריות גם הן. המשתמשים יכולים לעדכן את תוכנת Linux המובנית דרך WaveForm ודרך חיבור כונן Flash ולשמור על מערכת ההפעלה במצב מעודכן. תמונות (image) מעודכנות של מערכת ההפעלה מסופקות על ידי Digilent.
איור 6: דוגמה של תסריט לבקרה של ממיר מאנלוגי לספרתי ב- Pmod AD5.
באמצעות השיטות השונות של העברת משימות לאוטומטיות – ערוצי מתמטיקה, תסריטים, ומצב Linux – הכלי Analog Discovery Pro תומך במהנדסים ומאפשר להם לחקור, לתקף ולבדוק את המערכות שמורכבותן גדלה והולכת, והוא מסייע בקיצור זמני מחזור התכנון.
לקבלת הדרכה, מדריכים ויישומים נוספים, בדוק ב– Analog Discovery Pro Resource Center.
את סדרת Analog Discovery Pro 3000 של Digilent אפשר לקבל אצל Digi Key, המפיצה המורשית של Digilent בישראל.
