8 kanálový logický analyzér, digitálny osciloskop a voltmeter, generátor a mnoho iného…

Toto všetko sa skrýva v malej krabičke. Poďme sa teda bližšie pozrieť na toto zariadenie.

Technické parametre:
– 8 kanálový logický analyzér
– – Sample rate: 24MSPS
– – Vstupná úroveň: 3,3 – 5V
– – Softwarový dekóder – SPI, UART, I2C …
– Digitálny osciloskop
– – Sample rate: 16MSPS
– – Vstup: DC – AC
– – Vstup: 0 – 10V resp. 0 – 1V (závisí od nastavenia deličky)
– – Citlivosť: 156mV resp. 15,6mV (závisí od nastavenia deličky)
– – Rozlíšenie: 8 bitov
– – Rozsah: 0 – 2 MHz
– – Vstupná impedancia: 1Mohm
– Spojenie cez PC cez USB 2.0

Popis zariadenie:

Srdcom zariadenia je obvod od firmy Cypress – CY7C68013A. Je to výkonný mikrokontrolér s USB 2.0 a zabezpečuje spracovanie dát a ich následne vyslanie cez USB. Vstupy analyzéra sú priamo pripojené na piny mikrokontroléra a sú ošetrené voči prepätiu kombináciou shottkyho diód a zenerovej diódy. Aby sa predišlo zákmitom, vstupy sú pripojené cez pull-up odpory na napätie 5V.
Na prevod analogového signálu z osciloskopu do digitálnej formy slúži rýchly AD-prevodník – ADS830. Jeho rozlíšenie je 8 bitov. Na vstupe osciloskopu sa nachádzajú rýchle operačné zosilňovače, ktoré slúžia na impedančné prispôsobenie a taktiež na zosilnenie vstupného signálu. Vstup možno 2 prepínačmi prepínať v režimoch AC/DC a predeličku 1:1/1:10.
Napájacia časť zariadenia zabezpečuje napätia 5V,-5V a 3,3V. Napätie 5V je privádzané s USB portu. Na napájanie mikrokontroléra napätím 3,3V je použitý LDO stabilizátor LT1117. Napätie -5V zabezpečuje obvod ICL7660. Napájanie je privádzané cez LC filtre, aby sa minimalizovalo rušenie. Prítomnosť napätia indikuje LED.

Stavba zariadenia:

Plošný spoj som navrhoval a prispôsobil pre krabičku – 1593KBK HAMMOND.
Plošný spoj je obojstranný a nachádza sa na ňom viacero prekovov. Prekovy sa však nenachádzaju pod súčiastkami takže by nemalo byť problém vyrobiť DPS aj v domácich podmienkach. Na výrobu obojstranného DPS sa mi osvedčila tzv. sáčkova metóda – vytlačenú spodnú a vrchnú vrstvu predlohy spolu zlepíme tak, aby vrstvy sedeli na sebe a dovnútra vsunieme DPS. Vtedy je zaručené, že vrchná a spodná vrstva bude sedieť a nebude posunutá. Po vyleptaní navŕtame prekovy 0,5mm vrtákom a cez vzniknuté diery presunieme tenký drôtik, ktorý z oboch strán zaletujeme. Následne po prekontrolovaní DPS na možné skraty môžeme osádzať súčiastky. Odporúčam začať osadzovať súčiastky napájacou časťou (USB konektor, LT1117, ICL7600), kde po zaletovení skontrolujeme správnosť výstupných napätí. Ak sedia osadíme ostatné súčiastky a pripojíme zariadenie na PC.

Inštálácia zariadenia:

Inštalácia zariadenia je z môjho pohľadu najzložitejší proces, preto mu treba venovať patričnú pozornosť. USB zariadenia (USB kluč, mp3 prehrávač…) fungujú tak, že pošlú počítaču svoje VID (ID výrobcu) a PID (ID produktu) a na základe týchto údajov vie PC nájsť vhodný ovládač pre zariadenie. Mikrokontrolér Cypress – CY7C68013A použitý v zariadení umožňuje zmeniť ľubovoľne svoje PID a VID pomocou programu, takže sa môže tváriť ako hocijaké USB zariadenie. VID a PID sa zapisujú cez I2C do pripojenej EEPROM pamäti.
Toto zariadenie je klon USBee AX analyzéra, takže musíme VID a PID prepísať tak, aby sa to tvárilo ako toto zariadenie.

Najskôr teda pripojíme zariadenie do počítača. Malo by nájsť „neznáme zariadenie“. Ideme teda do správcu zariadení a nájdeme „neznáme zariadenie“ a v karte podrobnosti skontrolujeme VID a PID, defaultne by malo byť nastavené VID = 0x04B4 a PID = 0x8613 (viď obr.). Ak je VID a PID 0x0000 znamená, že zariadenie s PC nekomunikuje a treba hľadať chybu v hardwari.

Na zmenu VID a PID potrebujeme program od Cypress – Cypress SuiteUSB. Po nainštalovaní nájdeme adresár „Driver/bin“ a zvolíme adresár podľa toho pre aký systém chceme ovládače nainštalovať (w2k – Windows 2000, wlh – Windows Vista a 7, wxp – Windows XP). V zvolenom adresári nájdeme súbor cyusb.inf, ktorý musíme zeditovat tak, aby počítač priradil tieto ovládače k nášmu VID a PID.

V súbore cyusb.inf je treba za XXXX nahradiť príslušné VID a PID a odstrániť bodkočiarku na začiatku týchto zmenených riadkov.

Ukážka editácie riadku:

;for all platforms
[Device]
;%VID_XXXX&PID_XXXX.DeviceDesc%=CyUsb, USBVID_XXXX&PID_XXXX

;for all platforms
[Device]
%VID_0x04B4&PID_0x8613.DeviceDesc%=CyUsb, USBVID_04B4&PID_8613

Po vykonaní zmien v tomto súbore môžeme ovládače nainštalovať. Pri pripojenom zariadení ideme do správcu zariadení a vyberieme „neznáme zariadenie“. V karte ovládač zvolíme možnosť – aktualizovať ovládač a vyberieme cestu k upravenému inf súboru.

Ak sa ovládače nainštalovali spustíme program CyConsole/CyConsole.exe. V ponuke by malo vidieť nainštalované zariadenie so všetkými parametrami. Vyberieme ho a v menu zvolíme možnosť Options –> EZ-USB Interface.
V tomto podprograme zmeníme VID a PID, tak aby sa zariadenie tvárilo ako USBee AX. Pripojíme prepojku na DPS s označením EEPROM WP slúžiaca na povolenie prepísania VID a PID v EEPROM pamäti. Následne zvolíme možnosť „S EEPROM“ a nahráme súbor AXPRO.iic s priloženého archívu.

Po nahratí zavrieme program a odpojíme prepojku. Tento krok nesmieme vynechať, inak nám spustenie programu USBee prepíše VID a PID a zariadenie nebude fungovať!

Stiahneme zo stránky usbee.com obslužné programy a driver. Po ich nainštalovaní by PC mal automaticky nájsť ovládače a nainštalovať ich. Na stránke Usbee sa možete taktiež dočítať načo tieto programy slúžia a ako ich obsluhovať. Taktiež je možné doinštalovať aj program USBee Suite, ktorý má moderné prostredie a spája dokopy logický analyzér a osciloskop.

DOWNLOAD: Obsah EEPROM, EAGLE 5.7 a GERBER súbory, Potlač na krabičku

Meranie:

Osciloskop pracuje spoľahlivo do frekvencie 2MHz. Z merania vidno že pri vyšších frekvenciách už nastáva pokles amplitúdy. Na vstupe osciloskopu sa nachádza kapacitný delič ktorý treba správne vyvážiť. Vyváženie sa realizuje tak, že pripojíme na vstup obdĺžnikový signál a pomocou kapacitného trimra doladíme priebeh tak aby bolo vidieť obdĺžnikovitý priebeh s ostrými hranami.

Fotodokumentácia: