Udělejte si místo na stole s novým přístrojem od National Instruments

Cílem tohoto článku je seznámit čtenáře s novým měřicím přístrojem NI VirtualBench od National Instruments. Jak je patrné již z nadpisu, jedná se o přístroj složený z několika měřicích přístrojů do jednoho celku. V tomto případě se jedná o následující přístroje: digitální osciloskop, logický analyzátor, multimetr, laboratorní zdroj a signální generátor s připojením na počítač. Připojený počítač je nutný pro vlastní měření a zobrazení dat.

Postupně si jednotlivé přístroje popíšeme, uvedeme jejich parametry a srovnáme s vlastnostmi přístrojů nižší střední třídy. Nakonec přístroj v ceně kolem dvou tisíc amerických dolarů (asi 42 000 Kč) zhodnotíme a určíme segment trhu, pro který by mohl být zajímavý.

Vnější a vnitřní konstrukce a zprovoznění

NI VirtualBench (viz obr. 1) je kompaktní přístroj s rozměry cca 25 × 20 × 7 cm s konektory pro dvoukanálový osciloskop, výstup signálního generátoru, vstupy pro 34kanálový logický analyzátor, svorkami sloužícími jako výstup laboratorního zdroje a konektory pro připojení standardních měřicích hrotů multimetru.

Celý přístroj je napájen ze sítě 220 V a je spojen s počítačem pomocí USB. Přístroj má také zabudovaný wifi adaptér, takže lze bezdrátově připojit i tablet.

Obr. 1 Celkový pohled na přístroj NI VirtualBench

Součástí dodávky jsou 2 osciloskopické sondy, měřicí hroty multimetru a barevný plochý kabel s měřicími hroty pro logický analyzátor.

Přístroj jako takový je založen na čipu firmy Xilinx, a to konkrétně Zynq, který je vlastně 2jádrový procesor ARM s programovatelným polem a velkou pamětí RAM. Tuto informaci uvádím zcela záměrně, protože umožňuje v dalších verzích firmware velice snadno doprogramování funkce čítače, zvětšit délku zaznamenaných dat atd.

Zprovoznění je velmi jednoduché. Po připojení napájení a zasunutí kabelu USB do počítače se přístroj objeví jako další výměnný disk, z kterého se vše potřebné automaticky nainstaluje a spustí.

Uživatelské prostředí a zobrazování naměřených hodnot

Jak je patrné z obr. 2., uživatelské prostředí na připojeném PC je příjemně naprogramovaná aplikace. Při zmenšování hlavního okna mění ostatní okna dobře svou velikost, ovládací prvky správně mění své umístění atd. Problémy jsem nezaznamenal ani při změně velikosti fontu písma. Jako drobnou připomínku bych uvedl nemožnost změny barevného podání, které však má být opraveno v další verzi. Po spuštění aplikace obsahuje úvodní obrazovka ovládání všech přístrojů, ale umožňuje zobrazení pouze funkce osciloskopu – to pokládám za velké plus, protože na obrazovce bude místo pro další aplikaci.

Obr. 2 Uživatelské rozhraní NI VirtualBench

Když jsem přístroj uviděl poprvé a zjistil jsem, že nemá žádný ovládací „knoflík“, tak jsem se zarazil. Půjde přístroj nějak rozumně ovládat? Ze své praxe znám situaci, kdy jednou rukou měním frekvenci generátoru a současně druhou rukou opravuji časovou základnu osciloskopu. Ovládaní citlivosti, časové základny a některých funkcí je skutečně jednodušší mechanickými ovladači. Na druhou stranu práce s kurzory, posun průběhu svisle a výběr v časové lupě je mnohem pohodlnější pomocí myši. Musím tedy říci, že jsem byl ovládáním celkem příjemně překvapen.

Nyní si představíme jednotlivé přístroje, jejich parametry a možnosti.

Digitální osciloskop

− dva kanály 100 MHz

− rozlišení 8 bitů

− vertikální citlivost 10 mV/ div až 5 V/ div

− vstupní impedance 1 MΩ/20 pF

− vzorkovací frekvence 1 GS/s 1 kanál, 500 MS/s 2 kanály

− délka záznamu 1MS/kanál

Zde se musím zastavit u jednoho parametru − vertikálního rozlišení, kde je použit 8bitový A/D převodník, podobně jako v jiných osciloskopech podobné třídy. Domnívám se, že použitím třeba 10bitového převodníku by se cena mnoho nezvýšila, ale užitná hodnota by vzrostla, např. při matematickém zpracování signálu pomocí Fourierovy transformace. Osciloskop jsem zkoušel na monitoru s velmi vysokým rozlišením (2 560 × 1 440 pixelů). Protože rozlišení monitoru je několikanásobně vyšší než rozlišení osciloskopu, jevilo se mi zobrazení zpočátku jako nezvyklé, když jedna hodnota osciloskopu představuje několik pixelů na obrazovce. Osciloskop má běžné funkce, navíc také možnost nastavení spouštění současně i s logickým analyzátorem, postrádal jsem však možnost nastavení spouštění na délku impulsu. Velice dobře je zde zpracováno nastavení hodnot pro zobrazení parametru signálu.

Logický analyzátor

− 34 kanálů

− maximální frekvence 100 MHz

− vstupní napětí 0–5 V

− vzorkovací frekvence 1 GS/s

− délka záznamu 1 MS s podporou komprese

Jedná se o jednoduchý logický analyzátor s možností nastavení spouštění na kombinaci logických úrovní kanálů a také v součinnosti s osciloskopem. Nevýhodou je zde nemožnost nastavení barev pro jednotlivé signály, což ztěžuje rozpoznání jednotlivých průběhů, pokud se částečně překrývají. Možnost volby barvy má být přidaná současně s další verzí programu.

Signální generátor

− 14bitový převodník 125 MS/s

− jednokanálový, výstupní impedance 50 Ω

− výstupní napětí +/–12 V + offset +/–12 V

− generuje obdélník, sinus a trojúhelník

− rozlišení 1 μHz

− maximální frekvence 20 MHz

Jedná se o celkem pěkně provedený signální generátor s pohodlným nastavováním. Lze nastavit frekvenci, tvar průběhu, rozkmit napětí a stejnosměrný posun úrovně. Chybí mi zde ale možnost generování změny frekvence po rampě atd. I tyto funkce by nemělo být problém doprogramovat.

Digitálni multimetr

− rozlišení 5 ½ míst

− rychlost měření 5/s

− měření DC/AC napětí, DC/AC proud

− měření odporu a test průchodnosti

Jedná se o digitální multimetr, který měří napětí do velikosti až 300 V a proudy do 10 A.Výhodou je slušná přesnost, která je třídy 0,01. Test průchodnosti používá pro zvuk reproduktory počítače a reaguje velmi rychle.

Napájecí zdroj

− 3 generovaná napětí

− 1× 0 až 6 V/1 A

− 1× 0 až 25 V/0,5 A

− 1× 0 až –25 V/0,5 A

V tomto přístroji jsou dva od sebe galvanicky oddělené zdroje. První generuje napětí 0–6 V a druhý generuje souměrné napájecí napětí až 25 V. V tomto případě mám asi největší výhradu k tomuto přístroji kvůli provedení svorek. Jsou zde malé šroubovací konektory, které známe většinou z PLC přístrojů. Na mém v podstatě novém zkušebním přístroji již byly polofunkční. Jako připojovací svorky pro napájecí napětí, kde se často mění vodiče a případně je potřeba i připojit více vodičů, se příliš nehodí.

Závěr

I když jsem měl přístroj zapůjčen na velmi krátkou dobu, odvážím se ho zařadit z hlediska vhodnosti použití. Nejdříve je potřeba konstatovat, že za jeho cenu nelze koupit 5 samostatných přístrojů, a to ani v případě přístrojů té nejnižší úrovně. NI VirtualBench však postrádá některé funkce, jako jsou složitější matematické operace (třeba FFT), dekódování protokolů, zpracování videosignálu a má pouze 2 měřicí kanály, což může být pro vývojové pracovníky limitující. Své uplatnění však jistě nalezne např. v servisech elektronických zařízení a bezpochyby ho lze také doporučit pro výuku na školách.

Použitelnost přístroje by se dostala na jinou úroveň v případě, že by zahrnoval i komunikační rozhraní pro práci z jiného programovacího jazyka, aby bylo možné napsat si vlastní program. Tak by např. bylo možné měnit frekvenci generátoru a měřit průběhy pomocí osciloskopu nebo automaticky změřit frekvenční charakteristiku.