灵活、开源、多功能,电子工程师的好助手——Digilent OpenScope MZ评测

爱板网2019-02-10 13:13:56

作为一个电子工程师,大家对Digilent这家公司应该不陌生,或许很多人也是看到是这家公司的产品才点进来看看,只不过,依旧带着疑惑?这次评测的OpenScope MZ到底是个什么产品?


OK,简单来说,Digilent OpenScope MZ是一个多功能测试仪,它具有示波器、波形发生器、逻辑分析仪、电源供电、数据采集等多种功能,而且不仅如此,它本质还是一个开源的硬件平台,除了具备以上几种测试测量的功能,它还可以像市面上的开发平台一样让工程师、电子爱好者就行开发、评估、DIY等,是不是看上去很有吸引力的一个开源平台?



说了这么多,还是先来看看产品到底怎样,有道是任它吹得天花乱坠,不如实际上眼瞧瞧。



Digilent风格的极简包装,内部OpenS cope MZ一块,杜邦线接口座一个,用于信号测量。


据我了解,OpenScope MZ先是在Kickerstarter众筹,而现在在贸泽电子的官网也有在卖,不过含税价将近750人民币,对于国内的工程师来说,可能会觉得有些小贵。 



Digilent OpenScope MZ的一些主要特性:


  • 2个12位的示波器通道,2MHz带宽,最大采样速率为6.25 MS / s

  • 1个信号发生器输出,1MHz带宽,更新速率为10 MS / s

  • 10个用户可编程引脚,可配置为用户可编程GPIO或10通道的逻辑分析仪

  • 用户可编程电源提供最高50mA的电流@±4V

  • MicroUSB接口供电或外部供电

  • 板载WiFi模块,实现手机界面操作

  • 提供基于浏览器的WaveForms Live多功能仪器软件,离线可用

  • 可通过Arduino IDE或Microchip MPLAB X IDE重新对开发板编程


看了这些特性,相信大家对此板有一定的了解,接触过虚拟示波器的工程师肯定不会陌生,不过相较于市面上传统的用于测试测量的示波器,OpenScope MZ的参数有些不耐看,而更多的使用环境可能作为逻辑分析仪功能最有价值一点。具体来看下板载的资源。



板载的功能分布很清晰,主要是构成示波器功能的模拟前端+ADC电路、构成信号发生器的DAC电路,+/-4V电源供电电路,逻辑分析仪功能电路、WiFi通信模块电路以及USB转串口电路




进一步细化,先来看下主控。


OpenScope MZ搭载的主控是Microchip的PIC32MZ 32 位微控制器,带有的330 DMIPS以及3.28 CoreMarks/MHz 的性能,并集成大Flash(多达 2MB)、大RAM(512KB)和各种外设资源


另外PIC32MZ MCU也集成了一个 10/100 以太网 MAC、高速 USB MAC/PHY(是第一次用于 PIC MCU)以及双CAN端口,当然,这里MCU最重要的一点之一为集成的12位 ADC,这也是构成OpenScope MZ 示波器功能的AD转换电路。




微控制器的主要特点如下:


  • 200MHz/330DMIPS, microAptiv 内核

  • DSP 增强的内核

  • 双面板闪存,实现现场更新支持

  • 12 位、28 MSPS、48 通道模数转换器模块

  • 内存管理单元实现嵌入式操作系统的最优执行

  • microMIPS 模式可实现高达 35% 的代码压缩

  • CAN, UART, I2C, PMP, EBI, SQI & 模拟比较器

  • 用于音频处理和播放的 SPI/I2S 接口

  • 高速 USB 2.0 设备/主控/OTG

  • 带有 MII、RMII 接口的 10/100Mbps 以太网 MAC


如下所示是示波器的ADC模拟前端电路,OpenS cope MZ通过PIC32MZ  MCU内部的ADC实现每通道12位分辨率的两通道示波器, 每个通道都有一对模拟输入,其中一个PWM用来来处理输入失调电压,一个DMA通道以第二高优先级传输测量数据



所以说,示波器主要的特点为:


  • 2通道,每通道12位分辨率

  • 每通道6.25 MS / s

  • 2 MHz带宽@-3 dB

  • 输入阻抗为1MΩ

  • 输入电压范围±20 V

  • 每通道最大缓冲区大小32640个样本


DAC电路,目前DAC大家都知道是数模转换IC,但是很小有人深究内部的原理,只知道数字信号经过这个黑匣子的玩意而后输出模拟信号,事实上目前DAC主要有R2R架构与电阻串架构,如果是在闭环应用中,那么一款较低成本且线性较差的电阻串 DAC 就足够了;而如果是在开环应用中,则 R2R 架构在提供更佳的线性度和更高的精度方面就显得更加出色


而此刻开发板上的DAC功能就有R2R架构加上运算放大器组成了一个具备DAC功能的电路,由R2R网络产生的电压信号经过运放放大器转换成输出电压



OpenScope MZ板上的DAC电路组成了具有单通道10 MS/s 的10位功能发生器。 使用具有1%电阻器的R2R电阻梯来代替DAC,但是由于电阻梯的性质,对于大于3 mV的步长可能会遇到传播延迟,这算是缺点之一吧。


DAC功能组成的功能发生器支持:


  • 正弦波,三角波,锯齿波,方波和直流输出

  • 10位分辨率

  • 1 Hz至1 MHz频率

  • 3 V pk2pk输出,±1.5 V偏置

  • 20 mA输出电流

  • 25000个样本缓冲区大小


OpenScope MZ有两个直流输出,由PWM输出驱动,其中包括单个PWM线用于直流偏移。 在OpenScope MZ上增加一个增益电路,为每个通道提供-4 V至4 V的电压范围,还提供反馈电路以允许校准直流输出。



DC输出特点:


  • 两通道,±4 V

  • 50 mA@per channel


OpenScope MZ的所有接口都通过信号接口座引出,包括示波器,功能发生器、DC输出等功能,其中信号座接口中具有10个用户IO引脚,在逻辑分析仪和数字输入/输出引脚之间共享,与最高优先级AWG共享的DMA通道(功能发生器功能)用于传输PIC32MZ接收的数据。




  • 10通道逻辑分析仪和通用IO之间复用

  • 3.3V CMOS逻辑

  • 用作GPIO时为7 mA拉电流和12 mA灌电流

  • 逻辑分析仪的采样速率为10 MS / s

  • 逻辑分析仪的最大缓冲区大小为每通道32640个样本


OpenScope MZ板载的WiFi模块为Microchip公司的MRF24WG0MA。这里WiFi模块的作为主要作为连接手机端的APP,用以实现OpenScope MZ测试测量仪的便携移动功能



USB转串口电路,OpenScope MZ通过FTDI FT 232RQ USB串行转换器来处理主机和连接的OpenScope MZ之间的信号数据控制。 



用户可以通过菜单模式JSON模式下的终端与OpenScope MZ进行交互, 最低优先级的一对DMA通道专用于UART,如果其它任何DMA通道停止UART DMA,则与主机的所有通信都将停止。



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