آموزش کار با اسیلوسکوپ و دکمه‌های آن

در این مقاله که دومین مقاله از سری مقالاتی است که در مورد اسیلوسکوپ صحبت می‌کنیم، ابتدا نگاهی به عملکردهای اسیلوسکوپ دیجیتال می‌اندازیم و سپس دکمه های این ابزار اندازه‌گیری را باهم بررسی خواهیم کرد تا بتوانید به راحتی کار با اسیلوسکوپ را شروع کنید.

نیازی نیست زیاد نگران این باشید که کدام ولوم و دکمه دقیقا چه کاری را انجام می‌دهد؛ بلکه به آنچه که قصد انجام آن را دارید، توجه کنید. ممکن است بین اسیلوسکوپ‌های برندهای مختلف “چگونه” انجام دادن تنظیمات متفاوت باشد، اما عملکرد آن‌ها یکسان است.

در نگاه اول، اسیلوسکوپ یک ابزار بسیار پیچیده به نظر می‌رسد. مطمئن باشید، منطق و دلایل زیادی پشت طراحی آن نهفته است، و هنگامی‌که این منطق را درک کنید، واقعا از کار با آن لذت خواهید برد!

یک اسیلوسکوپ دقیقا چه کاری انجام می‌دهد؟

یک اسیلوسکوپ در واقع، تنها یک کار را انجام می‌دهد: یک سیگنال از مدارِ مورد بررسی را می‌گیرد و آن را به صورت زنده روی صفحه نمایش می‌دهد. اغلب اوقات این نمایش، ولتاژ سیگنال است که در طول زمان تغییر می‌کند.

براساس اطلاعاتی که اسیلوسکوپ در مورد سیگنال دریافت می‌کند، اسیلوسکوپ‌های دیجیتال مدرن دارای دو عملکرد مهم دیگر هستند:

• اندازه‌گیری خودکار پارامترهای مختلف سیگنال، مانند فرکانس، ولتاژ پیک تا پیک، دوره تناوب و زمان خیز.
• رمزگشایی (دیکد) اطلاعات و نمایش اطلاعات سیگنال‌های رمزگذاری (انکد) شده بر روی نمایشگر.

به عنوان مثال، اگر اسیلوسکوپ شکل موجی را که اطلاعات سریال UART را کد می‌کند، گرفته باشد، می‌توانیم آن را طوری تنظیم کنیم که این اطلاعات از شکل موج استخراج شده و روی صفحه نمایش داده شود.

تقریباً تمام اسیلوسکوپ‌های مدرن این قابلیت‌ها را دارند. اما میزان توانایی آن‌ها در اندازه‌گیری و رمزگشایی خودکار، بسته به مدل و قیمتشان متفاوت است. بیایید نگاهی دقیق‌تری به عملکردهای اساسی اسیلوسکوپ دیجیتال داشته باشیم.

رسم شکل موج سیگنال

اولین و مهم‌ترین عملکرد اسیلوسکوپ دیجیتال نمایش یک سیگنال برروی نمایشگر به‌صورت زنده است. با تغییر سیگنال، اسیلوسکوپ، نمایشگر خود را بلافاصله به روز می‌کند تا این تغییر را منعکس کند.

در این مثال، ضریب وظیفه (duty cycle) یک سیگنال PWM را با استفاده از یک پتانسیومتر تغییر می‌دهیم و اسیلوسکوپ می‌تواند تغییرات سیگنال را نمایش دهد.

در این مثال به سطر مقادیر اندازه‌گیری در زیر نمودار نیز توجه کنید. آن‌ها نیز در لحظه به‌روز می‌شوند.

گرفتن یک شکل موج

اغلب اوقات می‌خواهیم تصویر یک شکل موج را بگیریم یا آن را “ثابت” کنیم تا بتوانیم بررسی‌های دقیق‌تری انجام دهیم. این قابلیت به ما امکان استفاده از ابزارهایی مانند مکان نما، یا فعال کردن چندین اندازه‌گیری خودکار را می‌دهد تا به بخش‌های خاصی از شکل موج که مورد نظر ماست نگاه کنیم.

در این مثال با فشار دادن لحظه‌ای یک دکمه، یک شکل موج را ثابت کرده‌ایم. با ثابت کردن شکل موج می‌توانیم از مکان نماها برای اندازه‌گیری استفاده کنیم. در گوشه سمت راست بالای اسیلوسکوپ، به دکمه قرمز Run|Stop  توجه کنید که نشان می‌دهد در حال نگاه به شکل موجی هستیم که ثابت شده است و زنده و برخط نیست.

کنترل تریگر

تریگر یکی از عملکردهای اساسی هر اسیلوسکوپ است. یک تریگر با مجموعه کاملی از تنظیماتی تعریف می‌شود که از آن‌ها برای آماده‌سازی اسیلوسکوپ استفاده می‌کنیم تا این ابزار اندازه‌گیری بتواند شکل موجی را که ما می‌خواهیم ببینیم، تشخیص دهد.

یک تریگر، یک تغییر خاص در سیگنالی را که در حال بررسی است (مانند رفتن از 0 ولت به 5 ولت در 1 میلی ثانیه تا 5 میلی ثانیه)، تشخیص می‌دهد. به یاد داشته باشید؛ تریگر مربوط به تغییرات سیگنال و نوع تغییراتی است که ما انتظار آن را داریم.

تریگر با تشخیص یک تغییر خاص در سیگنالی که در حال نظارت آن است، کار می‌کند.

اسیلوسکوپ‌های مدرن می‌توانند انواع مختلفی از سیگنال‌ها را بر اساس تغییرات ولتاژ، در طول زمان تشخیص دهند. اکثر اسیلوسکوپ‌ها دارای قابلیت تریگر خودکار هستند که می‌تواند سیگنال‌های متناوب را بدون نیاز به تعریف کاربر نمایش دهد. این امر اسیلوسکوپ‌ها را کاربرپسند می‌کند تا افراد کم تجربه هم بتوانند اندازه‌گیری‌های ساده را انجام دهند.

علاوه بر این، اسیلوسکوپ‌ها انواع مختلفی از سیگنال‌ها را ارائه می‌دهند که می‌توانیم آن‌ها را به‌صورت دستی انتخاب و تنظیم کنیم. در تصویر بالا، اسیلوسکوپ طوری تنظیم شده که به دنبال رایج‌ترین نوع تغییر سیگنال باشد یعنی به دنبال لبه‌ای از کانال 1 که از High به Low می‌رود، باشد، و زمانی که ولتاژ به زیر 800 میکرو‌ولت کاهش پیدا کند، تحریک (تریگر) ‌شود.

اندازه‌گیری‌ها

اسیلوسکوپ‌های مدرن می‌توانند چندین پارامتر یک سیگنال را اندازه‌گیری کنند و نتایج اندازه‌گیری را روی صفحه نمایش دهند.

در ویدیو بالا، اسیلوسکوپ دیجیتال به‌طور خودکار فرکانس، دوره تناوب و حداکثر ولتاژ شکل موج روی صفحه را اندازه‌گیری می‌کند. این کار را به صورت زنده (برخط) انجام می‌دهد و این اندازه‌گیری‌ها را چندین بار در ثانیه به روز می‌کند. شما می‌توانید نتایج اندازه‌گیری‌ها را درست در زیر نمودار مشاهده کنید. اندازه‌گیری‌ها شامل مقدار اندازه‌گیری شده فعلی، مقادیر میانگین، حداقل و حداکثر است.

رمزگشایی (دیکود کردن)

عمکلرد پیشرفته‌تر و درعین حال رایج‌ در اسیلوسکوپ‌های دیجیتال مدرن، توانایی رمزگشایی سیگنالی است که حاوی اطلاعات است. هنگامی‌که دو دستگاه با هم ارتباط برقرار می‌کنند، از یک پروتکل خاص برای انتقال اطلاعات استفاده می‌کنند. به عنوان مثال، در میکروکنترلرها و میکروکامپیوترها، پروتکل‌های رایج عبارتند از UART، I2C، SPI و CAN.

این پروتکل توضیح می‌دهد که چگونه یک مقدار، مانند یک عدد یا یک کاراکتر، در شکل موجی با یک شکل خاص کدگذاری می‌شود. شکل موجی با این شکل، حاوی اطلاعات است. در انتهای خط دریافت اطلاعات، یک دستگاه، ترجمه را معکوس می‌کند تا اطلاعات موجود در شکل موج را استخراج کند.

اسیلوسکوپ‌هایی که قابلیت رمزگشایی دارند، می‌توانند ارتباط بین دو دستگاه را استراق سمع کنند و اطلاعات موجود در شکل موج را هنگام عبور از سیم استخراج کنند.

در تصویر بالا اسیلوسکوپ در حال رمزگشایی ارتباط سریال UART بین آردوینو و کامپیوتر است.

با رمزگشایی ارتباطات بین دستگاه‌ها، می‌توانید مشکلات را عیب‌یابی کنید و مطمئن شوید که سخت‌افزار شما مطابق انتظار کار می‌کند. باید به این نکته اشاره کنیم که با وجود اینکه اسیلوسکوپ‌ها می‌توانند سیگنال‌ها را رمزگشایی کنند، اما در حقیقت این یک ویژگی اضافه برای آن‌ها است. ابزارهای دیگری به نام Logic Analyzer یا “تحلیلگرهای منطقی” وجود دارند که برای این کار تخصصی هستند.

کنترل‌های اساسی یک اسیلوسکوپ

برای کار با اسیلوسکوپ، حتما باید با کنترل ها و دکمه هایی که بر روی آن می‌بینید، آشنا شوید. به همین در اینجا می‌خواهیم کنترل‌های اساسی این ابزار را با هم بررسی کنیم.

کنترل‌های این ابزار اندازه‌گیری عبارت‌اند از:

1. نمایشگر
2. کانال‌های ورودی
3. کنترل‌های افقی
4. کنترل‌های عمودی
5. کنترل‌های تریگر
6. کلیدهای عملکردهای چندگانه

نمایشگر

صفحه‌نمایش جایی است که همه چیز اتفاق می‌افتد. حداقل کاری که نمایشگر انجام می‌دهد، نشان دادن شکل موج سیگنال است.

تمام اسیلوسکوپ‌های مدرن مجازی، مقیاس زمانی (افقی)، مقیاس ولتاژ (عمودی) و تنظیمات تریگر را نیز نشان می‌دهند. به علاوه، آن‌ها اندازه‌گیری‌های خودکار یا دستی، مکان‌نماهای فعال شده و موقعیت قسمتی از شکل موج را که شما در حافظه بافر نمایشگر می‌بینید، نمایش می‌دهند.

ورودی‌ها

همه اسیلوسکوپ‌ها حداقل دو ورودی را ارائه می‌کنند. شما می‌توانید پروب‌هایی را که سیگنال را از مدارِ مورد بررسی، منتقل می‌کنند، به این دو ورودی وصل کنید. هنگامی‌که پروب را وصل کردید و نوک مغزی و سیم زمین آن را به مدار متصل نمودید، می‌توانید اسیلوسکوپ خود را برای دریافت سیگنال تنظیم کنید.

هر ورودی مجموعه‌ای مستقل از پارامترهای خود را دارد که قابل تنظیم هستند.

در این ویدیو، برخی از گزینه‌های موجود برای کانال 1 را بررسی کرده‌ایم. می‌توانیم کوپلینگ را روی DC، AC یا Ground قرار دهیم، نسبت تبدیل پروب، امپدانس ورودی پروب، قطبیت سیگنال و چند پارامتر دیگر را تنظیم کنیم. در حال حاضر نگران این نباشید که هر یک از این پارامترها چه کاری انجام می‌دهند. بعداً در این دوره با آنها آشنا خواهید شد.

دکمه های اسیلوسکوپ در بخش افقی

کنترل‌های افقی به شما این امکان را می‌دهند تا در حوزه زمان تغییراتی اعمال کنید. این موضوع به این معنا است که شما می‌توانید دو پارامتر مربوط به محور افقی نمایشگر را کنترل کنید.

ابتدا، می‌توانید تعیین کنید که هر بخش افقی چقدر زمان نشان می‌دهد. می‌توانید ولوم scale را بچرخانید تا زمان ثبت شده در هر بخش را کم یا زیاد کنید. این اسیلوسکوپ در مجموع دارای 14 قسمت افقی است، بنابراین، وقتی مقیاس زمانی را تنظیم کردید، می‌توانید آن را در 14 ضرب کنید تا بفهمید صفحه نمایش چقدر زمان را شامل می‌شود.

دوم، شما می‌توانید موقعیت افقی شکل موج را تنظیم کنید. ولوم موقعیت را بچرخانید تا شکل موج را به چپ یا راست حرکت دهید.

دکمه های اسیلوسکوپ در بخش عمودی

ولوم‌ها و دکمه های عمودی اسیلوسکوپ به شما این امکان را می‌دهند در حوزه عمودی (ولتاژ) تغییراتی اعمال کنید. درست مانند کنترل‌های افقی، در بعد عمودی نیز می‌توانید دو پارامتر را کنترل کنید:

ابتدا، می‌توانید مقدار ولتاژی را که در هر قسمت عمودی نشان داده می‌شود، تنظیم کنید. شما می‌توانید برای افزایش یا کاهش ولتاژ در هر قسمت، ولوم را بچرخانید. اسیلوسکوپ ما در مجموع دارای 8 قسمت عمودی است، بنابراین، هنگامی‌که مقیاس ولتاژ را تنظیم کردید، می‌توانید آن را در 8 ضرب کنید تا اختلاف ولتاژ بین لبه بالا و پایین صفحه را تعیین کنید.

در مرحله بعد، شما می‌توانید موقعیت عمودی شکل موج را تنظیم کنید. دکمه موقعیت (position) را بچرخانید تا شکل موج را به بالا یا پایین ببرید.

دکمه های اسیلوسکوپ در بخش تریگر

ولوم و دکمه های تریگر به شما این امکان را می‌دهند تا اسیلوسکوپ را طوری تنظیم کنید که بتواند سیگنال مورد نظر شما را تشخیص دهد.

بدون یک تریگر تنظیم شده، اسیلوسکوپ نمی‌داند چه کاری انجام دهد. راه‌اندازی به یک تغییر در سیگنال بستگی دارد که می‌توان آن را مانند یک امضا یا نشانه در نظر گرفت. هنگامی‌که اسیلوسکوپ این تغییر را تشخیص می‌دهد، متوجه می‌شود که این بخشی از سیگنال است که باید بگیرد، بنابراین، بلافاصله شروع به نمونه‌برداری و نمایش می‌کند.

برای کار با اسیلوسکوپ و دکمه های آن، ابتدا باید با عملکرد آن به خوبی آشنا شوید و سپس به تمرین زیادی بپردازید تا در نهایت بتوانید به سرعت نسبت به تمامی کلیدهای این ابزار و کاری که انجام می‌دهند، حس شهودی پیدا کنید. امیدواریم از این مقاله لذت برده باشید. حتما نظرات و سوالات خود در این حوزه با ما به اشتراک بگذارید.

---

ترتیب پیشنهادی ما برای مطالعه سری مقالات اسیلوسکوپ: