Česky:
|
PidiMet
Malý univerzální multimetr s 25 funkcemi a procesorem CH32V006
Verze 1.0; poslední aktualizace: 27.1.2026
>>> Download podkladů k PidiMet <<<
PidiMet na GitHub: github.com/Panda381/PidiMet
PidiMet součástí knihovny CH32LibSDK
Knihovna CH32LibSDK na GitHub: github.com/Panda381/CH32LibSDK
Obsah
PidiMet je malý levný univerzální multimetr s 25 funkcemi a procesorem CH32V006. Obsahuje měření napětí, proudu, příkonu, nabíjení, rezistence, kapacity, indukčnosti, osciloskop, logický analyzátor, frekvenční generátor, generátor funkcí, napětový regulátor, měřič frekvence, spektrální analyzátor, čítač, časovač, hradlovaný čas, duty cyklus, UART komunikace, I2C scanner, šumový generátor, analogový šum, pulzní histogram, opakovač a měřič baterie.
Přestože se nejedná o přesný a dokonalý přístroj, může být velmi užitečný v amatérské praxi jako základní měřicí a testovací přístroj. U analogových funkcí se přesnost pohybuje obvykle v rozmezí 5 až 10%, u digitálních funkcí kolem 50ppm, tedy přesnost pro běžnou amatérskou praxi postačující. Rozměr PidiMetu je 55x60 mm.
PidiMet vyžaduje k překladu knihovnu CH32LibSDK a je součástí knihovny jako ukázková aplikace. Schémata a plošné spoje jsou ve formátu programu Eagle 9.2.0 Free.
PidiMet je možné napájet buď z externího USB zdroje 5V, nebo přes externí univerzální konektor externím napětím v rozsahu 3 až 5V, skrze pin VDD. Při napájení z USB zdroje je možné zvolit napájení 3.3V nebo 5V - pomocí propojky "USB Power". Při operacích pracujících se signály je potřeba pamatovat na to, že PidiMet musí být přepnut na stejné napětí, jaké používá testované zařízení. Při volbě napájení 3.3V a vstupu signálů s úrovněmi 5V hrozí poškození PidiMetu. Při opačné volbě, napájení 5V a testované zařízení 3.3V, hrozí naopak poškožení testovaného zařízení. V případě nejistoty je vhodné napájet PidiMet z testovaného zařízení přes pin VDD.
Je-li potřeba měřit proud uvnitř obvodů zařízení, může být nutné napájet PidiMet ze samostatné nabíječky 5V, aby se zajistila plovoucí zem, protože proud se v PidiMetu měří proti zemi GND. Případně je možné PidiMet napájet z baterie s měničem na 3.3V, tím lze také zajistit izolovanou zem.
Funkce se v PidiMetu přepínají pomocí tlačítek PREV a NEXT - lze vybrat jednu z 25 funkcí, jejichž podrobný seznam je uveden níže. Tlačítka FAST, SLOW a HOLD mají různé významy, podle zvolené funkce. Testovací kabely se k PidiMetu připojují pomocí adaptéru, skrze 20-pinový konektor s pinovou lištou. To umožňuje snadnou výměnu kabelů podle vybrané funkce, pouze výměnou adaptéru.
Po zapnutí napájení PidiMetu se na displeji na chvíli objeví hlášení o aktuálním hodnotě napájecího napětí. Tohoto údaje je vhodné si všimnout - pro kontrolu, zda napájení není omylem přepnuté na nesprávné napájení, které by mohlo vést k poškození buď PidiMetu nebo testovaného zařízení.
Vzhledem k jednoduchosti PidiMetu se mohou objevit chyby, na které je potřeba upozornit. Samotný procesor je náchylný na nežádoucí externí pulzy a vysoké frekvence. Při manipulaci s PidiMetem se může na kontakty dostat náhodný puls s vyšším napětím, než je vnitřní napájení - typickým případem jsou elektrostatické pulzy. K poškození PidiMetu by zpravidla nemělo dojít - na vstupech jsou ochranné rezistory a procesor obsahuje ochranné diody. Ale tyto pulzy, když se dostanou do napájecí větve, mohou způsobit chybnou funkci procesoru. Může se to projevit tím, že procesor zamrzne nebo začne jevit nezvyklé chování. V takovém případě může být nutné PidiMet resetovat odpojením napájení. Ze stejného důvodu firmware obsahuje aktivní watchdog - pokud procesor nebude po dobu 3 sekund reagovat, watchdog procesor resetuje. V takovém případě se na displeji objeví hlášení o havarijním resetu:
Jiným projevem chybného chování (např. po nesprávném připojení 5V na vstup při napájení 3.3V) může být, že se nenastartuje krystal. V takovém případě PidiMet při svém startu vypíše varování, že krystal nepracuje. PidiMet funguje i bez krystalu, s využitím interního HSI zdroj hodin 24 MHz, ale přesnost časových měření (včetně měření kondenzátorů a cívek) poklesne o 1%. V takovém případě chyby pomůže PidiMet vypnout a znovu zapnout. Stejné hlášení se bude objevovat při zapnutí PidiMetu v případě, že krystal není vůbec nainstalovaný. PidiMet lze nadále používat, jem bude mít nižší přesnost.
Kromě náhodných pulzů může procesor havarovat i díky vysoké frekvenci. Může se to stát např. při generování frekvencí 24 MHz a 48 MHz (obzvláště při napájení 5V) nebo při přivedení takových frekvencí na vstup. Důvodem může být nesprávný návrh plošného spoje. Plošný spoj byl navržen jen pro účely vývoje prototypu a je možné že neřeší správně propojení signálů. Pokud někdo umí dobře navrhovat plošné spoje, doporučuji navrhnout si raději vlastní plošný spoj, s lepším provedením. Je možné že díky tomu zmizí chyby související s vysokými frekvencemi.
Funkce se v PidiMetu přepínají pomocí tlačítek PREV a NEXT. Podrobný seznam a popis funkcí následuje.
1 U Voltage - měření napětí. Napětí lze měřit na 2 vstupech konektoru. Na vstupu "15 U1" lze měřit kladné napětí v rozsahu od nuly až po napájecí napětí VDD. Je-li PidiMet přepnutý na 3.3V, lze měřit napětí do 3.3V. Je-li přepnut na 5V, lze měřit napětí do 5V. Na horním řádku se zobrazí, do jakého napětí lze měřit. Údaj se odvodí od aktuálního napájecího napětí, proto se může lišit. Nelze měřit záporné napětí - v takovém případě zůstane na displeji 0V a hrozí nebezpečí poškození PidiMetu. Na vstupu "13 U2" lze měřit kladné napětí v rozsahu od nuly až po 11-násobek napájecího napětí VDD. Na horním řádku displeje se opět zobrazí maximální měřitelné napětí. Pro bezpečnost, aby nedošlo k poškození PidiMetu opomenutím volby správného napájení, se typicky uvádí u vstupu U1 měření do 3V a u vstupu U2 měření do 30V. Přivedením napětí 5V na U1 nebo 50V na U2 při napájení 3.3V může dojít k poškození PidiMetu.
PidiMet ovšem sám neropozná, přes který pin se měří napětí, ani neumí vstup přepnout. Měření se provádí přes vstupní děličku s rezistory 2M2 a 220K. Je potřeba připojit měřené napětí na správný pin konektoru a přepnout rozsah v PidiMetu. Tlačítkem FAST se zvolí vstup U2, tlačítkem SLOW se zvolí vstup U1. Změna vstupu mění pouze násobící koeficient změřeného napětí. Vstup U1 zatěžuje měřený obvod vstupní impedancí 220 Kohm. Vstup U2 zatěžuje měřený obvod vstupní impedancí 2.2 Mohm.
Měření napětí se provádí pomocí ADC převodníku, s využitím interní napěťové reference procesoru. Přesnost napěťové reference bývá typicky kolem 1%. K chybě reference je nutné přičít ještě případnou nepřesnost rezistorů ve vstupní děličce. Další chybu způsobí nelinearity ADC převodníku. Lze tedy reálně počítat s relativní přesností kolem 5%. Absolutní chyba vstupu U1 je 3mV a minimální měřitelné napětí 1mV. Absolutní chyba vstupu U2 je 30mV, minimální měřitelné napětí 10mV. Doba měření napětí je zhruba 500ms - během doby měření se integrují měřené údaje, aby se odfiltrovalo rušení.
Při měření malých napětí může být nutné provést "tarování". ADC převodník může vykazovat odchylky, projevující se indikací malého napětí i při odpojených vodičích. Odpojte měřicí vodiče, nejlépe pokud úplně odpojíte měřicí adaptér. Stiskněte tlačítko HOLD - PidiMet si zapamatuje aktuální hodnotu napětí, a tento údaj bude odečítat od naměřené hodnoty. Vstupy U1 a U2 mají každý svou tarovací hodnotu. Aktuální hodnota "tare" se zobrazí na spodním řádku displeje - to pro kontrolu, zda bylo tarování provedeno nebo ne. Tarování se po vypnutí PidiMetu vrátí na defaultní hodnotu 0V.
Tarování je možné použít i pro zapamatování referenčního napětí. Stisknete-li HOLD během měření, aktuální měřená hodnota se použije jako vztažná hodnota a další napětí se budou zobrazovat relativně k této vztažné úrovni napětí. Může se tak zobrazit i negativní hodnota napětí - pozor ale nezaměňovat se záporným vstupním napětím, jde pouze o korekci zobrazeného údaje.
Poznámka: Vstup U2 je na konektoru EXT fyzicky umístěn mezi signály OSC1 a OSC2. Je to z důvodu bezpečnosti. Vstupy OSC1 a OSC2 jsou opatřeny kondenzátory 100nF, které ochrání procesor v případě, že dojde k nechtěnému kontaktu vodičů vysokého napětí U2 se sousedními piny konektoru. Z toho důvodu by měly být kondenzátory na vstupech OSC1 a OSC2 dimenzovány na dostatečně vysoké napětí (100V).
2 I Current - měření proudu. Proud se měří na vstupu "16 I". Měření probíhá proti zemi GND, měřením napětí na zátěžovém rezistoru 1 ohm. Chcete-li měřit proud uvnitř obvodů zařízení a ne proti zemi, musíte použít oddělený napájecí zdroj s izolovanou zemí - buď USB nabíječku 5V, nebo baterii s měničem na 3.3V. Pozor v případě USB nabíječky - některé nabíječky mohou poskytovat napětí vyšší než 5V, nebo napětí může být značně zvlněné. V takovém případě je lepší používat jen napětí 3.3V, aby se napětí stabilizovalo interním stabilizátorem.
Rozsah měřeného proudu je určen především povoleným ztrátovým výkonem na interním zátěžovém rezistoru. Ztrátový výkon vypočtete jako druhou mocninu proudu (počítá se s hodnotou rezistoru 1 ohm). Osadíte-li PidiMet rezistorem 0.6W, můžete měřit proud do 0.75A (0.75*0.75=0.56W). Použijete-li rezistor 2W, můžete měřit proud do 1.4A (1.4*1.4=1.96W). Větší proud měřte jen krátkodobě. Velkou zátěží se může rezistor přehřát a zničit. Teoretickou horní hranicí je napájecí napětí - napětí na měřeném rezistoru nesmí překročit úroveň napájecího napětí. Nelze měřit záporný proud - v takovém případě zůstane na displeji údaj 0A a hrozí nebezpečí poškození PidiMetu.
Přesnost měření proudu je zhruba 5%. Je ovlivněna nepřesnostmi ADC převodníku, nepřesností interní napěťové reference a nepřesností referenčního rezistoru. Minimální měřitelný proud je 1mA. Absolutní chyba měření je 3mA.
Při měření malých proudů může být nutné provést "tarování". ADC převodník může vykazovat odchylky, projevující se indikací malého proudu i při odpojených vodičích. Zkratujte měřicí vodič "I" k zemi "GND". Stiskněte tlačítko HOLD - PidiMet si zapamatuje aktuální hodnotu proudu, a tento údaj bude odečítat od naměřené hodnoty. Aktuální hodnota "tare" se zobrazí na spodním řádku displeje - to pro kontrolu, zda bylo tarování provedeno nebo ne. Tarování se po vypnutí PidiMetu vrátí na defaultní hodnotu 0A.
Tarování je možné použít i pro zapamatování referenčního proudu. Stisknete-li HOLD během měření, aktuální měřená hodnota se použije jako vztažná hodnota a další proud se bude zobrazovat relativně k této vztažné úrovni proudu. Může se tak zobrazit i negativní hodnota proudu - pozor ale nezaměňovat se záporným vstupním proudem, jde pouze o korekci zobrazeného údaje.
3 P Power Meter - měření příkonu obvodu. Při měření příkonu se používají oba vstupy - měření napětí (vstupy "15 U1" nebo "13 U2") a měření proudu (vstup "16 I"). Měření příkonu se provádí po dobu 500ms - násobí se mezi sebou aktuální naměřené hodnoty napětí a proudu, s časovým krokem zhruba 400us. Tak lze měřit skutečný příkon i při rozdílných fázích napětí a proudu. Měření lze ovšem použít pouze v rozsazích daných měřením napětí a proudu, jak bylo popsáno u módů "1 U" a "2 I" - tedy typicky kladné napětí do 3V (U1) nebo 30V (U2) a proud do 1A (vstup I).
Během měření se na prvním řádku zobrazuje aktuální příkon měřeného obvodu ve Wattech. Na druhém řádku se zobrazuje akumulovaná energie ve Watthodinách. Energie s časem postupně narůstá. Po každém měřicím cyklu 500ms se zobrazí aktuální údaj. Během obsluhy zobrazení neprobíhá měření - po skončení zobrazení se započte energie spotřebovaná i během času zobrazení, s využitím poslední známé hodnoty. Údaj spotřebované energie můžete vynulovat krátkým stiskem tlačítka HOLD.
Volba použitého vstupu U1 nebo U2 se neprovádí na této stránce pro měření příkonu, ale na stránce pro měření napětí "1 U". Při měření příkonu připojte měřené napětí na vstup U1 nebo U2 (podle potřebného rozsahu), proud připojte na vstup I. Opět pozor na to, že proud se měří proti zemi GND. Přepněte na stránku "1 U", zvolte rozsah U1 nebo U2 a zkontrolujte pohledem naměřené napětí. Přepněte na stránku "2 I" a zkontrolujte měřený proud. Nakonec přepněte na stránku "3 P", kde probíhá měření.
Měření příkonu nepřebírá tarovací hodnoty zvolené na stránkách "1 U" a "2 I". Používá vlastní tarování. Pozorujete-li, že je měřený nějaký příkon, přestože je proud nebo napětí nulové, je zřejmě nutné provést tarování. Odpojte kabel pro měření napětí, zkratujte vstup pro měření proudu na zem. Stiskněte dlouze tlačítko HOLD (po dobu alespoň 1/2 sekundy). Provede se tarování - zaznamená se aktuální hodnota příkonu, která se bude odečítat od naměřeného údaje.
Chyba měření závisí na podmínkách uvedených u stránek "1 U" a "2 I". Minimální měřitelný příkon je 1uW (vstup U1) neo 10uW (vstup U2).
4 CH Charging Meter - měření spotřeby proudu. Při měření spotřeby proudu se používá vstup "16 I" podobně jako ve stránce měření proudu "2 I", se stejným omezením - lze měřit pouze kladný proud, měří se proti zemi GND a proud může být maximálně zhruba 1A. Je však nutné počítat spíše s nižším proudem, protože při dlohodobějším zatížením může dojít k přehřátí a zničení referenčního rezistoru 1 ohm v PidiMetu.
Během měření se na prvním řádku zobrazuje aktuální proud. Na druhém řádku se zobrazuje akumulovaný spotřebovaný proud v ampérhodinách. Spotřebovaný proud postupně narůstá. Po každém měřicím cyklu 500ms se zobrazí aktuální údaj. Během obsluhy zobrazení neprobíhá měření - po skončení zobrazení se započte proud spotřebovaný i během času zobrazení, s využitím poslední známé hodnoty. Údaj spotřebovaného proudu můžete vynulovat krátkým stiskem tlačítka HOLD.
Při měření proudu se používá tarování společné se stránkou pro měření proudu. Tarování může být nutné provést z důvodu odchylek ADC převodníku. Tarování můžete provést na stránce měření proudu "2 I", nebo na této stránce. Spojte vstup "I" se zemí "GND" a stiskněte dlouze tlačítko HOLD (po dobu alespoň 1/2 sekundy). Provede se tarování - zaznamená se aktuální hodnota proudu, která se bude odečítat od naměřeného údaje. Aktuální hodnota "tare" se zobrazuje na spodním řádku displeje.
5 R Resistance Meter - měření hodnoty rezistoru. Při měření hodnoty rezistoru se používá 5 interních referenčních rezistorů s hodnotami 220 až 2M2. Měřený rezistor se zapojí mezi pin "20 R/C" a zem GND. Pomocí referenčních rezistorů se na měřený rezistor přivádí testovací proud. Na rezistoru se měří napětí pomocí ADC převodníku. Lze měřit rezistory v rozsahu 0.1 ohmu až 100 Mohmů, s rozlišením údaje 0.1 ohmu. Přesnost měření je typicky 5%. Závisí kromě jiného i na referenčních rezistorech - měly by proto mít přesnost alespoň 1%, případně až 0.1%. Na koncích pásma, pod 10 ohmů a nad 10 Mohmů, je potřeba počítat se zhoršením přesnosti nad 5%.
Pomocí měřiče rezistorů lze testovat i LED diody - v propustném směru LED dioda bliká v rytmu zhruba 2 Hz a PidiMet ukazuje nižší naměřený odpor než v závěrném směru. Podobně lze testovat i polaritu diod - na měřicím pinu "20 R/C" je kladná polarita testovacího napětí.
Pro řízení referenčních rezistorů se používají i piny používané jinak k programování procesoru. Používáte-li programátor, odpojte ho během měření rezistorů a kondenzátorů, jinak bude měřený údaj zkreslen. Dalším důsledkem je i to, že procesor nelze programátorem přeprogramovat v případě, že je zvolená stránka pro měření rezistorů nebo kondenzátorů. Je nutno se přepnout na jinou stránku, aby bylo programování možné.
Při měření malých hodnot odporů může být nutné provést "tarování". ADC převodník může vykazovat odchylky, projevující se indikací malého odporu i při zkratovaných vodičích. Kromě toho se projevuje i odpor použitých měřicích vodičů. Zkratujte měřicí vodič "R/C" k zemi "GND". Stiskněte tlačítko HOLD - PidiMet si zapamatuje aktuální hodnotu odporu, a tento údaj bude odečítat od naměřené hodnoty. Aktuální hodnota "tare" se zobrazí na spodním řádku displeje - to pro kontrolu, zda bylo tarování provedeno nebo ne. Tarování se po vypnutí PidiMetu vrátí na defaultní hodnotu 0.1ohm.
Tarování je možné použít i pro zapamatování referenčního odporu. Stisknete-li HOLD během měření, aktuální měřená hodnota se použije jako vztažná hodnota a další údaj se bude zobrazovat relativně k této vztažné úrovni odporu. Může se tak zobrazit i negativní hodnota odporu.
6 C Capacitance Meter - měření kapacity a ESR kondenzátoru. Při měření kondenzátoru se používá 5 interních referenčních rezistorů s hodnotami 220 až 2M2, podobně jako při měření rezistoru. Měřený kondenzátor se zapojí mezi pin "20 R/C" a zem GND. Pomocí referenčních rezistorů se na měřený kondenzátor přivádí testovací proud. Na kondenzátoru se měří napětí pomocí ADC převodníku. Měří se průběh nabíjecí i vybíjecí charakteristiky kondenzátoru. Z naměřených křivek se vypočte hodnota kondenzátoru pomocí logaritmické regrese křivek. Naměřená hodnota kapacity se zobrazí na prostředním řádku displeje. Hodnota ESR se zjistí změřením skokové změny napětí po přivedení nabíjecího proudu do kondenzátoru. Hodnota ESR se zobrazí na horním řádku displeje.
Při měření kondenzátorů dejte pozor na to, abyste nepřipojili kondenzátor nabitý vyšším napětím, které by mohlo PidiMet poškodit.
Kondenzátory lze měřit v rozsahu 1 pF (za předpokladu provedení tarování nuly) až 4 mF, s rozlišením údaje 1 pF. Přesnost měření je typicky 10%. ESR se měří v rozsahu 0.1 ohmu až 100 ohmů. Měření ESR je pouze orientační a velmi nepřesné - slouží pouze k základnímu posouzení kvality kondenzátoru, naměřený údaj nelze brát za vztažnou hodnotu.
Pro řízení referenčních rezistorů se používají i piny používané jinak k programování procesoru. Používáte-li programátor, odpojte ho během měžení rezistorů a kondenzátorů, jinak bude měřený údaj zkreslen. Dalším důsledkem je i to, že procesor nelze programátorem přeprogramovat v případě, že je zvolená stránka pro měření rezistorů nebo kondenzátorů. Je nutno se přepnout na jinou stránku, aby bylo programování možné.
Při měření malých kapacit může být nutné provést "tarování". ADC převodník může vykazovat odchylky, projevující se indikací malé kapacity i při odpojených vodičích. Kromě toho se projevuje i kapacita použitých měřicích vodičů. Odpojte měřicí vodič "R/C". Stiskněte tlačítko HOLD - PidiMet si zapamatuje aktuální hodnotu kapacity, a tento údaj bude odečítat od naměřené hodnoty. Aktuální hodnota "tare" se zobrazí na spodním řádku displeje - to pro kontrolu, zda bylo tarování provedeno nebo ne. Tarování se po vypnutí PidiMetu vrátí na defaultní hodnotu 40 pF. Hodnota ESR nemá tarování.
Tarování je možné použít i pro zapamatování referenční kapacity. Stisknete-li HOLD během měření, aktuální měřená hodnota se použije jako vztažná hodnota a další údaj se bude zobrazovat relativně k této vztažné úrovni kapacity. Může se tak zobrazit i negativní hodnota kapacity.
7 L Inductance Meter - měření indukčnosti cívek. K měření cívek se používá oscilátor s komparátorem LM311D. Měřená cívka se zapojí mezi pin "18 L" a zem "GND". Oscilátor kmitá na frekvenci dané paralelním referenčním kondenzátorem 1nF a sériovou referenční cívkou 68uH. Procesor měří generovanou frekvenci a z ní počítá indukčnost cívky.
Nejnižší měřitelná indukčnost je 100nH (za předpokladu provedení tarování nuly). Rozlišení údaje je 10nH. Relativní chyba je zhruba 10% a závisí především na přesnosti referenčního kondenzátoru 1nF. Absolutní chyba je 50nH. Horní hranice měřitelné indukčnosti není známá - oscilátor při testech kmital spolehlivě i při indukčnosti 20H.
Referenční cívka 68uH je zapojená v sérii s měřenou cívkou a slouží k omezení horní frekvence oscilátoru, aby oscilátor pracoval ve stabilní oblasti. Při měření je nutno odečítat indukčnost referenční cívky od naměřeného údaje. Hodnota referenční cívky nemusí být přesná, ale může být při měření cívek nutné provádět tarování nulové hodnoty více než u jiných měření.
Při tarování připojte měřicí vodič "L" k zemi "GND" a stiskněte tlačítko HOLD. PidiMet si zapamatuje aktuální hodnotu indukčnosti, a tento údaj bude odečítat od naměřené hodnoty. Aktuální hodnota "tare" se zobrazí na spodním řádku displeje - to pro kontrolu, zda bylo tarování provedeno nebo ne. Tarování se po vypnutí PidiMetu vrátí na defaultní hodnotu 68 uH.
Tarování je možné použít i pro zapamatování referenční indukčnosti. Stisknete-li HOLD během měření, aktuální měřená hodnota se použije jako vztažná hodnota a další údaj se bude zobrazovat relativně k této vztažné úrovni indukčnosti. Může se tak zobrazit i negativní hodnota indukčnosti.
8 OSC Oscilloscope - osciloskop. Stránka "8 OSC" je jednoduchý osciloskop. I přes svou jednoduchost může být pro amatérskou praxi velmi přínosný. Lze používat režimy zobrazení 1 kanál, 2 kanály a XY režim. Vstupní signál může být stejnosměrný (pouze kladný) i střídavý. V režimu 1 kanálu se vstupní signál přivede buď na vstup "10 IN1", nebo na vstup "12 OSC1". Vstup IN1 je stejnosměrný vstup. Vstupní napětí musí být v rozsahu 0 až VDD. Na displeji se nezobrazuje konkrétní hodnota napětí, ale rozsah napětí vztažený k napájecímu napětí. Má-li vstupní napětí hodnotu VDD, zobrazí se na horním okraji křivky. Vstup OSC1 je připojen ke vstupu IN1 přes kondenzátor 100nF. S využitím umělého středu napájecího napětí ze dvou rezistorů 470K je tak možné zobrazit signál střídavého napětí v rozsahu -VDD/2 až +VDD/2. Podobné platí i pro druhý kanál osciloskopu - lze použít buď vstup "11 IN2" pro stejnosměrný kladný signál, nebo vstup "14 OSC2" pro střídavý signál. Vstupy OSC1 a OSC2 jsou jediný případ, kdy lze na PidiMet přivést i záporné napětí (v povoleném rozsahu).
Vstup osciloskopu zatěžuje měřený obvod impedancí 220Kohm. U stejnosměrných vstupů IN1 a IN2 je nutné počítat s tím, že vstupní obvod obsahuje děličku napětí k vytvoření umělého středu. Proto naprázdno bude na vstupech IN1 a IN2 napětí rovné polovině napájecího napětí. Měřený obvod by měl mít dostatečně nízkou impedanci, aby ho dělička napětí neovlivnila.
Tlačítka FAST a SLOW přepínají časovou osu osciloskopu a mód osciloskopu (1 kanál, 2 kanály a XY režim). Uprostřed kanálu je na displeji zobrazena přerušovaná čára, představující nulu střídavého signálu, resp. polovinu napětí stejnosměrného signálu. Na nulové ose je 5 značek, označujících interval časového měřítka. Časové měřítko lze přepínat po hodnotách 10us, 30us, 100us, 300us, 1ms, 3ms, 10ms, 30ms a 100ms. Při měřítku 10us je celkový zobrazený čas 42.7us. Při měřítku 100ms je celkový zobrazený čas 427ms. V nejrychlejším režimu 10us probíhá vzorkování signálu s frekvencí 3Msps. V režimu dvou kanálů a v XY režimu je horní samplovací rychlost omezená a proto mají v těchto režimech první dva nejrychlejší módy časy 20us a 40us (namísto 10us a 30us).
Na rozdíl od analogových osciloskopů je přepínání rychlosti významné i v režimu XY. Zvolená rychlost určuje jednak rychlost samplování signálu a jedna dobu, po kterou se signál sampluje. Je-li rychlost příliš vysoká, zobrazí se na displeji jenom krátký úsek křivky. Je-li rychlost příliš nízká, zobrazí se mnoho křivek přes sebe. Při velmi nízké rychlosti se namísto křivky zobrazí jen lomené čáry.
V režimu XY řídí první kanál IN1/OSC1 horizontální osu, druhý kanál IN2/OSC2 řídí vertikální osu. Obraz je roztáhnutý přes celou plochu displeje. Jsou-li oba vstupní signály v rozsahu 0 až VDD, zobrazí se křivka ve velikosti 128x48pixelů (tedy roztáhnutá do stran).
Krátký stisk tlačítka HOLD zastaví překreslování displeje. To je užitečné zejména v případě nestabilního signálu, aby bylo snazší zobrazený průběh prozkoumat. Dlouhé podržení tlačítka HOLD (po dobu alespoň 1/2 sekundy) přepíná režim AUTO, tedy automatická synchronizace začátku křivky. Při vypnuté automatické synchronizace se provádí záznam jen nejnutnější krátké části dat, která se hned zobrazí. Tento režim FREE slouží k rychlému překreslování displeje. Je-li automatický režim zapnut, načítá se úsek signálu 2x až 4x delší, než odpovídá zobrazení. Po nahrátí dat se provádí prohledání zaznamenané křivky. Vyhledává se takové místo, které je nejstrmější (skrze delší interval - používá se integrace s "prefix sum"), s upřednostněním průchodu křivky středem (nulou).
Poznámka: Vstup U2 je na konektoru EXT fyzicky umístěn mezi signály OSC1 a OSC2. Je to z důvodu bezpečnosti. Vstupy OSC1 a OSC2 jsou opatřeny kondenzátory 100nF, které ochrání procesor v případě, že dojde k nechtěnému kontaktu vodičů vysokého napětí U2 se sousedními piny konektoru. Z toho důvodu by měly být kondenzátory na vstupech OSC1 a OSC2 dimenzovány na dostatečně vysoké napětí (100V).
9 LA Logic Analyzer - logický analyzátor. Logický analyzátor umožňuje zobrazit digitální signály v jednom nebo ve dvou vstupních kanálech. V režimu jednoho kanálu se vstupní signál přivede na vstup "10 IN1". V režimu dvou kanálů se druhý signál přivede na vstup "11 IN2". V režimu jednoho kanálu se signál zobrazí rozděleně na 8 linkách. Na každé lince je 16 značek. Každá značka představuje jeden časový úsek. Celková doba zobrazeného signálu odpovídá 128 značkám.
Tlačítky FAST a SLOW se přepíná jednak mód jeden nebo dva kanály, a jednak časová základna v hodnotách 1us, 10us, 100us, 1ms a 10ms, představující délku času jednoho úseku (1 časová značka). V režimu 1us je tak celkový čas zobrazeného úseku 128us. V režimu 10ms se zobrazí celý časový úsek představující 1.28 sekundy. V režimu dvou kanálů se zobrazí kanály po dvojicích časových os. Každý zobrazený kanál je tak dlouhý jenom 64 časových značek. To znamená při rychlosti 1us zobrazený úsek 64us, při rychlosti 10ms zobrazený úsek 640ms. V nejrychlejším módu je samplovací rychlost 8 MHz.
Krátký stisk tlačítka HOLD zastaví překreslování displeje - to umožňuje prohlédnout si signály. Dlouhý stisk tlačítka HOLD (po dobu alespoň 1/2 sekundy) aktivuje režim AUTO. V tomto stavu analyzátor čeká na změnu stavu signálu v kanálu 1 (platí i pro režim dvou kanálů). Po příchodu hrany se začne signál nahrávat. Po zaplnění bufferu se nahrávání zastaví a analyzátor přejde do stavu HOLD, kdy se zobrazí nahraný signál. Krátkým stiskem tlačítka HOLD lze přejít zpět do FREE módu, kdy se signál neustále překresluje, nebo dlouhým stiskem aktivovat nový start s AUTO.
10 GEN Frequency Generator - frekvenční generátor. Frekvenční generátor generuje digitální signál na výstupu "9 GEN". Tlačítky SLOW a FAST se přepíná frekvence. Tlačítkem HOLD se přepíná sada frekvencí. První sada, označená "Frequency", je sada frekvencí s dekadickým základem: 1 Hz, 2 Hz, 3 Hz, ... 12 MHz, 16 MHz, 24 MHz, 48 MHz. Nejvyšší frekvence 48 MHz se získává přímým vyvedením systémových hodin na výstupní pin.
Upozorňuji na možnou nestabilitu - v některých případech se u prototypu vyskytovala nestabilita při vyšších frekvencích, projevující se až zamrznutím procesoru. Při napájení 3.3V byl někdy problém s frekvencí 48 MHz, při napájení 5V dělaly někdy problém frekvence 24 MHz a 48 MHz. Důvodem by mohl být nesprávný návrh plošného spoje, kdy se vyšší frekvence mohou indukovat do volných pinů procesoru - zdálo se že dochází k rozhození kmitání krystalu oscilátoru. Pokud někdo umí dobře navrhovat plošné spoje, doporučuji použít raději vlastní návrh.
Druhá frekvenční sada, označená "Note", generuje frekvence v hudebních tónech. Generují se tóny v rozsahu 10 oktáv, od tónu C0, až po tón B9. Odpovídá to rozsahu frekvencí 16.3516 Hz až 15804.3 Hz.
11 PWM Function Generator - generátor funkcí. Generátor funkcí generuje analogové signály na výstupu "8 PWM". Tlačítky SLOW a FAST se přepíná frekvence. Tlačítkem HOLD se přepíná jednak sada frekvencí, a jednak tvar signálu - sinus, trojúhelník a pila. První sada, označená "Frequency", je sada frekvencí s dekadickým základem: 1 Hz, 2 Hz, 3 Hz, ... 10 kHz, 15 kHz, 20 kHz, 30 kHz. Druhá frekvenční sada, označená "Note", generuje frekvence v hudebních tónech. Generují se tóny v rozsahu 10 oktáv, od tónu C0, až po tón B9. Odpovídá to rozsahu frekvencí 16.3516 Hz až 15804.3 Hz.
Při generování signálu se používá PWM modulace. Základní nosná frekvence PWM je 375 kHz. PWM cyklus je 128 taktů systémových hodin 48 MHz. Výstup PWM prochází přes RC filtr sestávající z rezistoru 470 ohmů a kondenzátoru 22nF. RC filtr odfiltruje nosnou frekvenci PWM modulace. Jedná se o jednoduchou dolní propusť, proto je potřeba počítat s její nedokonalostí - nosná frekvence se v generovaném signálu stále ještě objevuje, s amplitudou asi 5%, a u generovaných frekvencí 10 kHz a výše už dochází k útlumu amplitudy - frekvence 30 kHz je už utlumena zhruba na 50%. Generovaný signál lze používat spíše jen na hrubé testování, rozhodně neslouží k testu kvality zvukové přenosové soustavy.
12 DAC Voltage Regulator - regulátor napětí. Regulátor napětí slouží k řízení výstupního napětí. Výstup regulovaného napětí probíhá na pin "8 PWM". Tlačítky SLOW a FAST se volí úroveň výstupního napětí v rozsahu 0 až 100%. Výstupní napětí má rozsah 0V až po maximální napájecí napětí VDD. Při generování výstupního napětí se používá PWM modulace, s filtrováním nosné frekvence přes RC filtr.
Tlačítkem HOLD se přepíná nosná frekvence. Lze volit nosnou frekvenci 480kHz, 1kHz a 50Hz. U nosné frekvence 480kHz dochází k téměř dokonalému odfiltrování nosné frekvence - nosná frekvence se v napětí projevuje jen jako lehký šum. Lze tedy používat tam, kde je potřeba plynule regulovatelné analogové napětí. Nosná frekvence 1kHz je vhodná např. k řízení motorů. Nosná frekvence již není RC filtrem potlačena, výstup má tvar obdélníků s regulovatelnou šířkou. U motorů ovšem pozor na zpětné rázy z cívek, ať nedojde ke zničení procesoru.
Třetí možnost, 50 Hz, je vhodná např. k řízení stmívačů nebo k regulaci LED osvětlení. Další možností využití je test serv RC modelů. Při frekvenci 50 Hz je perioda signálu 20ms. Neutrální polohu serva 1.5ms obdržíte nastavením DAC na 7 nebo 8%. První krajní polohu serva, 0.5 až 1ms, nastavíte jako 2 až 5%. Druhou krajní polohu serva, 2 až 2.5ms, získáte při nastavení na 10 až 13%.
13 FT Frequency Meter - měření frekvence a periody. Mód slouží k měření frekvence a periody digitálního signálu přivedeného na vstup "10 IN1". Frekvenci lze měřit až do 24 MHz. Dolní hranice frekvence není určená - závisí na době měření. PidiMet potřebuje ke změření pomalých frekvencí vidět 2 hrany signálu - tedy u velmi pomalých signálů se může zobrazit naměřený údaj až po chvíli.
Na prvním řádku displeje se zobrazí naměřená frekvence, na druhém řádku je perioda signálu - vypočtená jako převrácená hodnota frekvence. Přesnost měření frekvence závisí především na frekvenci použitého krystalu. Naměřené údaje se zobrazí na 6 platných číslic. Běžné krystaly mají přesnost zhruba 50 ppm (což je 0,005%). To se může projevit chybou na posledních 2 číslicích naměřeného údaje.
Nepracuje-li krystal (při startu se zobrazí chybové hlášení) nebo pokud krystal vůbec neosadíte, používá se interní HSI oscilátor 48 MHz, který má přesnost kmitočtu kolem 1%. V takovém případě musíte počtat s podstatně horší přesností naměřeného údaje.
14 FFT Spectrum Analyzer - spektrální analyzátor. Spektrální analyzátor slouží k zobrazení spektra analogového signálu přivedeného na vstup "10 IN1". Spektrum se zobrazí v 16 pásmech s logaritmickým rozložením frekvencí v rozsahu 16 Hz až 16 kHz. K analýze signálu se používají filtry 2. řádu IIR biquad s Q=10. Samplovací frekvence ADC je 44100 Hz. Refresh displeje má frekvenci 22 FPS. Zobrazené grafy používají filtraci attack a decay (rychlý náběh a pomalý sestup).
Tlačítky FAST a SLOW se přepíná mód zobrazení - "smooth bars", "curve line" a "peak bars". V módu "smooth bars" se zobrazí 16 sloupců s plynulou výškou. V módu "curve line" se zobrazí křivka. V módu "peak bars" se zobrazí sloupce dělené na segmenty. Tento posledí mód navíc podporuje "peaks" - indikace pozice maxima, kam až se sloupec dostal.
Tlačítkem HOLD lze změny v grafu dočasně zastavit.
15 CNT Counter - čítač. Čítač počítá vzestupné hrany digitálního signálu přivedeného na vstup "10 IN1". Lze čítat pulsy signálu s frekvencí až do 24 MHz. Počítání pulzů probíhá na horním řádku displeje. Tlačítkem SLOW se zaznamená aktuální stav čítače do dolního řádku. Tlačítkem FAST se dočasně pozastaví aktualizace údaje v horním řádku, aby bylo možné údaj snáze přečíst. Čítač mezitím počítá dále. Aktualizace displeje se obnoví novým stiskem lačítka FAST. Tlačítkem HOLD se čítač i zobrazené údaje vynulují.
16 TIM Timer - časovač. Časovač měří uběhlý čas. Nepojí se na žádný externí signál. Je to jediný proces, který běží v PidiMetu po celou dobu zapnutí. Jeho čas odpovídá času uběhlému od zapnutí napájení. Tlačítkem SLOW se zaznamená aktuální stav čítače času do dolního řádku. Tlačítkem FAST se dočasně pozastaví aktualizace údaje v horním řádku, aby bylo možné údaj snáze přečíst. Čítač času mezitím počítá dále. Aktualizace displeje se obnoví novým stiskem lačítka FAST. Tlačítkem HOLD se čítač času i zobrazené údaje vynulují.
17 TG Time Gate - časová brána. Časová brána je měření času klíčovaného úrovní vstupního digitálního signálu na pinu "10 IN1". První řádek počítá čas po dobu, kdy je vstupní signál v úrovni HIGH. Druhý řádek počítá čas po dobu, kdy je vstupní signál v úrovni LOW. Vstupní signál se sampluje s frekvencí 100kHz, s intervaly 10us. Časovače přetékají po době 11 hodin a 55 minut. Tlačítkem HOLD se pozastaví aktualizace displeje - čítače mezitím ale běží dále. Tlačítkem SLOW se provede reset čítačů i zobrazených hodnot.
18 DUT Duty Cycle - měření střídy signálu. Funkce měří poměr šířky pulzů úrovně HIGH digitálního signálu, přivedeného na vstup "10 IN1", k periodě signálu. V prvním řádku se zobrazuje střída signálu v procentech, v druhém řádku se zobrazuje přibližná frekvence signálu. Lze měřit signály o frekvenci 4Hz až 400kHz. Ovšem u frekvencí kolem 400kHz je potřeba počítat s tím, že jde o frekvence na hranici schopností tohoto měřicího módu. Může se stát, že při vysoké frekvenci signálu dojde k zahlcení obsluhy přerušení, kdy program přestane být schopen obsluhovat hlavní programovou smyčku. V tom případě zafunguje watchdog, který po 3 sekundách neaktivity PidiMet resetuje. Je nutné také počítat s tím, že v případě vysokých frekvencí, nebo pokud je zdroj signálu "měkký" (má vysokou výstupní impedanci), může dojít k deformaci hran signálu, která se projeví nepřesností naměřeného údaje.
19 COM UART Communication - komunikace přes UART. Stránka "COM" slouží k testu komunikace přes sériový port UART (nebo USART). Na pin "6 TX/SCL" jsou přivedena vysílaná data - k pinu se připojí přijímací pin "RX" protějšího zařízení. Na pinu "5 RX/SDA" se přijímají data - k pinu se připojí vysílací pin "TX" protějšího zařízení. Úrovně signálů musí odpovídat zvolenému napájecímu napětí (3.3V nebo 5V). Nepřipojujte k pinům přímo RS232 interface, který používá 12V, mohlo by dojít k poškození procesoru PidiMetu. V nejjednodušším případě můžete propojit piny "6 TX" a "5 RX" - lze tak monitorovat vlastní data vysílaná na vysílací linku.
Při testu se na vysílací pin TX vysílají testovací vzorky obsahující text "Test" a číslo, které se postupně inkrementuje. Vzorky se vysílají v 1-sekundových intervalech. Data přijatá z přijímacího pinu RX se zobrazují na displeji. Program interpretuje řídicí kódy CR (reset pozice na displeji na začátek aktuálního řádku) a LF (posun na začátek dalšího řádku). Ostatní data zobrazuje jako platné znaky. Znaky s kódem 128 a výše se zobrazí jako invertované znaky.
Komunikace používá UART protokol se základním nastavením - délka slova 8 bitů, žádná parita, 1 stop bit. Lze volit pouze přenosovou rychlost pomocí tlačítek FAST a SLOW v rozsahu 900 Baud až 3 MBaud. Výstup na displej neprobíhá v reálném čase - přijde-li do přijímače větší množství dat, program je všechny zpracuje a zobrazí až koncový obsah obrazovky. Mód lze tak používat i jako terminál k zobrazení sériových dat ze zařízení s vysokou přenosovou rychlostí.
Krátký stisk tlačítka HOLD zastaví aktualizaci displeje, aby se usnadnilo čtení údajů z displeje. Komunikace během té doby běží dále - po obnovení zobrazení novým stiskem tlačítka HOLD se zobrazí nový aktuální obsah displeje. Dlouhým stiskem tlačítka HOLD (po dobu alespoň 1/2 sekundy) se vymaže obsah displeje a resetuje se čítač čísla vysílaných dat.
20 I2C Scanner - scanner I2C adres. I2C scanner slouží k detekci adres zařízení připojených na I2C sběrnici. Na pin "5 RX/SDA" se připojí SDA signál I2C sběrnice, na pin "6 TX/SCL" se připojí SCL signál I2C sběrnice. Komunikace přes I2C sběrnici probíhá v módu s otevřeným kolektorem, s pull-up rezistorem o hodnotě zhruba 45 kOhm. Napětí odpovídá zvolenému napájecímu napětí - pozor ať nepoškodíte zařízení podporující pouze 3.3V připojením na sběrnici 5V.
Detekce probíhá sledováním potvrzení signálu ACK při požadavku o spojení. Stane-li se vám, že uvidíte detekované velké množství zařízení (adresy 0x01 0x02 atd.) znamená to zkrat signálu SDA proti zemi.
21 NG Noise Generator - generátor šumu. Generátor šumu generuje digitální signál s náhodnými šířkami pulzů LOW i HIGH na výstupním pinu "7 GEN". Tlačítky SLOW a FAST lze volit rozsah generovaných šířek pulzů v rozsahu 2us až 50ms. Tlačítkem HOLD lze volit, zda se tlačítky SLOW/FAST nastavuje horní nebo dolní mez rozsahu generovaných pulzů. Je-li minimální hodnota vyšší než maximální, program si údaje zamění. Na prvním řádku displeje se zobrazí aktuálně nastavené meze generovaných pulzů. Na prostředním řádku se zobrazí odpovídající střední frekvence, jak by ji detekoval měřič frekvence s dlouhou dobou měření. Na dolním řádku se zobrazí mód nastavení, zda se nastavuje minimum (první hranice) nebo maximum (druhá hranice) mezí generovaných pulzů. Nelze nastavit obě meze na hodnotu 2us - ošetření, které by program nestíhal generovat.
22 NA Noise Analog - generátor analogového šumu. Generátor analogového šumu generuje analogový signál na výstupním pinu "8 PWM", s využitím PWM modulace s modulační frekvencí 240 kHz. Nejedná se o reálný šum, ale o napětí s náhodně proměnlivou hodnotou, vhodné k testování odezvy zařízení na proměnlivý vstup. Do bufferu o velikosti 2048 položek se vygeneruje pseudonáhodná posloupnost úrovní pomocí Perlinova šumu s 11 oktávami.
Klávesami SLOW a FAST lze volit rychlost přehrávání bufferu se samply, a tím volit jednak nejnižší periodu oscilací napětí a jednak podíl nejvyšších harmonických složek. Rychlost přehrávání je určena dobou jednoho přehrátí bufferu v rozsahu 17 sekund až 17 ms.
23 PH Pulse Histogram - pulzní histogram. Pulzní histogram je obdobou analyzátoru spektra pro digitální signály. Vstupní digitální signál se přivádí na vstup "10 IN1". Na displeji se zobrazí dva grafy (histogramy). Horní histogram reprezentuje počty pulzů s úrovní HIGH. Dolní histogram reprezentuje počty pulzů s úrovní LOW. Horizontální osa představuje délky pulzů s logaritmickou stupnicí. Na ose jsou značky s významem délek pulzů 10us, 100us, 1ms, 10ms a 100ms. Mezi značkami jsou na ose i kratší značky s hodnotami délek pulzů 5us, 50us, 500us, 5ms a 50ms. Tlačítkem HOLD se histogramy vynulují.
Délky pulzů jsou měřeny s nejmenším rozlišením 2us. Z toho důvodu nemusí být zobrazení hodnot 10us a níže přesné, pulzy se mohou objevovat i na sousedních pozicích. Nejdelší měřitelná délka je 131 ms. Program nekontroluje přetečení délky pulzu - v takovém případě se může nedetekovatelný dlouhý pulz objevit kdekoliv náhodně na časové ose.
24 REP Repeater - opakovač. Opakovač slouží k záznamu úseku digitálního signálu a k jeho opakování. Zaznamenávaný vstupní digitální signál se přivede na pin "10 IN1". Reprodukovaný výstupní signál je na pinu "7 GEN". K záznamu se použije buffer o délce 2048 samplů. Jeden sample představuje délku úrovně HIGH nebo LOW pulzu v rozsahu 10us až 100ms. Např. zaznamenáte-li signál o frekvenci 1 kHz, nahrávání bude trvat zhruba 1 sekundu a každý sample bude obsahovat délku pulzu 500us. Nahrávka signálu o frekvenci 50 Hz může trvat až 20 sekund.
Tlačítkem FAST spustíte nahrávání. Vstupní signál musí mít pulzy LOW a HIGH v rozsahu 10us až 100ms - tato informace se zobrazuje na prvním řádku displeje. Program nekontroluje přetečení délek pulzů. Dojde-li k přetečení délky některého pulzu, při reprodukci může mít náhodnou délku (jako modulo operace maximálním intervalem 131 ms). Nahrávání se započne příchodem první hrany signálu. Program si zaznamená výchozí klidový stav vstupu, a tento stav později nastaví jako výchozí stav i pro výstup.
Čas mezi stiskem tlačítka FAST a první hranou signálu se ukládá jako délka prvního pulzu a tato délka se uplatní i při přehrávání. Ani zde se nekontroluje přetečení - to se projeví tak, že přehrávání signálu může začít opožděně až o 100ms od stisku přehrávacího tlačítka. Během nahrávání signálu se na displeji inkrementuje počítadlo zaplnění bufferu v procentech. Nahrávání se ukončí buď zaplněním bufferu, nebo stiskem kteréhokolik z tlačítek.
Tlačítkem SLOW se pustí přehrávání zaznamenaného signálu. Na prostředním řádku displeje se v procentech zobrazuje přehraná část záznamu. Přehrávání se ukončí buď přehrátím všech dat, nebo stiskem kteréhokoliv tlačítka. Před přehráváním se na výstup nastaví stejná klidová úroveń signálu LOW nebo HIGH, jaká byla na vstupu na začátku nahrávání.
Tlačítkem HOLD se spustí opakované přehrávání zaznamenaného signálu. Funkce je podobná jako u jednorázového přehrátí záznamu, s tím rozdílem, že přehrávání se automaticky opakuje po prodlevě 50 až 150ms.
25 BAT Battery - baterie. Na stránce BAT se zobrazí aktuální hodnota napájecího napětí PidiMetu. Přesnost měření napětí závisí především na přesnosti interní reference procesoru - ta mívá přesnost zhruba 1%. Hodnota baterie se zobrazí i na úvodní obrazovce při zapnutí napájení PidiMetu - pro kontrolu, z jakého napětí je PidiMet napájený, protože to určuje i např. s jakými napěťovými úrovněmi testovaného zařízení je možné spolupracovat.
Všechny potřebné měřicí signály PidiMetu jsou vyvedeny na externí konektor - pinová lišta s 20 piny. Připojení měřicích kabelů se provádí výměnou adaptéru pro externí konektor. Popis pinů konektoru:
1 VDD ... Napájecí napětí PidiMetu. Při připojení PidiMetu na USB napájení lze z tohoto pinu odebírat napětí i pro testované zařízení. Úroveň napětí lze volit pomocí propojky "USB Power" buď 3.3V nebo 5V. Nepoužívá-li se USB napájení, lze PidiMet napájet pomocí tohoto pinu z externího zdroje nebo přímo z testovaného zařízení.
2 GND ... Zem.
3 SWIO ... Datový programovací vstup. Slouží k programování procesoru programátorem. Interně je současně tento signál využit k řízení rezistoru R5 při měření rezistorů a kondenzátorů. Z toho důvodu nelze procesor programovat v případě, když je zvolená stránka pro měření rezistorů nebo kondenzátorů.
4 SWCLK ... Hodinový programovací vstup. Lze využít k programování procesoru v režimu 2 vodičů. Není ovšem nutné používat, procesor umožňuje programování i v režimu 1 vodiče. Interně je současně tento signál využit k řízení rezistoru R4 při měření rezistorů a kondenzátorů. Z toho důvodu nelze procesor programovat v případě, když je zvolená stránka pro měření rezistorů nebo kondenzátorů.
5 RX/SDA ... Vstup sériových dat USART RX pro stránku "19 COM", datová linka I2C SDA pro stránku "20 I2C".
6 TX/SCL ... Výstup sériových dat USART TX pro stránku "19 COM", hodinová linka I2C SCL pro stránku "20 I2C".
7 GEN ... Výstup digitálních signálů pro stránky "10 GEN", "21 NG" a "24 REP".
8 PWM/DAC ... Výstup analogových signálů (přes RC filtr) pro stránky "11 PWM", "12 DAC" a "22 NA".
9 GND ... Zem.
10 IN1 ... Vstup digitálních a analogových signálů pro stránky "8 OSC" kanál 1 stejnosměrný, "9 LA" kanál 1, "13 FT", "14 FFT", "15 CNT", "17 TG", "18 DUT", "23 PH" a "24 REP".
11 IN2 ... Vstup digitálních a analogových signálů pro stránky "8 OSC" kanál 2 stejnosměrný a "9 LA" kanál 2.
12 OSC1 ... Vstup analogového signálu pro stránku "8 OSC" kanál 1 střídavý.
13 U2 ... Vstup měření napětí v rozsahu 0..30V (respektive 0..11*VDD) pro stránku "1 U". Vstup má impedanci 2.2 Mohmů. Tento pin je záměrně umístěn mezi piny "12 OSC1" a "14 OSC2" z důvodu, že tyto piny jsou odděleny kondenzátory 100nF a mohou tak sloužit jako ochrana procesoru proti průrazu vysokým napětím v případě nechtěného kontaktu vodiče se sousedním pinem.
14 OSC2 ... Vstup analogového signálu pro stránku "8 OSC" kanál 2 střídavý.
15 U1 ... Vstup měření napětí v rozsahu 0..3V (respektive 0..VDD) pro stránku "1 U". Vstup má vstupní impedanci 220 kOhmů.
16 I ... Vstup měření proudu pro stránku "2 I". Jako druhý pól měření proudu se doporučuje použít pin "17 GND", který je propojen zesíleným vodičem s referenčním rezistorem 1 ohm.
17 GND ... Zem.
18 L ... Měření cívek pro stránku "7 L".
19 GND ... Zem.
20 R/C ... Měření rezistorů a kondenzátorů pro stránky "5 R" a "6 C".
Multimetr PidiMet je řízen levným čínským procesorem CH32V006E8R6.
Jako displej se používá OLED I2C 0.96" displej s řadičem SSD1306 a rozlišením 128x64, napájení 3 až 5V. Doporučuji použít dvoubarevný displej s 16 linkami žluté a 48 linkami modré, pro který byl software navržen. Displej naleznete např. zde: https://www.hadex.cz/m508c-displej-oled-096-128x64-znaku-iici2c-4piny-modrozluty/.
Procesor je řízen krystalem o frekvenci 24 MHz. Nevyžadujete-li přesné časové funkce (generátor frekvencí, měřič frekvence), můžete krystal a příslušné kondenzátory C2 a C3 vynechat. V tom případě procesor použije interní zdroj hodin HSI, který má přesnost frekvence kolem 1%.
K měření cívek se používá oscilátor s komparátorem LM311D. Paralelně k měřené indukčnosti je připojen referenční kondenzátor C1 o kapacitě 1nF. Použijte svitkový kondenzátor, který je stabilnější a přesnější než keramický kondenzátor. Na přesnosti referenčního kondenzátoru závisí přesnost měření cívky - proto použijte co nejpřesnější kondenzátor, alespoň 5%. V sérii k měřené cívce je zapojena pomocná cívka L1 68uH. Tato cívka slouží k omezení horní hranice frekvence oscilátoru. Její hodnota se odečítá od naměřené hodnoty. Hodnota pomocné cívky nemusí být přesná - její hodnota se vykoriguje při tarování měření (nulování). Nepožadujete-li měření cívek, můžete vynechat celý obvod označený jako "Optional L-oscillator".
Rezistory R1 až R5 slouží k měření rezistorů a kondenzátorů. Použijte pokud možno přesné rezistory, přesnost 0.1% nebo alespoň 1%. Na jejich přesnosti závisí přesnost měření rezistorů a kondenzátorů.
Rezistor R6 má hodnotu 1 ohm a používá se při měření proudu. Měl by mít co nejvyšší přesnost, 0.1% nebo alespoň 1%, protože na jeho přesnosti závisí přesnost měření proudu. Kromě toho by měl být dimenzovaný i na dostatečný ztrátový výkon. Použijete-li rezistor 0.6W, bude možné měřit proudy do 0.75A. S rezistorem 2W bude možné měřit proudy 1A.
Rezistory R7 a R8 jsou součástí děličky napětí při měření napětí s rozsahem do 30V přes pin U2. Použijte opět co nejpřesnější, na jejich přesnosti závisí přesost měření napětí na rozsahu 30V.
Vstupy OSC1 a OSC2 jsou opatřeny kondenzátory 100nF, umožňující zobrazit na osciloskopu střídavé napětí. Kromě toho mají pomocnou funkci - chrání procesor před vysokým napětím, pokud omylem dojde ke kontaktu vodiče na vstupu U2 se sousedními piny konektoru. Proto by tyto kondenzátory měly být dimenzované na vyšší napětí, např. 100V.
Pro displej jsou na plošném spoji rezervovány dvě pozice, lišící se pořadím signálů VDD a GND. Doporučený OLED displej má pořadí pinů GND-VCC, umisťuje se tedy do dolní pozice. Pro stejnou pozici je připraven i přední kryt s popiskami. Některé OLED displeje mívají pořadí pinů VCC-GND a je nutné je tedy osadit do horní pozice. Pro horní pozici není připraven přední kryt - je potřeba posunout výřez pro displej.
Při osazování plošného spoje osaďte nejdříve část pro USB napájení - tedy USB konektor a stabilizátor HT7533. U stabilizátoru dejte velký pozor na pořadí pinů - různí výrobci používají u tohoto stabilizátoru různé pořadí pinů. Dokonce i prodejci mohou někdy uvádět datasheet od jiného výrobce a tudíž s jiným pořadím pinů. Proto nejdříve osaďte USB napájecí část a zkontrolujte napětí - před stabilizátorem musí být napětí 5V a za stabilizátorem musí být 3.3V. Pokud tomu tak není, je zřejmě stabilizátor přiletován opačně.
Zde uvedený plošný spoj doporučuji použít pouze v případě, že nemáte jinou možnost s lepším návrhem. Účelem tohoto návrhu bylo vytvořit prototyp pro možnost programování PidiMetu. Návrh je ovšem přizpůsobený tomu, že plošné spoje vyrábím v domácích podmínkách fotocestou - tedy se používají zbytečné průchodky a propojování pomocí vodičů, což by u profesionálního oboustranného PCB nebylo. Zřejmě kvůli špatnému návrhu se projevuje i chyba - choulostivost na vysoké frekvence, jako občasné zamrzání procesoru při generování 24 a 48 MHz s napájením 5V.
Schémata a plošné spoje jsou ve formátu programu Eagle 9.2.0 Free.
Poznámka k životnosti OLED displejů. Traduje se, že tyto malé OLED displeje mívají malou životnost. Důvodem je příliš velký kontrast, který autoři obvykle nastavavují. V konfiguracích bývá vidět kontrast 70 až 90%. Přejasnění velmi snižuje životnost LED. Používám kontrast 5 až 10% - jas klesne jen nepatrně, proud klesne na 30 až 50% a životnost OLED se tím výrazně zvýší.
Miroslav Němeček
, 