Tektronix TBS2104 – oscyloskop dla edukacji

Dla użytkowników oscyloskopów cyfrowych wykonujących pomiary na złożonych sygnałach bardzo ważnym parametrem są tryby wyzwalania. W oscyloskopie TBS2104 nie o to jednak chodzi. Jest to przyrząd, który stanowi przede wszystkim pomoc w nauce podstawowej obsługi takich przyrządów. Nie było zamiarem konstruktorów implementowanie skomplikowanych opcji pomiarowych, z którymi nierzadko z trudem radzą sobie w praktyce nawet profesjonaliści dysponujący oscyloskopami z najwyższych półek. Ostatecznie w TBS2104 można korzystać z trzech najbardziej podstawowych opcji: Edge, Puls Width i Runt. Układ wyzwalania pracuje w trybach Auto i Normal z możliwością regulacji czasu Holdoff.

doart_tespol

Znaczenie elementów sekcji „Vertical” jest dość oczywiste. Trzeba jedynie wspomnieć o opcji ustawiania offsetu napięciowego dla każdego kanału, niezależnie od przesuwu pionowego oscylogramu. Znajdują się w niej również trzy dodatkowe przyciski uruchamiające operacje matematyczne, analizę FFT i przebiegi referencyjne. Operacje matematyczne ograniczono do podstawowych, czyli: dodawania, odejmowania i mnożenia. Trochę szkoda, gdyż złożone operacje matematyczne stanowią mocną stronę oscyloskopów cyfrowych i rozszerzają możliwości ich wykorzystywania wyłącznie poza zagadnienia stricte elektroniczne.

 

Zaszyty kurs nauki obsługi oscyloskopu

Teraz, gdy znamy już z grubsza parametry techniczne i funkcjonalne oscyloskopu TBS2104 możemy wyjaśnić znaczenie tajemniczego przycisku znajdującego się na płycie czołowej (fot. 4). Przycisku takiego nie znajdziemy w żadnym oscyloskopie konkurencji. Jest to unikatowy pomysł firmy Tektronix. Widoczna na przycisku ikona jest dość czytelna i nie pozostawia wątpliwości. Tak, uruchamia on kurs obsługi oscyloskopu.

Fot. 4. Przycisk uruchamiający kurs obsługi oscyloskopu
Fot. 4. Przycisk uruchamiający kurs obsługi oscyloskopu

Na pierwszym ekranie wyświetlanym po zainicjowaniu kursu przedstawiane są wstępnie opracowane grupy ćwiczeń (lista widoczna w prawej części ekranu), a po podświetleniu którejś z nich w oknie głównym pojawia się lista ćwiczeń dla danej tematyki. Przykładowo, na rys. 5 przedstawiono gotowe ćwiczenia opracowane dla pierwszego zagadnienia, jakim jest „Scope Tutorials”. Sprawdzimy, jak wygląda lekcja 4 – „Burst Width Measurement”. Według podobnego schematu przebiegają wszystkie ćwiczenia.

Rys. 5. Plan ćwiczeń dla wybranej grupy tematycznej wyświetlany na ekranie oscyloskopu
Rys. 5. Plan ćwiczeń dla wybranej grupy tematycznej wyświetlany na ekranie oscyloskopu

Po otwarciu lekcji, na ekranie oscyloskopu zostaje wyświetlona część opisowa („Overview”). Podane są cele ćwiczenia, wyposażenie wymagane do jego przeprowadzenia i zwięzła teoria. Na kolejnej zakładce („Procedure”) uczniowie/studenci są informowani o przebiegu czynności, które powinni wykonać w ramach ćwiczenia (rys. 6). W tym kroku podane są nastawy wykorzystywanych przyrządów pomiarowych. Dla ułatwienia wykonania połączeń zamieszczono nawet schematy montażowe zawierające fotografie prawidłowo zestawionych stanowisk pomiarowych. Po kilku następnych instrukcjach uczniowie/studenci przystępują do realizacji ćwiczenia przechodząc do zakładki „Data Collection”. Wykonują kolejne polecenia zawarte w instrukcji, a więc konfigurują oscyloskop i inne przyrządy wykorzystywane na stanowisku, włączają wymagane opcje pomiarowe (kursory, pomiary automatyczne, obliczenia matematyczne, analizę FFT itp.). Poszczególne czynności dokumentują kolejnymi zapisami stanu oscyloskopu w pamięci Flash (rys. 7). Niewielkim mankamentem przyjętej procedury jest konieczność ręcznej modyfikacji numeru wykonywanego kroku. W ferworze wykonywanych czynności można o tym zapomnieć, co spowoduje nadpisanie danych. Nieco niewygodne jest też odwrócenie kierunku działania pokrętła uniwersalnego. Dodatkowym elementem wspomagającym proces nauczania jest oprogramowanie TekSmartLab™. Oscyloskop może być podłączony do sieci za pomocą portu Ethernet, bądź opcjonalnego modułu bezprzewodowego WiFi. Pozwala to nauczycielowi mieć stały podgląd na wykonywane w trakcie zajęć ćwiczenia i ewentualne korygowanie błędów. Możliwe jest także zablokowanie działania przycisku „Autoset”, co ma wymusić na uczniach samodzielne wykonywanie zadania.

Rys. 6. Instrukcja do ćwiczenia wyświetlana na ekranie oscyloskopu
Rys. 6. Instrukcja do ćwiczenia wyświetlana na ekranie oscyloskopu
Rys. 7. Zrzuty ekranowe wykonywane w kolejnych krokach ćwiczenia
Rys. 7. Zrzuty ekranowe wykonywane w kolejnych krokach ćwiczenia

Po zakończeniu pomiarów uczniowie/studenci przygotowują raport, a właściwie robi to za nich oprogramowanie oscyloskopu. Odpowiednia procedura generuje dokument HTML włączając do niego zapisywane w trakcie ćwiczenia zrzuty ekranowe i uzupełniając opisami. Jedynym zadaniem ucznia/studenta jest wprowadzenie swojego identyfikatora przed zapisaniem raportu na dysku (rys. 8). Raporty (rys. 9) trafiają następnie do nauczyciela, który już w trybie off-line może prześledzić i ocenić pracę każdego ucznia/studenta.

Rys. 8. Ostatni etap ćwiczenia – generowanie raportu
Rys. 8. Ostatni etap ćwiczenia – generowanie raportu
Rys. 9. Raport z wykonania ćwiczenia w formacie HTML
Rys. 9. Raport z wykonania ćwiczenia w formacie HTML

 

Edycja kursów

Po nabyciu oscyloskopu TBS2104 użytkownik (nauczyciel) może niemal natychmiast rozpocząć lekcje z wykorzystaniem nowego przyrządu. Oprogramowanie oscyloskopu zawiera kilka preinstalowanych kursów, gotowych do wykorzystania. Podzielono je na kilka grup, a do każdej grupy opracowano kilka ćwiczeń. Mamy więc:

  1. Grupa „Scope Tutorials”.

Ćwiczenia:

  • pomiary wartości RMS,
  • pomiary z użyciem operacji matematycznych,
  • pomiary napięć międzyszczytowych z użyciem kursorów,
  • pomiary paczek impulsów (Burst Width)
  1. Grupa „Academic Labs”

Ćwiczenia:

  • badanie multiwibratora astabilnego zbudowanego w oparciu o timer 555,
  • prostownik półokresowy,
  • układ całkujący na wzmacniaczu operacyjnym,
  • układ różniczkujący na wzmacniaczu operacyjnym
  1. Grupa „Arduino Labs”
  • pomiar okresu sygnału generowanego przez zestaw Arduino,
  • pomiar przesunięcia fazowego między dwoma sygnałami generowanego przez zestaw Arduino,
  • zastosowanie funkcji FFT do pomiar widma sygnału generowanego przez zestaw Arduino z,
  • pomiary przepięć (overshoots) z użyciem zestawu Arduino
  1. Grupa „MSP430 Labs”
  • pomiar liczby impulsów generowanych przez płytkę ewaluacyjną MSP430,
  • pomiar liczby zboczy impulsów generowanych przez płytkę ewaluacyjną MSP430,
  • pomiar z zastosowaniem operacji dodawania dwóch przebiegów generowanych przez płytkę ewaluacyjną MSP430.

Ćwiczenia z Arduino i MSP430 zawierają czynności związane z odpowiednim zaprogramowaniem procesorów i skonfigurowaniem płytek.

Wymienione ćwiczenia należy traktować jako zasoby na gorący start. Każdy użytkownik oscyloskopu TBS2104 może tworzyć własne kursy i zapisywać je w pamięci oscyloskopu. Można też korzystać z całkiem pokaźnych zasobów, które Tektronix udostępnia na swojej stronie internetowej. Do przygotowywania własnych kursów trzeba zainstalować specjalny program, który jest również do ściągnięcia z Internetu. Należy spodziewać się, że wraz z powiększaniem się liczby użytkowników oscyloskopów rodziny TBS2000 będzie rosła również liczba bardzo atrakcyjnych ćwiczeń. Do większości z nich udostępniana jest również dokumentacja elektroniczna w formacie PDF. Będzie ona z pewnością dobrą pomocą dydaktyczną dla uczniów/studentów na etapie przygotowywania się do zajęć.

 

Inżynier elektronik versus specjalista od marketingu i zarządzania

Stoimy w obliczu odwróconego o 180 stopni systemu edukacji. Wracamy do czasów sprzed 17 lat, gdy nauka powszechna obejmowała 8 klas, po których było 4-letnie liceum ogólne lub 5-letnie technikum. Czy będzie to miało wpływ na jakość kształcenia? Gdyby tego nie zakładano, nie decydowano by się na tak radykalne posunięcie. Jak będzie naprawdę, zobaczymy za kilkanaście lat, gdy pierwsi uczniowie skończą swoją ścieżkę edukacyjną i rozpoczną pracę zawodową. Póki co, prawdopodobnie należy liczyć na przywrócenie do łask szkół technicznych oraz zwiększone zapotrzebowanie na specjalistyczne wyposażenie laboratoriów i pracowni. Oscyloskopy takie jak TBS2104 będą stanowiły bardzo atrakcyjną ofertę. Dzisiaj jeszcze nie wiadomo, jaką będą miały konkurencję. Z pewnością zainteresowane firmy nie będą zasypiać gruszek w popiele. Przed nami ciekawe czasy.

O autorze