借你一双慧眼——DSCope虚拟示波器评测

时间：2016-02-17 10:47:47

关键字： dscope kickstarter 仪器开源梦源实验室虚拟示波器

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[导读]来自梦源实验室的神器，更平民的示波器。

引子

ARDUINO的出现，引爆了一场崭新的革命。

这场崭新的革命带来的影响就是：单片机和电子技术，不再只是专业人士，极客和技术宅的专利。普通电子爱好者有了释放自己梦想的舞台，概念、原型变得更加简单，一个念头，也许会引爆一个火热的市场。

在这个新的领域，硬件及软件本身固然非常重要，但概念的形成，到原型的搭建、组装及调试，这是一个很折腾人的过程。折腾的过程是恼人的，但也是令人向往的。电流和信号在设备里流转，看不见摸不着，你需要一双慧眼，来洞悉这些无形。这时候就是测控仪器大显身手的时候了。

DSCope能借你一双慧眼!

DSCope何物?(问道)

问DSCope竟为何物?

DSCope是梦源实验室(DREAMSOURCELAB)实验室推出的一款基于USB接口的数字示波器。

2013年，毕业于中科院的几位小伙伴，怀揣着创业的激情和梦想，成立了梦源实验室。他们有一个梦想：致力于电子产品的开源设计和电子测试测量仪器的普及。凭借在该领域扎实的专业功底，经过广泛的调查，设计了他们团队第一个产品：DSLOGIC，这是一款数字逻辑分析仪。认真考虑后，他们决定在KICKSTARTER上发起众筹，众筹成功了!小伙伴们获得了他们创业的第一桶金!DSLOGIC的成功，让小伙伴们感到了成功的喜悦!紧接着，他们又推出了自己的另一款产品：DSCope，这是一款数字示波器。

DSCope由两部分组成，DSCope盒子负责模拟信号的采集及存储，上位机软件DSVIEW负责显示USB传输过来的信号。

关于DSLogic的介绍，详见另一篇测评文章。

开箱

我们先来一睹DSCope的真容。

牛皮纸盒包装，只有一个DREAMSOURCELAB的LOGO及网址

拆开包装后的全家福

配件列表

· DSCope盒子X 1
· MICRO USB数据线 X 1
· DSCope示波器探头P6100 X2
· DSCope 探头夹子若干
· 示波器探头套X2
· 探头补偿调节器X1

主要参数及特色

DSCope是一款USB-based的示波器。核心芯片基于Xilinx Spartan-6 FPGA+SDRAM的架构，模拟前端采用差分信号和可变增益放大器的结构，提供50MHz的模拟带宽，以及最高200MHz单通道采样频率。

对于一款示波器来说，主要的技术指标有如下几个：

· 带宽带宽是示波器的频率范围，通常用兆赫兹(MHz)表示，是显示的正弦波的幅度衰减到原始信号幅度70.7%处的频率。在测量高频或快速上升时间信号时，示波器的带宽尤为关键。如果没有足够的带宽，示波器将不能显示和测量高频变化。一般建议示波器带宽至少是需要测量的最高频率的5 倍。这种“五倍法则”允许显示信号的五阶谐波，保证最大限度地减少由于带宽引起的误差。
· 采样率数字示波器以某种频率对输入信号采样，称为采样率，单位为样点/秒(S/sec)。为正确重建信号，尼奎斯特采样定理要求采样率至少是被测最高频率的两倍，这是理论上的最低值。在实践中，一般来说，采样率最好要快五倍。
· 通道数示波器能同时采样的信号数，同时采样的通道数越多，则能采集和分析的数据越多。

DSCope是一款USB-based的入门级示波器产品，采样部分基于Xilinx Spartan-6 FPGA+SDRAM的架构，模拟前端采用差分信号和可变增益放大器的结构，提供50MHz的模拟带宽，以及最高200MHz单通道采样频率。主要的技术指标如下：

· 模拟带宽: 50MHz
· 最大采样率: 200MHz @ 1 Channel / 100MHz @ 2 Channels
· 实时采样深度：1M
· 单次采样深度：32M @ 1 Channel / 16M @ 2 Channels
· 输入通道数: 2 Channels
· 垂直灵敏度: 10mV/div ~ 2V/div (x1 probe) / 100mV/div ~ 20V/div (x10 probe)
· 输入耦合方式: AC / DC / Ground
· 输入特性: 1 MΩ ∥ ~15 pF
· 过压保护范围: ±100 V (DC+AC peak)

DSCope的主要特色如下

1） DSCope的模拟前端电路采用全差分结构。和单端结构相比，具有突出的共模噪声和电源噪声抑制能力，同时减少EMI干扰。使得被测信号可以被更真实的还原。

2） DSCope的模拟前端电路充分考虑带宽内的增益平坦性。保证带宽内对任意频率分量的增益相同。在观察数字信号时，可以更好的还原数字信号的跳变沿，更易对信号质量做出正确判断。

3） DSCope具有1M的实时采样存储深度。存储深度决定了示波器同时分析高频和低频现象的能力，包括低速信号的高频噪声和高速信号的低频调制。DSCope独创超长存储深度(16M/32M)的单次触发采样功能。使得同时观察采集到的波形的整体过程和特定时间点的细节成为可能。[!--empirenews.page--]

使用DSCope(入门)

使用DSCope之前，我们要做一些必要的准备工作。

1.硬件驱动安装

DSCope套件支持众多的操作系统，主流的三大系统都在支持之列: WINDOWS，LINUX，MAC OS。下面以常用的WINDOWS系列为例，安装硬件驱动及上位机软件。

DSCope的硬件驱动包含在上位机软件中，从官方网站下载上位机软件，选择WINDOWS版本下载。最新的版本是DSView(Beta)_v0.9.5.1_setup.EXE。双击安装，本文测试使用的操作系统是WINDOWS 10。将MICRO USB的一端与DSCope连接，另一端连接至PC。然后打开C:\Program Files (x86)\DSView\Drivers文件夹，里面包含X86及X64的驱动，根据自己的操作系统版本，安装对应的驱动。

需要注意的是，在WINDOWS10下，可能安装驱动时要禁用数字签名，才能成功安装系统。安装成功后设备管理器里应该出现DREAMSOURCELAB DSCope字样，表明硬件驱动安装成功。

2.DSVIEW上位机软件介绍

DSVIEW是DSCope的上位机软件，该软件不仅支持DSCope，同时也支持该实验室的另一款产品DSLOGIC，软件遵循GPL开源协议。

启动DSVIEW后的界面如下

可以看到，DSVIEW的工作界面非常简洁。软件界面大致分为三个区域：左边的测量量程及参数设置区;上面是功能按钮区;中间是测量结果显示区域。左边的仪表盘用来调整捕获参数，测量时可以动态调整。上面的功能按钮区中各设置功能依次是选项设置、启动捕获、即时捕获、触发器设置、时间轴测量等常用功能设置。

中间是显示区域，捕获的即时结果会显示在该区域内，供用户观察及调整比例。每个通道均可以设置显示参数，如频率、周期，VPP等值。

DSVIEW简洁的外观下，隐藏着相当丰富且实用的功能。

3.校准

如同其它示波器一样，DSCope也提供了校准功能。校准现在只支持两个方面的设置：示波器调零及探头补偿电容调整。

点击功能按钮区的“OPTIONS”按钮，弹出如下对话框

点击“ZERO ADJUSTMENT”按钮，软件启动调零程序，没有复杂的参数设置，一键完成，非常方便。

如果要调整探头的补偿电容，实现更准确的捕获结果，先将要校准的探头连接到示波器盒子的方波输出口，观察1KHZ测试方波的波形，如果输出的波形不是标准的方波或波形有畸变，使用附送的探头调节器调整探头上的补偿电容，直至输出标准方波形状即可。下图是调整好的测试方波波形。

DSCope对通道采集的结果数据没有使用平滑滤波处理，这样的结果就是，显示的数据看起来会有毛刺。核心内部使用8BIT的ADC转换器，采集的结果会有约3%的误差。

一切准备就绪，下面开始体验DSCope的强大功能。

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应用场景(聆密)

场景一按键波形测试

按键是各类产品中最常见的输入设备。通过按键，可以调节产品内部工作参数，设定不同的功能。众所周知，按键虽然简单，但是在产品设计中一直有一个问题，就是按键时产生的抖动。通常的按键所用开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，为了不产生这种现象而作的措施就是按键消抖。

消抖有硬件消抖及软件消抖。在键数较少时可用硬件方法消除键抖动，可以使用RS触发器或电容来实现硬件消抖，这样的优势是软件不需要考虑抖动因素，不足之处是增加了电路的复杂性。软件消抖的方法是不断检测按键值，直到按键值稳定。

上述说法是大家公认的一些认识，为了更好的理解，我们可能需要观测具体的抖动过程。下面我们使用示波器来看下实际的过程。

为此特意找了个按键，串接一个100欧的电阻，不使用硬件消抖，电路很简单，不上图。下面是连续抓取的几次按键波形图。

整体看，波形比较平整，并没有传说中的抖动啊?下面是某次按键按下和释放的波形图，参数设置为5MS/DIV，仔细看。

按下按键的波形图，可以看到，波动极小。

释放按键时的波形图，可以看到确实有抖动。抖动时间约为1.5MS。

通过和一些网友及业内人士讨论，最后的结论是：现在由于制造工艺的提高，质量较好的按键发生抖动的概率比以前要小，并不是每次按键都会发生抖动;其次，上升沿的抖动相对于下降沿来说，抖动会更厉害。一般抖动的时间约为1~2MS。

再上一张使用电容硬件消抖的波形图。

可以看到，大体上区别并不明显

上升沿放大后的效果，嗯，波形平滑，没有突变，电容在这里的平滑滤波效果非常明显。

纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行!

场景二晶振波形测试

电子电路中，常使用各种晶振来产生时钟信号。在单片机上，常见的有8M，25M，32.768K的晶振，到底是个什么东西，有了这个示波器，就可以一探其真实面目。这里顺便介绍一种示波器的高级用法，那就是触发器的用法。

所谓触发器，就是在捕获波形时，设定一个触发条件，只在满足指定条件的情况下，才开始捕获信号。相当于照相机的抓拍功能，很实用的一个功能啊。

在DSVIEW里，点击功能按钮区的TRIGGER，并做如下设置

电子世界不再是理论，他们都是可见的!

场景三 DAC输出结果测试

神奇的DAC，在数字系统里，你之所以能听歌，全靠它了!

DAC，即数字/模拟转换，是很多MCU的标配功能，今天拿来测试的是一款国产MCU，GD32F207是GD公司的最新产品，有幸申请到一块评估板，今天就拿它来体验DSCope的魅力!

在GD32上编程，让我们忽略那些源代码的细节，专注于功能及测试结果。

GD32开发板与DSCope的合照，红与黑的世界!

DAC输出频率为1.25KHZ三角波的捕获图，结果令人非常满意。

关于测试代码，详见资源参考附件。

场景四通信信号抓取

DSCope能将通信过程抓取上来，供我们分析。不过对于特定的通信协议来说，DSCope只能抓取通信波形，并不能对通信过程进行分析甚至解码。这是逻辑分析仪的强项，详见DSLOGIC测评文章。

结论

DSCope很好，很强大!

DSCope有50MHZ的模拟带宽，单通道下最高200MHZ的采样率，实时采样深度达1M，单通道情况下单次采样深度最高可达32M。DSCope的模拟前端电路采用全差分结构。和单端结构相比，具有突出的共模噪声和电源噪声抑制能力，同时减少EMI干扰。使得被测信号可以被更真实的还原。DSCope的模拟前端电路充分考虑带宽内的增益平坦性。保证带宽内对任意频率分量的增益相同。在观察数字信号时，可以更好的还原数字信号的跳变沿，更易对信号质量做出正确判断。DSCope独创超长存储深度(16M/32M)的单次触发采样功能。使得同时观察采集到的波形的整体过程和特定时间点的细节成为可能。

然而DSCope的这些标称参数，在林林总总的示波器里面，似乎并不怎么出彩，而且只有两个采集通道，并不适合高端应用。其次，产品官方文档比较少，这也许是技术类创业者的通病，他们更关注自己产品的性能，愿意花更多的时间在产品本身，而对于产品文档及周边的关注相对较少。希望团队在后续时间能加以完善，使之成为一个真正意义上的产品。

对于一般的电子爱好者，DSCope提供了一个足够且实用的选择!DSCope让你不必花费很大的代价，就能将电子世界无形的信号、波动以一种可视化的形式呈现在我们眼前，为我们测试、分析提供有力的支持!

ARDUINO及众多的开源硬件，已经为我们打开了一片崭新的天地;DSCope再借你一双慧眼，助你走向成功的彼岸!