Mixed-Signal-Oszilloskop Per Skript steuern: Das Oszilloskop im Linux-Modus betreiben

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Anspruchsvolle Messungen erfordern Messgeräte mit hoher Konfigurierbarkeit, Flexibilität und Konnektivität. Der Linux-Modus des Analog Discovery Pro ADP3450 Mixed-Signal-Oszilloskops bietet alle diese Möglichkeiten.

Folgendes Szenario: Nur noch wenige Messungen und Sie können Ihr aktuelles Projekt Ihrem Vertriebsteam zur Präsentation bei potenziellen Kunden übergeben. Aber die Messungen sind kompliziert zu konfigurieren und Sie haben in den letzten Tagen einige Unregelmäßigkeiten festgestellt. Um alles in den Griff zu bekommen, brauchen Sie ein zuverlässiges Messgerät, das Sie per Skript steuern können, um komplexe und sich wiederholende Tests automatisch durchzuführen. Vielleicht möchten Sie Ihr Gerät auch in ein größeres System integrieren, um schnell auf externe Ereignisse reagieren und Daten live in der Cloud oder auf einer Festplatte speichern zu können.

Doch wie könnte so ein Oszilloskop aussehen? Und gibt es so etwas überhaupt? Die Antwort auf die letzte Frage lautet „Ja“, und das Gerät ist das Analog Discovery Pro ADP3450 von Digilent. Es ist ein echtes Mixed-Signal-Oszilloskop mit einer Abtastrate von bis zu 0,5 GSamples/s und verfügt über vier analoge Single-Ended-Kanäle mit einer Auflösung von jeweils 14 Bit. Damit bietet das Gerät die gleiche Leistungsfähigkeit wie herkömmlichen Laborprüfgeräte. Darüber hinaus verfügt das Multifunktionsgerät über einen zweikanaligen Arbiträrsignalgenerator, zwei externe Triggereingänge und 16 digitale Ein- und Ausgänge. Der Anschluss an einen Host-Computer erfolgt über die USB-Schnittstelle oder RJ-45-Ethernet. Eine Version mit nur zwei analogen Eingängen, das ADP3250, ist ebenfalls erhältlich.

Eine Software unterstützt mehrere Instrumente

Das Gerät kann über die kostenlose Software WaveForms von Digilent gesteuert werden. Die Anwendung ist mit den Betriebssystemen Windows, macOS und Linux kompatibel und bietet das Look-and-feel traditioneller Laborgeräte. WaveForms bietet 13 Software-Instrumente:

• ein Oszilloskop,

• einen Signal- und Pattern-Generator,

• einen Datenlogger,

• statische I/Os,

• ein Voltmeter,

• Stromversorgungen,

• einen Kennlinienschreiber und

• verschiedene Analysatoren.

Mit den Software-Instrumenten lassen sich verschiedenste Signale, auch aus unterschiedlichen Bereichen, erfassen, aufzeichnen, analysieren, dokumentieren und generieren. Um noch anspruchsvollere Tests durchführen zu können, verfügt die WaveForms-Anwendung über einen mathematischen Kanal und einen Skript-Editor, mit dem die Instrumente in JavaScript programmiert werden können.

Mehr Möglichkeiten mit einem Software Development Kit

Wenn der Skripteditor für den notwendigen Kontext nicht genügend Anpassungsmöglichkeiten bietet oder ein höherer Automatisierungsgrad benötigt wird, der über die Möglichkeiten des Editors hinausgeht, steht zusätzlich ein Software Development Kit (SDK) zur Verfügung. Auf die Programmierschnittstellen (APIs) dieses SDKs steht eine dynamische Bibliothek bereit, mit der Code in Python, C/C++, C# oder Visual Basic geschrieben werden kann. Schreibt man ein eigenes Programm, lassen sich benutzerdefinierte Funktionen entwickeln, die speziell auf die gewünschten Bedürfnisse zugeschnitten sind.

Aber was, wenn weitere Anpassungen oder zusätzliche Anschlussmöglichkeiten erforderlich sind? In diesem Fall bietet das Analog Discovery Pro ADP3450 mit seinem Linux-Modus zusätzliche Flexibilität und Konfigurationsmöglichkeiten, da Tests und Messungen direkt auf dem Gerät ausgeführt werden können. Nach dem Einschalten bootet das ADP3450 in eine vorinstallierte Terminal-basierte Linux-Distribution von Debian und das gesamte Setup verhält sich wie ein Embedded-System. In diesem Modus profitieren Anwender von einer verbesserten Netzwerkfähigkeit, entweder über Ethernet oder, falls erforderlich, durch Hinzufügen eines geeigneten Wi-Fi-Dongles.

Hohe Konnektivität für jeden Bedarf

Im Linux-Betrieb sind die vier High-Speed USB 2.0-Ports aktiv. An diese können Peripheriegeräte wie FAT/FAT32-formatierte Flash-Laufwerke angeschlossen werden, auf denen die erfassten Daten beispielsweise im CSV-Format lokal gespeichert werden. Alternativ können die Messwerte zu einem Cloud-basierten Dienst wie ThingSpeak von MathWorks gestreamt werden, um sie dort zu speichern, anzuzeigen und zu bearbeiten. Oder an jede andere Protokollierungsumgebung eines Drittanbieters. All diese Funktionen machen ein zusätzliches Host-Gerät wie einen Raspberry Pi oder einen PC überflüssig.

Und wenn man mit dem ADP3450 kommunizieren muss, kann man sich jederzeit mit einem seriellen Terminalprogramm wie PuTTY oder Tera Term verbinden. Eine Internetverbindung für den Fernzugriff und das Internet der Dinge (IoT) ist ebenfalls verfügbar. Außerdem ist es möglich, das auf dem Gerät installierte Linux-Betriebssystem über die Software WaveForms und ein angeschlossenes USB-Laufwerk zu aktualisieren. Neue Versionen werden von Digilent selbst bereitgestellt. Als Programmiersprache für die Tests stehen wahlweise Python, C/C++, C# oder Visual Basic zur Verfügung. Mit diesen Routinen steht die volle Funktionalität des WaveForms SDK bereit und diese können auch Teil einer größeren Messumgebung sein. Da kein Host beteiligt ist, stehen die Testergebnisse sehr schnell bereit. Die Komplexität der automatisierten Skripte kann weit über die Möglichkeiten hinausgehen, die im Standardmodus zusammen mit der WaveForms-Anwendung zur Verfügung stehen. Außerdem ist es möglich, das ADP3450 in andere Anwendungen zu integrieren und von dort aus leicht darauf zuzugreifen.

Mobile Stromversorgung und Messungen von unterwegs

Ebenso ist es möglich, Parameter oder Messwerte eines anderen Gerätes über Ethernet, Wi-Fi oder Cloud-Dienste auszulesen. So lässt sich eine Messung starten, sobald ein anderes Prüfgerät meldet, dass ein vorgegebener Schwellwert überschritten wurde. Oder Tests lassen sich so planen, dass sie nur zu einer bestimmten Tageszeit ausgeführt werden. Das ist hilfreich, um den einen, wirklich ärgerlichen Fehler zu finden, der nur um den zwölften Glockenschlag nach Mitternacht auftritt.

Mit einem Wi-Fi-Dongle und einer mobilen Stromversorgung (das ADP3450 benötigt 19 V) können Messungen unterwegs vorgenommen werden. Alternativ kann man aus der Ferne auf das Gerät zugreifen. Dazu muss sich das Gerät in einem Firmennetzwerk befinden. Es kann bei entsprechender Konfiguration auch über ein virtuelles privates Netzwerk (VPN) angeschlossen werden. Kurz gesagt, der Linux-Modus des ADP3450 vereinfacht die Umsetzung komplexer oder sich wiederholender Test- und Messaufgaben, unabhängig von der Entwicklungsphase eines Projekts.

Der Start im Linux-Modus ist einfach

Jetzt könnte man sich fragen: Und wie starte ich den ADP3450 im Linux-Modus? Das ist ziemlich einfach. Der erste Schritt besteht darin, sich über ein serielles Terminalprogramm mit dem Gerät zu verbinden. Das empfiehlt sich, bevor man in den Linux-Modus bootet. So vermeidet man, wichtige Boot-Meldungen zu verpassen. Das kann beispielsweise der Anmeldedialog sein. Um sicherzustellen, dass die Verbindung wie erwartet funktioniert, setzt man den virtuellen seriellen Port im Programm auf 115200 Baud, 8 Bits, 1 Stopbit und keine Parität. Die physische Verbindung zwischen dem Gerät und Host-PC erfolgt über ein Standard-USB-Kabel, das an die USB Device Mode-Buchse auf der Rückseite des ADP3450 angeschlossen wird.

Ist die Verbindung hergestellt, startet man die Anwendung WaveForms, öffnet den Gerätemanager und wählt die Option „Linux“. Anschließend auf „Apply & Reboot“ klicken. Dann kontrolliert man die Boot-Meldungen am seriellen Terminal. Nach Abschluss des Bootvorgangs wird der Anmeldebildschirm angezeigt. Dazu verwendet man den Benutzernamen und das Passwort, die im Referenzhandbuch für den ADP3450 angegeben sind. Da diese bei allen Analog Discovery Pro Geräten gleich sind, ist es sinnvoll, diese durch eigene zu ersetzen. Dies gilt insbesondere, wenn das Gerät mit dem Internet verbunden werden soll. Dadurch verhindert man, dass andere Personen auf das Oszilloskop zugreifen können.

Nachdem man angemeldet ist, kann es losgehen. Der nächste Schritt besteht darin, Analog Discovery Pro mit dem Internet zu verbinden, entweder über den Ethernet-Anschluss oder über einen Wi-Fi-Dongle. Digilent listet auf seinen Referenzseiten kompatible Geräte auf. Dort gibt es auch eine Anleitung, wie man die Verbindung herstellt. Vielleicht möchte man aber auch Python installieren und mit dem Schreiben von Skripten beginnen oder sich in eine Cloud-Protokollierungsumgebung einloggen, um die Daten zu streamen. Auch hierfür bietet die Digilent Website Erläuterungen. Sie helfen bei speziellen Test- und Messaufgaben.

* Richard Oed ist Autor und freier Journalist.

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