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OpenScope MZ Workshop 활용 노하우

  • 등록 2018.06.18 12:59:45
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[첨단 헬로티]


OpenScope MZ는 무엇인가?


OpenScope MZ는 다양한 장치로 구성된 계측 장치다. 계측화를 통해 장비 전반에 흐르는 신호를 확인 및 분석해 전자장비 내부를 들여다볼 수 있다. OpenScope MZ에 포함된 계측 도구는 오실로스코프, 파형 생성기, 전원 공급장치, 디지털 I/O, 데이터 로거 등이 있다. 더 많은 툴을 추가하고 프로젝트를 수행하고 싶으면, OpenScope MZ의 소프트웨어인 WaveForms Live를 오픈 소스로 사용할 수 있다. 또 OpenScope MZ를 와이파이(WiFi) 또는 USB로 귀하의 컴퓨터에 연결해 소프트웨어 인터페이스인 WaveForms Live와 통신할 수 있고, WaveForms Live는 또한 안드로이드나 iOS 애플리케이션으로 사용할 수 있다. OpenScope MZ에는 2MHz의 대역폭과 6.25MS/s의 샘플링 비를 갖는 2개의 오실로스코프 채널이 포함된다. 또한 10MS/s의 업데이트 비율에서 1MHz의 대역폭을 갖는 기능 생성기 1대를 제공한다. 더불어 GPIO 또는 기본적인 로직 분석기로 구성할 수 있는 10개의 사용자 프로그램이 가능한 핀이 들어 있다. 전원 공급장치는 프로그래밍이 가능하고 -4 ~ +4V에서 최대 50mA를 공급한다. USB 버스는 컴퓨터 또는 외부 배터리 팩을 통해 전원을 공급할 수 있으며, 온 보드 와이파이가 장착돼 있다. 보드를 재프로그래밍하려는 사용자의 경우 아두이노 IDE나 마이크로칩(Microchip) MPLAB X IDE를 통한 재프로그램이 가능하고, WaveForms Live를 활용한 다중 계측 소프트웨어 인터페이스가 특징이다. 


▲ 그림 1. OpenScope MZ 상자 안의 내용


OpenScope MZ의 작동 원리? 


OpenScope MZ가 어떻게 작동하는지를 확인해보자. OpenScope MZ는 PIC32MZ 마이크로 컨트롤러를 중심으로 구성되며 온 보드 MRF24 와이파이 라디오와 USB/직렬 포트를 사용해 통신을 실시한다. 보드에는 한 개의 microSD 슬롯과 신호 처리를 위한 다수의 아날로그 회로가 장착돼 있다. 사용자는 플라이와이어 첨부나 각각의 암 브레드보드 와이어를 사용해 핀에 접속할 수 있다. 계기 작동, 검교정, USB 또는 WiFi를 위한 통신과 정보 저장 등을 펌웨어로 관리한다. WaveForms Live는 브라우저 기반의 사용자 인터페이스로 사용자가 OpenScope에 연결해 계측값을 취하고 볼 수 있도록 한다. 또한 iOS와 안드로이드 어플리케이션도 있다. Digilent Agent는 USB/직렬 통신, 설정, 로컬, 원격 인터넷 연결을 처리한다. 


▲ 그림 2. OpenScope MZ와 보드


OpenScope MZ 시작하기 


•‌ OpenScope MZ 설정부터 시작한다. OpenScope MZ, 마이크로 USB 케이블, 인터넷에 연결된 컴퓨터가 필요하다. 해당 부분 작업을 위해 몇 개의 브레드보드 와이어도 필요하다. 작업간 필요한 다른 컴포넌트가 포함된 아날로그 파트 킷이 있으면 해당 키트에서 브레드보드 와이어 몇 개를 빼 사용할 수 있다. 


•‌ 우선 아날로그 파트 킷을 연다. 아날로그 파트 킷에는 260개가 넘는 파트가 들어 있으며 아날로그 회로를 이용한 실험에 있어 이상적인 도구다. 아날로그 파트 킷에는 저항, 커패시터, 전위차계, 트랜지스터, 인덕터, 다이오드, LED, 센서, 트랜지스터 쌍, OP 앰프 등 200개가 넘는 부품이 포함돼 있다. 해당 작업에서는 브레드보드 와이어, 저항, 커패시터 몇 개만 사용한다. 


•‌ OpenScope MZ를 열면, 패키지 내에 OpenScope MZ와 플라이와이어가 들어 있다. OpenScope MZ 보드에는 와이파이 LED, 마이크로 USB 포트, microSD 카드 슬롯 등 다수의 주변기기가 있다. OpenScope MZ의 핵심 두뇌는 PIC32MZ 마이크로 프로세서고, OpenScope MZ의 프로세서가 거의 모든 자원을 사용한다. 펌웨어에 관한 보다 자세한 사항은 Digilent wiki와 GitHub에서 확인할 수 있다. 


▲ 그림 3. 아날로그 파트 킷


Digilent Agent 다운로드-설치-열기


•‌ 소프트웨어 설정을 해보자. 우선 Digilent Agent를 다운로드 받고 설치해야 한다. Digilent Agent는 컴퓨터의 시스템 트레이에서 작동하며 WaveForms Live가 OpenScope MZ와 같은 Digilent 하드웨어와 통신을 할 수 있도록 한다. Agent는 OpenScope MZ의 펌웨어 업데이트, 와이파이 설정, 장치 검교정 등이 쉽게 이뤄지도록 한다. 한 번 실행시키면 백그라운드에서 실행되고, 시스템 트레이에서 아이콘으로 확인할 수 있다. Agent 다운로드를 위해 Digilent 사이트를 방문해 각 PC의 운영체제에 맞는 버전을 선택한다[그림 4]. 


▲ 그림 4.


•‌ 다음으로 OpenScope MZ에 플라이웨어를 연결하고[그림 5], 컴퓨터에 OpenScope MZ를 연결한다. 케이블의 마이크로 USB 포트를 OpenScope에 연결하고 USB를 컴퓨터에 연결한다. 


▲ 그림 5.


•‌ Digilent Agent는 직렬 인터페이스를 위해 FTDI USB를 사용해 OpenScope에 통신을 실시하면 된다. OpenScope MZ를 처음 연결하는 경우 OS가 FTDI 드라이버를 다운로드 받기 때문에 시간이 걸릴 수 있다. 


•‌ 그 다음 OS가 COM 포트에 연결될 때까지 기다린다. 여기서 COM 포트가 OpenScope에도 연결된다는 사실을 기억해라. 몇몇 경우 FTDI 드라이버가 자동으로 로딩되거나 인터넷을 통해 자동으로 다운로드 되지 않을 수 있다. FTDI 드라이버가 로딩되지 않을 경우 Digilent Agent는 OpenScope를 인식하지 못할 수 있다. FTDI가 로딩되지 않을 경우에는 FTDI 사이트에서 수동으로 설치해야 한다. 


•‌ 브라우저 실행 후 WaveFormsLive.com을 방문한다. 인터넷에 연결되었는지, 크롬, 사파티 또는 파이어폭스를 사용하고 있는지 확인한다. 인터넷 연결 없이 로컬로 연결해야 하는 경우 Digilent Wiki에서 온라인 지원에 관한 사항을 확인한다. 


•‌ WaveForms Live에서 처음으로 나타나는 창은 장치 관리자다. OpenScope에 처음 연결하는 경우 장치 추가 옵션 메뉴만 나타난다. 또한 시작하기와 튜토리얼 모드로 연결할 수 있다. OpenScope에 연결할 것이므로 “Add device”를 클릭한다. 


•‌ 드롭 다운 메뉴에서 “Agent”를 선택한다. USB에 연결된 장치 설정 메뉴로 이동한다. 다음, “Add Device”를 클릭한다[그림 6]. 


▲ 그림 6.


•‌ OpenScope가 연결될 직렬 포트를 선택한 후 “Open”을 클릭한다. 여러 개의 직렬 포트가 나타날 경우, OpenScope 연결을 해제 하고, 어떤 포트가 사라지는 지 확인한 후 다시 연결하고 사라졌다가 다시 나타나는 COM 포트를 사용한다[그림 7]. 


▲ 그림 7.


•‌ 이 때 펌웨어 업데이트가 필요할 수 있다. 모든 툴에 제대로 접근할 수 있도록 항상 최신 펌웨어를 설치하는 게 좋다. 펌웨어 업데이트 창에서 가장 최근의 펌웨어를 선택하거나 자동으로 선택된다. “update”를 클릭해 펌웨어를 업데이트 한다. 


•‌ 툴을 사용하고 정확한 수치를 얻기 위해선 장치를 검교정해야 한다. WaveForms Live는 검교정이 필요한 경우 언제든 메시지를 띄우며 이 경우 검교정 마법사를 실행한다[그림 8]. 처음으로 검교정을 실시하는 경우 아날로그 파트 킷이나 브레드보드 와이어 두 개가 필요하다. 검교정 마법사의 지침을 따른다. 최초 검교정 시, 전원 공급장치 1번 채널을 오실로스코프 1번 채널에 연결해야 한다. 그리고 전원 공급장치 2번 채널을 오실로스코프 2번 채널에 연결한다[그림 9]. 


▲ 그림 8.


▲ 그림 9.


•‌ 그 다음 “save” 버튼을 눌러 검교정 데이터를 플래시에 저장하고 “done”을 클릭해 마법사를 종료한다. 그 다음 장치 관리자로 돌아오게 된다. 장치 관리자로 돌아와야 하는 경우, 햄버거 메뉴를 클릭해 장치 관리자를 선택한다. 


첫 번째 측정 수행


•‌ 방금 추가한 장치를 OpenScope에서 클릭한다. 장비 타일에 귀하의 장비에 대한 정보가 나와 있다. 와이파이에 연결된 경우 해당 장치의 IP 주소도 나타난다.


•‌ 장치 타일을 클릭하면 계기 패널이 작동한다. 오실로스코프, 파형 생성기, 디지털 I/O, 전원 공급장치에 대한 설정값과 신호값을 확인할 수 있는 플롯 창이 뜬다. 또한 기호가 있는 작은 정사각형이 나타나는데 이 중 일부는 데이터 로거나 보드 플롯 등과 같은 추가 도구 몇 가지와 데이터 확인 등에 유용한 도구 몇 가지가 나타난다. 

 

•‌ OpenScope MZ의 핀아웃 다이어그램에 항상 접속 가능한지를 확인하는 것도 좋다. 정사각형 버튼 핀을 클릭하면 된다[그림 10]. 


▲ 그림 10.


•‌ 플라이와이어 별로 색이 배열된다. 측정을 실시해보자. 브레드보드 와이어를 사용해 오실로스코프 1번 채널을 파형 생성기 1번 채널에 연결한다. Wavegen 옆에 있는 전원 버튼을 클릭해 파형 생성기를 켠다[그림 11]. 전원을 켜면 회색 버튼에 불이 들어온다. (기본적으로 오실로스코프 1번 채널은 켜진다)


▲ 그림 11.


•‌ “RUN”을 클릭한다.잠시 플롯 설정을 테스트한다. 이후 파형 생성기 신호를 볼 수 있는데 플롯 창에 나타나며 기본적으로는 사인파형이다. 플롯 창 설정에 익숙해지도록 해야 한다. Volts/div를 변경해 수직으로 줌 인이나 아웃을 실시한다. 전압 표시 범위를 변경시킨다. Time/div를 조정해 시간 표시 단위를 수평으로 줌 인 또는 아웃시킨다. 오프셋을 변경해 신호를 위, 아래로 움직인다. 이 때 접지선을 연결하지 않았다는 사실을 확인하는 게 중요하다. OpenScope MZ에서 공통으로 사용하는 두 가지 툴이 있다. 뒤에서 보다 자세히 다루도록 한다. 


WaveForms Live와 OpenScope MZ 팁


• 설정값 중 일부를 변경하기 전 획득을 중단해야 한다.

• 사용하고자 하는 측정장비의 전원을 “켜고” 사용하지 않을 장비의 전원을 “껐는지” 확인한다. 몇몇 장비는 동시에 사용할 수 없다. 예를 들어, 로직 분석기와 파형 생성기, 로직 분석기와 데이터 로거, 오실로스코프와 데이터 로거 등이 있다.

• LED를 통해 OpenScope의 상태를 확인한다.
푸른색 꺼짐 - 장치가 부팅 중이며 사용 준비가 되지 않음 .
푸른색 깜박임 - 장비 부팅이 완료됐고 사용 준비가 됐지만 와이파이가 연결되지 않음 .
푸른색 켜짐 - 장비 부팅이 완료됐고, 사용 준비가 됐으며 와이파이가 연결됨.

• OpenScope MZ의 IP 주소 중 마지막 8자리를 세 개의 다른 LED로 확인한다.
붉은색 켜짐 - 검교정 또는 획득 진행 중. 다른 모든 사용자 LED 켜짐 - 에러 발생. OpenScope MZ 재부팅

• 와이파이 네트워크에 연결될 때, 마지막 8자리에 대응하는 숫자만큼 세 개의 사용자 LED가 켜지며 OpenScope MZ의 IP 주소 중 마지막 8진수를 10진수로 표시한다. 예를 들어, IP 주소가 123으로 끝나는 OpenScope MZ의 경우 LD1이 한 번, LD2가 두 번, LD3가 세 번 깜박인다.


아두이노 서보 신호 측정(트리거와 커서)


필요한 재료: 해당 실험을 위해선 설정에서 OpenScope MZ, 플라이와이어, 마이크로 USB 케이블 등이 필요하다. 


또한 아날로그 파트 킷에서 브레드보드와 와이어를 사용해야 한다. 추가적으로 필요한 것은 서보, 아두이노, USB-B타입 케이블, 미니 그래버 (옵션) 등이 있다. 


•‌ 서보 신호 검증 : 우선 박스를 개봉한 후 아두이노를 연결한다. 서보 신호를 살펴볼 것이기 때문에 서보 스윕으로 프로그램된 아두이노가 필요하다. 서보를 꺼낸 후 서보를 아두이노에 연결한다[그림 12]. 오렌지 서보 와이어를 9번 핀에 연결하면 서보 신호를 연결하게 되며 붉은색 서보 와이어를 5V 전원에 연결한 후 검은색 또는 갈색 와이어를 접지에 연결한다. 스윕 모드에서 서보가 나타날 것이다. 


▲ 그림 12.


•‌ PWM : 아두이노는 0-100%의 듀티 사이클을 갖는 사각파인 PWM 신호를 구현한다. WaveForms Live와 OpenScope MZ를 사용해 듀티 사이클이 어느 정도 지속되는지, 전압과 기간은 어느 정도인지를 정확히 확인할 수 있다. 그 다음, 아두이노에서 서보 연결을 해제한다. 오실로스코프 1번 채널을 아두이노 9번 핀에 연결한다[그림 12]. 


•‌ 오실로스코프 채널 접지 : 오실로스코프 채널을 사용할 때마다 아날로그 접지에 연결시켜야 한다. AWG1을 OSC1에 연결한 예에서 신호와 범위는 동일 접지를 사용한다 (OpenScope 접지). 아두이노는 다른 회로에 위치하기 때문에 OpenScope MZ는 신호를 정확히 측정하기 위해 접지 위치를 알아야 한다. 접지가 제대로 이뤄지지 않았을 때 어떤 일이 발생하는지 알고 싶다면 접지선을 제거해본다. 아두이노의 접지선이 OpenScope의 접지선과 다르기 때문에 0점이 움직인 경우가 있다. 또한 다양한 일이 발생할 수 있다. 신호가 낮아지거나, 높아지거나 노이즈가 많이 발생해서 인식하지 못할 수도 있다. 


•‌ 화면에 나타난 신호 조정 : 신호를 제대로 접지시켰기 때문에 화면에 나타난 신호를 조정해 필요한 정보가 담긴 신호의 일부를 확인할 수 있다는 사실을 기억한다. 전압 스케일과 오프셋 모두를 변경해야 한다. “Volts”를 사용하면 그래프의 Y축을 조정할 수 있다. 오프셋을 사용하면 0으로 이동할 수 있다. 


•‌ 최상의 경우: 필요로 하는 정보가 담긴 파형으로 화면을 “집중”시켰는지 확인하는 게 중요하다. 이 경우 신호가 증가할 때 어떤 일이 생기는지가 궁금하기 때문에 파형 상단을 표시해야 한다. Volts/div를 1.00V, 오프셋을 1.5V로 바꾼다(스크롤하거나 직접 입력할 수 있다). V 대신 mV 단위로 입력할 수 있다.


•‌ 트리거 : WaveForms Live에서 트리거는 기본적으로 상승 엣지 트리거로 사용할 수 있다. 이를 통해 신호를 제대로 트리거시킬 수 있고, 트리거를 사용하면 오실로스코프가 언제 신호 확보를 시작해야 하는지 알 수 있다[그림 13]. 중요한 설정값은 상승 또는 하강 엣지로 값의 증가나 감소, 트리거 값 등을 살펴봐야 하기 때문이다. 오실로스코프가 해당 값을 확인하게 되면 확보를 시작한다. 트리거가 신호 범위에 반드시 들어와야 하며, 그렇지 않을 경우 작동하지 않는다는 사실이 가장 중요하다. 트리거가 발생하는 파형 내 지점을 화면에 녹색 수직선으로 표시한다. 트리거가 발생하는 지점의 전압 (예, 트리거 레벨)이 화면 오른쪽에 녹색 화살표로 표시된다. 


▲ 그림 13.


•‌ 커서 : 신호가 전체 구역에서 튄다면, 트리거가 꺼진 상태에서는 어떤 유용한 측정도 실시할 수 없다. 트리거를 다시 켠다. 


•‌ 커서 테스트 : “Single”을 클릭해 파형의 단일 확보값을 확인한다. 커서를 켜고 시간을 선택한다. 그래프 상단에 있는 점선을 이동해 신호 엣지를 커서에 맞춘다. 윈도우 하단에 있는 수치에 집중한다. 해당 절차를 준수해 시간을 측정하는 경우 신호는 상승 및 하강 엣지 사이에 나타나며 시간 신호는 두 개 엣지 사이에서 위아래로 움직이기 때문에 듀티 사이클을 계산할 수 있다. 이제 전압 커서에 대해 동일 작업을 반복해보자. 전압 커서를 신호의 최저점과 최고점에 놓을 경우 진폭을 찾을 수 있다[그림 14]. 


▲ 그림 14.


•‌ Math 기능 : Math Function은 WaveForms Live의 내장 기능이다. 주파수, 피크 대 피크 전압 등을 확인할 수 있다. 스코프를 RUN 모드로 놓고 전압 변화를 확인한다[그림 15].  


▲ 그림 15.


프로그래밍 확인 사항


OpenScope MZ 자체가 아두이노 타깃임을 알아두면 좋다. 종종 이로 인해 아두이노 IDE가 사용자가 OpenScope MZ를 프로그래밍 하려고 판단할 수 있다. 이를 위해 기본 서보 Sweep으로 아두이노를 사전에 프로그래밍해야 한다 하고, 보드 선택 시 OpenScope MZ와 다른 COM 포트에 있는지 확인한다. 


아두이노 프로그래밍을 할 때 에러가 발생하면 → OpenScope MZ 연결 해제 후 해당 USB 포트에 아두이노를 연결한다. 아두이노를 프로그래밍한 후, OpenScope MZ를 다른 USB 포트로 연결 → 구성 → Re-enumerate를 선택한다. 이 과정을 통해 문제가 해결돼야 한다.


자료 : 디질런트(Digilent)


※ 보다 자세한 OpenScope MZ 제품, 기술 정보는 이니프로 온라인 사이트(www. inipro.net)에서 확인할 수 있습니다.










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