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Aus Raspberry Pi Geek 02/2015

Oszilloskop und Logic Analyzer für den RasPi

© rustyphil, 123RF

Perfekte Welle

Alexander Merz

Bitscope bewirbt sein kleinstes Modell zum Messen elektrischer Signale explizit mit der Kompatibilität zum Raspberry Pi. Die gibt es zwar – aber nicht unbedingt so, wie es der Hersteller meint.

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Ein professionelles Oszilloskop oder einen Labor-Logic-Analyzer kann das preiswerte Bitscope Micro nicht ersetzen. Als digitales Speicheroszilloskop für Bastelprojekte mit einem Raspberry Pi oder Arduino spielt es seine Stärken aber voll aus.

Das Bitscope Micro [1] misst, analysiert und erzeugt elektrische Signale. Seine Funktion als Oszilloskop, Logic Analyzer und Signalgenerator erfüllt es aber erst mit der entsprechenden Software auf einem Computer. Weil diese Software auch für den Raspberry Pi verfügbar ist, bewirbt der Hersteller das Bitscope Micro explizit als Oszilloskop für den Bastelrechner – die geringe Größe und der moderate Preis des Geräts schaden da freilich auch nicht. Nun ist der RasPi bekanntlich nicht der leistungsfähigste Rechner. Deshalb waren wir neugierig, ob er die Anforderungen des Bitscope Micro auch stemmen kann.

Durchwachsene Technik

Das Bitscope Micro fällt zwar mit 109 Euro [2] deutlich günstiger aus als bisherige kommerzielle Konkurrenten, ein Preisbrecher ist es aber dennoch nicht: Es bietet lediglich sechs Digital- und zwei Analogeingänge, die mit einer Abtastrate von 20 Megasamples pro Sekunde (MS/s) für die analoge Erfassung und 40 MS/s für digitale Signale arbeiten. Der Speicher ermöglicht gerade einmal das Erfassen von 12 kS (Kilosamples) bei einem einzelnen Kanal, beim Nutzen mehrerer Kanäle verringert diese Zahl entsprechend. Sie dürfen keinen der Eingänge mit mehr als 12 Volt speisen. Mit an Bord ist auch ein Signalgenerator.

Das Bitscope kommt in Form einer einzelnen Platine daher, deren Größe ungefähr der eines langen Ferrero-Kinderriegels entspricht (Abbildung 1). An einem Ende befindet sich der USB-Anschluss für den Rechner, am anderen Ende eine Pin-Leiste zum Anschließen der Messfühler (Abbildung 2). Zehn recht kleine Krokodilklemmen in unterschiedlichen Farben liegen dem Gerät als Messfühler bei (Abbildung 3). Möchten Sie professionelle Messkontakte nutzen, kommen Sie um einen Adapter für die Pins beziehungsweise die Pin-Leiste nicht herum – sei es von Bitscope selbst [3] oder aus dem Eigenbau.

Zum Schutz steckt die Platine inklusive des angesteckten USB-Kabels in einem Schrumpfschlauch. Deshalb vermarktet der Hersteller das Bitscope Micro als “wasserdicht” – paradoxerweise liegen aber gerade die Messanschlüsse vollkommen blank. Eine Schutzkappe wäre schon allein wegen der Gefahr, die Pins zu verbiegen, eine gute Idee gewesen.

Abbildung 1: Bitscope Micro – Oberseite.

Abbildung 1: Bitscope Micro – Oberseite.

Abbildung 2: Bitscope Micro – Unterseite.

Abbildung 2: Bitscope Micro – Unterseite.

Abbildung 3: Die Mess-Pins liegen ungeschützt da, die mitgelieferten Krokodilklemmen fallen recht klein aus.

Abbildung 3: Die Mess-Pins liegen ungeschützt da, die mitgelieferten Krokodilklemmen fallen recht klein aus.

Kostenlose Software

Das Bitscope Micro arbeitet als digitales Speicheroszilloskop. Sie müssen es also über eine entsprechende Steuerungssoftware konfigurieren. Anschließend nimmt das Gerät die Messung vor und überträgt die ermittelten Daten in einem Rutsch an den Computer. Dort verarbeitet sie wiederum eine Software, die sie in der Regel auch grafisch darstellt.

Bitscope bietet kostenlos eine Reihe von GUI-Programmen [4] an, die jeweils verschiedene Mess- und Auswertungsmethoden erlauben. Sie laden die Software ohne Registrierung von der Webseite des Herstellers herunter. Neben Programmversionen für Windows und Mac OS X gibt es auch Binaries für Linux. Letztere liegen mittlerweile ebenfalls für ARM-basierte Distributionen vor, daher auch die Werbung mit der Kompatibilität des Bitscope Micro zum Raspberry Pi. Für unseren Test verwendeten wir eine frische Raspbian-Installation als Softwarebasis.

Für die meisten Anwender dürften die Programme Bitscope DSO (Abbildung 4) für die Oszilloskop-Funktion und Bitscope Logic für die Analyse logischer Signale interessant sein. Bitscope Generator dient zur Signalerzeugung, mit Bitscope Meter messen Sie Ströme und Frequenzen. Bei Bitscope Chart handelt es sich um ein reines Aufzeichnungswerkzeug für die spätere Auswertung der Signale. Hinzu kommen ein API, um in eigenen Programmen Daten zu erfassen und auszuwerten, sowie ein Server-Programm, das die Messdaten über das Netzwerk bereitstellt.

Abbildung 4: Bitscope DSO übernimmt die Oszilloskop-Funktion – hier stellt es ein PWM-Signal dar.

Abbildung 4: Bitscope DSO übernimmt die Oszilloskop-Funktion – hier stellt es ein PWM-Signal dar.

Zähes Messen

Dass die Programme mit aktueller PC-Hardware in angemessener Geschwindigkeit laufen, liegt auf der Hand. Doch erfahrungsgemäß lässt es der RasPi beim Betrieb mit einer grafischen Oberfläche ja eher gemütlich angehen.

Alle Bitscope-Programme für den RasPi lassen sich über die Hersteller-Webseite herunterladen. Für die ARM-Plattform rangiert lediglich Bitscope DSO als “Production”-Version, weshalb Sie im Auswahlformular für die anderen Anwendungen unter Release Version “Development” auswählen müssen. Trotz des Beta-Status laufen alle Programme stabil, sobald Sie den jeweils beim Programmstart erscheinenden, nervigen Beta-Infodialog weggeklickt haben.

Bitscope stellt ein Testprogramm namens Display bereit, mit dem Sie einen Rechner daraufhin testen können, ob seine Grafikleistung ausreicht, um die Messergebnisse darzustellen. Laut diesem Programm fällt die Performance des Raspberry Pi nicht eben überragend aus, genügt aber für eine halbwegs flüssige Darstellung.

Die Bitscope-Programme sind identisch mit den Versionen für andere Betriebssysteme, setzen sie doch auf einer gemeinsamen Softwarebasis auf. Diese Abstraktion scheint aber die Ursache für ein grundlegendes Problem mit den Anwendungen auf dem RasPi zu sein: Nicht nur der Programmstart dauert eine halbe Ewigkeit, auch Benutzeraktionen mit den Programmoberflächen gestalten sich sehr zäh. Die Bedienung setzt sehr auf Kontextmenüs, die Sie per Rechtsklick mit der Maus aufrufen. Zwischen dem Klick und dem Erscheinen des Menüs können schon ein paar Sekunden vergehen, unabhängig vom Inhalt des Menüs. Zudem erreicht die Prozessorauslastung dabei auch sporadisch die 100-Prozent-Marke.

Zu gefallen weiß hingegen die dynamische Darstellung der Ergebnisse. Die Grafik ist zwar nicht ganz ruckelfrei, aber brauchbar. Ohne Benutzerinteraktion hält sich auch die Prozessorauslastung in Grenzen. Wir ließen den RasPi mehr als eine Stunde lang ein PWM-Signal in Bitscope DSO darstellen, ohne dass sich der Prozessor dabei merklich erwärmt hätte.

Neben der Oszilloskop-Funktion probierten wir auch den Logic Analyzer aus, um eine I2C-Verbindung zu überwachen (Abbildung 5). Das Programm zeigt hier nicht nur den reinen Signalverlauf, sondern “übersetzt” die Signale auch in die konkreten Werte. Dem Kommunikationsverlauf über I2C konnten wir problemlos folgen, lediglich der magere Sample-Speicher des Bitscope Micro machte sich hier negativ bemerkbar.

Abbildung 5: Der Logic Analyzer Bitscope Logic nimmt hier eine Analyse von I»2«C-Daten vor.

Abbildung 5: Der Logic Analyzer Bitscope Logic nimmt hier eine Analyse von I»2«C-Daten vor.

Eingeschränkt mobil

Auf einen Test der Software auf einem RasPi mit aufgestecktem Touchscreen [5], wie zum Beispiel von Watterott [6], haben wir dann allerdings verzichtet: Schon das Ansteuern des Displays erfordert eine gewisse Rechenzeit; zusammen mit der Bedienung der Bitscope-Software dürfte das den RasPi dauerhaft in Grenzbereiche treiben. Das ist vor allem deshalb schade, weil es eine echte kleine und mobile Kombination abgegeben hätte.

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