Осциллограф из звуковой карты

Как сделать осциллограф из компьютера своими руками — схема

sdelat-samomu-oscillograf

Электрические измерения

Осциллограф из компьютера или ноутбука своими руками: схемы и инструкция

Сегодня часто вместо того, чтобы сделать, например, осциллограф из компьютера, большинство людей предпочитают просто приобрести USB-осциллоскоп. Но, пройдясь по магазинам, можно увидеть, что цена бюджетных осциллографов начинается от 200 долларов. А серьезная аппаратура и вовсе стоит в разы дороже. Именно тем людям, которых не устраивает эта цена, проще всего сделать осциллограф из ноутбука или компьютера своими руками.

Лучшие программы осциллографы для ПК с ОС Windows

Лучшие программы осциллографы для ПК с ОС Windows

PC

Программы осциллографы — это программное обеспечение для вашего компьютера, которое может анализировать звуковые сигналы. Если у вас ограниченный бюджет и вы не можете позволить себе полноценный осциллограф, тогда это программное обеспечение для ПК вам пригодится. Следующие программы были протестированы при вводе звукового сигнала через 3,5-мм аудиовход моего компьютера.

Теперь давайте посмотрим, что может предложить это программное обеспечение. Как только эти программы начнут считывать входной сигнал, вы сможете просматривать спектры сигналов для обоих или одного из двух каналов. Большинство из этих программ также обеспечивают возможность просмотра спектра БПФ. Хотя некоторые из этих программ являются всего лишь программным обеспечением для анализа аудио спектра, некоторые предоставляют подробные данные о сигналах. Вы можете измерить частоту, пиковое напряжение, коэффициент амплитуды, фазу и т. д. В одной из этих бесплатных программ осциллографов предусмотрена опция « Фильтр» , где вы можете применить фильтр с конечной импульсной характеристикой для ввода сигнала и затем проанализировать сигнал.

По мере того, как вы будете просматривать список, вы узнаете о предлагаемых ими функциях.

Осциллограф на звуковой карте: достоинства и недостатки

К преимуществам рассматриваемого прибора можно отнести невысокую стоимость, конечно, если не считать сам компьютер. Теперь о недостатках. Сразу оговоримся: их будет больше, чем достоинств. Главный минус, которым характеризуется осциллограф из звуковой карты, – это весьма высокая чувствительность. Он реагирует даже на радиопомехи, вследствие чего осциллограммы могут иметь погрешности. Вторым недостатком является тот факт, что входной интерфейс звуковой платы способен выдержать амплитуду сигнала, не превышающую 2 В. Это значит, что карта может легко выйти из строя. Этот недостаток необходимо учесть при изготовлении адаптера. Осциллограф из звуковой карты не в состоянии измерять постоянное напряжение.

осциллограф на звуковой карте

Mixed Signal Oscilloscopes (MSO)

The mixed signal oscilloscope (MSO) combines the performance of a DPO with the basic functionality of a 16-channel logic analyzer, including parallel/serial bus protocol decoding and triggering. The MSO’s digital channels view a digital signal as either a logic high or logic low, just like a digital circuit views the signal. This means as long as ringing, overshoot and ground bounce do not cause logic transitions, these analog characteristics are not of concern to the MSO. Just like a logic analyzer, a MSO uses a threshold voltage to determine if the signal is logic high or logic low. The MSO is the tool of choice for quickly debugging digital circuits using its powerful digital triggering, high-resolution acquisition capability, and analysis tools. The root cause of many digital problems is quicker to pinpoint by analyzing both the analog and digital representations of the signal, as shown in Figure 17, making an MSO ideal for verifying and debugging digital circuits.

Figure 17: The MSO provides 16 integrated digital channels, enabling the ability to view and analyze time-correlated analog and digital signals.

Функциональные особенности

Программа по электробезопасности: 2 группа

Основой оборудования способен стать даже маломощный компьютер. В некоторых ситуациях предпочтительны ноутбуки. Переносные модели можно использовать для поиска неисправностей в автомобилях.

Другие функциональные особенности, заслуживающие внимания:

  • в стандартной входной цепи аудиокарты установлен разделительный конденсатор, поэтому без разборки с внесением изменений в схему получится вывести на экран только переменную компоненту сигнала;
  • минимальная амплитуда 0,5-2 мВ (определена техническими характеристиками звукового тракта);
  • максимум входного сигнала выбирают практически без ограничений, так как для нескольких десятков или сотен вольт понадобится всего лишь создать соответствующий делитель напряжения;
  • частотный диапазон также определен базовыми ТХ компьютера, как правило, от 10 Гц до 22 кГц.

Программы, эмулирующие работу осциллографа

Обработкой сигналов, поступающих на вход компьютера или ноутбука занимаются виртуальные осциллографы. Эти программы имеют интерфейс, схожий с экраном реального осциллографа. Часть приложений предназначена для работы с устройствами на основе звуковых карт, другие взаимодействуют с USB-осциллоскопами.

Программы, работающие через аудиовхода:

    ;Digital Oscilloscope ;SoundCard Oszilloscope ;
  1. Российская разработка «Авангард».Авангард

Софт для USB-осциллографов:

    .Aktakom OscilloscopePro .Simplescope .

Все виртуальные приборы являются двухканальными, снабжены генераторами частот, анализаторами. Проведенные измерения и осциллограммы можно сохранять на ПК. Обычно их не нужно инсталлировать. После распаковки архива и запуска программы появляется интерфейс реального осциллографа с регуляторами настроек.

Методы работы

Компьютер — цифровое устройство, поэтому для измерения аналогового параметра необходимо перевести сигнал в дискретный вид. Для этого используется АЦП — аналогово-цифровой преобразователь. Для вывода данных применяют ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь.

разъемы звуковой карты

Звуковая карта компьютера дискретизирует входящие аналоговые сигналы, подключаемые к входам LINE IN и MIC.

Поэтому аудиоплату можно использовать в качестве АЦП для подачи на компьютер или ноутбук измеряемого сигнала. Так как человек слышит звук в диапазоне 4Гц- 20кГц, то соответственно и аудиокарта работает в низкочастотном спектре. Полученный осциллограф также будет работать в указанном диапазоне.

Еще одним недостатком в работе «звукового» осциллоскопа является ограничение по напряжению, подаваемому на вход. Оно должно быть в пределах 0,5 В для входа MIC и до 2 В для LINE IN. Подключение сигнала амплитудой более 2В выведет из строя звуковую карту или компьютер.

Из-за конструкционных особенностей аудиокарты — наличие разделительного конденсатора на входе, постоянная составляющая электрического тока не будет показана на осциллографе. Но, используя приложение, можно ее измерить. Подавать сигнал лучше на вход LINE IN, так как он имеет наименьший уровень шумов. Минимальный уровень сигнала, который можно измерить — около 1мВ.

Использование таких осциллоскопов ограничено по частоте. Ими можно снимать показания с усилителей, магнитофонов, различных звуковых девайсов, а также микросхем, работающих на частотах до 20 кГц.

На высоких частотах применяется USB-осциллографы, имеющие больше возможностей. Минусом таких устройств является высокая цена.

Как сделать адаптер

В первую очередь необходимо учесть входной уровень звуковой карты, чаще всего он не превышает двух вольт, а в некоторых платах – не более одного вольта. Естественно, что для измерений такой амплитуды будет недостаточно. Для этого требуется адаптер, который позволит увеличить пределы амплитуды сигнала. Программное обеспечение – осциллограф – имеет два допустимых уровня измерений: 12,5 В и 250 В. Принципиальная схема такого прибора содержит всего шесть элементов – резисторов. R1 и R2 имеют номинальное сопротивление в 1,5 МОм, R3 и R4 – 75 кОм, R5 и R6 – 1,5 кОм. Мощность рассеивания резисторов не должна быть менее 0,5 Вт. Схема имеет 5 контактов на входе (два – от источника сигналов 250 В, два – от 12,5 В и пятый – общий – провод) и три вывода на выходе, подключаемых на линейный вход звуковой карты (левый и правый каналы и общий).

Приступим к описанию принципиальной схемы адаптера. Первая пара входов – «источник сигнала 250 В» – соединяется с резисторами R1 и R2, далее – с R3 и R4; на выходной разъем, соответственно, левый и правый каналы линейного входа. Вторая пара «источник сигнала 12,5 В» подключается «в разрыв» между резисторами, то есть один вывод – между R1 и R3, а второй – между R2 и R4. И, наконец, последний, общий вывод поступает на разъем линейного входа звуковой карты. Он связан с правым и левым каналами через резисторы R5 и R6, подключенными после пары резисторов R3 и R4. Для того чтобы снизить влияние помех на прибор, необходимо плату адаптера поместить в металлический корпус. Вот, собственно, и весь осциллограф. Звуковая карта принимает поступающие сигналы, а программное обеспечение отображает на мониторе компьютера осциллограммы.

осциллограф звуковая карта

Как это будет использоваться?

Так как входные цепи аудиокарты имеют специализированный разделительный конденсатор, компьютер в качестве осциллографа может использоваться исключительно с закрытым входом. То есть на экране будет наблюдаться только переменная составляющая сигнала, однако, имея некоторую сноровку, при помощи этих утилит можно будет также провести измерение уровня постоянной составляющей. Это является довольно актуальным в том случае, если, например, время отсчета мультиметра не дает возможности зафиксировать определенное амплитудное значение напряжения на конденсаторе, который заряжается через крупный резистор.

Нижний предел напряжения ограничивается уровнем шума и фона и составляет приблизительно 1 мВ. Верхний предел имеет ограничения только по параметрам делителя и может достигать даже нескольких сотен вольт. Частотный диапазон непосредственно ограничивается возможностями самой аудиокарты и для бюджетных устройств составляет примерно от 0.1 Гц до 20 кГц.

осциллограф из компьютера своими руками

Конечно, в данном случае рассматривается относительно примитивное устройство. Но если у вас нет возможности, к примеру, использовать USB-осциллограф (приставка к компьютеру), то в таком случае его применение вполне оптимально.

Такой прибор может помочь вам в ремонте различной аудиоаппаратуры, а также может быть использован исключительно в учебных целях, особенно если дополнить его виртуальным генератором НЧ. Помимо этого, программа-осциллограф для компьютера позволит вам сохранить эпюру для иллюстрации определенного материала или же с целью размещения в Интернете.

Вариант с автономным питанием

В домашних условиях радиолюбители обычно пользуются стационарными устройствами. Но иногда возникает ситуация, когда нужно отремонтировать что-то находящееся вдали от дома. В таком случае понадобится портативный осциллограф с автономным питанием.

Перед началом сборки приготовьте следующие комплектующие:

  • Ненужные Bluetooth наушники или аудиомодуль.
  • Планшет или смартфон на Android.
  • Литий-ионный аккумулятор типоразмера 18650.
  • Холдер для него.
  • Контроллер заряда.
  • Гнездо Jack 2,1 Х 5,5 мм.
  • Разъем для подключения измерительных щупов.
  • Сами щупы.
  • Выключатель.
  • Пластиковая коробочка из-под губки для обуви.
  • Экранированный провод сечением 0,1 мм².
  • Тактовая кнопка.
  • Термоклей.

Нужно разобрать беспроводную гарнитуру и достать из неё плату управления. Отпаять от неё микрофон, кнопку включения и аккумулятор. Отложить плату в сторонку.

Вместо блютус-наушников можно использовать Bluetooth аудиомодуль.

Ножом соскрести с коробочки остатки губки и хорошо почистить её с использованием моющих средств. Подождать, пока она высохнет, и вырезать отверстия под кнопку, выключатель и разъёмы.

Припаять провода к гнёздам, холдеру, кнопке и выключателю. Установить их на свои места и закрепить термоклеем.

Провода нужно соединять так, как показано на схеме:

Расшифровка обозначений:

  1. Холдер.
  2. Выключатель.
  3. Контакты «BAT + и «BAT –.
  4. Контроллер заряда.
  5. Контакты «IN + и «IN –.
  6. Разъём Jack 2,1 Х 5,5 мм.
  7. Контакты «OUT+ и «OUT –.
  8. Контакты батареи.
  9. Плата управления.
  10. Контакты кнопки включения.
  11. Тактовая кнопка.
  12. Гнездо для щупов.
  13. Контакты микрофона.

Далее припаять провода к контроллеру заряда и плате управления, затем поместить их внутрь корпуса и зафиксировать термоклеем. Закрыть коробочку крышкой и защёлкнуть её.

Затем скачать из плеймаркета приложение виртуального осциллографа и установить его на смартфон. Включить блютус модуль и синхронизировать его со смартфоном. Подключить щупы к осциллографу и открыть на телефоне его программную часть.

При касании щупами источника сигнала на экране Android-устройства появится кривая, показывающая уровень сигнала. Если она не появилась, значит, где-то была допущена ошибка.

Следует проверить правильность подключения и исправность внутренних компонентов. Если все в порядке, нужно попробовать запустить осциллограф снова.

Настройка программы

Чтобы отрегулировать осциллограф из звуковой карты, необходимо зайти в микшеры персонального компьютера и отключить усиление на микрофон, установить уровень громкости ниже среднего. Полученный измерительный прибор способен довольно четко прорисовывать осциллограмму низкой частоты, а также определять частоту сигнала.

Конструкция и применение

Осциллограф — сложный электрический прибор. Понять принцип его работы поможет блок-схема.

Имеются два луча развертки: по вертикали — Y и по горизонтали — X. По оси X откладывается значения времени, по Y отображается амплитуда сигнала.

На Y подается сигнал с устройства. Далее он проходит через аттенюатор, который изменяет чувствительность контура. Потом, пройдя предварительный усилитель, попадает в линию задержки, которая «придерживает» сигнал пока не сработает генератор развертки. Оконечный усилитель выводит сигнал на экран осциллоскопа. Чем больше входное напряжение, тем больше амплитуда сигнала.

На X подается пилообразное напряжение с генератора развертки, благодаря чему сигнал на осциллографе получается «растянутым» по времени. Меняя размерность генератора, можно получить изображение с разверткой до тысячных долей секунды.

Чтобы развертка запустилась одновременно с поступлением сигнала, в устройстве предусмотрена система синхронизации. Есть 3 возможных источника синхроимпульсов:

  1. Измеряемый сигнал. Наиболее часто используемый вариант, особенно при постоянной частоте входящего источника.
  2. Электрическая сеть. Частота сети поддерживается с высокой точностью, поэтому через нее возможна синхронизация.
  3. Внешний источник. Используется, как лабораторный генератор сигналов, так и смартфон с приложением, генерирующим синхроимпульсы определенной частоты.

Осциллограф визуализирует форму сигнала, что помогает понять причину неисправности. С помощью устройства снимается АЧХ прибора, есть возможность узнать скорость нарастания импульса в цифровых устройствах.

Используются осциллографы при настройке, ремонте электронных девайсов, будь то бытовая техника, ремонт автотранспорта или орбитальная станция.

Электрическая схема

Если вы всё же решили работать через самодельную приставку, то для осциллографа из компьютера своими руками потребуется схема. Схема эта достаточно простая и работа над ней для того, кто хотя бы раз занимался чем-то подобным, не составит никакого труда. Вам понадобятся инструменты и навыки базовой работы со схемами – соединения, теоретические знания.

ВАЖНО! Есть и более сложные схемы, но новичку лучше начать с элементарного варианта. Если первая попытка подойдёт для решения задачи, то для последующих проб сложность можно поднять, спаяв новую, более совершенную схему.

Осциллограф своими руками на AVR — инструкция по сборке, характеристики

Характеристики осциллографа на AVR:

  1. Частота измерения: 10 Гц–7.7 кГц.
  2. Макс. входное напряжение: 24В AC/30В DC.
  3. Напряжение питания: 12В DC.
  4. Разрешение экрана: 128×64 пикселей.
  5. Область экрана осциллограммы: 100×64 пикселей.
  6. Информационная область экрана: 28×64 пикселей.
  7. Режим триггера: автоматический.

Рассмотрим проект осциллографа с использованием МК PIC18F2550 и графического LCD с контроллером KS0108. В качестве среды разработки здесь использована WinAVR, которая основывается на open source AVR-GNU компиляторе и прекрасно работает с AVR Studio 4. Графическую библиотека разработана специально для данного проекта.

Что нужно использовать?

Одним из наиболее оптимальных вариантов является программа Osci, которая имеет интерфейс, схожий со стандартным осциллографом: на экране есть стандартная сетка, при помощи которой вы можете самостоятельно измерить длительность, или же амплитуду.

осциллограф из компьютера

Из недостатков данной утилиты можно отметить то, что она работает несколько нестабильно. В процессе своей работы программа может иногда зависать, а для того, чтобы потом ее сбросить, нужно будет использовать специализированный Task Manager. Однако все это компенсируется тем, что утилита имеет привычный интерфейс, является достаточно удобной в использовании, а также отличается достаточно большим количеством функций, которые позволяют сделать полноценный осциллограф из компьютера.

Осциллограф из компьютера — соответствует ли оборудование ПК требованиям

Если у вас современный персональный компьютер, оснащённый звуковой картой, к которому подключён монитор, этого уже достаточно. Конфигурация компьютера не имеет никакого значения, а также вместо стационарного ПК можно использовать ноутбук и даже нетбук.

ВАЖНО! Настройка вашего компьютера как осциллографа никак не помешает его остальным функциям – не придётся ничего добавлять внутрь самого ПК (это просто осциллограф-приставка к компьютеру) или критически изменять в программном обеспечении.

Обычно всё, что необходимо для настройки виртуального прибора, уже есть в конструкции ПК. Для того, чтобы «организовать» работу устройств, достаточно скачать готовый софт, который находится в свободном доступе в сети – это полностью безопасно и легко для освоения даже пользователем-новичком.

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Егор Новиков
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий