Как сделать осциллограф из компьютера своими руками — схема

Управление осциллографом с компьютера

Осциллограф — это электронный тестовый прибор, который позволяет наблюдать постоянно меняющиеся напряжения сигнала, обычно в виде двумерного графика одного или нескольких сигналов в зависимости от времени.

Другие сигналы, которые могут быть преобразованы в напряжения и отображены.

Между тем осциллограф идеально подходит для проектирования, диагностики, обучения и работы с электроникой.

Более того, сложно получить качественный цифровой осциллограф из-за высоких затрат, и даже профессионалы часто ограничены в доступе к оборудованию в специально отведенных для этого местах.

Программное обеспечение осциллографа прошло долгий путь с этим программным обеспечением, способным анализировать другие сигналы от цепей или устройств.

Большинство доступного программного обеспечения осциллографа представляют собой анализатор спектра, который считывает входные сигналы и предоставляет режим просмотра БПФ, в котором пользователи могут считывать частоту, амплитудный коэффициент, пиковое напряжение и другие периметры.

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.

Функциональные особенности

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.

Настройка изделий

После сборки USB-осциллографа, на последнем этапе нужно прошить чип памяти EEPROM flash 24LC64. Для этого:

1. Скачать и установить на компьютер приложение Cypress Suite.
2. Запустить программу и перейти в меню EZ Console.
3. Нажать на надпись «LG EEPROM».
4. Появится окно с файлом прошивки. Выбрать его и запустить клавишей Enter.
5. Если появилась ошибка «Error», запустить операцию прошивки снова.
6. После успешного окончания процесса должна появиться надпись «Done». Осциллограф готов к работе.

Перед запуском осциллоскопа на основе внешнего аудиоадаптера проделать следующие действия:

1. Сохранить файлы miniscope.exe, miniscope.ini и miniscope.log из скачанного архива в отдельной папке. Открыть miniscope.exe.
2. После запуска программы, зайти в настройки и произвести действия, показанные на рисунках.

Устройство готово к работе.

Калибровка необходима устройству, работающему через аттенюатор и внутреннюю звуковую карту. Для этого подать на гаджет сигнал с известными амплитудой и частотой. Добившись устойчивой развертки, включить измерительную сетку. Согласовывая действия подстроечного резистора с регулировками на панели управления, привести значения сетки к исходным величинам.

Если не получится корректно отобразить значения, то можно отъюстировать сетку при помощи регулировок звука на компьютере. Открыть для этого регулятор громкости, расположенный на панели задач и, двигая ползунок, получить нужный уровень сигнала.

Готовые изделия перед включением обязательно заземлить. Соблюдать осторожность при подаче сигнала на порт звукового адаптера.

Преобразование компьютера в осциллограф

Программа для проектирования электропроводки в доме

После уточнения исходных данных компьютера и личных потребностей приступают к выбору электрической схемы.

Для ознакомления с профессиональными решениями можно изучить конструкции серийных измерительных приборов

Схема приставки

Для качественного воспроизведения без богатого практического опыта лучше выбирать относительно простые конструкции. Впрочем, представленная ниже электрическая схема вполне способна обеспечить минимальное искажение сигналов одновременно с выполнением защитных функций.

Эту схему адаптера можно создать быстро без лишних затруднений

Описание:

• резисторы приставки оценивают в совокупности с Rвх компьютера, чтобы правильно рассчитать параметры делителя;
• конденсаторами выравнивают АЧХ;
• стабилитроны, установленные показанным на рисунке образом, предотвращают повреждение звукового входа компьютера при подаче сигнала с большой амплитудой (положение переключателя «1:1»);
• дополнительно защиту по току обеспечивает R1.

Вряд ли можно рассчитывать на полные паспортные данные, особенно при наличии старой компьютерной техники. Скорее всего, придется измерить импеданс на входе звуковой карты. Для этого на выходе этого же блока создают образцовый сигнал (50 Гц, синусоида) с применением специальной программы «Виртуальный генератор». Следующий расчет выполняют по формуле:

Пример:

60*(120/(520-120))= 18 кОм.

Зная входное сопротивление, создают делитель напряжения по одной из представленных схем

К сведению. Установив параллельно «подстроечный» резистор, можно точно регулировать параметры делителя.

Сбор приставки

Чтобы исключить паразитное влияние внешнего электромагнитного излучения, приставку размещают в металлическом корпусе. Создать его можно из подходящего дюралюминиевого листа толщиной 1,5-2 мм. На входе закрепляют разъем типа СР-50, чтобы подключать без проблем типовые щупы. Выход – гибкий кабель с вилкой Jack, которая соответствует входному гнезду аудиокарты компьютера. Для сборки простой электрической схемы вполне подойдет технология навесного монтажа.

Как измерить выходное сопротивление линейного выхода?

Этот параграф можно пропустить. Он рассчитан на любителей мелких подробностей.

Выходное сопротивление (выходной импеданс) линейного выхода, рассчитанного на подключение телефонов (наушников), слишком мало, чтобы оказать существенное влияние на точность измерений, которые нам предстоит выполнить в следующем параграфе.

Так для чего измерять выходной импеданс?

Так как мы будем использовать для калибровки осциллографа виртуальный низкочастотный сигнал-генератор, то его выходной импеданс будет равен выходному импедансу линейного выхода (Line Out) звуковой карты.

Убедившись в том, что выходной импеданс мал, мы можем предотвратить грубые ошибки при измерении входного импеданса. Хотя, даже при самом плохом стечении обстоятельств эта ошибка вряд ли превысит 3… 5%. Откровенно говоря, это даже меньше возможной ошибки измерений. Но, известно, что ошибки имеют привычку «набегать».

При использовании генератора для ремонта и настройки аудиотехники тоже желательно знать его внутренне сопротивление. Это может пригодиться, например, при измерении ESR (Equivalent Series Resistance) эквивалентного последовательного сопротивления или попросту реактивного сопротивления конденсаторов.

Мне, благодаря этому измерению, удалось выявить самый низкоомный выход в моей аудиокарте.

Если у аудиокарты всего одно выходное гнездо, то тогда всё ясно. Оно одновременно является и линейным выходом и выходом на телефоны (наушники). Его импеданс, как правило, мал, и его можно не измерять. Именно такие аудио-выходы используются в ноутбуках.

Когда же гнёзд целых шесть и есть ещё парочка на передней панели системного блока, а каждому гнезду можно назначить определённую функцию, то выходное сопротивление гнёзд может существенно отличаться.

Обычно, самый низкий импеданс соответствует гнезду салатового цвета, которое по-умолчанию и является линейным выходом.

Пример замера импеданса нескольких разных выходов аудиокарты установленных в режим «Телефоны» и «Линейный выход».

Как видно из формулы, абсолютные значения измеренного напряжения роли не играют, потому эти замеры можно делать задолго до калибровки осциллографа.

Rx = 30(7 – 6) / 6 = 5 (Ом).

Шаг 7: Соединяем выход (~10) со входом (A0), а выход (~9) со входом (A1)

С помощью проводов, подключите цифровой выход 10 контроллера Arduino к его аналоговому входу A0, а выход 9 – к входу A1.

На экране появится сигнал, похожий на тот, который показан на фото. Сигналы на цифровых выходах 9 и 10 задаются блоком «Ger.Sinal» программы: на выходе 9 генерируется ШИМ-сигнал частотой 10 Гц (Т = 100 мс) при Ton = 25 %; на выходе 10 – сигнал, равный удвоенному периоду 2Т (200 мс).

Вы можете самостоятельно настроить значения в блоке «Ger.Sinal», перетаскивая ползунок или щелкая по элементу управления.

AUDio

AUDio MEasurement System – это бесплатное программное обеспечение для осциллографов на ос Windows. Программное обеспечение осциллографа поставляется с генератором сигналов, анализатором спектра и средством измерения частотной характеристики. Во время тестирования я обнаружил, что он принимает сигнал не со звуковой карты, а с микрофона в USB порту.

Параметры шкалы осциллографа можно настроить для анализа сигнала. Вы можете изменить значения шкалы X, левого и правого каналов v / div, смещения и края триггера. Это действительно простой в использовании осциллограф, который можно использовать для анализа формы сигнала.

Выше я рассказал о программном обеспечении, которое работает с сигналами от звуковой карты через разъем 3,5 мм или USB-микрофон. Но существуют различные другие инструменты для осциллографа, которые требуют коммуникационных устройств для приема и обработки сигналов. Некоторые работают с Audrino, а некоторые – с программным обеспечением на основе микроконтроллеров. Некоторые требуют подключения к вашему компьютеру фирменных инструментов для обнаружения сигналов. Позвольте мне перечислить некоторые из таких программ, на которые я наткнулся при тестировании: