Простейший осциллограф из компьютера

Как сделать осциллограф из своего компьютера

Приобретение дорогостоящего осциллографа может быть неподъемной задачей для начинающего радиолюбителя. Различные приставки к компьютеру и соответствующие программы позволяют заменить устройство и сделать осциллограф из своего компьютера. Кроме экономии средств, появляется возможность сохранить данные измеряемого сигнала на компьютере, и автоматизировать вычисления параметров.

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:

Софт для USB-осциллографов:

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.

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.

Собираем приставку

Программа «осциллограф» будет визуализировать сигнал, поданный на вход звуковой карты. Я предложу вам на скачивание два варианта:
1) Простая программа без установки с русским интерфейсом, качаем.

Какой пользоваться – выбирать вам. Возьмите и установите обе, а там выберете.
Если у вас уже установлен микрофон, то после установки и запуска программы можно уже будет наблюдать звуковые волны, которые поступают в микрофон. Значит все хорошо.
Для приставки никаких драйверов больше не потребуется.
Подключаем приставку ко линейному или микрофонному входу звуковой карты и пользуемся на здоровье.

Если у вас никогда в жизни не было опыта работы с осциллографом, то я искренне рекомендую вам повторить эту самоделку и поработать с таким виртуальным прибором. Опыт очень ценный и интересны.

Одноканальная модель

Сделать одноканальный цифровой осциллограф своими руками можно только с применением стабилитрона на 5 В. При этом более мощные модификации в данном случае недопустимы. Связано это с тем, что повышенное предельное напряжение в цепи приводит к увеличению частоты дискретизации. В итоге резисторы в устройстве не справляются. Конденсаторы для системы побираются только емкостного типа.

Минимум резистор сопротивление должен держать на уровне 4 Ом. Если рассматривать элементы второй группы, то параметр пропускания в данном случае должен составлять 10 Гц. Для того чтобы его повысить до нужного уровня, используются различного типа регуляторы. Некоторые специалисты для одноканальных осциллографов советуют применять ортогональные резисторы.

В данном случае следует отметить, что показатель частоты дискретизации они поднимают довольно быстро. Однако негативные моменты в такой ситуации все же присутствуют, и их следует учитывать. В первую очередь важно отметить резкое возбуждение колебаний. Как следствие, растет асимметричность сигналов. Дополнительно существуют проблемы с чувствительностью устройства. В конечном счете, точность показаний может быть не самой лучшей.

Особенности осциллографа miniscope

1. Простое устройство потоковой передачи данных в реальном времени на ПК; библиотеки dll и GUI (для Win32),
2. сэмплирование: 480 кГц, 8 бит, потоковая передача через USB FS с помощью libusb (32/64бит), используемые в качестве драйвера,
3. 8 диапазонов напряжения (0..30, 15, 7.5, 6, 3.75, 3, 1.87, 0.94 вольт PGA — х1, х2, х4, Х5, х8, х10, х16 и х32 соответственно),
4. входное сопротивление: 1 мегаом,
5. шум: ~23mVpp,
6. длина записи: 4к на 1м в dll (один экран); до 512m при записи в файл,
7. загрузка прошивки через USB (dfu загрузчик встроенного в ПЗУ),
8. малое количество компонентов: микроконтроллер, регулятор напряжения, мини-USB и несколько пассивных радиодеталей поверхностного монтажа на односторонней печатной плате.

Насколько оправдана самостоятельная сборка подобного измерительного прибора по сравнению с покупкой готовой приставки? Вот цены от поставщика в нашей стране.

• STM32F042Fx: $2 в розницу, $1 опт
• MCP6S21: $1.40 розница, .80 опт
• MCP1700: .50 розничная цена
• Мини-USB разъем: .55
• Другие детали: $2
• Итого: 5-6 долларов

Небольшое примечание. Здесь 3,3 В регулятор напряжения может быть использован любого типа. Прошивки для miniscope, чертежи печатной платы и основные двоичные файлы слиты в один общий архив.

Originally posted 2019-03-05 01:16:41. Republished by Blog Post Promoter

DIY-осциллограф из звуковой карты за $1

Проектов по созданию осциллографов из разного рода аудиокарт немало. Выполнить модификацию карты с тем, чтобы превратить ее в полезный для электронщика инструмент, не так сложно, но зачастую встает вопрос цены. И здесь приходит на помощь интересный вариант с ценой вопроса около 1 доллара США.

Именно столько стоит внешняя звуковая карта, которая изображена на анонсной фотографии. Купить это чудо техники можно на электронной барахолке (во многих городах такие есть), или же на интернет-аукционе, где всегда есть, из чего выбрать. Маркировка текущего девайса — HX2010-0705, выпущен он в конце 2013 года.

Устройство является гибридным, это звуковая карта + HID input. Что касается последнего, то эта часть предназначена для регулировки громкости и выполнения некоторых других задач, включая работу с медиаклавиатурой.

Дамп USB дескриптора:

VID=0x0D8C PID=0x000C
Product string: C-Media USB Headphone Set
Audio Device Class + HID (composite device)

Судя по всему, чип внутри аналогичен чипу, установленному в недорогих звуковых картах «C-Media», без каких-либо кнопок.

• аудиовход — моно, и два контакта не должны вводить в заблуждение, они замкнуты друг на друга; DLL здесь общий, может работать как со стерео-картами, так и с моно. Второй канал можно отключить самостоятельно.

• Частота дискретизации — 44100 и 48000 Гц;
• 2,23 В на С6; ток короткого замыкания 20 мА, при добавлении резистора на 120к этот показатель можно снизить до 8 мА;
• Резистор на 120к является наиболее недорогим методом увеличения диапазона измерения до 0-6В;
• AGC нужно убрать, настройки должны быть следующими:

Конденсатор C6 нужно отпаять, его емкость составляет 80 нФ, и он может серьезно ограничить возможности нашего осциллографа.

Настройки:

Калибровку лучше всего проводить при помощи соответствующей функциии в GUI. Вот пример работы того, что получилось в результате:

Основные характеристики USB осциллографа:

• АЦП: 12 разрядов.
• Временная развертка (осциллограф): 3…10 мсек/деление.
• Временной масштаб (рекордер): 1…50 сек/выборка.
• Чувствительность (без делителя): 0,3 Вольт/деление.
• Синхронизация: внешняя, внутренняя.
• Запись данных (формат): ASCII, текстовый.
• Максимальное входное сопротивление: 1 МОм параллельно к емкости 30 пФ.

Для осуществления обмена данными, между USB осциллографом и персональным компьютером, применен интерфейс Universal Serial Bus (USB). Данный интерфейс функционирует на базе микросхемы FT232BM (DD2) фирмы Future Technology Devices. Она представляет собой преобразователь интерфейса USB — COM. Микросхема FT232BM может функционировать как в режиме прямого управления битами BitBang (при использовании драйвера D2XX), так и в режиме виртуального COM-порта (при применении драйвера VCP).

В роли АЦП применена интегральная микросхема AD7495 (DD3) фирмы Analog Devices. Это не что иное, как аналого-цифровой преобразователь с 12 разрядами, с внутренним источником опорного напряжения и последовательным интерфейсом.

В микросхеме AD7495 также есть синтезатор частот, который определяет, с какой скоростью будет происходить обмен информацией между FT232BM и AD7495. Для создания необходимого протокола обмена данными, программа USB осциллографа наполняет выходной буфер USB отдельными значениями битов для сигналов SCLK и CS так, как указано на следующем рисунке:

Измерение одного цикла определяется серией из девятьсот шестидесяти последовательных преобразований. Микросхема FT232BM с частотой, определяемой встроенным синтезатором частот, отправляет электрические сигналы SCLK и CS, параллельно с передачей данных преобразования по линии SDATA. Период 1-го полного преобразования АЦП FT232BM, устанавливающий частоту выборки, соответствует продолжительности периода отправки 34 байтов данных, выдаваемых микросхемой DD2 (16 бит данных + импульс линии CS). Поскольку быстрота передачи данных FT232BM обусловливается частотой внутреннего синтезатора частот, то для модификации значений развертки нужно всего лишь менять значения синтезатора частот микросхемы FT232BM.

Данные, принятые персональным компьютером, после определенной переработки (изменение масштаба, корректировка нуля) выводятся на экран монитора в графическом виде.