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.
Visual Analyzer
Visual Analyzer – еще одно хорошая программа осциллографа для Windows 10. Данная утилита имеет анализатор спектра сигналов. Кроме того, вы найдете множество инструментов для просмотра связанных с сигналом данных, определения значений различных параметров, измерения частоты, применения фильтров и многого другого. На этом осциллографе есть два экрана для спектров сигнала; один отображает обычные спектры сигналы, а другой отображает БПФ сигнала.
В левой части интерфейса вы найдете кнопки для изменения параметров просмотра спектров. Вы можете изменить коэффициент масштабирования, значение ms / d, положения графиков X и Y и т. д. Можно найти некоторые значения, такие как: частота, среднее значение, коэффициент амплитуды, пиковое напряжение, ZRLC, фаза, каналы и т. д. Опции для захвата области или спектра также доступны.
Лучшая вещь в этом инструменте – это то, что это осциллограф с фильтрами для Windows. Вы можете применять различные фильтры к входному сигналу, затем измерять значения и просматривать спектры.
Это обширное программное обеспечение осциллографа с инструментами для тщательного анализа сигналов.
Главный вопрос: Аналоговый или Цифровой?
Главное достоинство аналогового осциллографа — отсутствие шума АЦП.
Возможно, Вы все еще являетесь приверженцем аналоговых приборов, но современный цифровой мир диктует свои условия, и возможности аналоговых не сравнятся с цифровыми запоминающими осциллографами.
Если точность передачи формы исследуемого вами сигнала не является для вас приоритетом в ваших наблюдениях и исследованиях — то вы смело останавливаетесь на цифровом.
USB – осциллограф — является представителем класса именно цифровых осциллографов. И они, в сравнении с аналоговыми, имеют ряд преимуществ.
- Небольшой и сравнительно легкий
- Широкая полоса пропускания
- Можно измерить одиночный сигнал
- Удобный интерфейс
- Цветной дисплей
- Возможность сохранить и распечатать данные
- Возможность цифровой обработки сигнала (быстрое преобразование Фурье, сложение, вычитание, интегрирование и др.)
- Возможность использования цифровой фильтрации
Часто цифровые осциллографы могут включать в том же корпусе дополнительные устройства:
- Логический анализатор (позволяет анализировать пакеты данных, например передаваемые через интерфейсы I2C, USB, CAN, SPI и прочие)
- Генератор функций (сигналов произвольной формы)
- Генератор цифровых последовательностей
Если осциллограф выполнен в виде переносного устройства, то часто он совмещается с мультиметром, их еще называют скопметрами (иногда очень даже с неплохими характеристиками).
Неоспоримые достоинства этих устройств –универсальность, автономность и не большие размеры.
Выбрать новый осциллограф является достаточно сложной задачей, в связи с тем, что на рынке представлен широкий выбор производителей и их моделей.
Если вы решили заменить старый осциллограф или приобрести прибор необходимый для работы, и вы не обладатель больших аппетитов, то лучшим выбором для вас может стать именно USB — осциллограф. Все что вам нужно — это изучив характеристики — остановиться на определенном производителе и модели.
В первую очередь обратите внимание на производителя. Изучая различные модели, вы убедитесь, что внимание стоит обращать на производителя, постоянно усовершенствующего софт своей продукции и добавляющего новые возможности, при этом, не меняя платформу.
Сегодня обратим внимание на таких производителей как Hantek, Instrustar, SainSmart .
Их официальные сайты приведены по ссылкам ниже:
Их официальные сайты приведены по ссылкам ниже:
Рассматривая модели, стоит остановиться на приборах с полосой 40-60 мГц. Хотя последние модели техники, в частности новые ЖК_ТВ, могут в скором времени потребовать 100-120 мГц.
И все же посетив форумы на зарубежных площадках, вы убедитесь, что на них во мнениях отражается практически реальное положение вещей. Что же касается обзоров встречающихся на русскоязычных сайтах и видеообзоры, то они заключаются в основном из «давайте распакуем» и «наконец получил», и как бонус: «установим драйвера» и «потыкаем щупом». И как завершение — радость и «оно работает».
Но вы вряд ли после этого чтения и просмотра, вы сможете сделать какой- либо реальный технически обоснованный вывод, на чем же вам остановится.
Возвратимся к оценкам на зарубежных форумах.
SainSmart (третий по списку) отпал через несколько часов изучения — произведен не плохой продукт, а вот с софтом неувязка. Обновлений нет, а имеющийся — работает с багами. Мы же знаем не понаслышке, что софт решает многое.
Далее – Hantek (первый в списке),
фирма с именем, выпускает внушительный модельный ряд, включающий и бюджетные варианты. Однако и бюджетные и некоторые более поздние модели имеют одинаковый софт, при этом достаточно скромный. Функционал: обычный двулучевой осциллограф + простейший набор инструментов. Ни каких бонусов в виде добавочного софта с анализирующими прогами и т.д. нет. Это печалит.
На выходе, как вы видите: Hantek — пример элементарного минимализма, хотя с помощью софта можно было бы реализовать немалое количество дополнительного функционала и возможностей.
И второй в нашем списке, но не в рейтинге — Instrustar.
Наши (русскоязычные) обзоры утверждают, что практически весь ряд моделей 20,40,60 мГц базируется на основе одной платы с незначительными преобразованиями, а все остальное — делает софт.
В принципе — обычный китайский ход — сделать одну железку и софтом ограничить потенциал нижней линейки моделей. Ан нет. Разные линейки моделей работают на разных чипах и имеют внутри отличное друг от друга программное обеспечение. И это привлекает.
Например, вы можете остановиться на модели Instrustar ISDS220B 60 мГц плюс DDS генератор до 20 мГц. Если вы скачаете и установите программное обеспечение даже в демонстрационном режиме — оно вас действительно порадует. Вы найдете множество настроек, начиная с цвета и фона интерфейса, до спектроанализатора, анализатора частотных характеристик и море различных фишечек с которыми даже в демо режиме вам будет, с чем разбираться.
И вообще — софт свежий, несмотря на возраст выпускаемой модели. Вывод — производитель «держит руку на» софте — исправляет ошибки и дополняет новыми функции. И это огромный плюс.
Окно в режиме professional, открыло четыре формы.
Вывод из всего выше сказанного напрашивается сам:
не спешите, анализируйте, исследуйте и делайте покупки с умом. Вам же пользоваться! До следующих обзоров лучших моделей.
Сборка
Макет схемы собранный на макетной плате
Размер печатной платы осциллографа можно оценить на фотографии. Поскольку схема довольно проста, сборка не должна вызвать затруднений.
Рекомендуется использовать панельки для монтажа IC1 и IC7 на печатной плате для возможности их замены в случае поломки. USB-разъем (CON1) должен быть прочно припаян и зафиксирован на плате.
Для подачи входного сигнала могут быть использованы BNC разъёмы. Разъёмы для них могут быть установлены на передней панели. Осциллограф может быть улучшен путем замены PIC и АЦП на более быстрые модели, например на AD9238 (20 MS/с). Это быстрый параллельный АЦП можно использовать вместе с DSP PIC.
ПРИМЕЧАНИЕ: Плата оптимизирована для изготовления в домашних условиях(дорожки специально сделаны толстыми). Если вы можете сделать более тонкие дорожки, вы можете уменьшить их толщину.
