НТВ плюс 

Цифровой USB осциллограф из компьютера. Схема и описание. Реализация защиты, экранирования сигнала и снижения погрешности. Использование резисторов серии ППР1

Digital Oscilloscope V3.0 – популярная радиолюбительская программа, которая превратит ваш компьютер в виртуальный осциллограф

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “ “

Сегодня на сайте мы рассмотрим простую радиолюбительскую программу , превращающую домашний компьютер в осциллограф .

Есть два способа превращения персонального компьютера в осциллограф . Можно купить или сделать приставку, которую подключать к ПК. Приставка будет представлять собой АЦП, программно-управляемый. А на ПК установить соответствующую программу. Но это затратный способ. Второй способ – без затратный, в любом ПК есть уже АЦП и ЦАП – звуковая карта. Используя ее можно компьютер преобразовать в простой низкочастотный осциллограф , только установкой программного обеспечения, ну и придется спаять простой входной делитель. Таких программ существует не мало. Сегодня мы рассмотрим одну из них – Digital Oscilloscope V3.0 .

(149.8 KiB, 60,994 hits)

После запуска программы на экране появится окно внешне очень похожее на обычный осциллограф. Для подачи сигнала используется линейный вход звуковой карты. Подавать на вход обычно нужно сигнал не более 0,5-1 вольт, иначе происходит ограничение, поэтому нужно спаять входной делитель по простой схеме, как показано на рисунке №2.

Диоды КД522 нужны для защиты входа звуковой карты от слишком большого сигнала. После подключения цепи и входного сигнала нужно включить осциллограф. Для этого нажимаем мышкой поле RUN и выбираем START или нажать мышкой треугольник во втором сверху ряду окна. Осциллограф станет показывать сигнал. В нижнем правом углу экрана будут высвечиваться частота и период сигнала. А вот напряжение показанное осциллографом может не соответствовать действительности. При налаживании входного делителя нужно постараться переменным резистором так выставить коэффициент деления, чтобы величина показанного на экране напряжения была максимально реальной.

Назначение органов управления. TIME/DIV – время/деление; TRIGGER – синхронизация; CALIB – уровень; VOLT/DIV – напряжение/деление. И еще одно достоинство этой программы – осциллограф запоминающий – работу можно остановить, а на экране останется осциллограмма которую можно сохранить в памяти ПК или распечатать.

Любому радиолюбителю сложно представить свою лабораторию без такого важного измерительного прибора, как осциллограф. И, действительно, без специального инструмента, позволяющего анализировать и измерять действующие в цепи сигналы, ремонт большинства современных электронных устройств невозможен.

С другой стороны, стоимость этих приборов нередко превышает бюджетные возможности рядового потребителя, что вынуждает его искать альтернативные варианты или изготавливать осциллограф своими руками.

Варианты решения проблемы

Отказаться от покупки дорогостоящих электронных изделий удаётся в следующих случаях:

  • Использование для этих целей встроенной в ПК или ноутбук звуковой карты (ЗК);
  • Изготовление USB-осциллографа своими руками;
  • Доработка обычного планшета.

Каждый из перечисленных выше вариантов, позволяющих изготавливать осциллограф своими руками, применим не всегда. Для полноценной работы с самостоятельно собранными приставками и модулями необходимо выполнение следующих обязательных условий:

  • Допустимость определённых ограничений по измеряемым сигналам (по их частоте, например);
  • Наличие опыта обращения со сложными электронными схемами;
  • Возможность доработки планшета.

Так, осциллограф из звуковой карты, в частности, не позволяет измерять колебательные процессы с частотами, находящимися за пределами её рабочего диапазона (20 Гц-20 кГц). А для изготовления USB-приставки к ПК потребуется определённый опыт сборки и настройки сложных электронных устройств (как и при подключении к обычному планшету).

Обратите внимание! Вариант, при котором удаётся изготовить осциллограф из ноутбука или планшета при простейшем подходе, сводится к первому случаю, предполагающему использование встроенной ЗК.

Рассмотрим, как реализуется на практике каждый из указанных выше методов.

Использование ЗК

Для реализации этого способа получения изображения потребуется изготовить небольшую по габаритам приставку, состоящую всего из нескольких доступных для каждого электронных компонентов. С её схемой можно ознакомиться на приведённой ниже картинке.

Основное назначение такой электронной цепочки – обеспечить безопасное поступление внешнего исследуемого сигнала на вход встроенной звуковой карты, имеющей «собственный» аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Используемые в ней полупроводниковые диоды гарантируют ограничение амплитуды сигнала на уровне не более 2-х Вольт, а делитель из соединенных последовательно резисторов позволяет подавать на вход напряжения с большими амплитудными значениями.

К плате с резисторами и диодами со стороны выхода подпаивается провод с имеющимся на ответном конце штекером на 3,5 мм, который вставляется в гнездо ЗК под наименованием «Линейный вход». Исследуемый сигнал подаётся на входные клеммы.

Важно! Длина соединительного шнура должна быть по возможности короче, что обеспечивает минимальные искажения сигнала при очень низких измеряемых уровнях. В качестве такого соединителя рекомендуется использовать двухжильный провод в медной оплётке (экране).

Хотя пропускаемые таким ограничителем частоты относятся к НЧ диапазону, указанная предосторожность способствует повышению качества передачи.

Программа для получения осциллограмм

Помимо технического оснащения, перед началом измерений следует подготовить соответствующее программное обеспечение (софт). Это значит, что на ПК нужно установить одну из утилит, разработанных специально для получения изображения осциллограммы.

Таким образом, всего за час или чуть больше удаётся создать условия для исследования и анализа электрических сигналов посредством стационарного ПК (ноутбука).

Доработка планшета

Использование встроенной карты

Для того чтобы приспособить обычный планшет под снятие осциллограмм можно воспользоваться уже описанным ранее способом подключения к звуковому интерфейсу. В этом случае возможны определённые затруднения, так как дискретного линейного входа для микрофона у планшета нет.

Решить эту проблему удаётся следующим образом:

  • Нужно взять гарнитуру от телефона, в составе которой должен иметься встроенный микрофон;
  • Затем следует уточнить разводку (распиновку) входных клемм на используемом для подключения планшете и сравнить её с соответствующими контактами на штекере гарнитуры;
  • При их совпадении можно смело подключать источник сигнала вместо микрофона, используя уже рассмотренную ранее приставку на диодах и резисторах;
  • В завершении останется установить на планшете специальную программу, способную анализировать сигнал на микрофонном входе и выводить на экран его график.

Преимущества данного способа подключения к компьютеру – это простота реализации и дешевизна. К его минусам следует отнести малый диапазон измеряемых частот, а также отсутствие стопроцентной гарантии безопасности для планшета.

Преодолеть эти недостатки удаётся за счёт применения специальных электронных приставок, подключаемых через Bluetooth-модуль или посредством Wi-Fi-канала.

Самодельная приставка к Bluetooth-модулю

Подключение по «Bluetooth» осуществляется с помощью отдельного гаждета, представляющего собой приставку со встроенным в неё микроконтроллером АЦП. За счёт использования самостоятельного канала обработки информации удаётся расширить полосу пропускаемых частот до 1 МГц; при этом величина входного сигнала может достигать 10 Вольт.

Дополнительная информация. Радиус действия такой самостоятельно изготовленной приставки может достигать 10-ти метров.

Однако собрать такое преобразовательное устройство в домашних условиях способен не каждый, что существенно ограничивает круг пользователей. Для всех не готовых к самостоятельному изготовлению приставки возможен вариант приобретения готового изделия, с 2010 года поступающего в свободную продажу.

Приведённые выше характеристики могут устроить домашнего мастера, занимающегося ремонтом не очень сложной низкочастотной аппаратуры. Для более трудоёмких ремонтных операций могут потребоваться профессиональные преобразовательные устройства с полосой пропускания до 100 МГц. Эти возможности может обеспечить Wi-Fi-канал, поскольку скорости протокола обмена данными в этом случае несравнимо выше, чем в «Bluetooth».

Осциллографы-приставки с передачей данных по Wi-Fi

Вариант передачи цифровых данных по этому протоколу заметно расширяет пропускные способности измерительного устройства. Работающие по данному принципу и свободно продающиеся приставки не уступают по своим характеристикам некоторым образцам классических осциллографов. Однако стоимость их также далека от того, чтобы считаться приемлемой для пользователей со средними доходами.

В заключение отметим, что с учётом приведённых выше ограничений вариант подключения по Wi-Fi также подходит лишь для ограниченного круга пользователей. Тем же, кто решил отказаться от этого способа, советуем попытаться собрать цифровой осциллограф , обеспечивающий те же характеристики, но за счёт подключения к USB-входу.

Данный вариант также очень сложен в реализации, так что тем, кто не до конца уверен в своих силах, разумнее будет приобрести имеющуюся в свободной продаже готовую USB-приставку.

Видео

В наше время использование различных измерительных устройств, построенных на базе взаимодействия с персональным компьютером, достаточно много. Значительным преимуществом их использования является возможность сохранения полученных значений достаточно большого объема в памяти устройства, с последующим их анализом.

Цифровой USB осциллограф из компьютера , описание которого мы приводим в данной статье, является одним из вариантов подобных измерительных инструментов радиолюбителя. Его можно применить в качестве осциллографа и устройства записывающего электрические сигналы в оперативную память и на жесткий диск компьютера.

Схема не сложная и содержит минимум компонентов, в результате чего удалось добиться хорошей компактности устройства.

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.

Описание работы осциллографа из компьютера

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 . 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.

Исследуемый сигнал поступает на разъем XS2. Операционный усилитель OP747 предназначен для согласования входных сигналов с остальной схемой USB осциллографа.

На модулях DA1.2 и DA1.3 построена схема сдвига двухполярного входного сигнала в зону положительного напряжения. Поскольку внутренний источник опорного напряжения микросхемы DD3 имеет напряжение 2,5 вольт, то без использования делителей охват входных напряжений равен -1,25..+1,25 В.

Чтобы была возможность исследовать сигналы, имеющие отрицательную полярность, при фактически однополярном питании от разъема USB ( а), использован преобразователь напряжения DD1, который для питания ОУ OP747 вырабатывает напряжение отрицательной полярности. Для защиты от помех аналоговой части осциллографа применены компоненты R5, L1, L2, C3, C7-C11.

Для вывода информации на экран монитора компьютера предназначена программа uScpoe. При помощи данной программы появляется возможность визуально оценивать величину исследуемого сигнала, а так же его форму в виде осциллограммы.

Для управления разверткой осциллографа предназначены кнопки ms/div. В программе можно сохранять осциллограмму и данные в файл при помощи соответствующих пунктов меню. Для виртуального включения и выключения осциллографа используются кнопки Power ON/OF. При отсоединении схемы осциллографа от компьютера, программа uScpoe автоматически переводится в режим OFF.

В режиме записи электрического сигнала (recorder), программа создает текстовый файл, имя которого можно задать по следующему пути: File->Choice data file. изначально формируется файл data.txt. Далее файлы можно импортировать в другие приложения (Excel, MathCAD) для дальнейшей обработки.

(3,0 Mb, скачано: 5 285)

Виртуальный осциллограф РадиоМастер позволяет исследовать переменные напряжения в звуковом диапазоне частот: от 30..50 Гц до 10..20 Кгц по двум каналам с амплитудой от нескольких милливольт до десятков вольт. Перед реальным осциллографом такой прибор имеет преимущества: он позволяет легко определять амплитуду сигналов, запоминать осциллограммы в графических файлах. Недостатком прибора является невозможность увидеть и измерить постоянную составляющую сигналов.

На панели прибора располагаются органы управления, типичные для реальных осциллографов, а также специальные средства настройки и кнопки для работы в режиме запоминания осциллограмм. Все элементы панели снабжены всплывающими комментариями, и Вы легко с ними разберетесь. В скобках комментариев указаны клавиши, дублирующие экранные органы управления.

Специально остановимся лишь на операции калибровки по Y (по напряжению), которую следует произвести после подключения изготовленного Вами кабеля. Подайте на оба входа прибора сигнал известной амплитуды от общего источника (предпочтительно синусоидальной формы с частотой 500..2000 Гц и амплитудой несколько ниже расчетного предела), введите известное значение амплитуды в милливольтах, нажмите Enter, и осциллограф откалиброван. Первоначальная калибровка программы сделана с неким кабелем, соответствующем приведенной схеме.

Программа запоминает все установки и настройки и восстанавливает их при следующем включении.

Характеристики осциллографа в значительной степени зависят от параметров звуковой карты Вашего компьютера. Так со старыми типами карт, у которых частота дискретизации не более 44,1 кГц, частотный диапазон прибора ограничен сверху. Используя имеющийся на панели переключатель частоты дискретизации, опробуйте свою звуковую карту, и остановитесь на наивысшем возможном значении. Уже при 96 кГц можно уверенно рассматривать сигналы до 20 кГц.

Разрядность АЦП установлена равной 16, что обеспечивает достаточно высокую точность.

Диапазон измеряемых осциллографом напряжений определятся резистивными делителями, смонтированными на кабеле (см. схему). При R1 =0 все напряжение поступает на вход АЦП звуковой карты, следовательно можно без искажений рассматривать сигналы амплитудой не более 500..600 мВ. При использовании резисторов указанных на схеме номиналов получается диапазон напряжений до 25 В, что обычно достаточно в любительской практике.

Если ваша звуковая карта не имеет линейного входа, используйте вход микрофона, но при этом будет потерян один канал осциллографирования. Не забудьте указать выбранный вход звуковой карты в установках Windows. Соответствующий регулятор громкости установите в положение максимума, регулятор баланса в нейтральное положение.

С вопросами и пожеланиями прошу на: [email protected]

****************************************************************************************


П О П У Л Я Р Н О Е:

    Для работы в сети Интернет нужна программа — браузер.

    На компьютере пользоваться Интернет Вы можете стандартной Opera, а для своего телефона удобнее будет использовать Opera Mini.

    Opera Mini - это один из популярных в мире браузеров, который отлично работает практически на любом телефоне.

Стоит разобраться, для чего он вообще нужен. Электронный осциллограф используют как на производстве, так и в быту. Основное его назначение – анализ работы электронных схем. Он определит неисправность в электрических цепях, измерит показатель входящего потенциала, создаст защиту, обеспечит управление всеми технологическими процессами и не допустит нефункционального простоя электрического оборудования.

Сборка прибора – что понадобится?

Вся работа по сборке сводится к созданию аттенюатора, т.е. делителя напряжения, который позволяет контролировать некоторый диапазон напряжения. Другая функция – это защита входа от частых колебаний и перепадов электрического тока.

Вам понадобятся:

Подсчитайте необходимый вам объем памяти. Объем памяти равен отношению промежутка времени в секундах к разрешению в секундах. Увеличенный объем памяти сильно замедлит реакцию осциллографа на ваши действия и на перемену входного сигнала.

Подумайте, какие вам возможности прибора по запуску. В большинстве случаев достаточно запуска по фронту. Для ваших сложных задач ищите дополнительные возможности по запуску. Например, запуск по комбинации логических состояний по каналам прибора.

Устройство-осциллограф, название которого переводится с двух языков следующим образом – «качаюсь» с латыни и «пишу» с древнегреческого - представляет собой прибор, предназначенный и сконструированный для исследования параметров электрического сигнала, который подается на порт входа или на специальную ленту.

Область применения осциллографов

Современные устройства позволяют специалистам производить исследования сигнала гигагерцовых частот. Именно поэтому важнейшей областью применения осциллографа является радиоэлектроника, а также ее прикладные, лабораторные и научно-исследовательские сферы. В них специалисты с помощью прибора могут контролировать и изучать проходящие электрические сигналы или непосредственно и напрямую, или через дополнительные устройства и среды на фиксирующие датчики. В свою очередь последние преобразуют полученные воздействия в электрический сигнал или радио-волны.

Причем специальные осциллографы с блоком выделения отдельных строк применяются в случае необходимости проведения периодического или оперативного контроля показателей в системах телевещания.

Кстати, придумано устройсто-осциллограф было в 1893 году французским физиком Андре Блонделем, который внес свой вклад в науку следующим образом. В 1893 году Блондель смог решить проблему интегральной синхронизации в теории Корню, а бифилярный осциллограф, придуманный им, был более мощным и смог в 1891-ом заменить классический . Уже в 1894 году физик ввел понятие «люмен» и другие единицы измерения, а в 1899-ом опубликовал работу, касающуюся основных теорий двух реакций якоря.

Принцип классификации осциллографов

Приборы данного типа разделяются на две категории по своему назначению и способу выведения информации измерения – устройства с периодической разверткой для наблюдения сигнала, который появляется на экране, и аппараты с непрерывной разверткой, призванные проводить регистрацию кривой, но уже на фотоленте.

Есть различия среди осциллографов и по способу обработки ими входного сигнала – аналоговые и цифровые. Существуют и различия по количеству лучей в приборах – однолучевые, двулучевые, трехлучевые и другие - до 16 лучей и даже более (последнее, конечно, самое редкое).

В свою очередь, устройства с периодической разверткой подразделяются на обычные или универсальные, высокоскоростные, с функцией запоминания и специализированные. Также конструируются осциллографы, которые совмещаются с другими приборами для изменения (например, мультиметр), а называются подобные устройства сколометрами-осциллографами.

В прошлый раз мы смонтировали все радиоэлелементы на печатную плату цифрового осциллографа DSO138. Сейчас закончим его сборку и произведём первичную настройку и проверку работоспособности.

Вам понадобится

  • - Набор с цифровым осциллографом DSO138;
  • - мультиметр;
  • - источник питания на 8-12 В;
  • - пинцет;
  • - отвёртка для мелких работ;
  • - паяльник;
  • - припой и флюс;
  • - ацетон или бензин.

Инструкция

Первым делом припаяем петлю из проволоки толщиной 0,5 мм в отверстия разъёма J2 . Это будет контакт для выхода сигнала самотестирования осциллографа.
После этого закоротим с помощью паяльника и припоя контакты перемычки JP3 .

Займёмся платой TFT LCD экрана. Нужно припаять 3 штыревых разъёма с нижней части платы. Два маленьких разъёма по два пина и один двухрядный 40-пиновый.
Мы почти закончили сборку. Но не спешите убирать паяльник, он нам ещё ненадолго понадобится.

Теперь желательно промыть плату ацетоном, бензином или каким-либо другим способом очистить от следов флюса. Когда промоем плату, нужно дать ей полностью высохнуть, это очень важно!
После этого подключим источник питания к плате и замерим напряжение между землёй и точкой TP22 . Если напряжение примерно равно 3,3 вольтам, значит вы всё хорошо спаяли, поздравляю! Сейчас нужно отключить источник питания и закоротить припоем контакты перемычки JP4 .

Сейчас можно подключить к осциллографу ЖК дисплей, совместив его штыревые выводы с колодками на печатной плате осциллографа.
Подключите источник питания к осциллографу. Должен загореться дисплей и два раза моргнуть светодиод. Затем на пару секунд на экране появится логотип изготовителя и загрузочная информация. После этого осциллограф войдёт в рабочий режим.

Подключим пробник к BNC разъёму осциллографа и проведём первый тест. Никуда не подключая чёрный провод пробника, прикоснитесь рукой к красному. На осциллограмме должен появится сигнал наводки от вашей руки.

Теперь откалибруем осциллограф. Подключите красный щуп пробника к петле сигнала самотестирования, а чёрный оставьте неподключённым. Переключатель SEN1 поставьте в положение "0.1V", SEN2 в положение "X5", а CPL - в положение "AC" или "DC". С помощью тактовой кнопки SEL переместите курсор на метку времени, а кнопками "+" и "-" выставьте время "0.2ms", как на иллюстрации. На осциллограмме должен быть виден красивый меандр. Если края импульсов закругляются или имеют резкие острые пики по краям, нужно, поворачивая отвёрткой конденсатор C4 , добиться того, чтобы импульсы сигнала стали максимально близкими к прямоугольным.

Для управления чувствительностью служат переключатели SEL1 и SEL2 . Первый из них задаёт базовый уровень напряжения, второй - множитель. Например если выставить переключатели в положения "0,1V" и "X5", разрешение вертикальной шкалы будет 0,5 вольт на клетку.
Кнопка SEL служит для перемещения по элементам экрана, которые можно настраивать. Настройка выделенного элемента осуществляется с помощью кнопок + и - . Элементами для настройки являются: время развёртки, режим срабатывания, выбор фронта триггера, уровень срабатывания, перемещение вдоль горизонтальной оси осциллограммы, перемещение оси по вертикали.
Поддерживаемые режимы работы: автоматический, нормальный и однократный. Автоматический режим постоянно выводит сигнал на экран осциллографа. При нормальном режиме сигнал выводится каждый раз, когда превышен заданный триггером порог. Однократный режим выводит сигнал при первом срабатывании триггера.
Кнопка OK позволяет остановить развёртку и удерживать текущую осциллограмму на экране.
Кнопка RESET сбрасывает и перезагружает цифровой осциллограф.
Полезная функция осциллографа DSO138 - отображение информации о сигнале: частоты, периода, скважности, размаха, среднего напряжения и т.д. Чтобы активировать её, нажмите и удерживайте 2 секунды кнопку OK .
Осциллограф умеет запоминать текущую осциллограмму в энергонезависимой памяти. Для этого нажмите одновременно SEL и + . Чтобы вызвать на экран сохранённую в памяти осциллограмму, нажмите SEL и - .

Источники:

  • Осциллограф DSO138 устройство и приспособление к нему