Частотомер из компьютера своими руками
Обновлено: 01.07.2024
Появление Sound Card в качестве штатного элемента персонального компьютера открыло новые возможности создания дешевых приборов. Двухканальные АЦП и ЦАП современной звуковой карты обладают достаточной точностью и быстродействием, способны функционировать в фоновом режиме одновременно в обоих направлениях. Недостатки звуковой карты как инструментального средства - закрытые конденсаторами входы, а также ограниченный частотный диапазон обрабатываемых сигналов.
Представленные ниже многофункциональный осциллограф работает исключительно с переменными напряжениями в звуковом диапазоне, и практически не требует внешней аппаратуры. Однако если добавить в систему минимум "железа" можно существенно расширить функциональные возможности лаборатории, создать необходимый в практике ряд традиционных приборов, строить многие нетрадиционные средства, в том числе специального назначения.
Это могут быть
- самопишущие регистраторы величин, например электрокардиограф,
- различные характериографы, например для съема ВАХ двухполюсников - терморезисторов, диодов и стабилитронов, а также биполярных и полевых транзисторов,
- измерители различных неэлектрических величин с соответствующими датчиками, а также характериографы на их основе,
- и т.д., и т.п. - все зависит от стоящих перед Вами задач и нашей с Вами фантазии.
Компьютер придает виртуальным приборам интеллектуальные свойства, позволяет реализовать дополнительные функции обработки у традиционных приборов, записывать и хранить результаты, возвращаться к ним и обрабатывать вне реального времени, связать приборы с другими приложениями Windows.
Разработана внешняя аппаратная часть лаборатории, она представляет собой небольшой общий блок, с сетевым адаптером для питания. Цена такого устройства должна быть в пределах 5..7 тыс.рублей. Невысокая стоимость комплекта позволит превратить любое рабочее место с ПК в компактную, но достаточно оснащенную виртуальную лабораторию.
Общая концепция постоения виртуальной лаборатории, а также перечень программных реализаций приборов - элементов такой лаборатории - представлены на отдельной странице.
Приглашаем к обсуждению задач и перспектив виртуальной лаборатории:
- специалистов - исследователей и разработчиков,
- радиолюбителей,
- мастеров - ремонтников НЧ аппаратуры,
- преподавателей и студентов.
Нас интересует потребность в приборах, круг задач.
Представляется, что виртуальные приборы на Sound Card должны особенно заинтересовать преподавателей специальных учебных заведений, где они могут пригодиться для лекционных демонстраций, в лабораторных практикумах по естественным и техническим дисциплинам, в научной работе.
Термин "виртуальная лаборатория" часто используют в сфере образования применительно к чисто программным продуктам, основанным на математических моделях и прочих имитациях реальности. Однако качественное обучение невозможно без соприкосновений студента с натурными явлениями и объектами. Без этого не получится исследователя, новатора.
Наша лаборатория пополняется все новыми приборами. Познакомиться с ними можно, скачав программы с этой страницы или отсюда .
Они пока не безупречны, и будут дорабатываться, но с ними уже сейчас можно практически работать: налаживать низкочастотные схемы, подбирать компоненты.
Прошу прощения у тех, кто использует Win Vista и Win 7: программы пока не адаптированы к ним. Наилучшая среда - Win XP.
Готовы некоторые другие приборы:
Осциллограф-регистратор - двухканальный НЧ осциллограф с записью осциллограмм в числовые файлы и возможностью их последующего анализа. Последняя версия 2.1.
Распространение условно бесплатно.
Имеется индикация постоянной составляющей сигнала, которая действует, если открыты входы звуковой карты. Соответствующая доработка звуковых карт описана здесь .
Внимание! Все, кто легально приобрел Виртуальный осциллограф версий 1.54 и 1.55 могут получить бесплатно новый осциллограф-регистратор в том числе последующих версий. Пишите, указывая имя, СН и предполагаемую дату установки.
Осциллограф наиболее удачной из старых версий 1.22.
Частотомер . Простой, но весьма точный и устойчивый в работе двухканальный цифровой частотомер. Новая версия 1.2 программы может работать с предварительными делителями, и обеспечить измерение частот до сотен МГц.
АЧ характериограф для съема амплитудно-частотных характеристик УНЧ, фильтров и т.д. Подобен тому, что содержится в Осциллографе вер. 1.55, но более устойчивый и простой в использовании.
МультиМетр простой прибор для измерения произвольных физических величин - температуры, давления, постоянного напряжения и т.д. Приводится схема внешнего устройства для самостоятельного изготовления. Доработка звуковой карты не требуется. Подробнее здесь .
ТехноГраф - 16- канальный регистратор различных физических величин, рассчитанный на непрерывную работу. Может найти применение при исследовании медленно текщих процессов. Подробнее здесь .
Электросчетчик простой прибор для измерения емкости химических источников тока. Приводится схема внешнего устройства для самостоятельного изготовления. Доработка звуковой карты не требуется. Подробнее здесь .
Измеритель R, C, L Прост в применении, оснащен автоматикой. Измерение индуктивности с учетом активного сопротивления катушки.
ТермоМетр на терморезисторе по простейшей схеме. Точность и стабильность в пределах 0,1 °C. В последней версии 1.1 программы существенно усовершенствованы средства градуировки прибора. В комментариях даются подробные инструкции.
Микрорегистратор - нечто среднее между осциллографом и регистратором постоянных напряжений. Предназначен для приема и записи медленных сигналов (по постоянному напряжению) на отрезках времени от 2 до 160 секунд с частотой выборки 400 1 /с. Возможен запуск приема по логическому сигналу с отдельного входа. Сохраненные записи можно просматривать на экране, попарно накладывать для сравнения. Предусмотрено произвольное масштабирование изображений, измерение сигнала по точкам. Для работы необходима внешняя приставка.
Домашний электрокардиограф , построенный по аналогичным принципам, и с учетом соответствующих требований безопасности. Для работы необходима специальная внешняя приставка и комплект электродов.
Прибор для оценки емкости и ESR (эквивалентного последовательного сопротивления) электролитических конденсаторов. В новой версии 1.2 прибор свободен от типичного недостатка таких измерителей: он корректно определяет емкость не зависимо от величины ESR
Кабель-тестер , позволяющий определить место обрыва кабелей (коаксиальных, витых пар, проводов типа "лапша") по электрической емкости.
Двухканальный самопишущий вольтметр постоянного напряжения (регистратор) с дополнительным дифференциальным каналом. Запись результатов в числовые файлы с сопроводительными данными (текстовым комментарием и др.). Предусмотрен предпросмотр записей в реальном времени. В окне предпросмотра возможны операции масштабирования изображения, измерения по точкам. Для работы необходима внешняя приставка. Имеется отдельная программа просмотра и обработки записей.
Хроматографические системы ХромПроцессор-7-7М-8 . Прием хроматографических сигналов по двум каналам с записью. Имеются отдельные программы просмотра, обработки и документирования результатов анализа. ХромПроцессор-8 имеет высокие метрологические характеристики благодаря использованию 24- битной звуковой карты. Для работы необходима специальная внешняя приставка.
Простой прибор для поверки и диагностики неисправностей кварцевых часов . Построен по принципу запоминающего осциллографа на отрезки времени до 80с. Для работы необходим магниточувствительный датчик.
Характериограф биполярных транзисторов . Для работы необходима внешняя приставка.
Характериограф для подбора пар бусинковых терморезисторов к дифференциальным датчикам. Для работы необходима внешняя приставка.
Есть еще немало собственных идей и стоящих предложений со стороны, которые могут быть реализованы на этих принципах.
Поработайте с выставленными здесь приборами. Что на Ваш взгляд следовало бы улучшить ? Как отображать результаты простых измерителей - в цифровом виде или "стрелочном" ? Какие стандартные приборы следовало бы иметь в ассортименте ? Нужно ли в Вашей практике хранение результатов, и в каком виде ?
Поскольку данный сайт мало подходит для открытой дискуссии, быть может, Вы предложите для нее площадку (площадки по направлениям), мы готовы говорить со всеми сочувствующими и оппонентами.
Если у Вас уже имеется задача для нового виртуального прибора, заказывайте, сделаем.
Пишите. Буду публиковать Ваши соображения, идеи, предложения, критические замечания.
Этот проект посвящен созданию простого частотомера, способного измерять частоту до 100МГц с точностью 0.002%. За основу я взял ATtiny414, задействовав при этом его таймер/счетчик TCD0 и систему событий.
Недавно я задумал собрать частотомер с возможностью измерения до 100МГц, что позволило бы использовать его для проверки частоты процессора и кристаллов. В сети есть немало схем для сборки подобных девайсов на базе микроконтроллера, ведь в этом и состоит одно из назначений встроенных в МК таймеров/счетчиков. Однако большинство таких устройств не достигают уровня 100МГц, так как измерение внешней частоты ограничено половиной собственной тактовой частоты микроконтроллера.
Первая попытка
Я решил использовать внешние RTC (часы реального времени), тактируемые кристаллом 32.768кГц, для генерации прерываний с частотой 1Гц. Затем второй таймер/счетчик, тактируемый измеряемой частотой, будет отсчитывать количество циклов в этом односекундном интервале, в результате сообщая частоту в Гц.
Для первого прототипа я использовал таймер/счетчик TCB0 , тактируемый через входной вывод, с захватом, который активировался от RTC подачей сигнала 1Гц. Как и предполагалось, измерить я смог только половину тактовой частоты, или 10МГц, поэтому потребовался четырехкаскадный делитель для деления входной частоты 100Мгц на 16, чтобы вписать ее в подходящий диапазон. В качестве делителя я попробовал задействовать CCL. Кстати, о подобной его реализации у меня даже есть отдельная статья Frequency Divider Using CCL.
Использование таймера/счетчика TCD0
Об использовании TCD0 я задумался просто между делом. Это 12-битное устройство, но, в отличие от большинства своих аналогов, работает оно асинхронно, то есть независимо от тактов процессора.
В первую очередь TCD0 предназначен для генерации сигналов, например при управлении электродвигателем, и я даже не знаком со многими из его возможностей. Однако мне показалось, что с его помощью вполне можно реализовать захват значения счетчика, работающего под управлением часов реального времени.
Опытным путем я выяснил, что TCD0 можно тактировать на частоте более 100МГц, что позволило бы собрать очень простой частотомер с нужным мне диапазоном действия без делителя.
Использование системы событий
Я мог использовать RTC для генерации прерывания каждую секунду, а затем захватывать значение счетчика из TCD0 через программу обработки прерываний. Тем не менее последние процессоры AVR предоставляют систему событий (Event System), позволяющую реализовать это более эффективно.
Можно сгенерировать внутренний сигнал с RTC и с помощью него непосредственно активировать захват. Преимущество здесь в том, что вызов службы прерываний не требует лишней обработки, в результате чего ответ возвращается практически мгновенно.
Выбор микроконтроллера
Компания Microchip предлагает три новых серии микроконтроллеров AVR:
- ATtiny 0-, 1- и 2-;
- ATmega 0;
- AVR DA- и DB-.
Первую версию схемы я протестировал с AVR128DA28, но для конечной все же выбрал ATtiny414, потому что он выполнен в более компактном корпусе, а дополнительные входы/выходы мне не требовались.
В итоге получилось так, что при использовании AVR128DA28 события работали, а после перехода на ATtiny414 перестали. Оказалось, что проблема в отличии терминологии для более ранних процессоров. Здесь я хочу поблагодарить пользователя AVR Freaks под ником kabasan за то, что помог разобраться. Если вы хотите побольше узнать о применении системы событий, то советую начать с серии AVR DA- или DB-, для которых используется более логичная терминология.
Примечание. Не стоит путать ATtiny 1 серии, ATtiny414, вышедшие в 2020, с более старыми ATtiny441, появившимися в 2014 в качестве расширенной версии еще более старого ATtiny44.
Измерение частоты кристалла
Я решил, что будет нелишним задействовать кварцевый резонатор, который позволит использовать частотомер для измерения частоты колебаний кристалла. В одном из вариантов схем подобного резонатора применяется небуферизованный КМОП-инвертор LVC1GU04 и ряд других компонентов 1 :
Здесь я задумался о возможности создания инвертора на базе ATtiny414 с применением системы событий таким образом:
- Определить PA2 в качестве событийного выхода, EVOUT0 . Это был единственный вариант, так как другой выход, EVOUT1 , находится на том же выводе, что и TOSC2 , используемый кварцевым резонатором RTC.
- Определить PA1 в качестве асинхронного генератора событий на канале 0. Подойдет любой вывод на PORTA .
- Настроить PA1 на инвертирование входа.
На моем прототипе эта схема отлично работала без каких-либо дополнительных компонентов с диапазоном частоты кристаллов от 2 до 25МГц. Однако для того, чтобы заставить кварц резонировать, может потребоваться дополнительное место на макетной плате. Так что, если вы проектируете для этой схемы печатную плату, то советую оставить место под пассивные компоненты на случай, если они понадобятся.
Схема
Вот схема частотомера 100МГц, компоновка которой соответствует схеме макетной платы:
Схема частотомера 100МГц на базе ATtiny414
В качестве дисплея используется модуль OLED 128x32 I2C с драйвером SSD1306. Для прототипа я взял дисплей Adafruit 2 , хотя вполне подойдет и любой аналог с AliExpress 3 . Резистор 33кОм и конденсатор 0.1мкФ обеспечивают корректный сброс дисплея при первой подаче питания, хотя они могут и не понадобиться.
В качестве резонатора служит кристалл 32.768кГц с точностью 20ppm и емкостной нагрузкой 12.5пФ 4 . Для вычисления значений конденсатора я использовал формулу С = 2(СL – CS), где СL представляет емкостную нагрузку 12.5пФ, а CS паразитную емкость, которая на макетной плате достигает, вероятно, 5пФ, давая С = 15пФ. На печатной же плате ее значение, возможно, составит 2.5пФ.
В роли процессора выступил ATtiny414 в 14-контактном корпусе SOIC 5 , который я установил на коммутационную плату – подходящий вариант есть у Adafruit 6 . Проект можно также реализовать на базе ATtiny814 или ATtiny1614 с бОльшим объемом памяти, но не на ATtiny404, поскольку в нем нет поддержки внешнего кристалла RTC.
Использование частотомера
Измерение частоты
Для измерения частоты сигнала нужно подключить устройство между In и GND. При питании 3.3В частотомер работал в диапазоне до 105МГц, а при повышении напряжения до 5В верхний порог сместился к 110МГц.
Измерение частоты кристалла
Для измерения частоты колебаний кристалла подключаемся между выводами Xtal и In:
Измерение частоты колебаний кристалла 16МГц
Программная часть
Код для ATtiny414
При написании кода для ATtiny414 и его обвязки мне пригодилась документация AVR1000b: Getting Started with Writing C-Code for AVR MCUs. Кроме того, при выборе символов для конкретных настроек регистра, будет нелишним почитать iotn414.h , который находится у вас на ПК в megaTinyCore.
OLED дисплей
В интерфейсн дисплея я задействовал те же функции, что и во многих прежних проектах, например Tiny Function Generator, где использовался такой же OLED дисплей I2C. Текст отрисовывается при помощи набора символом размером 6х8 пикселей, но при удвоенном масштабе для получения символов 12х16 пикселей используется функция сглаживания, описанная мной в Smooth Big Text.
Обратите внимание, что на ATtiny414 в megaTinyCore размер буфера I2C с целью экономии ОЗУ составляет всего 16 байт, поэтому мне пришлось изменить функции ClearDisplay и PlotChar() на отправку данных меньшими порциями.
Функцию Plotlnt() я подкорректировал на отображение запятых между каждой тройкой цифр, чтобы облегчить их чтение.
Часы реального времени
Настраивать RTC на использование внешнего кристалла сложнее, чем может показаться, поскольку контроллер часов защищен от случайного вмешательства со стороны протокола изменения конфигурации (CCP). По этой причине перед каждым внесением корректировок необходимо это действие активировать. Хорошо, что в приложении есть примечание, объясняющее, как это делать, и код я писал на примере из этого примечания 7 .
Таймер/счетчик TCD0
TCD0 настроен вести отсчет от 0 до 0xFFF и захватывать значение счетчика в регистр CAPTUREB при получении события B . Он генерирует прерывания при событии захвата, а также при переполнении счетчика, и тактируется от внешнего сигнала, поступающего через вывод EXTCLK/PA3 :
Служба прерываний при переполнении инкрементирует счетчик MSByte для старшей части значения частоты:
Служба прерывания при захвате считывает регистр захвата и совмещает его значение с MSbyte , формируя значение Counter .
Она также зажигает светодиод, сигнализируя о выполнении захвата. Если вам это не нужно, можете светодиод исключить.
События
Для того, чтобы задействовать события, нужно настроить переполнение RTC на генерацию события в канале 1, а TCD0 на использование этого события для выполнения захвата:
Канал событий 0 служит для создания инвертора между PA1 и PA2 , который, как говорилось выше, будет выступать в качестве кварцевого резонатора.
Основной цикл
Основной цикл ожидает установки глобальной переменной Ready , что укажет на выполнение захвата. Затем он копирует значение Counter в temp . При этом прерывания отключены, чтобы исключить возможное изменение этого значения службой прерываний в процессе его отображения:
При отсутствии входного сигнала TCD0 не тактируется, и значение Counter не обновляется. Для проверки подобной ситуации присутствует односекундный таймаут, который сбрасывает Counter на ноль, если Ready не была установлена. Нулевое значение отображается функцией PlotInt() в виде трех прочерков.
Точность
Для проверки этого проекта мне нужно было найти способ генерировать точные сигналы с частотой до 100МГц, но такого генератора у меня нет. Точность моего предыдущего проекта, Programmable Signal Generator, составляет всего 1.1%, чего для данного случая будет явно недостаточно, к тому же его верхний предел всего 68МГц.
В связи с этим я купил коммутационную плату генератора тактовых импульсов Si5351A от Adafruit 8 , которую можно через I2C запрограммировать на генерацию сигналов от 8кГц до 160МГц (еще есть вариант аналогичной платы на Banggood 9 ). Управление ей я реализовал через прекрасную библиотеку Si5351 Джейсона Миллдрама 10 , работающую на Arduino Uno.
Точность частотомера в первую очередь зависит от точности кристалла, используемого для генерации дискретизированного сигнала 1Гц. Я использовал цилиндрический кристалл с заявленной точностью 20ppm. Звучит неплохо, пока не вычислишь, что при входном сигнале 100МГц это эквивалентно ±2000Гц. На практике же его точность в целом оказалась раз в 5-10 выше заявленной.
Компиляция
Для компиляции используйте megaTinyCore Спенса Конде c GitHub. В меню Board под вкладкой megaTinyCore выберите опцию ATtiny1614/1604/814/804/441/404/241/204 . Проверьте, чтобы следующие опции были установлены так (на остальные внимания не обращайте):
Затем с помощью программатора UPDI загрузите программу на ATtiny414. Теперь megaTinyCore поддерживает две возможности:
- Создание программатора UPDI из Arduino Uno или другой платы на базе ATmega328P (инструкция на странице Make UPDI Programmer) и установку опции Programmer на jtag2updi .
- Использование платы USB-Serial, такой как SparkFun FTDI Basic 11 , подключение TX к выводу UPDI через резистор 4.7кОм, подключение RX напрямую к выводу UPDI и установку опции Programmer на Serial port and 4.7k (pyupdi style) .
Если же возникнет такая ошибка:
Это значит, что вы не установили опцию millis()/micros() как TCA0 , о чем говорилось выше.
Вот вся программа для частотомера до 100МГц: 100MHz Frequency Meter Program.
Дополнительные возможности
Интерфейс
Эта схема подразумевает, что сигнал представляет собой меандр с амплитудой равной логическому уровню. В частотомере для рабочего применения лучше всего реализовать управление счетчиком через аналоговый интерфейс с защитой входа. Как вариант, можно взять модуль, основанный на высокоскоростном компараторе TLV3501.
Измерение периода
Используемая в этом частотомере техника подсчета импульсов наиболее точна на высоких частотах. Данный подход можно совместить с измерением интервалов для низких частот, о чем я писал в статье Frequency Probe.
На базе аудио устройств компьютера, создаются виртуальные измерительные устройства. Такие как виртуальный частотомер, вирутальный осциллограф, виртуальный спектрометр. Устройства подключаются к микрофонному или линейному входу звуковой карты, измерение сигнала осуществляется микросхемой АЦП. Частота (ширина) сигнала зависит от частоты дискретизации аудиокарты, чаще всего 22кГц. Было рассмотрено нескольких программ инструментов Frequency Counter 1.01, Simple Audio Spectrum Analyzer, Music Tuner v1.2 и OSZI v1.0
Рис. 1. Микрофон с поддержкой High Definition Audio
В настройках после "включения" устанавливаются для микрофонного или линейного входа уровни усиления входного сигнала: сначала минимальные значения, далее увеличивая уровни добиваться оптимальных значении. Сильное усиление сигнала вызывает искажения и перегрузку. Разрядность и частоты дискретизации необходимо выбрать максимально возможные. В моем случае разрядность 16 бит, частота дискретизации 96000Гц рис. 1 т.е. на канал приходится максимальная частота 48кГц. Для согласования уровней входного сигнала нужен небольшой адаптер на рис. 2. Адаптер фильтрует и сглаживает принимаемый сигнал. На аудио джек 3,5мм контакт 1, подается измеряемый сигнал. Необходимо контролировать напряжение входного сигнала - безопасным для данного адаптера входное напряжение до 9В, оптимальный диапазон от 1 до 2.5В. Для высокого напряжения требуется разработка иной схемы адаптера, "трансформаторные" варианты. Схема гальванически не развязана, поэтому соблюдайте полярность, минус к минусу, плюс к стороне с конденсатором.
Рис. 2. Схема адаптера для вирутального: частотомера; осциллографа; спектрометра
Виртуальные устройства
Frequency Counter 1.01 100кб. Программа для измерения частоты рис. 3.
Работает сразу, позволяет призводить измерение без настроек. Отображается частота максимального по амплитуде сигнала. Слабые сигналы не учитываются.
Рис. 3. Вирутальный частотомер Frequency Counter 1.01
Самой удобной программой имхо является Simple Audio Spectrum Analyzer 150кб - спектральный анализатор.
Диапазон измеряемого спектра от 0 до 22кГц. Измерение осуществляется после включения кнопки "Start". Градурированая шкала спектра (частота и амплитуда сигнала) регулируемая.
Рис. 4. Виртуальный спектрометр Simple Audio Spectrum Analyzer
Можно подробно рассмотреть кол-во сигналов. К примеру произведено измерение генератора на микросхеме К155ЛА3. Видна основная частота, а также её гармоники. Легко определимы количество, частота всех сигналов и их амплитуда рис. 5.
Рис. 5. Спектр сигнала
Music Tuner v1.2 144кб- анализатор аудиосигнала рис. 6. Не указал при измерении точных данных по частоте, но осциллограф отобразил график сигнала.
Рис. 6. виртуальный частотомер и осциллограф Music Tuner v1.2
OSZI v1.0 780кб - виртуальный осциллограф. Довольно шустрая программа, но часто зависает на ОС Windows VISTA.
Рис. 7. Виртуальный осциллограф OSZI v1.0
Есть возможность выбора входного устройства - либо микрофон, либо линейный вход. Осциллограф двухканальный. Настройки каждого канала индивидуальные. Частоту сигнала можно определить с помощью мышки установив контрольные точки на пики 2-х соседних сигналов.
Рис. 8. График измерения сигнала OSZI v1.0
Есть также множество других программ. Например генераторы сигналов Discrete Acoustics Lab 392кб.
В целом на базе ПК любой сможет создать свои виртуальные инструменты. Единственное ограничение таких устройств - низкая частота дискретизации звуковой карты, из-за которых цифровые измерения заканчиваются на частотах 48кГц. Имхо для любого радиолюбителя в простых задачах пригодятся такие виртуальные помощники.
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.
Что необходимо использовать
Самая оптимальная сегодня – это программа Osci, она имеет интерфейс, похожий на классический осциллограф: на мониторе находится стандартная сетка, с помощью которой вы сможете сами померить амплитуду или длительность.
Из недостатков этой программы можно выделить то, что она работает немного нестабильно. Во время работы утилита может иногда зависать, а чтобы затем ее сбросить, надо использовать специализированный TaskManager. Но все это компенсируется тем, что программа имеет привычный интерфейс, и довольно удобна в использовании, а также имеет большое количество функций, они дают возможность сделать полноценно работающий осциллограф из компьютера или ноутбука.
На заметку
Нужно сказать, что в комплекте данных программ есть специальный низкочастотный генератор, но его использование нежелательно, он пытается полностью сам контролировать работу драйвера звуковой карты, что провоцирует выключение звука. Если решили его опробовать, позаботьтесь, чтобы у вас была точка восстановления либо сделайте бэкап вашей ОС. Самым оптимальным способом, как сделать своими руками из компьютера осциллограф, будет скачивание рабочего генератора.
Это отечественная программа, она не имеет привычной и стандартной измерительной сетки, и отличается очень большим экраном для фотографирования скриншотов, но в то же время позволяет использовать установленный частотомер и вольтметр амплитудных значений. Это частично компенсирует недостатки, указанные выше.
Сделав этот осциллограф из компьютера, вы столкнетесь со следующим: на небольших уровнях показателей вольтметр и частотомер могут значительно искажать данные, но для новичков-радиолюбителей, эта утилита будет вполне достаточной. Еще одной полезной функцией будет то, что можно делать абсолютно независимую калибровку двух уже находящихся шкал установленного вольтметра.
Как это использовать
Из-за того, что входные цепи звуковой карты имеют специальный разделительный конденсатор, то компьютер в роли осциллографа может работать только с закрытым входом. Таким образом, на мониторе будет видна лишь переменная составляющая показателей, но, имея определенную сноровку, с помощью этих программ можно сделать измерение показателя постоянной составляющей. Это очень актуально в случае, когда, к примеру, время отсчета мультиметра не дает возможности зафиксировать некоторое значение амплитуды напряжения на конденсаторе, заряжающегося с помощью крупного резистора.
Нижнее значение напряжения ограничивается уровнем фона и шума и имеет примерно 1 мВ. Верхний предел ограничивается лишь по показателям делителя и достигает более сотни вольт. Частотный диапазон ограничивается самой возможностью звуковой карты и для старых компьютеров составляет около 20 кГц.
Естественно, в этом случае рассматривается довольно примитивное устройство. Но когда у вас нет возможности, например, использовать USB-осциллограф, то в данном случае его использование вполне приемлемо. Этот прибор поможет вам в ремонте разной аудиоаппаратуры, или может быть использован для учебных целей. Кроме того, программа-осциллограф даст возможность вам сохранить эпюру для иллюстрации материала или для размещения в сети.
Электрическая схема
Если вам необходим приставка к компьютеру, то сделать осциллограф будет гораздо сложнее. Сегодня в интернете можно отыскать довольно большое количество разных схем этих устройств, и для изготовления, например, двухканального осциллографа вам будет необходимо только их продублировать. Второй канал зачастую актуален в случае, когда надо сравнивать два сигнала или же осциллограф используется для подключения внешней синхронизации.
Как правило, схемы очень простые, но так, вы самостоятельно обеспечите очень большой диапазон доступных измерений, используя минимум радиодеталей. Причем аттенюатор, который изготавливается по классической схеме, потребовал бы от вас наличие узкоспециализированных высокомегаомных резисторов, а его сопротивление на входе все время менялось при переключении диапазона. Поэтому вы бы испытывали некоторые ограничения при использовании обычных осциллографических проводов, рассчитанных на импеданс входа не больше 1 мОм.
Как выбрать резисторы делителя напряжения
Из-за того, что зачастую радиолюбители испытывают сложности с тем, чтобы подобрать прецизионные резисторы, часто бывает так, что приходится выбирать устройства широкого профиля, которые надо максимально точно подогнать, иначе сделать своими руками осциллограф из компьютера не получится.
Подстроечные резисторы делителя напряжения
В этом случае каждое плечо делителя имеет два резистора, один является постоянным, второй – подстроечный. Минус этого варианта, это его громоздкость, но точность ограничивается лишь тем, какие доступные характеристики имеет измерительный аппарат.
Как выбрать обычные резисторы
Еще один вариант сделать осциллограф из компьютера – это выбрать пары резисторов. Точность в этом случае обеспечивается благодаря тому, что используются пары из двух комплектов с довольно приличным разбросом. Тут важно изначально выполнить тщательные замеры всех устройств, а после подобрать пары, суммарное сопротивление которых будет самым подходящим для вашей схемы.
Подгонка резисторов
Сегодня подгонка резисторов с помощью удаления части пленки часто используется даже в современной промышленности, то есть так, нередко делается осциллограф из компьютера.
Но нужно сказать, что если вы хотите подгонять высокоомные резисторы, то резистивная пленка не должна быть разрезана насквозь. Так как в этих устройствах она находится на цилиндрической поверхности в виде спирали, потому делать подпил надо предельно аккуратно, чтобы не допустить разрыва цепи. Затем:
После, когда резистор полностью подогнан, место пропила покрывают слоем специального защитного лака.
Сегодня этот способ наиболее быстрый и простой, но при этом дает хорошие результаты, что и сделало его оптимальным для домашних условий.
Что нужно учесть
Существует ряд правил, которые необходимо выполнять в любом случае, если решили проводить эти работы:
- Используемый компьютер для осциллографа обязательно нужно заземлить.
- Нельзя подключать заземление к розетке. Оно подсоединяется через специальный корпус линейного входного разъема с корпусом системного блока. В данном случае, независимо, попадаете ли вы в фазу или ноль, у вас не будет замыкания.
Говоря иначе, в розетку может подсоединяться только провод, который соединяется с резистором, и находится в схеме адаптера с номинальным значением один мегом. Если же вы попробуете включить в сеть провод, который контактирует с корпусом, то почти во всех случаях это обязательно приведет к самым плачевным последствиям.
Читайте также: