Программа осциллограф для ПК

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

Доброго дня уважаемые радиолюбители!Приветствую вас на сайте “Радиолюбитель“

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.  

  Digital Oscilloscope V3.0 (149.8 KiB, 63,847 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.

Похожие статьи:

1. SoundCard Oszilloscope – Компьютер – осциллограф, генератор сигналов, анализатор спектра

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.

Программы, эмулирующие работу осциллографа

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:

1. Digital Oscilloscope;
2. SoundCard Oszilloscope;
3. Российская разработка «Авангард».

Софт для USB-осциллографов:

1. Aktakom OscilloscopePro.
2. Simplescope.

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.

  Что такое DVI и VGA – особенности и отличия

На высоких частотах применяется USB-осциллографы, имеющие больше возможностей.  Минусом таких устройств является высокая цена.

Конструкция и применение

Осциллограф — сложный электрический прибор. Понять принцип его работы поможет блок-схема.

Имеются два луча развертки: по вертикали — Y и по горизонтали — X. По оси X откладывается значения времени, по Y отображается амплитуда сигнала.

На Y подается сигнал с устройства. Далее он проходит через аттенюатор, который изменяет чувствительность контура. Потом, пройдя предварительный усилитель, попадает в линию задержки, которая «придерживает» сигнал пока не сработает генератор развертки. Оконечный усилитель выводит сигнал на экран осциллоскопа. Чем больше входное напряжение, тем больше амплитуда сигнала.

На X подается пилообразное напряжение с генератора развертки, благодаря чему сигнал на осциллографе получается «растянутым» по времени. Меняя размерность генератора, можно получить изображение с разверткой до тысячных долей секунды.

Чтобы развертка запустилась одновременно с поступлением сигнала, в устройстве предусмотрена система синхронизации. Есть 3 возможных источника синхроимпульсов:

1. Измеряемый сигнал. Наиболее часто используемый вариант, особенно при постоянной частоте входящего источника.
2. Электрическая сеть. Частота сети поддерживается с высокой точностью, поэтому через нее возможна синхронизация.
3. Внешний источник. Используется, как лабораторный генератор сигналов, так и смартфон с приложением, генерирующим синхроимпульсы определенной частоты.

Осциллограф визуализирует форму сигнала, что помогает понять причину неисправности. С помощью устройства снимается АЧХ прибора, есть возможность узнать скорость нарастания импульса в цифровых устройствах.

Используются осциллографы при настройке, ремонте электронных девайсов, будь то бытовая техника, ремонт автотранспорта или орбитальная станция.

Схема и сборка устройства

Существует много схем для изготовления цифрового USB-осциллографа своими руками. Не все доступны для неопытного радиолюбителя. Наиболее легким является сборка устройств на основе звуковой карты, так как здесь нужно собрать только делитель для увеличения порога входящего напряжения.

Подключение через USB

USB-осциллограф сложный в изготовлении своими руками, но высокоточный прибор с большим диапазоном по частоте. Детали для него можно приобрести в магазине или заказать через интернет. Список запчастей следующий:

• двусторонняя плата с готовыми дорожками;
• АЦП AD9288−40BRSZ;
• система собирается на процессоре марки CY7C68013A;
• резисторы, трансформаторы, конденсаторы, дроссели — номиналы указаны на схеме;
• паяльник и монтажный фен, паяльная паста, флюс и припой;
• провод с площадью сечения 0,1 мм² и лаковым покрытием;
• тороидальный сердечник для изготовления трансформатора;
• чип памяти EEPROM flash 24LC64;
• реле с управляющим напряжением не более 3,3 В;
• операционные усилители AD8065;
• преобразователь постоянного тока DC-DC;
• USB коннектор;
• стеклотекстолит;
• разъемы для щупов, корпус для платы.

  Зачем используются USB кабели и разъемы – их типы и виды

Схема устройства приведена ниже.

Так как используется двусторонний монтаж, то самостоятельно плату с дорожками изготовить не получится. Надо обратиться к производственному объединению, выпускающему подобные изделия, и сделать заказ со следующими условиями:

• стеклотекстолит, на котором будет размечена схема, должен иметь толщину не менее 1,5 мм;
• толщина медных дорожек не менее 1 унции (OZ) или 35 мкм;
• сквозная металлизация отверстий;
• лужение контактных площадок для лучшего припаивания элементов.

Получив заказ, можно приступать к сборке. Вначале собирается конвертер DC-DC, для получения двух постоянных напряжений: +5 В и -5 В. Изготавливается он отдельно от основного устройства, а затем подсоединяется экранированным кабелем.

Далее аккуратно припаять элементы схемы. Особенно быть осторожным при пайке микросхем, не допускать увеличения температуры паяльника выше 300°С.

Разместив изготовленное устройство в корпусе, подключить его к компьютеру через USB разъем. После этого перемкнуть перемычку JP1.

Использование аудиокарты

Осциллограф из внешней звуковой карты — малобюджетный и простой в изготовлении осциллоскоп к компьютеру или ноутбуку. Более всего подойдет начинающим радиолюбителям. Можно использовать как внешнее, так и внутреннее звуковое устройство.

Входное напряжение для внутренней звуковой карты компьютера не должно превышать 0,5-2 В. Чтобы измерить сигнал с амплитудой более 2 В, необходимо подать его на компьютер через делитель напряжения. Собирается аттенюатор по следующей схеме.

Подаваемое напряжение уменьшается в 100, 10 или 1 раз, в зависимости от величины. Для этого щупы вставляются в соответствующие разъемы. Точная настройка происходит через подстроечный резистор. Диоды предохраняют от случайной подачи напряжения более 2 В.

Конструкцию разместить в металлической коробке для устранения возможных наводок. Провод, подключаемый к звуковой карте, должен быть коротким с медной оплеткой. Для создания второго канала необходимо продублировать устройство. Если на карте есть несколько входов, то выбрать с наименьшим внутренним сопротивлением.

  Как преобразовать документ Word в формат pdf – программы, конвертеры и онлайн-сервисы

Ниже рассматривается схема с использованием внешней USB звуковой карты стоимостью около 2 долларов.

Кроме адаптера понадобятся:

• сопротивление на 120 кОм:
• коннектор mini Jake;
• щупы для измерений.

После приобретения всех запчастей проделать следующие шаги:

1. Вскрыть аккуратно адаптер, так, чтобы не сломать защелки. Внутри будет небольшая плата.
2. Снять конденсатор C6 и поставить на его место сопротивление на 120 кОм.
3. Припаять к щупам коннекторы mini Jack вместо оригинальных и вставить их в адаптер.
4. Скачатьархив с драйверами устройства и распаковать его в папку. Вставить гаджет в компьютер.
5. Компьютер запросит драйвера на новое устройство.
6. Установить их, указав путь к папке.
7. Нажать на кнопку «Далее» для установки драйверов.

Перед использованием осциллограф необходимо настроить.

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.
   

   • 
   • 

   • 
   • 

3. Для проверки работоспособности подать тестовый сигнал. Должна появиться синусоида.

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.

Читайте также:

Опытному радиомастеру и любителю пригодится универсальное измерительное оборудование. Программа осциллограф для ПК поможет изучать форму цифровых и аналоговых сигналов, обрабатывать и сохранять результаты исследований. Такими наборами пользуются любители и профессионалы при настройке, поиске неисправностей и для ремонта усилителей, блоков питания, другой аппаратуры.

Наглядное представление информации – существенное преимущество программного осциллографа

О виртуальных осциллоскопах

Любой персональный компьютер (PC) даже на «медленных» процессорах и с устаревшей операционной системой window xp подходит для совместной работы со специализированными приставками. Однако качественный виртуальный (virtual) осциллоскоп с подключением к стандартному порту usb стоит дорого. Не решает проблему тщательный поиск подходящих моделей техники на зарубежных торговых интернет-площадках. Покупка бывшего в употреблении оборудования сопряжена с повышенными сомнениями и отсутствием реальных гарантий.

Вместе с тем поверхностного изучения темы достаточно для понимания относительной простоты данной проблемы. В каждом ПК есть звуковая карта. Не вызывает чрезмерных сложностей создание регулятора-ограничителя входного сигнала. Измерения можно преобразовать в удобную форму с помощью специальной программы симулятора. Представленные ниже инструкции помогут создать виртуальный осциллограф быстро, без ошибок и лишних затрат.

Функциональные особенности

Программа по электробезопасности: 2 группа

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.

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:

Rx=R1*(U1/(U2-U1)).

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.

Программное обеспечение

Скважность импульсов

После установки любой версии ПО необходимо сделать калибровку. Подойдет программный или образцовый внешний генератор. Рукой подкручивают регулировочные винты подстроечных резисторов, чтобы амплитуда на экране ПК соответствовала заданному значению. Кроме фигуры, некоторые программы эмуляторы отображают в режиме реального времени электрические параметры сигнала.

Лучшиe прoгрaммы oсциллoгрaфa для ПК на Windows

В следующих разделах представлены краткие обзоры популярных специализированных программ. При выборе следует обратить внимание на простоту обучения, язык интерфейса, иные детали с учетом потребностей конкретного пользователя.

FrequencyAnalyzer

Программа создана для обработки сигналов звукового диапазона. Допустимо изменение частоты измерений. Преобразование в 8 (16) разрядов по выбору пользователя помогает установить необходимую точность. Недостаток – отсутствие русифицированной версии.

Winscope

Этот осциллограф онлайн не только показывает сигнал. При выборе соответствующего режима на экране отображаются фигуры «Лиссажу». Пользователь может изучить спектральное распределение в диапазоне от 20Гц до 20 кГц.

Звукoвoй oсциллoгрaф

2ray Oscilloscope хорошо приспособлен для изучения двух сигналов. При необходимости, осциллограммы можно сохранять в графических файлах. Понятный интерфейс упрощает обращение с программой.

Осциллoгрaф Спeктр в рeaльнoм врeмeни

Multi-Instrument содержит не только осциллограф, но и генератор. Этот набор программного обеспечения дополнен анализатором спектра. Такое оборудование подходит для комплексных испытаний радиоаппаратуры.

Применение в быту

В процессе эксплуатации следует использовать перечисленные ниже рекомендации:

• компьютер вместе с приставкой заземляют перед выполнением измерительных операций;
• используют диапазон, подходящий для определенной амплитуды сигнала;
• прекращают работу при повреждении электрической изоляции, выявлении других опасных неисправностей.

Представленные осциллографы для ПК при правильной сборке и настройке обеспечивают достаточно высокую точность. Впрочем, надо не забывать, что даже специализированные приборы этой категории предназначены скорее для изучения формы сигналов. Такие задачи вполне можно решать с применением рассмотренного в публикации оборудования.

Видео

Используемые источники:

• http://radio-stv.ru/radio_tehnologii/izuchenie-radio-programm/programma-kompyuter-ostsillograf
• http://composs.ru/kak-sdelat-oscillograf-iz-kompyutera/
• https://amperof.ru/teoriya/programma-oscillograf-dlya-pk.html