Обговорення користувача:VetalQ

Сучасна вимірювальна апаратура давно зрослася з цифровими і процесорними засобами управління і обробки інформації. Стрілочні покажчики вже стають нонсенсом навіть в дешевих побутових приладах. Аналітичне устаткування все частіше підключається до звичайним ПК через спеціальні плати-адаптери. Таким чином, використовуються інтерфейси і можливості програм застосувань, які можна модернізувати і нарощувати без заміни основних вимірювальних блоків, плюс обчислювальна потужність настільного комп'ютера. 

Крім того, і розширення можливостей звичайного комп'ютера можливе за рахунок різноманітних програмно-апаратних засобів, - спеціальних плат розширення, що містять вимірювальні АЦП (аналого-цифровий перетворювач) і ЦАП (цифро-аналоговий перетворювач). І комп'ютер дуже легко перетворюється на аналітичний прилад, наприклад, - спектроаналізатор, осцилограф, частотомір., як і в багато що інше. Подібні засоби для модернізації комп'ютерів випускаються багатьма фірмами. Проте ціна і вузьконаправлена специфіка не роблять це устаткування поширеним в наших умовах.

Але навіщо далеко ходити? Виявляється, простій ПК в своїй конструкції вже містить засоби, які з деякими обмеженнями здатні перетворити його на той же осцилограф, спектроаналізатор, частотомір або генератор імпульсів. Погодитеся, вже немало. До того ж робляться всі ці перетворення тільки за допомогою спеціальних програм, які до того ж абсолютно безкоштовні і кожен охочий може їх викачати в Інтернеті.

Ви, напевно, задастеся логічним питанням - як же у вимірюваннях можна обійтися без АЦП і ЦАП? Ніяк не можна. Але ж і те і інше присутнє майже в кожному комп'ютері, правда, називається по іншому - звукова карта. А чим не Ацп/цап, скажіть, будь ласка? Це вже давно зрозуміли ті, хто написав для неї масу програм, що не мають ніякого відношення до відтворення музики. Адже звичайна звукова плата ПК здатна сприймати і перетворювати сигнал складної форми в межах звукової частоти і амплітудою до 2в в цифрову форму з входу LINE-IN або ж з мікрофону. Можливо і зворотне перетворення, - на вихід LINE-OUT (Speakers). Таким чином, ви можете працювати з будь-яким сигналом до 20 кгц, а то і вище, залежно від звукової плати. Максимальна межа рівня вхідної напруги 0,5-2 В теж не складає проблеми, - примітивний дільник напруги на резисторах збирається і калібрується за 15 хвилин. Ось на таких-то нехитрих принципах і будуються програмне забезпечення: осцилографи, осцилоскопи, спектроаналізатори, частотоміри і, нарешті, генератори імпульсів всілякої форми. Такі програми емулюють на екрані комп'ютера роботу звичних для нас приладів, природно зі своєю специфікою і в межах частотного діапазону вашої звукової плати.

Як це працює? Для користувача все виглядає дуже просто. Запускаємо програму, в більшості випадків таке ПО не потрібно навіть інсталювати. На екрані монітора з'являється зображення осцилографа: з характерним для цих приладів екраном з координатною сіткою, тут же і панель управління з кнопками, движками і регуляторами, що теж часто копіюють вигляд і форму таких з сьогодення - апаратних осцилографів. Крім того, в програмних осцилографах можуть бути присутніми додаткові можливості, як, наприклад, можливість збереження досліджуваного спектру в пам'яті, плавне і автоматичне масштабування зображення сигналу і так далі Але, звичайно ж, є і свої недоліки.

Як підключитися до звукової карти? Тут немає нічого складного - до гнізда LINE-IN, за допомогою відповідного штекера. Типова звукова плата має на панельке всього три гнізда: LINE-IN, MIC, LINE-OUT (Speakers), відповідно лінійний вхід, мікрофон, вихід для колонок або навушників. Конструкція всіх гнізд однакова, відповідно і штекери для всіх йдуть одні і ті ж. Програма осцилограф працюватиме і відображатиме спектр і в тому разі якщо знімається звуковий сигнал за допомогою мікрофону, підключеного до свого входу. Більш того, більшість програмних осцилографів, спектроаналізаторів і частотомірів нормально функціонують, якщо в цей же час на вихід звукової плати LINE-OUT виводиться якийсь інший сигнал за допомогою іншої програми, нехай навіть музика. Таким чином, на одному і тому ж комп'ютері можна задавати сигнал, скажемо за допомогою програми генератора, і тут же його контролювати осцилографом або аналізатором спектру.

При підключенні сигналу до звукової плати слід дотримувати деякі обережності, не допускаючи перевищення амплітуди вище 2 В, що чревато наслідками, такими як виходом пристрою з ладу. Хоча для коректних вимірювань рівень сигналу повинен бути набагато нижче від максимально допустимого значення, що так само визначається типом звукової карти. Наприклад, при використанні популярної недорогої плати на чіпі Yamaha 724 нормально сприймається сигнал з амплітудою не вище 0,5 В, при перевищенні цього значення списа сигналу на осцилографі ПК виглядають такими, що обрізають (ріс.1). Тому для узгодження сигналу, що подається, з входом звукової карти потрібно буде зібрати простій дільник напруги (ріс.2).

Pіс.1.сигнала на осцилографі ПК виглядають такими, що обрізають.

Мал. 2.

Резистори підбираються так, щоб опір R3 був нижчий вхідного опір вашої звукової карти, воно може складати значення порядка 20 ком. Подстроєчним резистором напруга на вході виставляється на потрібному рівні, стабілітрони підбираються на напругу менше 2 В, скажемо Кс119а - 1,9 В. У разі перевищення напруги сигналу на вході звукової карти (на резисторі R3) вище за норму, спрацює захист - почнеться пробій стабілітронів і напруга не підніметься вище 1,9 В. Можно використовувати і інші типи стабілітронів на напругу 1-1.8 В, але ставити їх слід обов'язково, інакше ви ризикуєте своїм звуковим входом. Розводка штекера для звукової плати показана на (ріс.3).

Мал. 3.

Оскільки звукова карта немає повноцінним АЦП, то вимірювати амплітуду вхідного сигналу, що подається на нього, це пристрій на апаратному рівні не в змозі. Тим більше що сигнал спочатку проходить через дільника напруги на резисторах, до того ж ще потрібно враховувати внутрішній опір звукової плати, який достатній низько, як для повноцінного вольтметра. Проте шкали деяких програм-осцилографів мають типове градуювання «вольт/дел», а так само засоби для калібрування рівня сигналу, щоб хоч якось підстроїти шкалу на панелі під дійсне значення напруги. Природно, оскільки розумний рівень вхідного сигналу складає десь 0,5 В, калібрування програми можливе тільки в зв'язці з калібруванням зовнішнього дільника напруги за допомогою будівельного резистора. Таким чином, якщо ми знаємо амплітуду сигналу, що подається на вхід, то використовуючи регулювання за допомогою стандартного мікшера Windows, внутрішніх настройок програми-осцилографа і настройки дільника напруги, шкалу можна відкалібрувати так щоб вона відповідала дійсним значенням амплітуди сигналу надалі, хоча тут навряд чи варто сподіватися на високу точність.

Перш ніж почати роботу з лінійним входом звукової карти, перевірте, чи включений в мікшері Windows цей канал (Регулятор громкості\ Параметри\ Свойства\ Запісь\line\ok\recording Control). У цій статті нами буде розглянуто декілька програм: осцилографи, спектроаналізатори, частотомір і генератори коливань всілякої форми. Це ПО працює під управлінням ОС Windows95/98 і для них підійдуть комп'ютери з досить-таки посередніми, на сьогоднішній день, параметрами.

Почнемо свій огляд, мабуть, з найбільш поширених і потрібних в радіолюбительській практиці приладів - осцилографів.

Digital Oscilloscope 3.0 - назва говорить само за себе. Ця програма є однолучевой цифровим осцилографом (ріс.4). Її можна узяти за адресою http://payalnik.hypermart.net (139 кб) у розділі «Прилади/Осцилографи».

Мал. 4.

Сигнал в цьому випадку повинен подаватися через правий канал звукової карти. Частота дискретизації 44,1 кгц, максимальна частота оброблюваного сигналу зазвичай в два рази менше частоти дискретизації. Вікно програми на вигляд нагадує лицьову панель справжнього осцилографа, тому для багатьох знайомство з нею покажеться звичною справою. Навіть движки регуляторів тут виконані такими, що обертаються, як би рукоятки потенціометрів, що в принципі не характерний для комп'ютерних програм. Обертати курсором миші такі стилізовані движки не дуже-то зручно.

Мал. 5.

Праворуч від типового екрану знаходяться основні органи управління: синхронізація (trigger), установка частоти і посилення. Щоб синхронізація діяла, кнопка справа вгорі від движка винна знаходиться в стані «ON», потім обертанням движка потрібно добитися найбільш якісного зображення на екрані. Взагалі-то зображення в режимі синхронізації цього осцилографа якісним можна назвати далеко не завжди: части випадки, коли сигнал лише мелькає на екрані, пропадаючи в проміжках взагалі. Зате, на відміну від деяких інших програм, сигнал дійсно синхронізується, перестає плисти по екрану. Градуювання движка посилення (Volt/div), виходячи з сказаного вище, навряд чи можна сприймати серйозно, - сама по собі програма-осцилограф не може зрозуміти яку напругу подається на вхід звукової карти. Хоча в програмі передбачено два рівні калібрування цього параметра (Options/calibrate), в моєму випадку калібрування з програми не допомогло, оскільки калібрувати можна було тільки у бік збільшення чутливості, а мені-то треба було навпаки - зменшувати. Тому калібрування по ослабленню сигналу тут і в інших випадках слідує, проводить з мікшера Windows: Гучність(системний трей, правою клавішею миші)\ Регулятор громкості\ Параметри\ Свойства\ Запісь\line\ok. Після цього довгого шляху перед вами з'явиться регулятор ослаблення вхідного сигналу звукової карти (ріс.5). Калібрування також можна проводити за допомогою підстроювання резисторів вхідного дільника напруги. Лише після скрупульозного калібрування ви зможете мати більш менш об'єктивне уявлення про величину вимірюваного сигналу за свідченнями на екрані осцилографа.

Внизу під екраном розташовані регулятори періодів дискретизації сигналу і оновлення екрану, правіше - допоміжні регулятори. Серед них дивно бачити регулятор фокусування світивши в цифровому осцилографі. Є можливість збереження вимірюваного сигналу.

Oscilloscope 2.51 викачати можна по адресах http://payalnik.hypermart.net, http://radiotech.by.ru/, www.radiofan.gaw.ru/soft/winscope.zip (90 кб) у відповідних розділах. Включає двопроменевий осцилограф і спектроаналізатор, частотний діапазон: 20 Гц-20 кгц. Компоновка осцилографа і аналізатора спектру зручніша для використання на екрані комп'ютера (ріс.6), регулятори організовані у вигляді повзунків, його функціональність вища, ніж у попередньому випадку. Органи управління розташовані у верхній частині вікна у вигляді кнопок, рухомі регулятори - як завжди, збоку від екрану.

Мал. 6.

Оскільки осцилограф двопроменевий, то для нього можуть використовуватися обидва канали звукової карти, відповідний режим включається кнопками над екраном. А ось спектроаналізатор у мене працював тільки від правого каналу звукової карти. Синхронізація включається (Trigger level.) і відключається кнопками над екраном, причому можлива синхронізація як по висхідному, так і по низхідному фронту імпульсу, хоча часто буває, що сигнал навіть досить правильної форми неможливо синхронізувати ні тим, ні іншим способом.

Основні органи управління розташовані збоку від екрану. Посилення встановлюється двома вертикальними бігунками окремо для променів Y1, Y2, поряд з ними знаходяться повзунки меншого розміру для можливості вертикального зсуву сигналів променів. Положенню повзунків посилення відповідають числові значення у вікні «Gain», хоча останні малоїнформатівни. У наступному блоці першим йде регулятор «Т» (мс/дел) з ним пов'язано дві кнопки над екраном, що дозволяють міняти масштаб як 1/10. Зображення на кнопках відповідає сигналу більшого і меншого періоду. Числове значення розмірності часу відображається у вікні «Sweep», значення, що проте відображається, відноситься не до одного ділення осередку сітки, як завжди, а до всього екрану - 10 ділень. У віконцях під екраном відображаються значення тієї точки екрану, на яку наведений курсор миші. Для точнішого вимірювання таким чином слід включити кнопку «Meter mode», тоді курсор набуває форми перехрестя.

З режиму осцилографа легко перейти в режим спектроаналізатора, досить натиснути кнопку (FFT) справа над екраном. При цьому у вікні «Sweep» значення починають відображатися вже в Гц, масштаб задається тим же повзунком «Т». Верхня межа осі частот в режимі спектроаналізатора визначається так само з меню вкладки Options\timing. Режим спектроаналізатора зручно також використовувати для визначення частоти стабільного сигналу на осцилографі. В цьому випадку, перемкнувшись з осцилографа на спектроаналізатор, сигнал буде зображений у вигляді гострого піку на шкалі частот (ріс.7). Навівши мишкою на середину піку сигналу перехрестя покажчика, ви побачите у віконці під екраном числове значення частоти цього сигналу.

Мал. 7.

Зручно користуватися кнопкою «1:1», при її натисненні зображення сигналу автоматично масштабується по амплітуді до рівня двох пунктирних ліній на екрані, так йде менше часу на настройку чутливості. Крім того, з вкладки Options\colors можна задати будь-які кольори для променів і сітки екрану.

Щодо програмних спектроаналізаторів стоїть обмовиться окремо. Про амплітуду сигналів в спектрі тут ми можемо судити лише відносно, адже звукові плати, зважаючи на свою специфіку, не мають засобів визначення абсолютної величини амплітуди сигналу, що поступає на них. Програми ж, що використовують вже оцифрований сигнал із звукової карти, тим більше не в змозі визначити його дійсний рівень. Але на практиці від них цього і не вимагається, зазвичай рівень сигналу спектру наочно зображається на шкалі у відносних одиницях.

Spectrogram v5.0.5 - представник програм-спектроаналізаторів із зручним інтерфейсом і досить-таки просунутими можливостями. Аналіз сигналу можливий як з файлу, так і по входу звукової карти. Останнє, в принципі, нас більше всього і цікавить. У аналізаторі передбачені гнучкі можливості для настройки. Узяти програму можна там же, на «Паяльнику» в розділі «Прібори/ Спектроаналізатори» (http://payalnik.hypermart.net, 245 кб) або на сторінці рекомендованої розробниками (www.monumental.com/rshorne/gram.html), де ви також зможете знайти оновлення програми.

Спосіб сприйняття сигналу встановлюється з меню File, Scan Input - сигнал сканується з входу звукової плати (або натисненням клавіші F3). Шкала частот може бути представлена як в лінійному, так і в логарифмічному вигляді. Можливо включення одне або двох каналів звукової плати. Вікно програми організоване просто і зручно (ріс.8). По екрану за допомогою мишки рухається курсор, у вигляді хрестового прицілу, достатньо навести його на крапку, що цікавить, і внизу у віконці ви набудете числових значень відносної амплітуди (Дб) і частоти у вибраній крапці. Таким чином, програму можна використовувати і як частотомір для сигналу фіксованої частоти, який буде видний на екрані як єдиний (за винятком гармонік), найвищий пік.

Мал. 8.

Перед початком кожного сеансу роботи необхідно задати установки на панелі настройок, вона-то і кожного разу з'являтиметься при подальших натисненнях клавіші F3 (ріс.9). Панель настройок організована досить зручно, складається з чотирьох основних розділів. Для початку необхідного задати спосіб відображення на екрані сканованого сигналу, в розділі Display Characteristic, в установках Display Type для нас краще всього підійде Line або Bar, графік буде відображений лінією або у вигляді гістограми відповідно. При цьому по горизонталі розташована вісь частот, і вісь амплітуд по вертикалі, як і належить.

Мал. 9.

На інтервал значень на осі частот впливають установки відразу з двох розділів панелі настройок. У Sample Characteristic\ Sample Rate задається межа величини дискретизації, до 44кгц. Проте на реальний масштаб на екрані ще сильно впливають і установки з розділу Frequency Analysis. Тут слід звернути увагу на установки значень FFT Size. Значення FFT задають ступінь дискретизації в перетвореннях Фурье, використовуваних при програмній обробці спектрограми. Чим вище FFT, тим вище точність і роздільна здатність спектрограми, проте потрібний більше часу для розрахунку і звужується інтервал значень, що відображається, на осі частот. Так при установках Sample Rate на 5,5 кгц, а FFT Size в значення 16384, ми отримаємо найменший частотний діапазон (від 0 до 86 Гц) при найбільшому дозволі. Для використання ж максимального розмаху частот доведеться встановити значення параметрів в протилежні крайні значення: 44кгц, 512 - FFT, при цьому ми отримаємо інтервал 0-22050 Гц. Інтервал по осі частот може так само зміщуватися за допомогою движка Band, так, щоб вимірювання проводилися не від нуля, а від якого-небудь вищого значення, що тут же відображається у віконцях праворуч від регулятора.

У цій програмі-спектроаналізаторі регулюється ще багато чого, аж до колірної гамми представлення сигналів. Є докладний Help, природно англійською мовою. Програма залишає дуже хороше враження, коли б не обмежений звуковою платою вузький діапазон вимірювань.

Frequency Counter 1.01 - ось дійшла черга і до цифрового частотоміра, так само реалізованого програмним шляхом. Його частотний діапазон визначається частотою дискретизації 44,1 кгц. Програму можна знайти за адресою http://payalnik.hypermart.net (95 кб) у розділі «Прилади/Частотоміри».

Інтерфейс цього частотоміра відрізняється приємним виглядом і невеликими розмірами (ріс.10). Навіть цифри тут стилізовані під свідчення сегментних індикаторів, з їх крупними розмірами, характерним нахилом і яскравим виглядом.

Мал. 10.

Прилад відрізняється досить високою точністю свідчень, добре сприймає сигнал з імпульсами прямокутної форми, при синусоїдальному сигналі бажано щоб його амплітуда на вході була не нижча 0,5 В. Под цифровим табло знаходяться регулятори періоду перерахунку, який може мінятися в досить-таки великих межах, і установка синхронізації, де можна вибрати автоматичний або ручний режим. Справа знаходиться блок кнопок під назвою «Hysteresis», про їх сенс можна судити на практичних прикладах, - при включенні на «0» на свідченнях частотоміра починають позначатися наведення в проводах, що виявляється навіть у відсутність вхідного сигналу, при включенні подальших значень ситуація виправляється. Таким чином, цей блок відповідає за чутливість по вхідному каналу.

Генератори сигналів Генератор імпульсів корисна річ в радіолюбительській практиці. Для тих, хто займається ремонтом і настройкою звукової підсилювальної апаратури цей пристрій виявиться незамінним помічником в роботі, допоможе воно і при перевірці трактів радіоприймачів, магнітофонів і іншої техніки. Нелішнім буде цей прилад і лабораторіях шкіл і Вуз’ов. Відмінний генератор в звуковому діапазоні може вийде з ПК, тут нічого навіть не доведеться вигадувати, як, наприклад у випадку з осцилографом або аналізатором, - всі компоненти виконують свої відвічні функції. Сигнал знімається з виходу LINE-OUT або Speakers, за допомогою стандартного роз'єму (ріс.3), його амплітуда може досягати рівня 0,5 В. Обичная звукова карта може генерувати сигнал з частотою до 22 кгц, вище - рідше, форма може бути будь-яка, була б програма, яка її задає. Ось про ці-то програми-генератори ми зараз і поговоримо, все їх можна вільно викачати з Інтернету.

NCH Tone Generator - може бути встановлений під операційними системами Windows 3,1/95/98/NT/2000, його частотний діапазон в межах 1-20000 Гц. Програма має компактний інтерфейс (ріс.11) і дає досить великий вибір у формі сигналів: синусоїдальний (sine), прямокутний (square), трикутний (triangle), пилкоподібний (sawtooth), імпульсний і «білий шум» (white noise).

Мал. 11.

Сигнал можна зберегти у вигляді файлу, заздалегідь задавши час звучання. До недоліків можна віднести відсутність на панелі програми регулятора ослаблення (амплітуди), передбачається, що в цій якості використовуватиметься стандартний мікшер Windows, що цілком прийнятно, але менш зручно. Так само не можна настроювати форму заданого сигналу, скажімо, по шпаруватості, втім, як і по яких або іншим параметрам. Програму можна знайти за адресою http://payalnik.hypermart.net (85 Кб) у розділі «Прилади/Генератори», або www.nch.com.au/action.

Test Tone Generator - програма може використовуватися не тільки як генератор синусоїдального, прямокутного, трикутного сигналу заданої частоти і амплітуди (ріс.12), але також має розширені можливості - як генератор sweep-сигнала. Sweep-сигнал вдає із себе коливання з монотонно наростаючою частотою постійної амплітуди. Інтервал частот і період sweep-сигнала задається у відповідній вкладці (ріс.13), його також можна зробити таким, що періодично повторюється, включивши «Loop».

Мал. 12.

Мал. 13.

На панелі програми знаходяться всі необхідні регулятори, правда, що-небудь настроювати в режимі відтворення сигналу не можна, генерація автоматично відключається. Частотний діапазон обмежений рівнем в 20000 Гц. Є можливість збереження у файл. Програму можна знайти за тією ж адресою, що і першу, а також на сторіночці пропонованої розробником, куди також можливе надходження нових версій програмного забезпечення (www.esser.u-net.com, 160 Кб).

Generator Version 1.02 (beta 1) - відмітною особливістю цього генератора є можливість проводити установки як частоти, так і амплітуди незалежно для лівого і правого каналів (ріс.14). При необхідності один з каналів можна відключити.

Мал. 14.

У програмі начебто присутня можливість задавати тривалість сигналу в ms, проте у мене ця функція чомусь не працювала. Тому для нормальної роботи необхідно задати безперервний режим відтворення - «Loop». Верхній діапазон частот тут обмежений значенням 22050 Гц. Працює цей програмний генератор під ОС Windows 95/98. Автор програми Андрій Шуклін пропонує свій продукт, а також його можливі оновлення, на своїй сторіночці (www.actor.ru/~gels/generat.htm, 13 Кб), також його можна знайти за адресою http://radiotech.by.ru у розділі «Програми».

Marchand Function Generator - генератор, що дозволяє формувати сигнал на обидва канали. Частота для обох виходів встановлюється одна і та ж, але для кожного каналу окремо можна задати форму сигналу: синусоїдальний, прямокутний, трикутний, імпульсний; а так само амплітуду. У останньому функціональність програми мінімальна (ріс.15).

Мал. 15.

Верхня межа частоти - 20000 Гц. Викачати програму можна на російськомовному сайті (www.radiofan.gaw.ru, 37 Кб) в розділі «Програми», автори ж продукту рекомендують звертатися за адресою www.marchandelec.com.

Sine Wave Generator 3.0 - наприкінці програма-генератор з яскравим дизайном і верхнім рівнем частот в установках 40000 Гц. Сигнал формує тільки синусоїдальної форми. У крупному вікні регулятори стилізовані під движки потенціометрів, що обертаються (ріс.16). Є можливість задавати sweep-сигнал, правда тут задається тільки інтервал частот, час наростання завжди залишається фіксовано.

Мал. 16.

При використанні цього генератора у мене виникли сумніву щодо відповідності значень встановленій на табло частоти частоті сигналу, що реально виводився, принаймні, в області ближче до низьких частот. Узяти генератор можна в розділі програм на тому ж сайті (www.radiofan.gaw.ru, 117 Кб).

Що ж, не дивлячись на простоту подібного забезпечення, що здається, практично жодна з представлених програм-генераторів не повторює іншу, кожна з них відрізняється якимись своїми особливостями. Не слід забувати, що це все-таки безкоштовне програмне забезпечення. У своєму різноманітті ці програми надають досить широкий вибір можливостей обмежених лише відносно невеликим частотним діапазоном звукової плати ПК.

Наприкінці хочу лише висловити одне застереження. Сучасні материнські плати в більшості своїй мають інтегрований звук і, відповідно, все три звукові роз'єми на борту. Це реалізується шляхом установки окремої звукової мікросхеми, але частіше відразу на рівні чіпсета - головної мікросхеми материнської плати. Якість звуку при такій реалізації досить посередня, тому користувачі все ж таки прагнуть встановити на своїх ПК повноцінну звукову плату. У випадку з окремою звуковою платою можливі невдалі експерименти з подачею напруги на звуковий вхід, хіба мало що може трапитися, можуть закінчитися лише виходом з ладу щодо недорогого пристрою і втратою звуку в ПК. При аварійній ситуації з вбудованим на материнській платі звуком, ви ризикуєте зіпсувати найбільш дорогу і значущу частину комп'ютера.