Можно ли использовать ноутбук как осциллограф

Содержание статьи

Как сделать осциллограф из компьютера своими руками — схема

Автор Aluarius На чтение 7 мин. Просмотров 3.2k. Опубликовано 30.04.2020

Осциллограф – это не только медицинский прибор, но также и полезное устройство, незаменимое при настройке аудиоаппаратуры и ремонте техники. Приобретать его отдельно достаточно накладно, даже самые дешёвые модели могут стать неприятной неожиданной статьёй расходов. Лучший выход – сделать виртуальный осциллограф из своего домашнего компьютера.

Осциллограф из компьютера — соответствует ли оборудование ПК требованиям

Если у вас современный персональный компьютер, оснащённый звуковой картой, к которому подключён монитор, этого уже достаточно. Конфигурация компьютера не имеет никакого значения, а также вместо стационарного ПК можно использовать ноутбук и даже нетбук.

ВАЖНО! Настройка вашего компьютера как осциллографа никак не помешает его остальным функциям – не придётся ничего добавлять внутрь самого ПК (это просто осциллограф-приставка к компьютеру) или критически изменять в программном обеспечении.

Обычно всё, что необходимо для настройки виртуального прибора, уже есть в конструкции ПК. Для того, чтобы «организовать» работу устройств, достаточно скачать готовый софт, который находится в свободном доступе в сети – это полностью безопасно и легко для освоения даже пользователем-новичком.

Что необходимо для создания осциллографа

Если вам нужен более точный осциллограф из ПК, то придётся сделать специальную USB-приставку. Это чуть более сложная задача – пользователю желательно владеть такими базовыми навыками радиолюбителя как построение схем, спайка, а также знать, где приобретать необходимые материалы.

ВАЖНО! «На коленке» можно собрать только низкокачественный прибор – для учёбы или другой серьёзной деятельности он может не подойти. Однако выгода очевидна – если на покупку самого дешёвого варианта придётся отдать около 200 долларов, то собрать приставку можно за 5-7 долларов без учёта доставки.

Для простой сборки вам помимо основы для прибора, проводников и USB-входа для связи с компьютером понадобятся следующие детали (их легко найти в интернет-магазинах для радиолюбителей):

MCP1700;
STM32F042Fx;
MCP6S21.

В том случае, если целью работы с прибором не является что-то серьёзное, более простым и быстрым вариантом будет простой осциллограф из звуковой карты, не требующий дополнительных манипуляций со схемами.

Программы

Без специального программного обеспечения ничего работать не будет – к счастью, всё необходимое любой желающий может найти в интернете и скачать. Заниматься запуском программ необходимо после настройки оборудования.

ВАЖНО! Прежде чем определиться, как программа-осциллограф для ПК вам подходит, посмотрите, для какой версии Windows она предназначена. Если софт требует наличия «десятки», а вы до сих пор на виндовс 7, то вы только потратите время.

Разобраться в работе программ будет несложно – большинство из них адаптированы под русскоязычную аудиторию и русский интерфейс поддерживают.

Лучшие программы осциллографы:

Winscope. Одна из самых популярных программ, может быть использована для анализа любого типа сигналов. Также может сохранять данные в удобном для пользователя формате, измерять частоты, строить диаграммы и совершать другие аналитические действия.
Visual Analyzer. Программа для Windows 10. Особенностью является подача полученной и обработанной информации на двух экранах. Первый показывает стандартные данные, а второй БПФ сигнала. Также пользователь может настроить фильтры программы для любых своих целей.
Soundcard Oscilloscope. Для личного пользования эту программу можно использовать бесплатно. Плюсами софта считается его многофункциональность, возможность направить сигнал на динамики устройства, а также генерация пользовательских каналов сигнала и шумов.
Oscilloscope. Программа, предназначенная не для анализа, а для просмотра – с её помощью можно только визуализировать на экране XY-спектры сигнала или аудиофайла. В основном используется, как развлекательный софт.
Frequency Analyzer. Может работать через микрофон, показывает анализ сигнала в реальном времени. Широко настраивается – пользователь может выбрать FFT, частоты выборки и точек на преобразовании, а также между 8 и 16 бит.
Real-time Spectrum. Считывает спектры сигнала (приём через аудио-разъём в 3.5 мм.) и выводит их на экран. Пользователь может посмотреть сигнал с любого канала (или с обоих), настроить динамический диапазон графического отображения, а также частоту кадров.
AUDio MEasurement System. Работает с помощью микрофона. Среди функционала есть генератор сигналов, измерение частотных характеристик и анализ спектра. Простая программа, без особых функций, идеальна для несложного анализа сигналов.

Все эти программы можно найти в свободном доступе – в этом вам поможет поиск или любой компьютерный форум. В зависимости от того, для чего вам нужно настроить осциллограф онлайн, выбирайте простые или сложные программы.

Оборудование

Как говорилось ранее, большинство необходимого оборудования уже находится внутри вашего ПК. Для анализа простых сигналов достаточно использовать микрофон (звук будет поступать через динамик), аудио-разъём или USB-порт. Если цель вашей работы с самодельным осциллографом – простое любопытство, то и сам комп может не понадобится, можно сделать осциллограф из планшета.

Звуковая карта

Звуковая карта обязательно присутствует во всех персональных компьютерах и даже в мобильных устройствах. Выход на неё (порт) – это обычно аудио-разъём на 3.5. мм. Использовать её очень просто, достаточно подключить к ней устройство подачи сигнала или устройство, которое принимает сигнал (например, микрофон).

Монитор

Монитор, как и звуковая карта, есть у любого ПК. У стационарного компьютера это отдельный монитор, у ноутбука – встроенный. Для анализа аудиосигнала достаточно любого монитора, даже несовременного.

Встроенный вольтметр

Необходим для контроля процедуры. Приобрести такой совсем недорого – достаточно поискать в любом специализированном интернет-магазине или на радиорынке. Присоединяется к приставке-осциллографу и выводит показатели в реальном времени.

Частотомер

Как и предыдущий прибор, легко и дёшево приобретается. Настоящий частотометр нужен пользователю редко, так как давно есть его виртуальные аналоги, которые действуют не хуже, но в то же время не требуют никаких специальных навыков.

Электрическая схема

Если вы всё же решили работать через самодельную приставку, то для осциллографа из компьютера своими руками потребуется схема. Схема эта достаточно простая и работа над ней для того, кто хотя бы раз занимался чем-то подобным, не составит никакого труда. Вам понадобятся инструменты и навыки базовой работы со схемами – соединения, теоретические знания.

ВАЖНО! Есть и более сложные схемы, но новичку лучше начать с элементарного варианта. Если первая попытка подойдёт для решения задачи, то для последующих проб сложность можно поднять, спаяв новую, более совершенную схему.

Как это будет работать?

В зависимости от того, какой способ сделать осциллограф из обычного компьютера своими руками выбрал пользователь. Если это только виртуальная копия обычного прибора, то понадобится только соединить компьютер (с предустановленной программой-прибором) и источник звука. Это осуществляется через микрофон, с помощью подключения устройства с записью, необходимой для анализа, или вообще через динамики ПК.

Если же присутствует приставка (в таком случае для создания осциллографа из компьютера нужна спаянная схема), то принцип работы остаётся тем же, только самодельный прибор служит посредником между сигналом и компьютером. Данный способ является более точным – для серьёзных анализа и обработки лучше использовать его.

Проблемы при создании осциллографа

Проблемы могут возникнуть как у новичка, так и у того, кто знает, как из обычного домашнего компьютера сделать осциллограф на практике. Чтобы минимизировать шансы, лучше изучить всю теорию перед работой или настройкой, а также купить материалы с запасом, если есть необходимость изготовить приставку.

Возможные трудности:

Проблемы со схемой. Схема для простейшего осциллографа лёгкая сама по себе, но если возникают сложности, можно воспользоваться видеогайдами.
Программы не устанавливаются. Если программное обеспечение отказывается работать на компьютере, проверьте совместимость (соответствие требованиям операционной системы, наличие всех необходимых деталей в ПК).
Результат не выводится на экран. Это проблема внутренней настройки – укажите корректный путь, чтобы сохранение и воспроизведение результатов анализа шли корректно.

Большинство возникающих проблем легко решить последующими попытками, минимальными теоретическими знаниями и опытом – стоит только набраться немного терпения.

Источник

Как сделать осциллограф из своего компьютера

Приобретение дорогостоящего осциллографа может быть неподъемной задачей для начинающего радиолюбителя. Различные приставки к компьютеру и соответствующие программы позволяют заменить устройство и сделать осциллограф из своего компьютера. Кроме экономии средств, появляется возможность сохранить данные измеряемого сигнала на компьютере, и автоматизировать вычисления параметров.

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:

Digital Oscilloscope;
SoundCard Oszilloscope;
Российская разработка «Авангард».

Софт для USB-осциллографов:

Aktakom OscilloscopePro.
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. разъемы звуковой карты

Поэтому аудиоплату можно использовать в качестве АЦП для подачи на компьютер или ноутбук измеряемого сигнала. Так как человек слышит звук в диапазоне 4Гц- 20кГц, то соответственно и аудиокарта работает в низкочастотном спектре. Полученный осциллограф также будет работать в указанном диапазоне.

Еще одним недостатком в работе «звукового» осциллоскопа является ограничение по напряжению, подаваемому на вход. Оно должно быть в пределах 0,5 В для входа MIC и до 2 В для LINE IN. Подключение сигнала амплитудой более 2В выведет из строя звуковую карту или компьютер.

Из-за конструкционных особенностей аудиокарты — наличие разделительного конденсатора на входе, постоянная составляющая электрического тока не будет показана на осциллографе. Но, используя приложение, можно ее измерить. Подавать сигнал лучше на вход LINE IN, так как он имеет наименьший уровень шумов. Минимальный уровень сигнала, который можно измерить — около 1мВ.

Использование таких осциллоскопов ограничено по частоте. Ими можно снимать показания с усилителей, магнитофонов, различных звуковых девайсов, а также микросхем, работающих на частотах до 20 кГц.

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

Конструкция и применение

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

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:

Измеряемый сигнал. Наиболее часто используемый вариант, особенно при постоянной частоте входящего источника.
Электрическая сеть. Частота сети поддерживается с высокой точностью, поэтому через нее возможна синхронизация.
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.

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. Схема преоразователя

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. Схема аттенюатора

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. Собранное устройство

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

Кроме адаптера понадобятся:

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

После приобретения всех запчастей проделать следующие шаги:

Вскрыть аккуратно адаптер, так, чтобы не сломать защелки. Внутри будет небольшая плата.
Снять конденсатор C6 и поставить на его место сопротивление на 120 кОм.
Припаять к щупам коннекторы mini Jack вместо оригинальных и вставить их в адаптер.
Скачать архив с драйверами устройства и распаковать его в папку. Вставить гаджет в компьютер.
Компьютер запросит драйвера на новое устройство.
Установить их, указав путь к папке.
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:

Скачать и установить на компьютер приложение Cypress Suite.
Запустить программу и перейти в меню EZ Console.
Нажать на надпись «LG EEPROM».
Появится окно с файлом прошивки. Выбрать его и запустить клавишей Enter.
Если появилась ошибка «Error», запустить операцию прошивки снова.
После успешного окончания процесса должна появиться надпись «Done». Осциллограф готов к работе.

Перед запуском осциллоскопа на основе внешнего аудиоадаптера проделать следующие действия:

Сохранить файлы miniscope.exe, miniscope.ini и miniscope.log из скачанного архива в отдельной папке. Открыть miniscope.exe.
После запуска программы, зайти в настройки и произвести действия, показанные на рисунках.
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. регулировка сигнала

Готовые изделия перед включением обязательно заземлить. Соблюдать осторожность при подаче сигнала на порт звукового адаптера.

Источник