NNiiieeeppprrrzzzyyyzzzwwwoooiiiccciiieee ttaaannniii

0
2767
Nieprzyzwoicie tani oscyloskop
Do czego to s³u¿y?
Oscyloskop jest chyba najprzydatniejszym
przyrz¹dem, jaki mo¿na znaleŸæ w pracowni
elektronicznej. Przy uruchamianiu, naprawach, testach wszelkiego sprzêtu elektronicznego jest wrêcz niezast¹piony. Jest dla badanego uk³adu jak elektrokardiograf dla serca
pacjenta. Obrazuje graficznie przebiegi napiêæ
w urz¹dzeniach elektronicznych.
Niestety jest to najkosztowniejszy spoœród
wszystkich potrzebnych elektronikowi urz¹dzeñ. Ceny oscyloskopów zaczynaj¹ siê od
oko³o 1000z³. Dla przeciêtnego elektronika –
hobbysty czy nawet elektronika prowadz¹cego ma³y warsztat to spora kwota. Nie ka¿dy
zdecyduje siê przeznaczyæ takie pieni¹dze na
„zabawy” hobbystyczne. Nie ma co jednak za³amywaæ r¹k! Zazwyczaj z ka¿dej – nawet najbardziej podbramkowej sytuacji – mo¿na znaleŸæ jakieœ wyjœcie. W tym ju¿ miejscu zdradzê Wam, ¿e rezygnacja z tak po¿ytecznego
narzêdzia nam nie grozi! Nie uszczupli te¿
w znacz¹cy sposób naszych zasobów finansowych. Ba! Nasz oscyloskop bêdzie wrêcz nieprzyzwoicie tani. Jak to mo¿liwe? Czytajcie
dalej.
Jak to dzia³a?
Ka¿dy z nas zdaje sobie sprawê, jak skomplikowanym i rozbudowanym urz¹dzeniem jest
oscyloskop. Dlatego pewnie wiêkszoœæ z czytaj¹cych ten tekst osób bêdzie zaskoczona
skromnoœci¹ œrodków elektronicznych zastosowanych do budowy przedstawionego oscyloskopu. Powód tego jest tyle¿ prozaiczny,
co zaskakuj¹cy. Po prostu wszystkie funkcje
oscyloskopu realizowane s¹ programowo.
Program Winscope kr¹¿y po Internecie ju¿
od dobrych kilku lat. Jego doskona³oœæ najlepiej obrazuje fakt, i¿ od jego powstania nikt
nie napisa³ lepszego i prostszego w obs³udze
programu zmieniaj¹cego komputer w oscyloskop. Nie chc¹c poprawiaæ autora, a po trosze z wrodzonego lenistwa, zrezygnowa³em
z pisania nowego programu. Postanowi³em za
to wykorzystaæ wspomniany Winscope autorstwa Konstantina Zeldovicha, zwiêkszaj¹c tylko jego funkcjonalnoœæ. Program jest dostêpny w sieci i ma licencje freeware.
Rysunek 1 przedstawia okno programu
w czasie pracy w roli oscyloskopu. Jak widaæ,
program jako ¿ywo przypomina „prawdziwy”
oscyloskop. Menu programu jest jasne i przejrzyste.
W Options | Timing... mo¿na ustawiæ zakres próbkowania sygna³u wejœciowego na
11025Hz, 22050Hz lub 44100Hz, oraz czêstotliwoœæ odœwie¿ania (domyœlnie 330ms). Od
tych parametrów zale¿y dok³adnoœæ odzwierciedlenia badanego przebiegu. Im wartoœæ
próbkowania wy¿sza, a czêstotliwoœæ odœwie¿ania ni¿sza, tym wykres bli¿szy idea³owi.
Oczywiœcie szybsze próbkowanie czy odœwie¿anie danych wymaga wiêkszej mocy obliczeniowej. Je¿eli wiêc karta dŸwiêkowa lub procesor
„nie wyrabiaj¹”, wyœwietlana jest informacja
Wymagania systemowe programu Winscope:
-
Windows95,
80486,
16MB RAM,
karta dŸwiêkowa z wejœciem linio-wym (LINE IN),
200KB wolnej przestrzeni na dysku.
Rys. 1
Parametry techniczne oscyloskopu:
- dwa kana³y,
- zakres czêstotliwoœci pracy: 20Hz - 20kHz,
- poziom sygna³u wejœciowego oko³o 2VAC
(parametry zale¿ne od danej karty dŸwiêkowej),
- poziom sygna³u wejœciowego z zastosowaniem uk³adu
buforuj¹cego: 24VAC
- analizator widma,
- pomiar korelacji w czasie rzeczywistym,
- bufor: 52ms,
- odœwie¿anie wyœwietlacza: 6fps,
- mo¿liwoœæ zapisania badanego sygna³u w formacie
tekstowym i kopiowania do schowka.
52
E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h
„TIMEOUT”. Oznacza to, ¿e system nie radzi
sobie i trzeba nieco zmniejszyæ czêstotliwoœæ
odœwie¿ania i/lub próbkowania. Opcja
DISABLE WARNING s³u¿y do wy³¹czania
tego ostrze¿enia. Opcja Save setup w menu
Rys. 2
Rys. 3
Rys. 4
E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h
Options umo¿liwia zapisanie wprowadzonych
zmian w ustawieniach programu.
Suwaki Y1 i Y2 s³u¿¹ do wyci¹gania /
sp³aszczania badanego przebiegu w pionie,
a suwaki Y1 i Y2 POS do przesuwanie przebiegów równie¿ w pionie.
Suwak T pozwala na rozci¹ganie / sp³aszczanie badanego przebiegu w poziomie, a suwak DELAY – przesuwanie wyœwietlanego
przebiegu
równie¿
w poziomie.
Przebieg mo¿na
obserwowaæ w czasie
rzeczywistym lub w
dowolnym momencie
zatrzymaæ i analizowaæ „na sucho”.
Rysunek 2 przedstawia okno programu
w czasie pracy jako
analizator widma. Najechanie kursorem na
dowolny punkt widma
owocuje wyœwietleniem jego czêstotliwoœci. Podobnie jak w
przypadku pracy w roli
oscyloskopu, i tym razem mo¿na analizowaæ widmo badanego
sygna³u w czasie rzeczywistym lub po zatrzymaniu „na sucho”.
Choæ czêstotliwoœæ
wejœciowa oscyloskopu nie zachwyca, jednak jak na tak daleko
posuniêt¹ skromnoœæ
zastosowanych œrodków jest zupe³nie zadowalaj¹ca. Spostrzegawcze osoby zauwa¿¹, ¿e zakres ten jest
ograniczony pasmem
wejœciowym
karty
dŸwiêkowej, z którego
wejœcia program korzysta. Niemniej w
hobbystycznych zastosowaniach zakres oferowanej czêstotliwoœæ
wejœciowej bêdzie w
wiêkszoœci przypadków wystarczaj¹cy.
Równie¿ w powa¿niejszych zastosowaniach,
szczególnie tych zwi¹zanych z systemami
audio, równie¿ oka¿e
siê wystarczaj¹cy.
Tak¿e wartoœæ amplitudy wejœciowej badanego sygna³u nie
osza³amia, ale ten pro-
blem rozwi¹zuje w du¿ym stopniu czêœæ elektroniczna. Pozwala ona pod³¹czaæ do oscyloskopu sygna³y o napiêciu oko³o 24V, zamiast
tolerowanych przez kartê 1-2V.
Schemat ideowy czêœci elektronicznej
przedstawia rysunek 3. Podwójny wzmacniacz operacyjny U1 pracuje jako wtórnik
emiterowy. W zastosowanej aplikacji ma on
charakter buforowy. Potencjometry P1 i P2
s³u¿¹ do regulacji poziomu sygna³u wejœciowego. Pozwalaj¹ dostosowaæ napiêcie wejœciowe do wartoœci bezpiecznej dla wejœæ karty dŸwiêkowej (je¿eli napiêcie wejœciowe
przekracza górn¹ granicê tolerowan¹ przez
kartê).
Czêœæ elektroniczna zasilana jest z wyjœæ
DTR i RTS portu szeregowego. Standardowo
po w³¹czeniu komputera na obu wejœciach panuje stan niski, czyli oko³o –10V. Do zasilania
uk³adu wykorzystywane jest napiêcie ±10V,
a wiêc jedno z wyjœæ musi zostaæ ustawione
w stan wysoki (+10V). S³u¿y do tego program
PowerOsc. Dzia³a on w ten sposób, ¿e chc¹c
w³¹czyæ program Winscope, klikamy na program PowerOsc. W³¹cza siê wówczas program PowerOsc, ustawiaj¹c wyjœcia portu
szeregowego w odpowiednim stanie oraz
uruchamiaj¹c program Winscope. Gdy koñczymy pracê w z programem Winscope i wy³¹czamy go, pojawia siê okno programu PowerOsc z informacj¹ o jego przeznaczeniu.
Teraz wystarczy klikn¹æ na przycisku OK,
by go zamkn¹æ. Okno programu widaæ na
rysunku 4.
Monta¿ i uruchomienie
Ze wzglêdu na prostotê uk³ad zosta³ zmontowany na kawa³ku p³ytki uniwersalnej. Przy
monta¿u nale¿y pos³ugiwaæ siê schematem
ideowym przedstawionym na rysunku 3. Model mia³ charakter eksperymentalny, ale
w praktyce dla wygody u¿ytkowania dobrze
by³oby zamkn¹æ ca³oœæ w obudowie, zast¹piæ
potencjometry monta¿owe potencjometrami
obrotowymi przykrêcanymi do obudowy oraz
wyposa¿yæ w wejœcia pomiarowe (np. typu
chinch).
Programy PowerOsc i Winscope wraz z towarzysz¹cymi mu plikami powinny znajdowaæ siê w jednym folderze. Korzystanie
z oscyloskopu rozpoczynamy od pod³¹czenia
uk³adu do komputera, do wejœcia liniowego
karty dŸwiêkowej i wybranego portu szeregowego (COM1 lub COM2). Wa¿ne jest, aby
przy pod³¹czaniu/od³¹czaniu oraz w³¹czaniu/wy³¹czaniu badanego sygna³u potencjometry znajdowa³y siê w pozycji skrajnej do
masy. Pozwoli to ochroniæ wejœcia karty
dŸwiêkowej przed zbyt du¿ym sygna³em wejœciowym, mog¹cym je uszkodziæ. Maksymalna amplituda badanych sygna³ów nie powinna
przekraczaæ 24V.
Kolejnym krokiem bêdzie uruchomienie
programu PowerOsc w wersji obs³uguj¹cej
port, do którego pod³¹czony jest uk³ad.
53
W³¹czenie go spowoduje uruchomienie
aplikacji Winscope i w³¹czenie zasilania uk³adu. Teraz mo¿na pod³¹czyæ badany sygna³ do
jednego lub obydwu wejœæ. Klikniêcie na
Wykaz elementów
U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .TL082
P1,P2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100kΩ
S1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .gniazdo DB9
S2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .gniazdo chinch
Obudowa DB9
Komplet podzespo³ów z p³ytk¹ jest dostêpny
w sieci handlowej AVT jako kit szkolny AVT-2767
54
przycisku ON LINE programu Winscope spowoduje rozpoczêcie pomiaru. Potencjometry
P1 i/lub P2 nale¿y ustawiæ w takiej pozycji,
aby wyœwietlany przebieg by³ „czytelny”.
Unikaæ nale¿y sytuacji, gdy suwaki potencjometrów znajduj¹ siê w pozycji skrajnej od
masy. Jest to dopuszczalne tylko dla sygna³ów
o amplitudzie < 2V. Regulacji koñcowej mo¿na dokonywaæ za pomoc¹ suwaków w programie oznaczonych Y1 i Y2. Pomiar zostanie
zatrzymany po klikniêciu na przycisku
HOLD.
Przejœcie do funkcji analizatora widma nast¹pi po klikniêciu na przycisku FFT. Dok³adny opis wszystkich funkcji programu Winscope znajduje siê w jego pliku pomocy (w jêzyku angielskim).
Ewentualne problemy mog¹ wyst¹piæ
w przypadku, gdy do budowy urz¹dzenia u¿yliœmy uszkodzonych elementów, wzglêdnie
zosta³y uszkodzone w czasie monta¿u lub eksploatacji.
Drug¹ prawdopodobn¹ przyczyn¹ k³opotów mo¿e byæ pod³¹czenie urz¹dzenia do innego portu, ni¿ ten obs³ugiwany przez
uruchomiony program PowerOsc. W takim
przypadku wystarczy prze³¹czyæ wtyczkê do
drugiego portu lub uruchomiæ program
PowerOsc obs³uguj¹cy drugi port.
Dariusz Drelicharz
[email protected]
E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h