Do czego to sluzy?
Oscyloskop jest chyba najprzydatniejszym przyrzadem, jaki mozna znalezc w pracowni elektronicznej. Przy uruchamianiu, napra?wach, testach wszelkiego sprzetu elektronicz?nego jest wrecz niezastapiony. Jest dla bada?nego ukladu jak elektrokardiograf dla serca pacjenta. Obrazuje graficznie przebiegi napiec w urzadzeniach elektronicznych.
Niestety jest to najkosztowniejszy sposrod wszystkich potrzebnych elektronikowi urzadzen. Ceny oscyloskopow zaczynaja sie od okolo lOOOzl. Dla przecietnego elektronika -hobbysty czy nawet elektronika prowadzacego maly warsztat to spora kwota. Nie kazdy zdecyduje sie przeznaczyc takie pieniadze na „zabawy" hobbystyczne. Nie ma co jednak zalamywac rak! Zazwyczaj z kazdej - nawet najbardziej podbramkowej sytuacji - mozna znalezc jakies wyjscie. W tym juz miejscu zdradze Warn, ze rezygnacja z tak pozytecznego narzedzia nam nie grozi! Nie uszczupli tez w znaczacy sposob naszych zasobow finansowych. Ba! Nasz oscyloskop bedzie wrecz nieprzyzwoicie tani. Jak to mozliwe? Czytajcie dalej.
Jak to dziala?
Kazdy z nas zdaje sobie sprawe, jak skompli?kowanym i rozbudowanym urzadzeniem jest oscyloskop. Dlatego pewnie wiekszosc z czy?tajacych ten tekst osob bedzie zaskoczona skromnoscia srodkow elektronicznych zasto?sowanych do budowy przedstawionego oscy?loskopu. Powod tego jest tylez prozaiczny, co zaskakujacy. Po prostu wszystkie funkcje oscyloskopu realizowane sa programowo.
Program Winscope krazy po Internecie juz od dobrych kilku lat. Jego doskonalosc najle?piej obrazuje fakt, iz od jego powstania nikt nie napisal lepszego i prostszego w obsludze programu zmieniajacego komputer w oscylo?skop. Nie chcac poprawiac autora, a po tro?sze z wrodzonego lenistwa, zrezygnowalem z pisania nowego programu. Postanowilem za to wykorzystac wspomniany Winscope autorstwa Konstantina Zeldovicha, zwiekszajac tylko jego funkcjonalnosc. Program jest dostepny w sieci i ma licencje freeware.
Rysunek 1 przedstawia okno programu w czasie pracy w roli oscyloskopu. Jak widac, program jako zywo przypomina „prawdziwy" oscyloskop. Menu programu jest jasne i przejrzyste.
W Options | Timing... mozna ustawic za?kres probkowania sygnalu wejsciowego na 11025Hz, 22050Hz lub 44100Hz, oraz czestotliwosc odswiezania (domyslnie 330ms). Od tych parametrow zalezy dokladnosc odzwierciedlenia badanego przebiegu. Im wartosc probkowania wyzsza, a czestotliwosc odswiezania nizsza, tym wykres blizszy idealowi. Oczywiscie szybsze probkowanie czy odswiezanie danych wymaga wiekszej mocy obliczenio?wej. Jezeli wiec karta dzwiekowa lub procesor „nie wyrabiaja", wyswietlana jest informacja„TIMEOUT". Oznacza to, ze system nie radzi sobie i trzeba nieco zmniejszyc czestotliwosc odswiezania i/lub probkowania. Opcja DISABLE WARNING sluzy do wylaczania tego ostrzezenia. Opcja Save setup w menu Options umozliwia zapisanie wprowadzonych zmian w ustawieniach programu.
Suwaki Yl i Y2 sluza do wyciagania / splaszczania badanego przebiegu w pionie, a suwaki Yl i Y2 POS do przesuwanie prze?biegow rowniez w pionie.
Suwak T pozwala na rozciaganie / splasz?czanie badanego przebiegu w poziomie, a su?wak DELAY - przesu blem rozwiazuje w duzym stopniu czesc elek?troniczna. Pozwala ona podlaczac do oscylo?skopu sygnaly o napieciu okolo 24V, zamiast tolerowanych przez karte 1-2V.
Schemat ideowy czesci elektronicznej przedstawia rysunek 3. Podwojny wzmac?niacz operacyjny Ul pracuje jako wtornik emiterowy. W zastosowanej aplikacji ma on charakter buforowy. Potencjometry Pl i P2 sluza do regulacji poziomu sygnalu wejscio?wego. Pozwalaja dostosowac napiecie wej?sciowe do wartosci bezpiecznej dla wejsc kar?ty dzwiekowej (jezeli napiecie wejsciowe przekracza gorna granice tolerowana przez karte).
Czesc elektroniczna zasilana jest z wyjsc DTR i RTS portu szeregowego. Standardowo po wlaczeniu komputera na obu wejsciach pa?nuje stan niski, czyli okolo -10V. Do zasilania ukladu wykorzystywane jest napiecie ±10V, a wiec jedno z wyjsc musi zostac ustawione w stan wysoki (+10V). Sluzy do tego program PowerOsc. Dziala on w ten sposob, ze chcac wlaczyc program Winscope, klikamy na program PowerOsc. Wlacza sie wowczas program PowerOsc, ustawiajac wyjscia portu szeregowego w odpowiednim stanie oraz uruchamiajac program Winscope. Gdy kon?czymy prace w z programem Winscope i wy?laczamy go, pojawia sie okno programu Po?werOsc z informacja o jego przeznaczeniu. Teraz wystarczy kliknac na przycisku OK, by go zamknac. Okno programu widac na rysunku 4.
Montaz i uruchomienie
Ze wzgledu na prostote uklad zostal zmonto?wany na kawalku plytki uniwersalnej. Przy montazu nalezy poslugiwac sie schematem ideowym przedstawionym na rysunku 3. Mo?del mial charakter eksperymentalny, ale w praktyce dla wygody uzytkowania dobrze byloby zamknac calosc w obudowie, zastapic potencjometry montazowe potencjometrami obrotowymi przykrecanymi do obudowy oraz wyposazyc w wejscia pomiarowe (np. typu chinch).
Programy PowerOsc i Winscope wraz z to?warzyszacymi mu plikami powinny znajdo?wac sie w jednym folderze. Korzystanie z oscyloskopu rozpoczynamy od podlaczenia ukladu do komputera, do wejscia liniowego karty dzwiekowej i wybranego portu szeregowego (COM1 lub COM2). Wazne jest, aby przy podlaczaniu/odlaczaniu oraz wlaczaniu/wylaczaniu badanego sygnalu potencjometry znajdowaly sie w pozycji skrajnej do masy. Pozwoli to ochronic wejscia karty dzwiekowej przed zbyt duzym sygnalem wej?sciowym, mogacym je uszkodzic. Maksymal?na amplituda badanych sygnalow nie powinna przekraczac 24V.
Kolejnym krokiem bedzie uruchomienie programu PowerOsc w wersji obslugujacej port, do ktorego podlaczony jest uklad. wejscie liniowe (sluchawkowe) karty
dzwiekowej wanie wyswietlanego przebiegu rowniez w poziomie.
Przebieg mozna obserwowac w czasie rzeczywistym lub w dowolnym momencie zatrzymac i analizo?wac „na sucho".
Rysunek 2 przed?stawia okno programu w czasie pracy jako analizator widma. Na?jechanie kursorem na dowolny punkt widma owocuje wyswietle-niemjego czestotliwo?sci. Podobnie jak w przypadku pracy w roli oscyloskopu, i tym razem mozna analizowac widmo badanego sygnalu w czasie rzeczywistym lub po zatrzymaniu „na sucho". Choc czestotliwosc wejsciowa oscylosko?pu nie zachwyca, jed?nak jak na tak daleko posunieta skromnosc zastosowanych srod?kow jest zupelnie za?dowalajaca. Spostrze?gawcze osoby zauwaza, ze zakres ten jest ograniczony pasmem wej sciowym karty dzwiekowej, z ktorego wejscia program ko?rzysta.
Program PowerOsc zapewnia zasilanie symetryczne +/-10V przystawce elektronicznej podlaczanej do portu RS232, rozszezajacej funkcjonalnosc programu Winscope.exe. W Hobbystcznych zastosowaniach zakres ofe?rowanej czestotliwosc wejsciowej bedzie w wiekszosci przypad?kow wystarczajacy. Rowniez w powazniej?szych zastosowaniach, szczegolnie tych zwiazanych z systemami audio, rowniez okaze sie wystarczajacy.
Takze wartosc am?plitudy wejsciowej ba?danego sygnalu nie oszalamia.nie powinna przekraczac 24V!!.
Wlaczenie go spowoduje uruchomienie aplikacji Winscope i wlaczenie zasilania ukla?du. Teraz mozna podlaczyc badany sygnal do jednego lub obydwu wejsc. Klikniecie na przycisku ON LINE programu Winscope spo?woduje rozpoczecie pomiaru. Potencjometry Pl i/lub P2 nalezy ustawic w takiej pozycji, aby wyswietlany przebieg byl „czytelny". Unikac nalezy sytuacji, gdy suwaki potencjo?metrow znajduja sie w pozycji skrajnej od masy. Jest to dopuszczalne tylko dla sygnalow o amplitudzie < 2V. Regulacji koncowej mozna dokonywac za pomoca suwakow w programie oznaczonych Yl i Y2. Pomiar zostanie zatrzymany po kliknieciu na przycisku HOLD.
Przejscie do funkcji analizatora widma na?stapi po kliknieciu na przycisku FFT. Doklad?ny opis wszystkich funkcji programu Winsco?pe znajduje sie w jego pliku pomocy (w jezy?ku angielskim). Ewentualne problemy moga wystapic w przypadku, gdy do budowy urzadzenia uzylismy uszkodzonych elementow, wzglednie zostaly uszkodzone w czasie montazu lub eksploatacji.
Druga prawdopodobna przyczyna klopo?tow moze byc podlaczenie urzadzenia do innego portu, niz ten obslugiwany przez uruchomiony program PowerOsc. W takim przypadku wystarczy przelaczyc wtyczke do drugiego portu lub uruchomic program PowerOsc obslugujacy drugi port.
Wykaz elementow
U1 ..................................TL082
P1.P2 ...............................100kii
S1 .............................gniazdo DB9
S2............................gniazdo chinch
Obudowa DB9