Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Wyszukiwarki naszych partnerów

Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
Europejski lider sprzedaży techniki i elektroniki.
Proszę, dodaj wyjątek elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Amatorski oscyloskop/generator USB (k. dźwiękowa)

goreckidiy 19 Lis 2017 07:41 6216 18
  • Amatorski oscyloskop/generator USB (k. dźwiękowa)

    Dzień dobry,

    Dzisiejsza prezentacja dotyczy mojej ostatecznej już wersji amatorskiego oscyloskopu, oraz generatora opartego o zewnętrzną kartę dźwiękową USB.
    Niby nic specjalnego jak na dzisiejsze czasy, ale urządzenie łatwe w montażu, niedrogie, a co najważniejsze przydatne.

    Parametry urządzenia:

    OSCYLOSKOP:
    Kanały: 1
    Vpp max: 25V
    R wej: > 1M Ohm
    Częstotliwość: 20kHz
    Dzielnik: x1 (5 Vpp max) x5 (25 Vpp max)

    GENERATOR
    Out Vpp: 0 – 10V
    Częstotliwość : 20Hz – 20kHz
    Przebiegi: Prostokąt, Sinus, Trójkąt, Szum

    Częstotliwości generatora, oraz oscyloskopu zależne są od karty dźwiękowej.
    Są to tylko wartości poglądowe. W praktyce częstotliwości użyteczne są znacznie niższe.


    Konstrukcja:
    Urządzenie składa się z generatora zasilania symetrycznego opartego o znany wszystkim układ Max232. Jest to dość nietypowe zastosowanie tej kostki, ale za jej wyborem przemówiła do mnie skromna ilość elementów zewnętrznych, niska cena, i dość stabilne napięcie wyjściowe. Należy jednak pamiętać że maksymalny prąd wyjściowy przetwornicy wewnętrznej nie przekracza 10mA. W tym przypadku ten niewielki prąd w zupełności wystarcza. Kolejnym ważnym elementem zasilanym właśnie z przetwornicy Maxa jest podwójny wzmacniacz operacyjny TL082.
    Jeden wzmacniacz (A) pracuje jako wtórnik napięciowy, stanowiąc bufor wejściowy oscyloskopu, a druga połowa(B) kostki pracuje jako wzmacniacz dla generatora przebiegów, umożliwiając uzyskanie amplitudy wyjściowej 10Vpp. Wejście oscyloskopowe wzmacniacza zostało wyposażone w dwa dzielniki. Pierwszy umożliwia pomiar napięcia do 5Vpp, a drugi do 25Vpp – przełącza się je za pomocą zworki na goldpinach. Dodatkowo wejście oscyloskopu zostało zabezpieczone dwoma diodami 1N5819, przed napięciem wyższym niż 1Vpp. Nie zwalnia to jednak z ostrożności podczas dokonywania pomiarów.
    Podkreślam że nie ponoszę odpowiedzialności za ewentualne szkody powstałe w skutek eksploatacji urządzenia. Z zamieszczonych tutaj materiałów korzystasz na własną odpowiedzialność.

    Amatorski oscyloskop/generator USB (k. dźwiękowa)

    Dobór karty dźwiękowej:




    W zasadzie można użyć dowolnej. Warto jednak mieć na uwadze, że lepszą okaże się ta z której można usunąć filtr składowej stałej, zarówno na wejściu mikrofonowym, jak i na wyjściu słuchawkowym. Filtr składowej stałej powoduje, że na wejście nie da się podać napięcia stałego. W efekcie wykres prostokątny nie będzie go w ogóle przypominał, sinusoida będzie miała charakterystyczne „dzióbki” na szczycie, a trójkąt będzie kładł się na prawą stronę. W moim egzemplarzu udało się tylko częściowo pozbawić filtra wejściowego. Na wyjściu niestety nie, co można zaobserwować na oscylogramach z generatora.
    Karty które przetestowałem:
    3D Sound – brak możliwości usunięcia filtrów
    GreEw Podróbka(obecnie) – da się tylko częściowo usunąć z wejścia MIC. Podobno na oryginalnej da się w pełni pozbyć filtra wejściowego. Na temat filtra wyjściowego, nie mam żadnych informacji.

    Pomiary:
    Nie od dziś wiadomo, że karta dźwiękowa została zaprojektowana do nieco innych celów niż tutaj opisywane ;). Nie znaczy to jednak że kompletnie nie nadaje się ona do wykonywania pomiarów.
    Co prawda wyniki będą obarczone niewielkim błędem, ale to przecież tanie amatorskie urządzenie.
    Po montażu urządzenia niestety nie można spodziewać się, że od razu będzie ono poprawnie mierzyło napięcie wejściowe, należy je bowiem odpowiednio skalibrować.

    Kalibracja:
    Zacznijmy od ustawienia amplitudy wyjściowej generatora, który później posłuży nam jako wzorzec. Aby to zrobić dokładnie, najlepiej jest użyć komercyjnego oscyloskopu, jednak większość z osób zainteresowanych wykonaniem urządzenia, takowego nie posiada. Istnieje jednak alternatywny sposób kalibracji, niestety mniej dokładny.

    1. Podłącz urządzenie do komputera, a następnie uruchom program „Generator.exe”.
    2. W programie ustaw amplitudę na max, przebieg Sinusoidalny, oraz częstotliwość dokładnie 50Hz.
    3. Przyłóż woltomierz napięcia przemiennego, do wyjścia generatora, i potencjometrem na płytce, ustaw 10V. Nie wyłączaj aplikacji!

    Tym sposobem mamy dość dokładne napięcie odniesienia, którym można posłużyć się podczas kalibracji oscyloskopu.

    1. Załóż zworkę na dzielnik x5, połącz ze sobą wyjście generatora, z wejściem oscyloskopu, a następnie uruchom program Miniscope.exe
    2. Za pomocą „łapki” z górnego paska, ustaw widoczny przebieg w taki sposób, by łatwo było określić jego połowę (faktyczne przejście przez 0), a następnie wybierz z górnego paska „celownik”.
    3. Kliknij prawym przyciskiem myszy w miejsce, w którym wykres powinien przechodzić przez „0”, a następnie lewym przyciskiem na szczycie sinusa.
    4. Z menu wybierz Tools -> Calibrate Sensitivity, a następnie w pole pod 4 punktem wpisz 1. Kliknij przycisk „Calculate”, i „Store Callibration”
    [10(Uwej) / 5(dzielnik 5) / 2(dwie połówki wykresu) = 1 ]

    Dla sprawdzenia poprawności wskazań, aktualny wskaźnik Vpp należy pomnożyć przez 5, i powinno wyjść ok. 10V, czyli tyle ile jest naprawdę.

    Amatorski oscyloskop/generator USB (k. dźwiękowa)


    Oscylogramy:
    Poniżej zbiór oscylogramów, przedstawiających faktyczne wykresy z mini oscyloskopu oraz generatora. Jako oscyloskopu porównawczego, użyłem komercyjnego „Hantek 6022”.
    Jako źródła sygnału dla oscyloskopu, użyłem generatora niegdyś przedstawionego na łamach czasopisma „Elektronika Praktyczna” (kiedyś przedstawiałem moje wykonanie w dziale DiY).


    Oscyloskop, ok. 2kHz:
    Amatorski oscyloskop/generator USB (k. dźwiękowa) Amatorski oscyloskop/generator USB (k. dźwiękowa) Amatorski oscyloskop/generator USB (k. dźwiękowa) ]


    Oscyloskop, ok. 300Hz:
    Amatorski oscyloskop/generator USB (k. dźwiękowa) Amatorski oscyloskop/generator USB (k. dźwiękowa) Amatorski oscyloskop/generator USB (k. dźwiękowa)


    Generator, 440Hz:
    Na wykresie przedstawiającym wykres prostokątny oraz trójkątny widać niepożądane działanie filtra składowej stałej.
    Amatorski oscyloskop/generator USB (k. dźwiękowa) Amatorski oscyloskop/generator USB (k. dźwiękowa) Amatorski oscyloskop/generator USB (k. dźwiękowa)




    Całość wygląda dość ładnie, jak na urządzono warte 20zł ;)
    Zachęcam do realizacji i komentowania mojego projektu ;)

    Pozdrawiam,
    Łukasz Górecki





    Linki:
    http://tomeko.net/miniscope_v4/ - Aplikacja „Miniscope” napisana przez Pana Tomasza Ostrowskiego. Jest to najlepsza aplikacja zmieniająca kartę dźwiękową w oscyloskop. Gratuluję autorowi!.
    http://tomeko.net/dsoundscope/C_Media2/ - Opis pozbycia się filtrów składowej stałej w karcie firmy GreEw (C-Media)
    http://www.tgs.sys.net.pl/ - Program „Generator”

    W załączniku, wszystkie niezbędne materiały, oraz aplikacje.


    Fajne!
  • #3 19 Lis 2017 15:45
    katakrowa
    Poziom 16  

    Fajne tanie i wygląda na skuteczne. Miałem tego Hanteka więc podejrzewam, że twój działa lepiej - może nie ten zakres ale mimo wszystko :-)

    Mam jednak pytanie co daje zastosowanie dodatkowego wzmacniacza przed wejściem do karty dźwiękowej ?
    Czy mógłbyś udostępnić kod źródłowy swojej aplikacji - widziałem, że chyba w visual studio c++ to robiłeś?

  • #4 19 Lis 2017 16:33
    meraks
    Poziom 1  

    Chciałbym przywitać się ze wszystkimi (pierwszy post).
    Mam pewne wątpliwości co do sposobu uproszczonej kalibracji.
    Woltomierz napięcia przemiennego wskazuje napięcie skuteczne.
    Kalibrujemy amplitudę. Wydaje się, że dopiero po uwzględnieniu współczynnika √2
    otrzymamy poprawną kalibrację. Może się pomyliłem, więc proszę o wyjaśnienie.
    Niewykluczone że procedura kalibracji uwzględnia ten fakt.
    Pozdrawiam,
    SM

  • #5 19 Lis 2017 20:43
    goreckidiy
    Poziom 9  

    meraks napisał:
    Czy mógłbyś udostępnić kod źródłowy swojej aplikacji - widziałem, że chyba w visual studio c++ to robiłeś?

    Nie jestem autorem aplikacji, lecz wydaje mi się że udostępnia on źródło na swojej stronie.
    http://tomeko.net/miniscope v4/ (adres jest na końcu posta).

    meraks napisał:
    Mam pewne wątpliwości co do sposobu uproszczonej kalibracji.

    Owszem... kalibracja ta nie jest dokładna, tak jak wyżej napisałem.
    Dla osób które nie mają dostępu do zewnętrznego oscyloskopu, pozostaje jednak tylko taka.
    Sposób o którym pisałem wyżej, został przezemnie sprawdzony.
    Rozbieżności są, ale nie masakrycznie duże, a przecież lepiej tak skalibrować niż na oko ;) Ogólnie masz rację, ale to chyba jedyna rozsądna alternatywa.

  • #6 20 Lis 2017 08:54
    cefaloid
    Poziom 29  

    goreckidiy napisał:
    Parametry urządzenia:
    Częstotliwość: 20kHz


    Przy jakim próbkowaniu powyższe jest prawdziwe? Bo przy 44.1 kHz nie jesteś kompletnie w stanie ocenić kształtu sygnału 20kHz bo to daje 2 próbki na okres. Przy 192kHz (o ile karta takie ma) jestem w stanie w to uwierzyć.

    goreckidiy napisał:
    Dobór karty dźwiękowej:
    W zasadzie można użyć dowolnej. Warto jednak mieć na uwadze, że lepszą okaże się ta z której można usunąć filtr składowej stałej, zarówno na wejściu mikrofonowym, jak i na wyjściu słuchawkowym. Filtr składowej stałej powoduje, że na wejście nie da się podać napięcia stałego. W efekcie wykres prostokątny nie będzie go w ogóle przypominał, sinusoida będzie miała charakterystyczne „dzióbki” na szczycie, a trójkąt będzie kładł się na prawą stronę.


    Bardzo słuszna uawaga. Niemniej jedank nie chodzi tu tylko o filtr składowej stałej ale i filtry obcinające pasmo do 20kHz. Przykładowo sygnał prostokątny 1kHz z karty dźwiękowej gdzie pasmo jest ograniczone do 20kHz będzie wyglądał o tak:
    Amatorski oscyloskop/generator USB (k. dźwiękowa)

    Powód jest fajnie wytłumaczony tutaj.

    Mam nadzieję że przy próbkowaniu 192kHz filtr takich kart jest ustawiony na okolice 100kHz czyli można jego działanie pominąć.

    Generalnie patrząc na wykresy z Hanteka: za te pieniądze dobra robota, a ten Hantek nie jest wart 10zł. Nie wspomniałeś że analiza FFT z karty dźwiękowej (16 bit lub 24 bity) będzie miarodajna a z Hantekta (który ma bodajże 8bitów...) to będzie jakiś bezwartościowy ślaczek.

  • #7 20 Lis 2017 09:32
    pawel-jwe
    Poziom 30  

    A co z kwestią odwracania fazy sygnału przez kartę dźwiękową (wejście MIC)? Sam miałem ten problem i jest to dość powszechne (ponoć jest to kwestia softwarowa - sterowniki, ale tego tematu nie zgłębiałem).
    Do tego w tańszych kartach faza lubi się rozjeżdżać na granicach pasma, co dodatkowo "psuje" wykresy.

  • #8 20 Lis 2017 10:07
    R-MIK
    Poziom 38  

    Nie można tego nazwac ani oscyloskopem ani generatorem.
    Oscyloskop:
    - sprzężenie DC gdzie jest?
    - wyzwalanie zewnętrznym sygnałem?
    Takie funkcje maja najprostsze oscyloskopy.

    Generator:
    - regulacja ofsetu?
    - zmienna rezystancja wyjściowa, zależna od obciążenia (mała wydajność źródła zasilania)

    Generator zawęża jego zastosowanie do urządzeń audio, a "oscyloskop"? Przy próbkowaniu 44kHz, pasmo "cyfrowe" 22kHz "analogowe", max 1..2kHz (10..20 próbek na okres), realnie 100..200Hz (100..200 próbek na okres). Czemu może służyć taki "oscyloskop". Jedynie do stwierdzenia tętnień zasilacza liniowego.

    Tak jak użycie karty dźwiękowej w roli generatora czy oscyloskopu można zrozumieć (jak sie nie ma co sie lubi, to sie lubi to sie ma), tak budowanie układów peryferyjnych do karty nie ma sensu. Lepiej kupic używany oscyloskop i generator.

  • #9 20 Lis 2017 18:59
    cefaloid
    Poziom 29  

    R-MIK napisał:
    Przy próbkowaniu 44kHz, pasmo "cyfrowe" 22kHz "analogowe", max 1..2kHz (10..20 próbek na okres), realnie 100..200Hz (100..200 próbek na okres). Czemu może służyć taki "oscyloskop". Jedynie do stwierdzenia tętnień zasilacza liniowego.


    Dlatego można a nawet trzeba użyć próbkowania 192kHz. Wtedy już zaczyna to mieć sens i coś tam można poanalizować.

    Za 10 - 20 zł to niech będzie i nawet do zabawy :)

    R-MIK napisał:
    Lepiej kupic używany oscyloskop i generator.


    Problem jest taki, że za nieduży pieniądz kupisz co najwyżej oscyloskop analogowy. A ten w epoce mikroprocesorów jest wg mnie mało przydatny.

    Cyfrowe znów poniżej 2000zł to też w zasadzie zabawki. Przy takim używanym za 1000zl wypada mieć obok analogowy bo takie coś w pomiarach audio oznacza zabawkę a nie oscyloskop:

    Amatorski oscyloskop/generator USB (k. dźwiękowa)
    No bo co ten szum +/- 1bit oznacza? Że do głupiego audio potrzeba nam nie 8 a 12 bitów rozdzielczości + "cyfrowy fosfor" a to kosztuje.

    Tak że w krytyce ująlbym fakt że to kosztuje 20zł a nie 2000.

  • #10 22 Lis 2017 18:09
    goreckidiy
    Poziom 9  

    Witam,

    Wasza krytyka jak najbardziej nie jest bezpodstawna, i faktycznie ciężko urządzenie, które przedstawiłem nazwać oscyloskopem, czy też użytecznym generatorem. Trzeba jednak pamiętać że jest to zabawka amatorska, która potrafi mniej więcej odwzorować faktyczny przebieg, a nawet dokonać nieskomplikowanych pomiarów, które są jednak obarczone błędem.
    Publikując ten artykuł, chciałem zadowolić osoby mało doświadczone, nie dysponujące funduszami na drogi sprzęt, którego możliwości i tak nie musiały by być wykorzystane.
    Dlaczego padło na kartę dźwiękową, która teoretycznie się do tego nie nadaje ?
    Każdy ją ma, i nie od dziś wiadomo że można ją wykorzystać do wyżej opisanych celów.
    Powstało już wiele różnych schematów, oraz aplikacji na PC, które umożliwiały oglądanie przebiegów.
    Choćby artykuł „Nieprzyzwoicie tani oscyloskop” zamieszczony na łamach czasopisma AVT.
    https://sklep.avt.pl/avt2767.html
    Z artykułu można dowiedzieć się też, po co bufor w postaci wzmacniacza – dla „katakrowa”
    Większość konstrukcji, cechował całkowity brak możliwości pomiaru amplitudy, z powodu płynnego dzielnika (potencjometru), lub mała rezystancja wejściowa. W moim projekcie chciałem wycisnąć jak najwięcej z jednej taniej karty dźwiękowej, co moim zdaniem udało mi się zrobić (nie ingerując zbytnio w samą kartę dźwiękową).
    Powstał generator ze znacznie wyższą amplitudą, niż typowe wyjście audio, i jedno kanałowy prymitywny oscyloskop.

    Czy rozmowy na temat rozdzielczości 8 / 12 bitów odnoszą się w jakiś sposób to mojego projektu ? – nie bardzo.
    Porównywanie oryginalnego oscyloskopu do karty dźwiękowej również mija się z celem, bo to jak by porównywać telewizor LCD 40’ Full HD do Rubina ;)
    Uwagi na temat kalibracji i uwzględnieniu współczynnika √2, również mijają się z celem, bo sama dokładność pomiarowa ma duże rozbieżności.

    Tyle w temacie...

  • #11 22 Lis 2017 18:34
    Freddy
    Poziom 43  

    Przestańcie wieszać pieski na @goreckidiy :)

    Według słownika PWN:oscyloskop to przyrząd do obserwacji i pomiaru przebiegów elektrycznych

    Według wiki:Oscyloskop – przyrząd elektroniczny służący do obserwowania, obrazowania i badania przebiegów zależności pomiędzy dwiema wielkościami elektrycznymi, bądź innymi wielkościami fizycznymi reprezentowanymi w postaci elektrycznej

    Obojętne zatem, czy pasmo jest 20kHz, czy też 10GHz - to jest oscyloskop

  • #12 22 Lis 2017 21:27
    cefaloid
    Poziom 29  

    goreckidiy napisał:
    Czy rozmowy na temat rozdzielczości 8 / 12 bitów odnoszą się w jakiś sposób to mojego projektu ? – nie bardzo.
    Porównywanie oscyloskopu za > 2000zł do karty dźwiękowej również mija się z celem, bo to jak by porównywać telewizor LCD 40’ Full HD do Rubina ;)

    Kolega KOMPLETNIE nie zrzumiał mojej wypowiedzi. Kompletnie.

  • #14 23 Lis 2017 06:56
    cefaloid
    Poziom 29  

    Zaszło nieporozumienie... Tą dygresją o chciałem wszystkm krytykom uświadomić ile by kosztowało to, czego brak krytykowali w Twojej przystawce. Chciałem pokazać że nawet te niby super "oscyloskopy" za ponad 1000zł (Siglenty, Rigole, Owony) mają sporo problemów. A tutaj koszt jest na poziomie 20 zł. Żadej koszt. Jak podkręcisz próbkowanie do 192kHz (da się?) to pasmo powinno być już ciekawe i nie tak znowu mało idzie podejrzeć. A że nie super precyzyjnie? W 90% przypadków chodzi o to by obejrzeć wykres poglądowo.

  • #15 23 Lis 2017 20:42
    wesoly wymiatacz
    Poziom 8  

    Ej, no nie każdy może sobie pozwolić na urządzenie warte 1000+ a tu tanio, prosto a, że wady ma to jak każde nawet super drogie cacka będzie je miało i już. Przecież opisanym oscyloskopem i tak sporo można podejrzeć. A pozwolić sobie może na niego każdy.

  • #17 29 Lis 2017 18:29
    goreckidiy
    Poziom 9  

    Jak wspomniałem w pierwszym poście, udało mi się tylko częściowo pozbyć filtru składowej stałej. Niestety nie posiadam zdjęcia, a nie chciał bym wylutowywać karty z płytki, by je wykonać.

    Ogólnie cały filtr składa się z kondensatora podłączonego szeregowo w torze wejściowym (jego nie można usuwać, ani mostkować, bo wejście przestaje działać, a to on najwięcej bruzdzi), a następnie rozgałęzia się na dodatkowy kondensator i rezystor połączony z inną scieżką wchodzącą pod układ scalony. Kondensator ten należy wylutować (nie zwierać!).

    Niestety całkiem usunąć w tym modelu się nieda, ponieważ sam układ scalony posiada jeszcze wewnętrzne zabezpieczenia przed składową stałą.
    Moim zdaniem pisząc się na wykonanie mojego projetu, warto rozejżeć się za kartą podatną na tą modyfikację.

  • #19 30 Lis 2017 05:29
    goreckidiy
    Poziom 9  

    Nie wszystkie. Na stronie autora programu miniscope można znaleźć opisy do różnych kart (link do zagranicznej strony z opisami). Mi się wydaje że na usb jest lepsza. I tak będziesz potrzebował usb do zasilania. Z karty PCI będziesz miał lepsze parametry niż z taniej usb, ale i tak to namiastka oscyloskopu.

TME logo Szukaj w ofercie
Zamknij 
Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
TME Logo