Generator de frecvență audio pe un computer. Placa de sunet ca generator

SoundCard Oszilloscope - un program care transformă computerul într-un osciloscop cu două canale, un generator de frecvență joasă cu două canale și un analizor de spectru

Bună ziua, dragi radioamatori!
Fiecare radioamator știe că pentru a crea aparate de radio amatori mai mult sau mai puțin complexe, trebuie să ai la dispoziție nu doar un multimetru. Astăzi, în magazinele noastre puteți cumpăra aproape orice dispozitiv, dar - există un „dar” - costul calității decente a oricărui dispozitiv este nu mai puțin de câteva zeci de mii de ruble noastre și nu este un secret că pentru majoritatea rușilor acest lucru este o sumă semnificativă de bani și, prin urmare, aceste dispozitive nu sunt disponibile deloc, sau un radioamator cumpără dispozitive care au fost utilizate de mult timp.
Astăzi, pe site, vom încerca să echipăm laboratorul unui radioamator cu instrumente virtuale gratuite - un osciloscop digital cu două canale, un generator de frecvență audio cu două canale și un analizor de spectru. Singurul dezavantaj al acestor dispozitive este că toate funcționează numai în banda de frecvență de la 1 Hz la 20.000 Hz. Site-ul a oferit deja o descriere a unui similar program de radio amator: “ “ – program care convertește computer de acasăîntr-un osciloscop.
Astăzi vreau să vă aduc în atenție un alt program - „Oziloscopul plăcii de sunet”. Am fost atras de acest program de caracteristicile sale bune, designul atent, ușurința de a învăța și de a lucra în el. Acest programîn engleză, fără traducere în rusă. Dar nu consider acest lucru un dezavantaj. În primul rând, este foarte ușor să-ți dai seama cum să lucrezi în program, îl vei vedea singur și, în al doilea rând, într-o zi vei avea instrumente bune(și au toate simbolurile în engleză, deși ele însele sunt chinezești) și te vei obișnui imediat și ușor cu ele.

Programul a fost dezvoltat de C. Zeitnitz și este gratuit, dar numai pentru uz privat. O licență pentru program costă aproximativ 1.500 de ruble și există și așa-numita „licență privată” - care costă aproximativ 400 de ruble, dar aceasta este mai mult o donație către autor pentru îmbunătățirea ulterioară a programului. Vom folosi în mod natural versiune gratuită un program care diferă doar prin faptul că atunci când îl lansați, de fiecare dată apare o fereastră care vă cere să cumpărați o licență.

Descărcați programul ( ultima versiune din decembrie 2012):

(28,1 MiB, 41.300 de accesări)

Mai întâi, să înțelegem „conceptele”:
Un osciloscop este un dispozitiv conceput pentru cercetarea, observarea și măsurarea amplitudinii și a intervalelor de timp.
Osciloscoapele sunt clasificate:
♦ după scopul și modalitatea de afișare a informațiilor:
– osciloscoape cu scanare periodică pentru observarea semnalelor pe ecran (în Occident se numesc osciloscop)
– osciloscoape cu baleiaj continuu pentru inregistrarea curbei semnalului pe banda fotografica (in Occident se numesc oscilograf)
♦ prin metoda de prelucrare semnal de intrare:
– analogic
– digitală

Programul rulează într-un mediu nu mai mic decât W2000 și include:
- osciloscop cu două canale cu o frecvență de transmisie (în funcție de placa de sunet) de cel puțin 20 până la 20.000 Hz;
– generator de semnal cu două canale (cu o frecvență generată similară);
– analizor de spectru
– și este, de asemenea, posibil să înregistrați un semnal audio pentru studiu ulterior

Fiecare dintre aceste programe are caracteristici suplimentare, pe care le vom lua în considerare pe măsură ce le studiem.

Vom începe cu generatorul de semnal:

Generatorul de semnal, așa cum am spus deja, este cu două canale - Canalul 1 și Canalul 2.
Să luăm în considerare scopul comutatoarelor și ferestrelor sale principale:
1 – butoane pentru pornirea generatoarelor;
2 – fereastra pentru setarea formei semnalului de ieșire:
sinus – sinusoidal
triunghi - triunghiular
pătrat - dreptunghiular
sawtooth - dinte de fierăstrău
zgomot alb zgomot alb
3 – regulatoare de amplitudine a semnalului de ieșire (maxim – 1 volt);
4 – regulatoare de setare a frecvenței ( frecvența dorită poate fi setat manual în ferestrele de sub comenzi). Deşi pe autorităţile de reglementare frecventa maxima– 10 kHz, dar în ferestrele inferioare poți introduce orice frecvență permisă (în funcție de placa de sunet);
5 – ferestre pentru setarea manuală a frecvenței;
6 – activați modul „Sweep – generator”. În acest mod, frecvența de ieșire a generatorului variază periodic de la valoarea minima setați în casetele „5” la valoarea maximă stabilită în casetele „Fend” pentru timpul stabilit în casetele „Timp”. Acest mod poate fi activat fie pentru un canal, fie pentru două canale simultan;
7 – ferestre pentru setarea frecvenței finale și timpului modului Sweep;
8 – conexiune software ieșirea canalului generator către primul sau al doilea canal de intrare al osciloscopului;
9 - stabilirea diferenței de fază între semnalele de la primul și al doilea canal al generatorului.
10 - setarea ciclului de lucru al semnalului (valabil doar pentru un semnal dreptunghiular).

Acum să ne uităm la osciloscopul în sine:

1 – Amplitudine - reglarea sensibilității canalului de deviere verticală
2 – Sincronizare – permite (prin bifare sau debifare) reglarea separată sau simultană a două canale în funcție de amplitudinea semnalului
3, 4 – vă permite să separați semnalele de-a lungul înălțimii ecranului pentru observarea lor individuală
5 – setarea timpului de baleiaj (de la 1 milisecundă la 10 secunde, cu 1000 de milisecunde într-o secundă)
6 – pornirea/oprirea osciloscopului. Când este oprit pe ecran, starea curentă a semnalelor este salvată și apare butonul Salvare (16), permițându-vă să salvați starea curentă pe computer sub formă de 3 fișiere (date text ale semnalului studiat, imagine alb-negruși o imagine color a imaginii de pe ecranul osciloscopului în momentul opririi)
7 – Declanșator – dispozitiv software, care întârzie începerea măturarii până când sunt îndeplinite anumite condiții și servește la obținerea unei imagini stabile pe ecranul osciloscopului. Există 4 moduri:
– pornit/oprit. Când declanșatorul este dezactivat, imaginea de pe ecran va părea „curgând” sau chiar „untată”.
– modul automat. Programul însuși selectează modul (normal sau simplu).
– modul normal. În acest mod, se efectuează o baleiere continuă a semnalului studiat.
– mod unic. În acest mod, se efectuează o măturare unică a semnalului (cu un interval de timp regulator instalat Timp).
8 – selectarea canalului activ
9 – Edge – tip de declanșare a semnalului:
- în creștere – de-a lungul frontului semnalului studiat
– în cădere – în funcție de declinul semnalului studiat
10 – Setare automată – instalare automată timpul de măturare, sensibilitatea canalului de deviere verticală Amplitudinea și, de asemenea, imaginea este condusă în centrul ecranului.
11 - Channel Mode – determină modul în care vor fi afișate semnalele pe ecranul osciloscopului:
– single – ieșire separată a două semnale către ecran
- CH1 + CH2 – ieșirea sumei a două semnale
– CH1 – CH2 – ieșirea diferenței dintre două semnale
– CH1 * CH2 – ieșirea produsului a două semnale
12 și 13 – selectați afișarea canalelor pe ecran (sau oricare dintre cele două, sau două simultan, valoarea Amplitudinei este afișată alături)
14 – ieșirea oscilogramei canalului 1
15 – ieșirea oscilogramei canalului 2
16 – deja trecut – înregistrarea unui semnal către un computer în modul de oprire a osciloscopului
17 – scară de timp (regulatorul nostru de timp este setat la 10 milisecunde, astfel încât scara este afișată de la 0 la 10 milisecunde)
18 – Stare – arată starea curentă a declanșatorului și, de asemenea, vă permite să afișați următoarele date:
- HZ și Volți – afișează frecvența tensiunii curente a semnalului studiat
– cursor – permite cursoarelor verticale și orizontale să măsoare parametrii semnalului studiat
– log to Fille – înregistrarea secundă cu secundă a parametrilor semnalului studiat.

Efectuarea de măsurători pe un osciloscop

Mai întâi, să setăm generatorul de semnal:

1. Porniți canalul 1 și canalul 2 (triunghiurile verzi se aprind)
2. Setați semnalele de ieșire - sinusoidale și dreptunghiulare
3. Setați amplitudinea semnalelor de ieșire la 0,5 (generatorul generează semnale cu o amplitudine maximă de 1 volți, iar 0,5 va însemna o amplitudine a semnalului egală cu 0,5 volți)
4. Setați frecvențele la 50 Herți
5. Comutați în modul osciloscop

Măsurarea amplitudinii semnalului:

1. Folosind butonul de sub inscripția Măsurare, selectați modul HZ și Volți, bifați casetele de lângă inscripțiile Frecvență și Tensiune. În același timp, avem deasupra frecvențele de curent pentru fiecare dintre cele două semnale (aproape 50 herți), amplitudinea semnalului total Vp-p și tensiunea efectivă a semnalelor Veff.
2. Folosind butonul de sub inscripția Măsurare, selectați modul Cursore și verificați inscripția Tensiune. În acest caz avem două linii orizontale, iar în partea de jos sunt inscripții care arată amplitudinea componentelor pozitive și negative ale semnalului (A), precum și gama generală a amplitudinii semnalului (dA).
3. Setăm liniile orizontale în poziția de care avem nevoie față de semnal, pe ecran vom primi date despre amplitudinea lor:

Măsurarea intervalelor de timp:

Efectuăm aceleași operații ca și pentru măsurarea amplitudinii semnalelor, cu excepția – în modul Cursore, punem o bifă lângă inscripția Time. Ca urmare, în loc de cele orizontale, vom obține două linii verticale, iar în partea de jos se va afișa intervalul de timp dintre cele două linii verticale și frecvența curentă a semnalului în acest interval de timp:

Determinarea frecvenței și amplitudinii semnalului

În cazul nostru, nu este nevoie să se calculeze în mod specific frecvența și amplitudinea semnalului - totul este afișat pe ecranul osciloscopului. Dar dacă trebuie să utilizați un osciloscop analogic pentru prima dată în viață și nu știți cum să determinați frecvența și amplitudinea unui semnal, vom lua în considerare această problemă în scopuri educaționale.

Lăsăm setările generatorului așa cum au fost, cu excepția setării amplitudinii semnalului la 1.0 și a setărilor osciloscopului ca în imagine:

Setăm regulatorul de amplitudine a semnalului la 100 de milivolti, regulatorul de timp de baleiaj la 50 de milisecunde și obținem o imagine pe ecran ca mai sus.

Principiul determinării amplitudinii semnalului:
Controlul nostru de amplitudine este setat la 100 de milivolți, ceea ce înseamnă că costul împărțirii grilei pe verticală pe ecranul osciloscopului este de 100 de milivolți. Numărăm numărul de diviziuni din partea de jos a semnalului până în sus (obținem 10 diviziuni) și înmulțim cu prețul unei diviziuni - 10 * 100 = 1000 milivolti = 1 volt, ceea ce înseamnă că amplitudinea semnalului de la de sus în jos este de 1 volt. Exact în același mod, puteți măsura amplitudinea semnalului în orice parte a oscilogramei.

Determinarea caracteristicilor de sincronizare a semnalului:
Regulatorul nostru de timp este setat la 50 de milisecunde. Numărul de diviziuni orizontale ale scării osciloscopului este de 10 (in în acest caz, avem 10 diviziuni pe ecran), împărțiți 50 la 10 și obțineți 5, asta înseamnă că costul unei diviziuni va fi egal cu 5 milisecunde. Selectăm secțiunea oscilogramei semnal de care avem nevoie și numărăm în câte diviziuni se încadrează (în cazul nostru, 4 diviziuni). Înmulțim prețul unei diviziuni cu numărul de diviziuni 5*4=20 și determinăm că perioada semnalului în zona studiată este de 20 milisecunde.

Determinarea frecvenței semnalului.
Frecvența semnalului studiat este determinată de formula uzuală. Știm că o perioadă a semnalului nostru este de 20 de milisecunde, rămâne să aflăm câte perioade vor fi într-o secundă - 1 secundă/20 milisecunde= 1000/20= 50 Herți.

Analizor de spectru

Un analizor de spectru este un dispozitiv pentru observarea și măsurarea distribuției relative de energie a oscilațiilor electrice (electromagnetice) într-o bandă de frecvență.
Un analizor de spectru de joasă frecvență (ca și în cazul nostru) este proiectat să funcționeze în interval frecvențe audioși este utilizat, de exemplu, pentru a determina răspunsul în frecvență diverse dispozitive, la studierea caracteristicilor zgomotului, amenajarea diverselor echipamente radio. Mai exact, putem determina răspunsul amplitudine-frecvență al amplificatorului audio care este asamblat, putem configura diverse filtre etc.
Nu este nimic complicat în lucrul cu un analizor de spectru, mai jos, voi da scopul setărilor sale principale, iar tu însuți, prin experiență, îți vei da seama cu ușurință cum să lucrezi cu el.

Iată cum arată analizorul de spectru în programul nostru:

Ce este aici - ce:

1. Vedere verticală a scalei analizorului
2. Selectarea canalelor afișate din generatorul de frecvență și tipul de afișare
3. Partea de lucru a analizorului
4. Buton pentru înregistrarea stării curente a oscilogramei când este oprită
5. Modul de mărire a câmpului de lucru
6. Comutarea scării orizontale (scara de frecvență) de la vedere liniară la vedere logaritmică
7. Frecvența curentă semnal atunci când generatorul funcționează în modul de baleiaj
8. Frecvența curentă la poziția cursorului
9. Indicator de distorsiune armonică a semnalului
10. Setarea unui filtru pentru semnale în funcție de frecvență

Vezi cifrele Lissajous

Figurile Lissajous sunt traiectorii închise trasate de un punct care efectuează simultan două oscilații armonice în două direcții reciproc perpendiculare. Aspectul figurilor depinde de relația dintre perioadele (frecvențele), fazele și amplitudinile ambelor oscilații.

Dacă aplicați semnale cu frecvențe apropiate intrărilor „X” și „Y” ale osciloscopului, puteți vedea cifrele Lissajous pe ecran. Această metodă este utilizată pe scară largă pentru a compara frecvențele a două surse de semnal și pentru a potrivi o sursă cu frecvența celeilalte. Când frecvențele sunt apropiate, dar nu egale între ele, cifra de pe ecran se rotește, iar perioada ciclului de rotație este inversul diferenței de frecvență, de exemplu, perioada de rotație este de 2 s - diferența de frecvențe dintre semnale este de 0,5 Hz. Dacă frecvențele sunt egale, figura îngheață nemișcată, în orice fază, dar în practică, din cauza instabilităților pe termen scurt ale semnalelor, figura de pe ecranul osciloscopului de obicei tremură puțin. Puteți utiliza pentru comparație nu numai frecvențe identice, ci și pe cele care sunt într-un raport multiplu, de exemplu, dacă sursa de referință poate produce doar o frecvență de 5 MHz, iar sursa reglată poate produce o frecvență de 2,5 MHz.

Nu sunt sigur că această funcție a programului vă va fi utilă, dar dacă aveți nevoie brusc de ea, atunci cred că vă puteți da seama cu ușurință de această funcție pe cont propriu.

Funcție de înregistrare audio

Am spus deja că programul vă permite să înregistrați oricare bip pe un computer pentru studii suplimentare. Funcția de înregistrare a semnalului nu este dificilă și vă puteți da seama cu ușurință cum să o faceți:

Programul „Computer-osciloscop”.
Acest program implementează un generator de funcții combinate de joasă frecvență. Semnalele de ieșire ale generatorului sunt transmise la două canale de ieșire stereo ale plăcii de sunet a computerului.
Generatorul produce semnale de următorul tip:.
- sinusoidal,
- dreptunghiular (meadru),
- triunghiular simetric,
- creșterea dinților de ferăstrău,
- căderea dinților de ferăstrău.
Aparatul poate funcționa în diferite moduri.
În modul independent constant, forma, frecvența și amplitudinea semnalelor pe două canale sunt setate separat.
În modul dependent constant, forma, frecvența și amplitudinea semnalelor de pe ambele canale sunt aceleași, semnalul celui de-al doilea canal (dreapta) poate fi deplasat în mod arbitrar în fază în raport cu semnalul primului canal (stânga).
În modul de creștere a frecvenței, semnalul de pe primul canal (stânga) își schimbă frecvența în limitele specificate cu setați viteza. Semnalul al doilea canal este oprit.
În modul de creștere a amplitudinii, semnalul de pe primul canal (stânga) își schimbă amplitudinea în limitele specificate la o viteză stabilită. Semnalul al doilea canal este oprit.
Comenzile de pe ecran sunt prevăzute cu comentarii pop-up și veți stăpâni cu ușurință funcționarea generatorului.
Frecvența semnalului poate fi setată în două moduri. Instalarea prin intrare directă se realizează în fereastra de vizualizare. Pentru a edita, faceți clic pe butonul din stânga ferestrei, introduceți o nouă valoare, apoi faceți clic Tasta Introducere. A doua metodă este o schimbare a frecvenței pasului cu un pas dat. În acest scop există comutatoare „mai sus-jos”. Două schimbă frecvența, al treilea schimbă treapta acestei schimbări. Rezoluția de setare a frecvenței este de 1 Hz.
Amplitudinea este stabilită printr-o modificare treptată cu un pas dat. În acest scop există comutatoare „mai sus-jos”. Două schimbă frecvența, al treilea schimbă treapta acestei schimbări. Rezoluția de setare a amplitudinii este de 1% din maxim.
Schimbarea de fază între semnale în modul dependent este setată prin introducerea directă a valorilor în grade. Pentru a edita, faceți clic pe butonul din stânga ferestrei, introduceți o nouă valoare, apoi apăsați Enter. Discretitudinea setării schimbării este de 1 grad.
În vederea dimensiune mare clipboard-urile plăcii de sunet, controlul dispozitivului este oarecum lent. Răspunsul la comutare este de aproximativ 1 secundă.
Când lucrați cu generatorul, nu ar trebui să rulați alte programe care creează efecte sonore. De asemenea, nu trebuie să efectuați manipulări prelungite pe ecran cu mouse-ul (mutare formulare etc.), acest lucru poate cauza o defecțiune a dispozitivului. Dacă apar pauze în semnalele de ieșire, utilizați butonul ecranului repornire().
Programul își amintește setările și setările și le restabilește data viitoare când îl porniți.

DI HALT:
Metoda este perversă, sincer să fiu, aș asambla rapid un generator de semnal de forma necesară pe R2R. Dar se întâmplă că uneori lipsește unul, alteori celălalt, dar aproape întotdeauna există gunoi de computer întins prin preajmă.

Disclaimer:
Aș dori să vă avertizez imediat că manipulările barbare cu computerul acoperă imediat garanția pentru hardware-ul cu un organ de blană, iar dacă raza de curbură a mâinilor este mică, întregul computer sau părți importante. Dacă te îndoiești de stabilitatea mâinii tale și de capacitățile tale, atunci este mai bine să asamblați un Frankenstein din gunoi doar pentru experimente.

Trebuia să depanez un dispozitiv Microcontroler AVR. Mai exact, primirea datelor de la ADC. Semnalul acestor date trebuie să fie de frecvență ultra joasă, aproximativ 1 Hz. Destul de ciudat, pentru a primi un semnal de o asemenea frecvență mijloace regulate destul de dificil. Placa de sunet Ieșirea are filtre care nu permit unui astfel de semnal de joasă frecvență să treacă. Prin urmare, s-a luat decizia de a actualiza placa de sunet.

Pentru a fi sigur, s-a decis implementarea acestui lucru pe o placă de sunet externă. Dar această experiență este valabilă și pentru plăcile de sunet încorporate, dar este demnă de Jedi.

O placă de sunet Sound Blaster Live a fost achiziționată de la ciocan. După o privire rapidă, a devenit clar că este imposibil să înțelegeți designul circuitului unei plăci cu 4 straturi fără iarbă bună. Dar este destul de evident că toate weekendurile și weekendurile semnale analogice mai întâi merg la op-amp, apoi la DAC/ADC. Ei bine, OU a fost căutat rapid pe google. Apoi am acordat atenție microcircuitului în care ajung aproximativ toate semnalele. Ea era a doua ca mărime. Am introdus marcajul pe Google și iată! Am găsit fișa de date!

Pinout microcircuit.

Suntem interesați de ieșirea liniară a DAC (subliniată cu roșu). Am selectat doar canalul potrivit. Dacă cineva decide să facă un osciloscop, atunci va trebui să se lipeze intrare de linie(dreptunghi albastru). Desigur, prin diagrama de decuplare corespunzătoare (care poate fi căutată pe Google pe Internet).
Pentru a nu arde DAC-ul cu experimentele mele infernale, am decis să-l protejez puțin. Și recomand să faci o astfel de schemă fără greș.

Rezistor lipit

Pentru a scoate semnalul de la computer, am folosit un conector VGA, care, printr-o minune, stătea pe birou. Ce este bun la acest fir: are 5 fire ecranate separat. Tocmai am conectat un fir la pinul 1 (semnal roșu). Deoarece ecranele tuturor semnalelor sunt oricum conectate la masă, nu m-am deranjat cu conexiunea la masă. Desigur, în mod ideal trebuie să scoateți masa analogică a plăcii de sunet (unde se află, se caută în fișa de date pentru același cip), dar am fost înșurubat.

Sistem de sunet instalat și priza generatorului nostru

Ca generator folosesc un program primitiv „Tone Generator”, care poate fi descărcat de aici. Vă permite să generați undă sinusoidală, ferăstrău, undă pătrată, zgomot alb și un semnal ciudat.

Ceea ce este suficient pentru scopurile mele.
După ce a fost instalat în computer, am decis să folosesc un osciloscop pentru a mă asigura că se desfășoară generația și l-am lipit corect.

Sinusul pur al generatorului nostru.

Ei bine, polarizarea fără un condensator în DAC-ul meu este de aproximativ 2 volți. Să verificăm cum mănâncă ADC-ul microcontrolerului meu.

Un generator și un program care citește valorile ADC ale microcontrolerului.

Nu acordați atenție că sinusul măsurat de controler este atât de rupt - frecvența de eșantionare este foarte scăzută.
Pentru a deplasa punctul zero, precum și pentru a reduce amplitudinea semnalului la jumătate, trebuie să plasați un rezistor de 10 k la masă. Astfel, împreună cu rezistența de pe placa de sunet, se formează un divizor de tensiune.

Mă înclin pentru aceste experimente reușite.

Postați navigare 84 de gânduri despre „Placa de sunet ca generator”