Generátor zvukovej frekvencie 1.0. Generátor zvukovej frekvencie

SoundCard Oszilloscope - softvér, ktorý premení počítač na dvojkanálový osciloskop, dvojkanálový nízkofrekvenčný generátor a spektrálny analyzátor

Dobrý deň, milí rádioamatéri!
Každý rádioamatér vie, že na vytvorenie viac či menej zložitých rádioamatérskych zariadení je potrebné mať k dispozícii nielen multimeter. Dnes si v našich obchodoch môžete kúpiť takmer akékoľvek zariadenie, ale - existuje jedno "ale" - náklady na slušnú kvalitu akéhokoľvek zariadenia nie sú nižšie ako niekoľko desiatok tisíc našich rubľov a nie je žiadnym tajomstvom, že pre väčšinu Rusov ide o vela penazi, a preto tieto zariadenia nie su vobec dostupne, alebo si radioamater kupi dlho pouzivane zariadenia.
Dnes na stránke , pokúsime sa vybaviť rádioamatérske laboratórium bezplatnými virtuálnymi prístrojmi -digitálny dvojkanálový osciloskop, dvojkanálový generátor audio frekvencie, spektrálny analyzátor... Jedinou nevýhodou týchto zariadení je, že všetky pracujú iba vo frekvenčnom rozsahu od 1 Hz do 20 000 Hz. Stránka už uviedla popis podobného rádioamatérskeho programu:“ “ - program, ktorý premení domáci počítač na osciloskop.
Dnes vám chcem dať do pozornosti ďalší program - “Oszilloscope SoundCard“. Tento program ma zaujal pre svoje dobré vlastnosti, premyslený dizajn, jednoduchosť štúdia a práce v ňom. Tento program je v angličtine, neexistuje žiadny ruský preklad. To ale nepovažujem za nevýhodu. Po prvé, je veľmi ľahké prísť na to, ako v programe pracovať, uvidíte to sami, a po druhé - jedného dňa získate dobré zariadenia (a majú celý zápis v angličtine, hoci sú čínske) a okamžite a ľahko zvyknúť si na ne.

Program bol vyvinutý C. Zeitnitzom a je bezplatný, ale len na súkromné ​​použitie. Licencia na program stojí asi 1500 rubľov a existuje aj takzvaná "súkromná licencia" - asi 400 rubľov, ale to je skôr dar autorovi na ďalšie zlepšenie programu. Prirodzene, použijeme bezplatnú verziu programu, ktorá sa líši len tým, že pri každom spustení sa objaví okno s ponukou na kúpu licencie.

Stiahnite si program (najnovšia verzia z decembra 2012):

(28,1 MiB, 50 675 prístupov)

Najprv pochopme „koncepty“:
Osciloskop- prístroj určený na výskum, pozorovanie, meranie amplitúdy a časových intervalov.
Osciloskopy sú klasifikované:
♦ podľa účelu a spôsobu zobrazovania informácií:
- osciloskopy s periodickým pohybom na pozorovanie signálov na obrazovke (na Západe sa im hovorí osciloskop)
- kontinuálne osciloskopy na zaznamenávanie signálovej krivky na fotografickú pásku (na západe sa im hovorí oscilograf)
♦ podľa spôsobu spracovania vstupného signálu:
- analógový
- digitálny

Program funguje v prostredí nie nižšom ako W2000 a zahŕňa:
- dvojkanálový osciloskop so šírkou pásma (v závislosti od zvukovej karty) nie menšou ako 20 až 20 000 Hz;
- dvojkanálový generátor signálu (s rovnakou generovanou frekvenciou);
- spektrálny analyzátor
- a taktiež je možné nahrať zvukový signál pre jeho následné štúdium

Každý z týchto programov má ďalšie funkcie, na ktoré sa pozrieme v priebehu ich štúdia.

Začneme generátorom signálu:

Generátor signálu, ako som už povedal, je dvojkanálový – kanál 1 a kanál 2.
Pozrime sa na účel jeho hlavných spínačov a okien:
1 – tlačidlá na zapnutie generátorov;
2 – okno nastavenia výstupného tvaru vlny:
sínus- sínusový
trojuholník- trojuholníkový
námestie- pravouhlý
pílový zub- pílový zub
biely šum- Biely šum
3 – regulátory amplitúdy výstupného signálu (maximálne - 1 volt);
4 – gombíky na nastavenie frekvencie (požadovanú frekvenciu je možné nastaviť manuálne v okienkach pod gombíkmi). Hoci maximálna frekvencia na regulátoroch je 10 kHz, v spodných oknách si môžete zaregistrovať ľubovoľnú povolenú frekvenciu (v závislosti od zvukovej karty);
5 – okná na manuálne nastavenie frekvencie;
6 – zapnutie režimu „Sweep - generátor“. V tomto režime sa výstupná frekvencia generátora periodicky mení z minimálnej hodnoty nastavenej v poliach „5“ na maximálnu hodnotu nastavenú v poliach „Fend“ počas doby nastavenej v poli „Time“. Tento režim je možné aktivovať buď pre jeden kanál alebo pre dva kanály naraz;
7 – okná pre nastavenie konečnej frekvencie a času režimu Sweep;
8 – softvérové ​​pripojenie výstupu kanála generátora k prvému alebo druhému vstupnému kanálu osciloskopu;
9 - nastavenie fázového rozdielu medzi signálmi z prvého a druhého kanálu generátora.
10 -pri Nastavenie pracovného cyklu signálu (účinné len pre štvorcovú vlnu).

Teraz sa pozrime na samotný osciloskop:

1 – Amplitúda - nastavenie citlivosti vertikálneho vychyľovacieho kanála
2 – Synchronizovať- umožňuje (zaškrtnutím alebo zrušením začiarknutia) vykonať oddelené alebo súčasné nastavenie dvoch kanálov z hľadiska amplitúdy signálu
3, 4 – umožňuje rozložiť signály po výške obrazovky pre ich individuálne pozorovanie
5 – nastavenie času posunu (od 1 milisekúnd do 10 sekúnd, s 1 000 milisekúnd za 1 sekundu)
6 – štart stop prevádzka osciloskopu. Po zastavení sa aktuálny stav budíkov uloží na obrazovku a zobrazí sa tlačidlo Uložiť ( 16 ) umožňujúci uložiť aktuálny stav do počítača vo forme 3 súborov (textové údaje študovaného signálu, čiernobiely obraz a farebný obraz z obrazovky osciloskopu v čase zastavenia)
7 – Spúšť- softvérové ​​zariadenie, ktoré odďaľuje začiatok rozmietania, kým nie sú splnené určité podmienky a slúži na získanie stabilného obrazu na obrazovke osciloskopu. K dispozícii sú 4 režimy:
– zapnuté / vypnuté... Keď je spúšť vypnutá, obraz na obrazovke bude vyzerať „bežiaci“ alebo dokonca „rozmazaný“.
– automatický režim... Program si sám zvolí režim (normálny alebo jednoduchý).
– normálny režim... V tomto režime sa vykonáva nepretržité snímanie skúmaného signálu.
– jeden režim... V tomto režime sa vykoná jednorazové vymazanie signálu (s časovým intervalom nastaveným gombíkom Time).
8 – aktívny výber kanálov
9 – Hrana- typ spúšťania signálu:
- stúpajúca- na prednej strane skúmaného signálu
– padajúce- rozpadom skúmaného signálu
10 – Automatické nastavenie- automatické nastavenie doby rozmietania, citlivosti amplitúdy vertikálneho vychyľovacieho kanála, ako aj obrazu sa posúvajú do stredu obrazovky.
11 -Režim kanála- určuje, ako sa budú signály zobrazovať na obrazovke osciloskopu:
– slobodný- samostatný výstup dvoch signálov na obrazovku
- CH1 + CH2- výstup súčtu dvoch signálov
– CH1 - CH2- výstup rozdielu dvoch signálov
– CH1 * CH2- výstup súčinu dvoch signálov
12 a 13 – výber zobrazenia kanálov na obrazovke (alebo jedného z dvoch, alebo dvoch naraz, hodnota sa zobrazí vedľa Amplitúda)
14 – výstup tvaru vlny kanála 1
15 – výstup tvaru vlny kanála 2
16 – už prešiel - záznam signálu do počítača v režime zastavenia osciloskopu
17 – časová mierka (máme regulátor čas má hodnotu 10 milisekúnd, takže mierka sa zobrazuje od 0 do 10 milisekúnd)
18 – Postavenie- zobrazuje aktuálny stav spúšte a tiež umožňuje zobraziť na obrazovke nasledujúce údaje:
- HZ a voltov- zobrazenie aktuálnej frekvencie napätia skúmaného signálu
– kurzor- zapnutie vertikálnych a horizontálnych kurzorov na meranie parametrov skúmaného signálu
– prihláste sa do Fille- zaznamenávanie parametrov sledovaného signálu za sekundu.

Meranie na osciloskope

Najprv nastavíme generátor signálu:

1. Zapnite kanál 1 a kanál 2 (rozsvietia sa zelené trojuholníky)
2. Nastavte výstupné signály - sínusový a pravouhlý
3. Nastavte amplitúdu výstupných signálov na 0,5 (generátor generuje signály s maximálnou amplitúdou 1 volt a 0,5 bude znamenať amplitúdu signálov rovnú 0,5 voltu)
4. Nastavte frekvenciu na 50 Hertzov
5. Prejdite do režimu osciloskopu

Meranie amplitúdy signálu:

1. Tlačidlo pod nápisom Zmerajte vyberte režim HZ a voltov, začiarknite vedľa štítkov Frekvencia a napätie... Súčasne sa zhora objavia aktuálne frekvencie pre každý z dvoch signálov (takmer 50 Hz), amplitúda celkového signálu Vp-p a efektívne signálne napätie Veff.
2. Tlačidlo pod nápisom Zmerajte vyberte režim Kurzory a vedľa nápisu zaškrtnite Napätie... V tomto prípade máme dve vodorovné čiary a v spodnej časti nápisov znázorňujúce amplitúdu kladných a záporných zložiek signálu ( A), ako aj kolísanie celkovej amplitúdy signálu ( dA).
3. Vodorovné čiary vystavíme v polohe, ktorú potrebujeme vzhľadom na signál, na obrazovke dostaneme údaje o ich amplitúde:

Meranie časových intervalov:

Vykonávame rovnaké operácie ako pri meraní amplitúdy signálu, s výnimkou režimu Kurzory začiarknite nápis čas... V dôsledku toho namiesto vodorovných dostaneme dve zvislé čiary a časový interval medzi dvoma zvislými čiarami a aktuálna frekvencia signálu v tomto časovom intervale sa zobrazí nižšie:

Stanovenie frekvencie a amplitúdy signálu

V našom prípade nie je potrebné špeciálne počítať frekvenciu a amplitúdu signálu - všetko sa zobrazuje na obrazovke osciloskopu. Ak však musíte prvýkrát v živote použiť analógový osciloskop a neviete, ako určiť frekvenciu a amplitúdu signálu, zvážime túto otázku na vzdelávacie účely.

Nastavenia generátora necháme tak, ako boli, s výnimkou, že amplitúda signálu je nastavená na 1,0 a nastavenia osciloskopu sú nastavené ako na obrázku:

Regulátor amplitúdy signálu nastavíme na 100 milivoltov, regulátor doby rozmietania na 50 milisekúnd a na obrazovke dostaneme obraz ako zhora.

Princíp stanovenia amplitúdy signálu:
Regulátor Amplitúda stojíme na pozícii 100 milivoltov, čo znamená, že vertikálne rozdelenie mriežky na obrazovke osciloskopu je 100 milivoltov. Spočítame počet dielikov od spodnej časti signálu k hornému (dostaneme 10 dielikov) a vynásobíme cenou jedného dielika - 10 * 100 = 1 000 milivoltov = 1 volt, čo znamená, že amplitúda signálu zhora nadol je 1 volt. Rovnakým spôsobom môžete merať amplitúdu signálu v ktorejkoľvek časti oscilogramu.

Určenie časovania signálu:
Regulátor čas stojíme na pozícii 50 milisekúnd... Počet horizontálnych dielikov stupnice osciloskopu je 10 (v tomto prípade máme na obrazovke 10 dielikov), vydeľte 50 10 a dostanete 5, čo znamená, že cena jedného dielika sa bude rovnať 5 milisekúnd. Vyberieme požadovaný úsek oscilogramu signálu a vypočítame, na koľko dielikov sa zmestí (v našom prípade - 4 dieliky). Vynásobte cenu 1 dielika počtom dielikov 5*4=20 a určiť, že perióda signálu v skúmanej oblasti je 20 milisekúnd.

Stanovenie frekvencie signálu.
Frekvencia skúmaného signálu je určená obvyklým vzorcom. Vieme, že jedna perióda nášho signálu sa rovná 20 milisekúnd, zostáva zistiť, koľko periód bude za sekundu - 1 sekunda / 20 milisekúnd = 1 000/20 = 50 Hz.

Spektrálny analyzátor

Spektrálny analyzátor- prístroj na pozorovanie a meranie pomerného rozloženia energie elektrických (elektromagnetických) kmitov vo frekvenčnom pásme.
Nízkofrekvenčný spektrálny analyzátor(ako v našom prípade) je určený na prácu vo frekvenčnom rozsahu zvuku a používa sa napríklad na zisťovanie frekvenčnej odozvy rôznych zariadení, pri skúmaní charakteristík hluku, nastavovaní rôznych rádiových zariadení. Konkrétne vieme určiť frekvenčnú odozvu zostaveného audio zosilňovača, nastaviť rôzne filtre atď.
Pri práci so spektrálnym analyzátorom nie je nič ťažké, nižšie uvediem účel jeho hlavných nastavení a vy sami, už empiricky, ľahko prídete na to, ako s ním pracovať.

Takto vyzerá spektrálny analyzátor v našom programe:

Čo je tu - čo:

1. Pohľad na vertikálnu stupnicu analyzátora
2. Výber zobrazovaných kanálov z generátora často a typu zobrazenia
3. Pracovná časť analyzátora
4. Tlačidlo pre záznam aktuálneho stavu priebehu pri zastavení
5. Spôsob zväčšenia pracovnej plochy
6. Prepnutie horizontálnej stupnice (frekvenčná stupnica) z lineárnej na logaritmickú formu
7. Aktuálna frekvencia signálu, keď je generátor v režime rozmietania
8. Aktuálna frekvencia na pozícii kurzora
9. Indikátor harmonického skreslenia signálu
10. Nastavenie filtra pre signály podľa frekvencie

Prezeranie figúr Lissajous

Lissajousove postavy- uzavreté trajektórie, ťahané bodom vykonávajúcim súčasne dve harmonické kmity v dvoch navzájom kolmých smeroch. Typ číslic závisí od vzťahu medzi periódami (frekvenciami), fázami a amplitúdami oboch kmitov.

Ak použijete na vstupy " X" a " Y»Osciloskopické signály blízkych frekvencií, potom na obrazovke môžete vidieť postavy Lissajousa. Táto metóda sa široko používa na porovnanie frekvencií dvoch zdrojov signálu a na porovnanie jedného zdroja s frekvenciou druhého. Keď sú frekvencie blízko, ale nie sú rovnaké, číslo na obrazovke sa otáča a perióda cyklu otáčania je prevrátená k rozdielu frekvencií, napríklad perióda otáčania je 2 s - rozdiel vo frekvenciách signálu je 0,5 Hz. Pri rovnakých frekvenciách postava nehybne zamŕza, v akejkoľvek fáze sa však v praxi v dôsledku krátkodobých nestabilít signálu zvyčajne postava na obrazovke osciloskopu mierne trasie. Na porovnanie je možné použiť nielen rovnaké frekvencie, ale aj tie vo viacnásobnom pomere, napríklad ak referenčný zdroj dokáže produkovať len frekvenciu 5 MHz a laditeľný zdroj - 2,5 MHz.

Nie som si istý, či táto funkcia programu bude pre vás užitočná, ale ak ju náhle potrebujete, myslím si, že túto funkciu môžete ľahko zistiť sami.

Funkcia nahrávania zvuku

Už som povedal, že program vám umožňuje zaznamenať akýkoľvek zvukový signál na počítači za účelom jeho ďalšieho štúdia. Funkcia nahrávania signálu nie je náročná a ľahko zistíte, ako na to:

Softvér počítačového osciloskopu

Aplikácia, ktorá vám umožňuje prenášať zvuk rôznych frekvencií cez niekoľko kanálov, je nevyhnutná pri nastavovaní profesionálnych hudobných systémov.

Generátor zvukových frekvencií - názov programu hovorí sám za seba. Aplikácia „Sound Generator“ má aj iný názov. Systém vám umožňuje prenášať zvuk s dodatočnou možnosťou prispôsobenia charakteristík signálu. Dôležitým plusom aplikácie je možnosť viackanálového prenosu zvuku. Po zapnutí generátora sa rozsvieti deväť samostatných panelov s funkciou možného nastavenia frekvencie pre každý kanál. Ich umiestnenie je možné zmeniť alebo ukotviť v oblasti pracovnej plochy.

Vlastnosti aplikácie

Zvuková aplikácia je kompatibilná s 24- a 32-bitovými kartami a vzorkovacia frekvencia musí byť 384 kHz. Je možný prenos šumu a harmonických sínusových signálov. Zmena zvukových fáz je jednoduchá vďaka mechanickému prepínaniu systému. Tieto funkcie sa často používajú pri použití profesionálneho vybavenia.
Generátor zvukovej frekvencie je vysoko cielená aplikácia. Je to spôsobené nasledujúcimi funkciami:

• Frekvenčný rozsah nie je obmedzený, závisí od technických možností zvukového systému;
• generátor zabezpečuje prevádzku dvoch alebo viacerých oscilátorov s funkciou súčasnej zmeny charakteristík prenosu zvuku;
• sú poskytnuté spôsoby reprodukcie Brownovho, bieleho a ružového šumu, ako aj prenos amplitúdovej modulácie a kolísavej frekvencie elektrických oscilácií;
• audio aplikácia má najnižšie percento skreslenia;
• spracovaný zvuk je možné uložiť do počítača.

Vývojári vybavili nové variácie programu šablónami so špecifikovanými zvukovými charakteristikami. Na ploche stačí nájsť hotovú predvoľbu a spustiť ju dvojitým kliknutím na ľavú klávesu. Použitie generátora zvuku nie je náladové. Jedinou nevýhodou je, že bezplatná verzia programu je skúšobná verzia a jej ozvučenie trvá približne dvadsať sekúnd. Pre správne fungovanie aplikácie je potrebné zakúpiť licenciu.

> Nižšie je uvedený zoznam programov na generovanie signálov rôznych tvarov a frekvenčných charakteristík, ktoré najčastejšie využívajú rádioamatéri.

> Program SweepGen

> Programový generátor časovo premenných a stacionárnych testovacích zvukových signálov. Vybavený viacerými prevádzkovými režimami: ručné zametanie, pevná frekvencia, pomalé a rýchle premenlivé zametanie, biely šum. Program je bezplatný.

> Generátor digitálneho signálu

>

> Bezplatný softvér na navrhovanie rôznych digitálnych signálov. Obsahuje: generátor bieleho šumu, generátor trojuholníkových a štvorcových vĺn, generátor sínusového rozmietania, generátor sínusových vĺn a generátor rytmu.

> Generátor tónov NCH

>

> Program je schopný generovať veľké množstvo signálov rôznych tvarov: pulzný, pílový, pravouhlý s veľmi dobrými hranami, trojuholníkový, sínusový, ako aj všetky hlavné zvuky (fialový, biely, hnedý, ružový, sivý a modrý) .

> Generátor AudioWave

>

> Softvér, čo je generátor nízkofrekvenčného signálu (dvojkanálový). Softvér je platený, cena je 50 EUR, ale existuje demo verzia s obmedzeným použitím.

> Testovací tónový generátor

>

> Program schopný vytvárať rôzne zvukové signály v širokom frekvenčnom rozsahu. Cena softvéru je od 30 EUR. K dispozícii je 30-dňová plne funkčná bezplatná verzia.

> Generátor filtrovaného šumu

>

> Softvér navrhnutý na generovanie šumových signálov. Bezplatná verzia programu trvá 30 dní. Plná verzia je dostupná od 20 EUR.

> Generátor PWM

>

> Konvenčný generátor signálu so šírkou impulzu. Program je shareware: 16 EUR. Bezplatná verzia programu je k dispozícii 30 dní.

> Multitónový generátor

>

> Viactónový dvojkanálový generátor audiofrekvenčného signálu. Skúšobná verzia softvéru trvá 30 dní. Plná verzia je dostupná od 20 EUR.

DI HALT:
Metóda je zvrátená, úprimne povedané, na R2R by som rýchlo zostavil generátor signálu požadovaného tvaru. Ale stáva sa, že niekedy tam nie je jeden, potom druhý, ale takmer vždy je tam zavalený počítačový haraburda.

Vylúčenie zodpovednosti:
Chcem vás hneď varovať, že barbarské manipulácie s počítačom okamžite pokrývajú záruku na železo s kožušinovým orgánom as malým polomerom zakrivenia ramien - celého počítača alebo s dôležitými časťami. Ak pochybujete o pevnosti svojej ruky a svojich schopnostiach, potom je lepšie zbierať Frankensteina z koša čisto na experimenty.

Potreboval som odladiť jedno zariadenie na mikrokontroléri AVR. Presnejšie povedané, prijímanie údajov z ADC. Keď signál týchto údajov by mal byť ultranízka frekvencia, asi 1 Hz. Napodiv je dosť ťažké prijímať signál takejto frekvencie štandardnými prostriedkami. Výstupná zvuková karta má filtre, ktoré nedovolia preniknúť tak nízkofrekvenčnému signálu. Preto padlo rozhodnutie pre upgrade zvukovej karty.

Aby to neriskovalo, rozhodlo sa to implementovať na externú zvukovú kartu. Ale táto skúsenosť je platná pre vstavané zvukové karty, ale je to hodné Jediov.

Zvuková karta bola kúpená s kladivom Sound Blaster Live... Po rýchlom pohľade bolo jasné, že je nemožné pochopiť obvod 4-vrstvovej dosky bez dobrej trávy. Je však celkom zrejmé, že všetky výstupné a vstupné analógové signály idú najskôr do operačného zosilňovača a potom do DAC / ADC. No OU google rýchlo. Potom som upozornil na mikroobvod, ktorý zhruba prijíma všetky signály. Bola druhá najväčšia. Označenie som vložil do Googlu a hľa! Našiel sa dátový list!

Pinout čipu.

Nás zaujíma linkový výstup DAC (podčiarknutý červenou farbou). Vybral som len správny kanál. Ak sa niekto rozhodne vyrobiť si osciloskop, tak bude potrebné prispájkovať na linkový vstup (modrý obdĺžnik). Samozrejme cez príslušnú schému decouplingu (ktorá je vygoogliná na internete).
Aby som DAC svojimi pekelnými pokusmi nespálil, rozhodol som sa ho trochu ochrániť. A odporúčam urobiť takúto schému bez problémov.

Spájkovaný odpor

Na výstup signálu z počítača som použil VGA konektor, ktorý mi akosi zázračne ležal na stole. Prečo je tento vodič dobrý: má 5 samostatne tienených vodičov. Práve som spustil drôt na 1 kolíku (ČERVENÝ signál). Keďže tienenia všetkých signálov sú spojené so zemou a tak som sa s výstupom na zem netrápil. Samozrejme, v ideálnom prípade musíte vytiahnuť analógové uzemnenie zvukovej karty (kde je, vyzerá to v údajovom liste pre rovnaký mikroobvod), ale bol som na mizine.

Nainštalovaná zvukovuha a zásuvka nášho generátora

Ako generátor používam primitívny program "Tone Generator", ktorý si môžete stiahnuť tu. Umožňuje vám generovať sínus, pílu, štvorcovú vlnu, biely šum a nejaký zvláštny signál.

Čo na moje účely úplne stačí.
Po nainštalovaní do počítača som sa rozhodol uistiť, že generácia prebieha pomocou osciloskopu a správne som to zaspájkoval.

Čistý sínus nášho generátora.

No, offset bez kondenzátora, môj DAC je asi 2 volty. Pozrime sa, ako ADC môjho mikrokontroléra žerie.

Generátor a program, ktorý číta hodnoty ADC mikrokontroléra.

Nevenujte pozornosť skutočnosti, že sínus odoberaný regulátorom je tak zlomený - existuje veľmi malá vzorkovacia frekvencia.
Ak chcete posunúť nulový bod, ako aj znížiť amplitúdu signálu na polovicu, musíte k zemi priložiť jeden odpor 10 k. Spolu s rezistorom sa tak na zvukovej karte vytvorí napäťový delič.

Pre sim si dávam pokoj, úspešné experimenty.