| Современная измерительная аппаратура давно
срослась с цифровыми и процессорными средствами
управления и обработки информации. Стрелочные
указатели уже становятся нонсенсом даже в
дешевых бытовых приборах. Аналитическое
оборудование все чаще подключается к обычным ПК
через специальные платы-адаптеры. Таким образом,
используются интерфейсы и возможности программ
приложений, которые можно модернизировать и
наращивать без замены основных измерительных
блоков, плюс вычислительная мощь настольного
компьютера. Кроме того, и расширение возможностей обычного компьютера возможно за счет разнообразных программно-аппаратных средств, – специальных плат расширения, содержащих измерительные АЦП (аналого-цифровой преобразователь) и ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь). И компьютер очень легко превращается в аналитический прибор, к примеру, – спектроанализатор, осциллограф, частотомер: , как и во многое другое. Подобные средства для модернизации компьютеров выпускаются многими фирмами. Однако цена и узконаправленная специфика не делают это оборудование распространенным в наших условиях. Но зачем далеко ходить? Оказывается, простой ПК в своей конструкции уже содержит средства, которые с некоторыми ограничениями способны превратить его в тот же осциллограф, спектроанализатор, частотомер или генератор импульсов. Согласитесь, уже немало. К тому же делаются все эти превращения только с помощью специальных программ, которые к тому же совершенно бесплатны и каждый желающий может их скачать в Интернете. Вы, наверное, зададитесь логичным вопросом – как же в измерениях можно обойтись без АЦП и ЦАП? Никак нельзя. Но ведь и то и другое присутствует почти в каждом компьютере, правда, называется по другому – звуковая карта. А чем не АЦП/ЦАП, скажите, пожалуйста? Это уже давно поняли те, кто написал для нее массу программ, не имеющих никакого отношения к воспроизведению музыки. Ведь обычная звуковая плата ПК способна воспринимать и преобразовывать сигнал сложной формы в пределах звуковой частоты и амплитудой до 2В в цифровую форму со входа LINE-IN или же с микрофона. Возможно и обратное преобразование, – на выход LINE-OUT (Speakers). Таким образом, вы можете работать с любым сигналом до 20 кГц, а то и выше, в зависимости от звуковой платы. Максимальный предел уровня входного напряжения 0,5-2 В тоже не составляет проблемы, – примитивный делитель напряжения на резисторах собирается и калибруется за 15 минут. Вот на таких-то нехитрых принципах и строятся программное обеспечение: осциллографы, осциллоскопы, спектроанализаторы, частотомеры и, наконец, генераторы импульсов всевозможной формы. Такие программы эмулируют на экране компьютера работу привычных для нас приборов, естественно со своей спецификой и в пределах частотного диапазона вашей звуковой платы. Как это работает? Для пользователя все выглядит очень просто. Запускаем программу, в большинстве случаев такое ПО не нужно даже инсталлировать. На экране монитора появляется изображение осциллографа: с характерным для этих приборов экраном с координатной сеткой, тут же и панель управления с кнопками, движками и регуляторами, тоже часто копирующими вид и форму таковых с настоящих – аппаратных осциллографов. Кроме того, в программных осциллографах могут присутствовать дополнительные возможности, как, например, возможность сохранения исследуемого спектра в памяти, плавное и автоматическое масштабирование изображения сигнала и т.д. Но, конечно же, есть и свои недостатки. Как подключиться к звуковой карте? Здесь нет ничего сложного – к гнезду LINE-IN, с помощью соответствующего штекера. Типичная звуковая плата имеет на панельке всего три гнезда: LINE-IN, MIC, LINE-OUT (Speakers), соответственно линейный вход, микрофон, выход для колонок или наушников. Конструкция всех гнезд одинакова, соответственно и штекеры для всех идут одни и те же. Программа осциллограф будет работать и отображать спектр и в том случае если снимается звуковой сигнал с помощью микрофона, подключенного к своему входу. Более того, большинство программных осциллографов, спектроанализаторов и частотомеров нормально функционируют, если в это же время на выход звуковой платы LINE-OUT выводится какой-то другой сигнал с помощью другой программы, пусть даже музыка. Таким образом, на одном и том же компьютере можно задавать сигнал, скажем с помощью программы генератора, и тут же его контролировать осциллографом или анализатором спектра. При подключении сигнала к звуковой плате следует соблюдать некоторые предосторожности, не допуская превышения амплитуды выше 2 В, что чревато последствиями, такими как выходом устройства из строя. Хотя для корректных измерений уровень сигнала должен быть гораздо ниже от максимально допустимого значения, что так же определяется типом звуковой карты. Например, при использовании популярной недорогой платы на чипе Yamaha 724 нормально воспринимается сигнал с амплитудой не выше 0,5 В, при превышении этого значения пики сигнала на осциллографе ПК выглядят обрезанными (рис.1). Поэтому для согласования подаваемого сигнала со входом звуковой карты потребуется собрать простой делитель напряжения (рис.2).
Резисторы подбираются так, чтобы сопротивление R3 было ниже входного сопротивление вашей звуковой карты, оно может составлять значение порядка 20 кОм. Подстроечным резистором напряжение на входе выставляется на нужном уровне, стабилитроны подбираются на напряжения менее 2 В, скажем КС119А – 1,9 В. В случае превышения напряжения сигнала на входе звуковой карты (на резисторе R3) выше нормы, сработает защита – начнется пробой стабилитронов и напряжение не поднимется выше 1,9 В. Можно использовать и другие типы стабилитронов на напряжение 1-1.8 В, но ставить их следует обязательно, иначе вы рискуете своим звуковым входом. Разводка штекера для звуковой платы показана на (рис.3).
Так как звуковая карта не является полноценным АЦП, то измерять подаваемую на него амплитуду входного сигнала это устройство на аппаратном уровне не в состоянии. Тем более что сигнал сначала проходит через делитель напряжения на резисторах, к тому же еще нужно учитывать внутреннее сопротивление звуковой платы, которое достаточно низко, как для полноценного вольтметра. Однако шкалы некоторых программ-осциллографов имеют типичную градуировку <вольт/дел>, а так же средства для калибровки уровня сигнала, чтобы хоть как-то подстроить шкалу на панели под действительное значение напряжения. Естественно, так как разумный уровень входного сигнала составляет где-то 0,5 В, калибровка программы возможна только в связке с калибровкой внешнего делителя напряжения с помощью построечного резистора. Таким образом, если мы знаем амплитуду подаваемого на вход сигнала, то используя регулировки с помощью стандартного микшера Windows, внутренних настроек программы-осциллографа и настройки делителя напряжения, шкалу можно откалибровать так чтобы она соответствовала действительным значениям амплитуды сигнала в дальнейшем, хотя здесь вряд ли стоит надеяться на высокую точность. Прежде чем начать работу с линейным входом звуковой карты, проверьте, включен ли в микшере Windows этот канал (Регулятор громкости\ Параметры\Свойства\Запись\Line\Ok\Recording Control). В этой статье нами будет рассмотрено несколько программ: осциллографы, спектроанализаторы, частотомер и генераторы колебаний всевозможной формы. Это ПО работает под управлением ОС Windows95/98 и для них подойдут компьютеры с довольно-таки посредственными, на сегодняшний день, параметрами. Начнем свой обзор, пожалуй, с наиболее распространенных и нужных в радиолюбительской практике приборов – осциллографов. Digital Oscilloscope 3.0 – название говорит само за себя. Эта программа представляет собой однолучевой цифровой осциллограф (рис.4). Ее можно взять по адресу http://payalnik.hypermart.net/ (139 кб) в разделе <Приборы/Осциллографы>.
Сигнал в этом случае должен подаваться через правый канал звуковой карты. Частота дискретизации 44,1 кГц, максимальная частота обрабатываемого сигнала обычно в два раза меньше частоты дискретизации. Окно программы на вид напоминает лицевую панель настоящего осциллографа, поэтому для многих знакомство с ней покажется привычным делом. Даже движки регуляторов здесь выполнены вращающимися, как бы рукоятки потенциометров, что в принципе не характерно для компьютерных программ. Вращать курсором мыши такие стилизованные движки не очень-то удобно.
Справа от типичного экрана находятся основные
органы управления: синхронизация (trigger),
установка частоты и усиления. Чтобы
синхронизация действовала, кнопка справа вверху
от движка должна находится в состоянии ON, потом
вращением движка нужно добиться наиболее
качественного изображения на экране. Вообще-то
изображение в режиме синхронизации этого
осциллографа качественным можно назвать далеко
не всегда: часты случаи, когда сигнал лишь
мелькает на экране, пропадая в промежутках
вообще. Зато, в отличие от некоторых других
программ, сигнал действительно
синхронизируется, перестает плыть по экрану.
Градуировку движка усиления (VOLT/DIV), исходя из
сказанного выше, вряд ли можно воспринимать
серьезно, – сама по себе программа-осциллограф не
может понять какое напряжение подается на вход
звуковой карты. Хотя в программе
предусмотрено два уровня калибровки этого
параметра (Options/Calibrate), в моем случае
калибровка из программы не помогла, так как
калибровать можно было только в сторону
увеличения чувствительности, а мне-то надо было
наоборот – уменьшать. Поэтому калибровку по
ослаблению сигнала здесь и в других случаях
следует, проводит из микшера Windows: Громкость( Внизу под экраном расположены регуляторы периодов дискретизации сигнала и обновления экрана, правее – вспомогательные регуляторы. Среди них странно видеть регулятор фокусировки луча в цифровом осциллографе. Есть возможность сохранения измеряемого сигнала. Oscilloscope 2.51 скачать можно по адресам http://payalnik.hypermart.net/, http://radiotech.by.ru/, www.radiofan.gaw.ru/soft/winscope.zip (90 кб) в соответствующих разделах. Включает в себя двухлучевой осциллограф и спектроанализатор, частотный диапазон: 20 Гц-20 кГц. Компоновка осциллографа и анализатора спектра более удобна для использования на экране компьютера (рис.6), регуляторы организованы в виде ползунков, его функциональность выше, чем в предыдущем случае. Органы управления расположены в верхней части окна в виде кнопок, движимые регуляторы – как обычно, сбоку от экрана.
Так как осциллограф двухлучевой, то для него могут использоваться оба канала звуковой карты, соответствующий режим включается кнопками над экраном. А вот спектроанализатор у меня работал только от правого канала звуковой карты. Синхронизация включается (Trigger level:) и отключается кнопками над экраном, причем возможна синхронизация как по восходящему, так и по нисходящему фронту импульса, хотя часто бывает, что сигнал даже довольно правильной формы невозможно синхронизировать ни тем, ни иным способом. Основные органы управления расположены сбоку от экрана. Усиление устанавливается двумя вертикальными бегунками отдельно для лучей Y1, Y2, рядом с ними находятся ползунки меньшего размера для возможности вертикального смещения сигналов лучей. Положению ползунков усиления соответствуют числовые значения в окне GAIN, хотя последние малоинформативны. В следующем блоке первым идет регулятор <Т> (мс/дел) с ним связаны две кнопки над экраном, позволяющие менять масштаб как 1/10. Изображение на кнопках соответствует сигналу большего и меньшего периода. Числовое значение размерности времени отображается в окне SWEEP, однако отображаемое значение относится не к одному делению ячейки сетки, как обычно, а ко всему экрану – 10 делений. В окошках под экраном отображаются значения той точки экрана, на которую наведен курсор мыши. Для более точного измерения таким образом следует включить кнопку METER mode, тогда курсор приобретает форму перекрестка. Из режима осциллографа легко перейти в режим спектроанализатора, достаточно нажать кнопку (FFT) справа над экраном. При этом в окне SWEEP значения начинают отображаться уже в Гц, масштаб задается тем же ползунком <Т>. Верхний предел оси частот в режиме спектроанализатора определяется так же из меню вкладки Options\Timing. Режим спектроанализатора удобно также использовать для определения частоты стабильного сигнала на осциллографе. В этом случае, переключившись из осциллографа на спектроанализатор, сигнал будет изображен в виде острого пика на шкале частот (рис.7). Наведя мышкой на середину пика сигнала перекресток указателя, вы увидите в окошке под экраном числовое значение частоты этого сигнала.
Удобно пользоваться кнопкой <1:1>, при ее нажатии изображение сигнала автоматически масштабируется по амплитуде до уровня двух пунктирных линий на экране, так уходит меньше времени на настройку чувствительности. Кроме того, из вкладки Options\Colors можно задать любые цвета для лучей и сетки экрана. Насчет программных спектроанализаторов стоит оговорится отдельно. Об амплитуде сигналов в спектре здесь мы можем судить лишь относительно, ведь звуковые платы, ввиду своей специфики, не имеют средств определения абсолютной величины амплитуды поступающего на них сигнала. Программы же, использующие уже оцифрованный сигнал со звуковой карты, тем более не в состоянии определить его действительный уровень. Но на практике от них этого и не требуется, обычно уровень сигнала спектра наглядно изображается на шкале в относительных единицах. Spectrogram v5.0.5 – представитель программ-спектроанализаторов с удобным интерфейсом и довольно-таки продвинутыми возможностями. Анализ сигнала возможен как из файла, так и по входу звуковой карты. Последнее, в принципе, нас больше всего и интересует. В анализаторе предусмотрены гибкие возможности для настройки. Взять программу можно там же, на <Паяльнике> в разделе <Приборы/ Спектроанализаторы> (http://payalnik.hypermart.net/, 245 кб) или на странице рекомендованной разработчиками (www.monumental.com/rshorne/gram.html), где вы также сможете найти обновления программы. Способ восприятия сигнала устанавливается из меню File, Scan Input – сигнал сканируется со входа звуковой платы (или нажатием клавиши F3). Шкала частот может быть представлена как в линейном, так и в логарифмическом виде. Возможно включение одного либо двух каналов звуковой платы. Окно программы организовано просто и удобно (рис.8). По экрану с помощью мышки двигается курсор, в виде крестового прицела, достаточно навести его на интересующую точку, и внизу в окошке вы получите числовые значения относительной амплитуды (Дб) и частоты в выбранной точке. Таким образом, программу можно использовать и в качестве частотомера для сигнала фиксированной частоты, который будет виден на экране как единый (за исключением гармоник), самый высокий пик.
Перед началом каждого сеанса работы необходимо задать установки на панели настроек, она-то и будет каждый раз появляться при последующих нажатиях клавиши F3 (рис.9). Панель настроек организована довольно удобно, состоит из четырех основных разделов. Для начала необходимо задать способ отображения на экране сканируемого сигнала, в разделе Display Characteristic, в установках Display Type для нас лучше всего подойдет Line или Bar, график будет отображен линией либо в виде гистограммы соответственно. При этом по горизонтали расположена ось частот, и ось амплитуд по вертикали, как и положено.
На интервал значений на оси частот влияют установки сразу из двух разделов панели настроек. В Sample Characteristic\ Sample Rate задается предел величины дискретизации, до 44кГц. Однако на реальный масштаб на экране еще сильно влияют и установки из раздела Frequency Analysis. Здесь следует обратить внимание на установки значений FFT Size. Значения FFT задают степень дискретизации в преобразованиях Фурье, используемых при программной обработке спектрограммы. Чем выше FFT, тем выше точность и разрешающая способность спектрограммы, однако требуется больше времени для расчета и сужается отображаемый интервал значений на оси частот. Так при установках Sample Rate на 5,5 кГц, а FFT Size в значение 16384, мы получим наименьший частотный диапазон (от 0 до 86 Гц) при наибольшем разрешении. Для использования же максимального размаха частот придется установить значения параметров в противоположные крайние значения: 44кГц, 512 – FFT, при этом мы получим интервал 0-22050 Гц. Интервал по оси частот может так же смещаться с помощью движка Band, таким образом, чтобы измерения проводились не от нуля, а от какого-либо более высокого значения, что тут же отображается в окошках справа от регулятора. В этой программе-спектроанализаторе регулируется еще много чего, вплоть до цветовой гаммы представления сигналов. Есть подробный Help, естественно на английском языке. Программа оставляет очень хорошее впечатление, если бы не ограниченный звуковой платой узкий диапазон измерений: Frequency Counter 1.01 – вот дошла очередь и до цифрового частотомера, так же реализованного программным путем. Его частотный диапазон определяется частотой дискретизации 44,1 кГц. Программу можно найти по адресу http://payalnik.hypermart.net/ (95 кб) в разделе <Приборы/Частотомеры>. Интерфейс этого частотомера отличается приятным видом и небольшими размерами (рис.10). Даже цифры здесь стилизованы под показания сегментных индикаторов, с их крупными размерами, характерным наклоном и ярким видом.
Прибор отличается довольно высокой точностью показаний, хорошо воспринимает сигнал с импульсами прямоугольной формы, при синусоидальном сигнале желательно чтобы его амплитуда на входе была не ниже 0,5 В. Под цифровым табло находятся регуляторы периода пересчета, который может меняться в довольно-таки больших пределах, и установка синхронизации, где можно выбрать автоматический или ручной режим. Справа находится блок кнопок под названием HYSTERESIS, о их смысле можно судить на практических примерах, – при включении на <0> на показаниях частотомера начинают сказываться наводки в проводах, что проявляется даже в отсутствие входного сигнала, при включении последующих значений ситуация исправляется. Таким образом, этот блок отвечает за чувствительность по входному каналу. Генераторы сигналов NCH Tone Generator – может быть установлен под операционными системами Windows 3,1/95/98/NT/2000, его частотный диапазон в пределах 1-20000 Гц. Программа имеет компактный интерфейс (рис.11) и дает довольно большой выбор в форме сигналов: синусоидальный (sine), прямоугольный (square), треугольный (triangle), пилообразный (sawtooth), импульсный и <белый шум> (white noise).
Сигнал можно сохранить в виде файла, предварительно задав время звучания. К недостаткам можно отнести отсутствие на панели программы регулятора ослабления (амплитуды), предполагается, что в этом качестве будет использоваться стандартный микшер Windows, что вполне приемлемо, но менее удобно. Так же нельзя настраивать форму заданного сигнала, скажем, по скважности, впрочем, как и по каким либо другим параметрам. Программу можно найти по адресу http://payalnik.hypermart.net/ (85 Кб) в разделе <Приборы/Генераторы>, или www.nch.com.au/action. Test Tone Generator – программа может использоваться не только в качестве генератора синусоидального, прямоугольного, треугольного сигнала заданной частоты и амплитуды (рис.12), но также имеет расширенные возможности – как генератор sweep-сигнала. Sweep-сигнал представляет из себя колебания с монотонно нарастающей частотой постоянной амплитуды. Интервал частот и период sweep-сигнала задается в соответствующей вкладке (рис.13), его также можно сделать периодически повторяющимся, включив LOOP.
На панели программы находятся все необходимые регуляторы, правда, что-либо настраивать в режиме воспроизведения сигнала нельзя, генерация автоматически отключается. Частотный диапазон ограничен уровнем в 20000 Гц. Есть возможность сохранения в файл. Программу можно найти по тому же адресу, что и первую, а также на страничке предлагаемой разработчиком, куда также возможно поступление новых версий программного обеспечения (http://www.esser.u-net.com/, 160 Кб). Generator Version 1.02 (beta 1) – отличительной особенностью этого генератора является возможность производить установки как частоты, так и амплитуды независимо для левого и правого каналов (рис.14). При необходимости один из каналов можно отключить.
В программе вроде бы присутствует возможность задавать продолжительность сигнала в ms, однако у меня эта функция почему-то не работала. Поэтому для нормальной работы необходимо задать непрерывный режим воспроизведения – LOOP. Верхний диапазон частот здесь ограничен значением 22050 Гц. Работает этот программный генератор под ОС Windows 95/98. Автор программы Андрей Шуклин предлагает свой продукт, а также его возможные обновления, на своей страничке (www.actor.ru/~gels/generat.htm, 13 Кб), также его можно найти по адресу http://radiotech.by.ru/ в разделе <Программы>. Marchand Function Generator – генератор, позволяющий формировать сигнал на оба канала. Частота для обоих выходов устанавливается одна и та же, но для каждого канала по отдельности можно задать форму сигнала: синусоидальный, прямоугольный, треугольный, импульсный; а так же амплитуду. В остальном функциональность программы минимальна (рис.15).
Верхний предел частоты – 20000 Гц. Скачать программу можно на русскоязычном сайте (http://www.radiofan.gaw.ru/, 37 Кб) в разделе <Программы>, авторы же продукта рекомендуют обращаться по адресу http://www.marchandelec.com/. Sine Wave Generator 3.0 – напоследок программа-генератор с ярким дизайном и верхним уровнем частот в установках 40000 Гц. Сигнал формирует только синусоидальной формы. В крупном окне регуляторы стилизованы под вращающиеся движки потенциометров (рис.16). Имеется возможность задавать sweep-сигнал, правда здесь задается только интервал частот, время нарастания всегда остается фиксировано.
При использовании этого генератора у меня возникли сомнения насчет соответствия значений установленной на табло частоты частоте реально выводимого сигнала, по крайней мере, в области ближе к низким частотам. Взять генератор можно в разделе программ на том же сайте (http://www.radiofan.gaw.ru/, 117 Кб). Что же, несмотря на кажущуюся простоту подобного обеспечения, практически ни одна из представленных программ-генераторов не повторяет другую, каждая из них отличается какими-то своими особенностями. Не следует забывать, что это все-таки бесплатное программное обеспечение. В своем многообразии эти программы предоставляют довольно широкий выбор возможностей ограниченных лишь относительно небольшим частотным диапазоном звуковой платы ПК. Напоследок хочу лишь высказать одно предостережение. Современные материнские платы в большинстве своем имеют интегрированный звук и, соответственно, все три звуковые разъема на борту. Это реализуется путем установки отдельной звуковой микросхемы, но чаще сразу на уровне чипсета – главной микросхемы материнской платы. Качество звука при такой реализации довольно посредственное, поэтому пользователи все же стараются установить на своих ПК полноценную звуковую плату. В случае с отдельной звуковой платой возможные неудачные эксперименты с подачей напряжения на звуковой вход, мало ли что может случиться, могут окончиться лишь выходом со строя относительно недорогого устройства и потерей звука в ПК. При аварийной ситуации со встроенным на материнской плате звуком, вы рискуете испортить наиболее дорогую и значимую часть компьютера. Удачных экспериментов.
|
Виртуальные устройства на базе звуковой системы компьютера
На базе аудио устройств компьютера, создаются виртуальные измерительные устройства. Такие как виртуальный частотомер, вирутальный осциллограф, виртуальный спектрометр. Устройства подключаются к микрофонному или линейному входу звуковой карты, измерение сигнала осуществляется микросхемой АЦП. Частота (ширина) сигнала зависит от частоты дискретизации аудиокарты, чаще всего 22кГц. Было рассмотрено нескольких программ инструментов Frequency Counter 1.01, Simple Audio Spectrum Analyzer, Music Tuner v1.2 и OSZI v1.0
Рис. 1. Микрофон с поддержкой High Definition Audio
В настройках после “включения” устанавливаются для микрофонного или линейного входа уровни усиления входного сигнала: сначала минимальные значения, далее увеличивая уровни добиваться оптимальных значении. Сильное усиление сигнала вызывает искажения и перегрузку. Разрядность и частоты дискретизации необходимо выбрать максимально возможные. В моем случае разрядность 16 бит, частота дискретизации 96000Гц рис. 1 т.е. на канал приходится максимальная частота 48кГц. Для согласования уровней входного сигнала нужен небольшой адаптер на рис. 2. Адаптер фильтрует и сглаживает принимаемый сигнал. На аудио джек 3,5мм контакт 1, подается измеряемый сигнал. Необходимо контролировать напряжение входного сигнала – безопасным для данного адаптера входное напряжение до 9В, оптимальный диапазон от 1 до 2.5В. Для высокого напряжения требуется разработка иной схемы адаптера, “трансформаторные” варианты. Схема гальванически не развязана, поэтому соблюдайте полярность, минус к минусу, плюс к стороне с конденсатором.
Рис. 2. Схема адаптера для вирутального: частотомера; осциллографа; спектрометра
Виртуальные устройства
Frequency Counter 1.01 100кб. Программа для измерения частоты рис. 3.
Работает сразу, позволяет призводить измерение без настроек. Отображается частота максимального по амплитуде сигнала. Слабые сигналы не учитываются.
Рис. 3. Вирутальный частотомер Frequency Counter 1.01
Самой удобной программой имхо является Simple Audio Spectrum Analyzer 150кб – спектральный анализатор.
Диапазон измеряемого спектра от 0 до 22кГц. Измерение осуществляется после включения кнопки “Start”. Градурированая шкала спектра (частота и амплитуда сигнала) регулируемая.
Рис. 4. Виртуальный спектрометр Simple Audio Spectrum Analyzer
Можно подробно рассмотреть кол-во сигналов. К примеру произведено измерение генератора на микросхеме К155ЛА3. Видна основная частота, а также её гармоники. Легко определимы количество, частота всех сигналов и их амплитуда рис. 5.
Рис. 5. Спектр сигнала
Music Tuner v1.2 144кб- анализатор аудиосигнала рис. 6. Не указал при измерении точных данных по частоте, но осциллограф отобразил график сигнала.
Рис. 6. виртуальный частотомер и осциллограф Music Tuner v1.2
OSZI v1.0 780кб – виртуальный осциллограф. Довольно шустрая программа, но часто зависает на ОС Windows VISTA.
Рис. 7. Виртуальный осциллограф OSZI v1.0
Есть возможность выбора входного устройства – либо микрофон, либо линейный вход. Осциллограф двухканальный. Настройки каждого канала индивидуальные. Частоту сигнала можно определить с помощью мышки установив контрольные точки на пики 2-х соседних сигналов.
Рис. 8. График измерения сигнала OSZI v1.0
Есть также множество других программ. Например генераторы сигналов Discrete Acoustics Lab 392кб.
В целом на базе ПК любой сможет создать свои виртуальные инструменты. Единственное ограничение таких устройств – низкая частота дискретизации звуковой карты, из-за которых цифровые измерения заканчиваются на частотах 48кГц. Имхо для любого радиолюбителя в простых задачах пригодятся такие виртуальные помощники.
2009. Art!P
Майер Р.В. Цифровой частотомер на базе ПЭВМ и опыты с ним
Майер Роберт Валерьевич
Глазовский государственный педагогический институт им. В.Г.Короленко
доктор педагогических наук, профессор кафедры физики и дидактики физики ГГПИ
Mayer Robert Valerievich
FSBEI of HPE “The Glazov Korolenko State Pedagogical Institute”
doctor of pedagogical sciences, associate professor
Библиографическая ссылка на статью:
Майер Р.В. Цифровой частотомер на базе ПЭВМ и опыты с ним // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 10. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2014/10/37391 (дата обращения: 05.10.2021).
1. Использование компьютера для измерения частоты
Иногда в учебных экспериментах возникает необходимость периодического (через 1 – 30 с) измерения частоты сигнала. Эта задача может быть успешно решена с помощью ПЭВМ [1 – 5]. Для этого электрические колебания с помощью формирователя импульсов преобразуют в цифровой сигнал, и получившуюся последовательность лог. 0 и лог. 1 заводят в компьютер, например, через LPT–порт (25 вывод – общий, один из выводов 10 – 17 – для ввода сигнала). При использовании ПЭВМ типа Celeron с операционной системой Windows 98 частота поступающих импульсов может быть определена с помощью программы ПР–1, написанной на языке QBasic. На ее основе может быть написана аналогичную программу на языке Pascal или Delphi. В литературе [1, 2, 5] описаны и другие способы сопряжения внешнего устройства с компьютером через последовательный порт или USB–порт и рассмотрены соответствующие программы, обрабатывающие поступающие сигналы. В результате этого ПЭВМ превращается в цифровой частотомер, который позволяет выполнить различные учебные опыты [3; 4, с. 92–116].
Опыт 1.1. Измерение скорости вращения. Чтобы определить скорость вращения вала двигателя, на нем закрепляют диск с прорезями, а рядом устанавливают оптодатчик (светодиод, фотодиод и схема сопряжения), подключенный к ПЭВМ. При вращении диска прорези должны пересекать световой пучок так, чтобы фотодиод периодически освещался и затемнялся. Компьютер определяет частоту импульсов, поступающих с выхода оптодатчика, которая пропорциональна скорости вращения диска.
Опыт 1.2. Частотная модуляция. Порт компьютера соединяют с RC–генератором прямоугольных импульсов, частота которого может изменяться при замыкании и размыкании тумблера. Другой вариант опыта предусматривает использование генератора звуковой частоты, к выходу которого подключен формирователь прямоугольных импульсов. Программу следует отредактировать так, чтобы на экран выводилась последовательность 0 и 1, где 0 соответствует низкой частоте входного сигнала, а 1 – более высокой частоте.
Опыт 1.3. Изучение датчика координаты. К компьютеру подключают RC–генератор, вырабатывающий последовательность прямоугольных импульсов, частота которых зависит от сопротивления резистивного датчика координаты. Запускают программу. Поворачивая подвижный контакт резистора, наблюдают получающийся график зависимости координаты от времени. Можно изменить программу так, чтобы она через заданное время выводила координату движка резистора в числовом виде.
Опыт 1.4. Подключение термодатчика. Если вместо датчика координаты к генератору импульсов подключить терморезистор (например, типа ММТ–12), то при его нагревании частота импульсов будет увеличиваться. Представленная выше программа позволяет получить график зависимости температуры терморезистора от времени.
2. Изучение передачи ЧМ сигнала по каналу связи
Используя рассмотренный выше частотомер на основе ПЭВМ, можно экспериментально изучить передачу информации по каналу связи с помощью частотно–модулированного сигнала.
Опыт 2.1. Передача информации по проводной линии связи. Два одинаковых компьютера соединяют двумя проводниками, на принимающем запускают программу, декодирующую сообщение, на передающем компьютере – программу, кодирующую сообщение. Общий провод соединяет 25 вывод LPT–порта ПЭВМ 1 с 25 выводом LPT– порта ПЭВМ 2. Сигнальный провод соединяет 3 вывод LPT– порта ПЭВМ 1 с 11 выводом LPT– порта ПЭВМ 2 (рис. 1.1).
При запуске программы–кодера на ПЭВМ 1, она запрашивает передаваемое сообщение (строка символов 0 и 1), затем последовательно перебирает символ за символом, осуществляя частотно–импульсное кодирование, так что на соответствующем выводе LPT–порта появляются импульсы напряжения изменяющейся частоты. Допустим, символу “1″ соответствуют импульсы частотой , символу “0″ – импульсы частотой , а если сообщение не передается, то на выходе – логический 0. Программу–декодер на ПЭВМ 2 запускают раньше начала сеанса связи, она должна осуществлять декодирование поступающих сигналов. После окончания передачи сообщения программа–декодер должна перейти в режим ожидания до начала следующего сеанса связи.
Опыт 2.2. Передача информации по оптическому каналу связи. Для осуществления передачи сообщений с помощью оптической связи к LPT–порту передающей ПЭВМ 1 через схему сопряжения 2 подключают полупроводниковый лазер–указку 3. Его луч должен попадать на фотодиод 4, соединенный через формирователь сигнала 5 с LPT–портом принимающей ПЭВМ 6 (рис. 1.2). Сначала запускают программу–декодер, принимающая ПЭВМ 2 находится в режиме ожидания. Затем запускают программу–кодер на ПЭВМ 1 и с помощью клавиатуры набирают сообщение в виде последовательности 0 и 1. ПЭВМ 1 осуществляет кодирование, и вырабатывает последовательность импульсов изменяющейся частоты. Лазер выдает световые вспышки, периодически освещая фотодиод. ПЭВМ 2 декодирует сообщение и выводит его на экран. Можно предусмотреть передачу сообщений на русском языке, для этого программа–кодер сначала должна закодировать каждую из 32 букв пятью битами 0 или 1, а уже потом получившуюся последовательность 0 и 1 использовать для частотно–импульсной модуляции свечения лазера.
3. Изучение электрических машин с помощью цифрового тахометра
Изучение электрических машин требует снятия их скоростных характеристик, что требует одновременного измерения токов, напряжений и т.д., а также определения частоты вращения ротора. Экспериментальная установка (рис. 2.1) для изучения электрических машин состоит из асинхронного двигателя 1, вал которого соединен с валом машины постоянного тока 3. На валу установлен диск 2 с прорезями по краю, вблизи него – оптодатчик 4, соединенный через параллельный LPT–порт с персональной ЭВМ. Трехфазный асинхронный двигатель типа ЭАО – 31П подключен к регулируемому источнику переменного напряжения (ЛАТРу) или постоянного напряжения и используется в качестве двигателя или индукционного тормоза. Машина постоянного тока (двигатель от пылесоса) может иметь независимое, параллельное или последовательное возбуждение. Она в различных опытах используется в качестве двигателя, генератора или индукционного тормоза. Оптодатчик состоит из светодиода и фотодиода, расположенных напротив друг друга; между ними находится диск с прорезями. На ПЭВМ запускают программу на языка Pascal, которая определяет время одного оборота вала и вычисляет скорость его вращения.
Опыт 3.1. Изучение зависимости частоты ротора АД от механического момента на валу. АД подключают к ЛАТРУ, а МПТ используют в качестве генератора с независимым возбуждением. Через обмотку возбуждения МПТ пропускают постоянный ток 0,5 – 1 А, к якорю в качестве нагрузки подключают реостат и амперметр с вольтметром. МПТ работает в режиме индукционного тормоза, создаваемый ею тормозящий момент пропорционален току якоря и частоте вращения ротора, который измеряют с помощью ПЭВМ. При постоянной скорости ротора вращающий момент равен тормозящему. На АД подают 90 В и, изменяя сопротивление нагрузки в цепи якоря МПТ, снимают зависимость частоты вращения ротора АД от механического момента на валу (рис. 2.2).
Опыт 3.2. Изучение зависимости частоты вращения ротора АД от потребляемого тока. Проводят аналогичный эксперимент, плавно увеличивая механическую нагрузку на валу путем уменьшения сопротивления цепи якоря МПТ, одновременно измеряя частоту вращения ротора. Снимают зависимость n = f(I_ад). При этом уменьшение частоты вращения ротора АД сопровождается ростом потребляемого тока (рис. 2.3).
Опыт 3.3. Изучение зависимости частоты вращения ротора МПТ в режиме генератора от тока якоря при последовательном возбуждении. Якорь и обмотку возбуждения МПТ соединяют последовательно с реостатом и амперметром и подключают к источнику постоянного напряжения (рис 2.1). Обмотку АД подключают к регулируемому источнику постоянного тока, АД работает в режиме индукционного тормоза. Включают МПТ (в качестве двигателя), пропуская через него ток 1 А. Регулируя напряжение питания АД, плавно увеличивают тормозящий момент, действующий на вал со стороны АД. Снимают зависимость n = f(I_я). При уменьшении частоты вращения ротора МПТ ток возрастает (рис. 2.4).
Опыт 3.4. Изучение зависимости частоты вращения ротора АД нагруженного на МПТ в качестве генератора с независимым возбуждением и постоянной нагрузкой, от напряжения питания АД. Через обмотку возбуждения МПТ пропускают ток возбуждения, к обмотке якоря подключают нагрузку 10 ом. Плавно увеличивая напряжение питания АД, измеряют частоту вращения ротора. Снимают зависимость n = f(U_ад).
Опыт 3.5. Изучение зависимости частоты вращения ротора МПТ в режиме двигателя (последовательное возбуждение) от напряжения питания. Обмотку возбуждения МПТ соединяют последовательно с якорем и через реостат подключают к источнику постоянного напряжения. Изменяя напряжение питания, контролируемое вольтметром, с помощью оптодатчика, подключенного к ПЭВМ, определяют частоту вращения ротора, и снимают соответствующую характеристику n = f(U_мпт).
Опыт 3.6. Изучение зависимости частоты вращения ротора МПТ в режиме двигателя от тока возбуждения. Подключают МПТ к источнику постоянного напряжения, используя параллельную схему возбуждения. Последовательно обмотке возбуждения и якорю МПТ включают реостаты с амперметрами, обе ветви подсоединяют к выпрямителю. Подают напряжение и, изменяя реостатом ток возбуждения, измеряют с помощью ПЭВМ частоту вращения ротора при различных токах возбуждения. Снимают зависимость n = f(I_в).
Опыт 3.7. Изучение зависимости частоты вращения ротора от времени при переходном электро–механическом процессе. Включают двигатель (АД или МПТ) и ждут, пока его скорость не достигнет постоянного значения. Запускают программу, вычисляющую скорость ротора и строящую график ее зависимости от времени. Резко изменяют напряжение питание двигателя (или индукционного тормоза), на экране получается график зависимости скорости от времени. Система переходит из одного установившегося состояния динамического равновесия в другое. Скорость вращения ротора, плавно изменяясь, постепенно приближается к новому предельному значению.
Использование рассмотренных выше экспериментов в учебном процессе способствуют повышению интереса студентов к физике и информационным технологиям, более глубокому усвоению изучаемых вопросов.
Библиографический список
- Ан П. Сопряжение ПК с внешними устройствами. – М.: ДМК Пресс, 2001. – 320 с.
- Магда Ю.С. Компьютер в домашней лаборатории. – М.: ДМК Пресс, 2008. – 200 с.
- Майер Р.В. Информационные технологии и физическое образование. – Глазов: ГГПИ, 2006. – 64 c. (http://maier-rv.glazov.net)
- Майер Р.В. Как стать компьютерным гением или книга о информационных системах и технологиях. – Глазов: ГГПИ, 2008. – 2004 c.
- Матаев Г.Г. Компьютерная лаборатория в вузе и школе: Учебное пособие. – М.: Горячая линия–Телеком, 2004. – 440 с.
Количество просмотров публикации: Please wait
Все статьи автора «Майер Роберт Валерьевич»
|
Цифровая обработка сигналов Аналого-цифровой преобразователь Е-440 под USB Осциллограф из ПК (адаптер для звуковой карты) Программное обеспечение Диагностический стенд на базе ПК Датчики для АЦП |
Современная
измерительная аппаратура давно срослась с цифровыми и процессорными
средствами управления и обработки информации. Стрелочные указатели уже
становятся нонсенсом даже в дешевых бытовых приборах. Аналитическое
оборудование все чаще подключается к обычным ПК через специальные
платы-адаптеры. Таким образом, используются интерфейсы и возможности
программ приложений, которые можно модернизировать и наращивать без замены
основных измерительных блоков, плюс вычислительная мощь настольного
компьютера. – при необходимости понизить входное напряжение в ПК с источника сигнала до Uвх = 1В (максимальное входное напряжение, подаваемое на вход адаптера Umax = 10 В ) – защитить звуковую карту от перегрузок по входному напряжению.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АДАПТЕРА Диапазон входного напряжения: 0,1 – 10 В Диапазон выходного напряжения (подаваемое на звуковую карту ПК): 0,001 – 1,5 В Пределы погрешности при Uвх=5 В: ± 2 % Стоимость адаптера, включая ПО: Oscilloscope v.2.51 и Scope30: 30 у.е. Заказать…
Адаптер мы можем переслать Вам по почте. Способы оплаты…
|
Каталог радиолюбительских схем. Что может ZX Spectrum. 1.1 ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ.
Каталог радиолюбительских схем. Что может ZX Spectrum. 1.1 ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ.1.1 ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ.
Ваш “Синклер” может стать основой цифрового измерительного комплекса с достаточно широкими возможностями. Наиболее просто с помощью компьютера измерять частоту электрических сигналов в диапазоне звуковых частот. Этот режим в ” Синклере” практически уже реализован. При загрузке программ компьютер постоянно измеряет частоту поступающего от магнитофона сигнала. Поэтому, если уровень измеряемого сигнала соответствует уровню на линейном выходе магнитофона, то частотомер может быть реализован чисто программными средствами, без использования каких-либо аппаратных средств. Примеры таких программ приведены в литературе (1), (2). Измерение частоты основано на подсчете количества периодов сигнала за фиксированный интервал времени. Поскольку частота в тактовом генераторе компьютера стабилизирована кварцем, то точность задания измерительного интервала, а следовательно и измерения частоты, будет достаточно высока. Для уменьшения погрешности связанной с дискретностью счета периодов сигнала измерительный интервал должен быть возможно больше, но для удобства измерений он не должен быть слишком большим. Приведенная программа формирует интервал длительностью около 1 секунды. При этом погрешность обусловленная дискретностью счета в выбранном диапазоне измеряемых частот 300 Гц – 3 КГц составит 0,003 – 0,0003 соответственно.
Не сложно расширить частотный диапазон в сторону более высоких частот. Для этого на входе устанавливается делитель частоты, а в программу вводится дополнительный коэффициент, учитывающий коэффициент деления при отображении результатов измерений. Схемотехника входных делителей может быть различной. Если необходимо измерение в диапазоне частот до 10-20 МГц, то входной делитель частоты может быть реализован на микросхемах ТТЛ серий 155, 555, 1533. При необходимости измерения более высоких частот можно собрать входной делитель описанный в (3). Варианты схем входных делителей частоты приведены на рис. 1.1.
На входы делителей должен подаваться импульсный сигнал с уровнями ТТЛ. Для согласования выходного сигнала делителя частоты и магнитофонного входа компьютера необходимо использовать резистивный делитель с коэффициентом деления около 20 (2кОм и 100 Ом).
Рассмотрим более подробно работу программы, обеспечивающей измерение частоты. Алгоритм измерения частоты аналогичен алгоритму в программе (2). Текст программы приведен ниже.
Программа 1.1.
10 CLEAR 65300; DIM A(64)
12 INPUT “FREQUENCY OF QUARTZ =”;Q
13 LET K=Q/14
15 INPUT “1:N”;N
16 LET KD=N
20 FOR I=1 TO 64
30 READ A(l): POKE (65300+l),A(l)
40 NEXT I
50 DATA 243,1,0,0,17,141,55,219
60 DATA 254,203,119,40,10,0,0,0
70 DATA 19,122,183,32,242,24,7,0
80 DATA 19,3,122,183,32,8,33,85
90 DATA 255,112,35,113,251,201,219,254
100 DATA 203,119,40,10,0,0,0,19
110 DATA 122,183,32,211,24,232,0,0
120 DATA 0,19,122,183,32,232,24,222
130 PRINT AT 9,6;”FREQUENCY:”;AT 9,26;”(Hz)”
135 PRINT AT 10,6;”1:N”;KD
140 OUT 254,7: RANDOMIZE USR 65301
150 LET F=256*PEEK 65365+PEEK 65366-1
160 IF F<0 THEN LET F=0
170 PRINT AT 9,16;” “;AT 9,16;INT((F*K*KD)/0.951)
180 GO TO 140
Основу ее составляет подпрограмма в машинных кодах. Эти коды записаны в строках 50-120. Загрузка кодов в память осуществляется в строках 10-40, а запуск подпрограммы в строке 140. В результате работы подпрограммы в машинных кодах в ячейках памяти с адресами 65365 и 65366 записывается значение частоты. В строке 170 производится вывод значения частоты на экран в удобном виде. При этом коэффициент К учитывает отличие частоты кварцевого генератора от номинала 14,0 МГц, а коэффициент KD коэффициент деления входного делителя. В строках 12-16 производится ввод значений коэффициентов в программу. Если эти коэффициенты постоянны, то можно удалить строки 12 и 15, а в строках 13 и 16 вместо Q и N записать постоянные коэффициенты. Коэффициент 0.951 корректирует значение частоты, получаемое подпрограммой в машинных кодах.
Программа 1.2 представляет собой текст подпрограммы в машинных кодах. Все команды в подпрограмме снабжены подробными комментариями, поэтому остановимся лишь на общей схеме работы подпрограммы.
Программа 1.2
Адрес | Метка | Код | Команда | Комментарий | |||||
65301 | 243 | F3 | di | Запрещение прерываний | |||||
1 | 01 | Id be 00 00 | Обнуление регистра ВС | ||||||
0 | 00 | в котором накапливается | |||||||
0 | 00 | результат | |||||||
17 | 11 | Id de 37 8D | Загрузить в DE | ||||||
141 | 8D | 14221 в DE задается | |||||||
55 | 37 | измерительный интервал | |||||||
Ml | 219 | DB | in a,(FE) | Из порта с адресом | |||||
254 | FE | 254 переспать данные в | |||||||
аккумулятор | |||||||||
65310 | 203 | CB | bit 6,a | Установить флаг Z в | |||||
119 | 77 | соответствии с разрядом | |||||||
6 аккумулятора | |||||||||
40 | 28 | jr Z,s | Переход на метку М2 | ||||||
10 | 0A | (смещение 10),если Z-0 | |||||||
0 | 00 | Дополнительная задержка | |||||||
0 | 00 | ||||||||
0 | 00 | ||||||||
19 | 13 | inc de | de-de+1 | ||||||
122 | 7A | ld a,d | Проверка обнуления | ||||||
183 | B7 | or a | регистра de и переход | ||||||
65320 | 32 | 20 | jr nz,s | по условию “не 0” | |||||
242 | F2 | на метку Ml | |||||||
24 | 18 | jr,s | Переход на метку OUT | ||||||
7 | 07 | ||||||||
0 | 00 | ||||||||
M2 | 19 | 13 | inc de | de-de+1 | |||||
3 | 03 | inc bc | Ьс-Ьс+1 | ||||||
122 | 7A | ld a,d | Проверка обнуления | ||||||
183 | B7 | or a | регистра de и переход | ||||||
32 | 20 | jr nz,s | по условию ‘не 0″ | ||||||
65330 | 8 | 08 | на метку МЗ | ||||||
OUT | 33 | 21 | Id hi FF 55 | Загрузка в hi числа – | |||||
85 | 55 | адреса ячейки памяти | |||||||
255 | FF | в которой будет результат | |||||||
112 | 70 | ld(hl),b | В ячейку 65365 помещается | ||||||
35 | 23 | inc hi | содержимое регистра В,а в | ||||||
113 | 71 | ld(hl),c | ячейку 65366 содержимое С | ||||||
251 | FB | ei | Разрешение прерываний | ||||||
201 | C9 | ret | Возврат в BASIC | ||||||
МЗ | 219 | DB | in a,(FE) | Из порта с адресом | |||||
65340 | 254 | FE | 254 переслать данные в | ||||||
аккумулятор | |||||||||
203 | CB | bit 6,a | Установить флаг 2 в | ||||||
119 | 77 | соответствии с разрядом | |||||||
6 аккумулятора | |||||||||
40 | 28 | jrz,s | Переход на метку М4 | ||||||
10 | OA | (смещение 10),если Z-0 | |||||||
0 | 00 | Дополнительная задержка | |||||||
0 | 00 | ||||||||
0 | 00 | ||||||||
19 | 13 | inc de | de-de+1 | ||||||
122 | 7А | ld a,d | Проверка обнуления | ||||||
65350 | 183 | В7 | or a | регистра de и переход | |||||
32 | 20 | jr nz,s | по условию ‘не 0* | ||||||
211 | D3 | на метку Ml | |||||||
24 | 18 | jr,s | Переход на метку OUT | ||||||
232 | Е8 | ||||||||
М4 | 0 | 00 | Задержка | ||||||
0 | 00 | ||||||||
0 | 00 | ||||||||
19 | 13 | inc de | de=de+1 | ||||||
122 | 7А | ld a,d | Проверка обнуления | ||||||
65360 | 183 | В7 | or a | регистра de и переход | |||||
32 | 20 | jr nz,s | по условию *не 0* | ||||||
232 | Е8 | на метку МЗ | |||||||
24 | 18 | jr,s | Переход на метку OUT | ||||||
65364 | 222 | DE | |||||||
65365 | Ячейки в которые | ||||||||
65366 | записывается результат | ||||||||
работы подпрограммы | |||||||||
Поступающий с магнитофона (а в нашем случае от источника сигнала измеряемой частоты) аналоговый сигнал преобразуется в компьютере в импульсный сигнал и подается на вход 6 разряда параллельного порта с адресом FEh (254d). Через фиксированные отрезки времени подпрограмма проверяет состояние 6 разряда этого порта. Этот процесс показан на рис. 1.2. При каждой проверке на 1 увеличивается состояние регистра DE и проверяется его переполнение. Время, за которое произойдет заполнение этого регистра, зависит лишь от тактовой частоты и, поэтому, неизменно. Это время является измерительным интервалом. Если при проверке состояния 6 разряда порта будет обнаружено изменение его состояния из “1” в “0”, то на 1 увеличивается содержимое регистра ВС. Число, которое будет накоплено в регистре ВС за измерительный интервал времени, будет пропорционально частоте входного сигнала. Результат работы подпрограммы заносится в ячейки памяти, через которые осуществляется связь с основной программой на БЕЙСИКе.
Для точной работы программы – частотомера необходимо правильно указать частоту кварцевого задающего генератора. Если она точно не известна, да и просто для проверки, можно провести калибровку.
По всей видимости, образцовый частотомер недоступен для читателей книги, но не стоит отчаиваться. Автор компьютера сэр К. Синклер снабдил его многими полезными способностями, в том числе и реализованными в операционной системе часами реального времени. Поскольку эталоном для этих часов является внутренний кварцевый генератор компьютера, то точность их хода зависит от отклонения частоты кварцевого генератора от номинала 14.0 КГц. Программа 1.3 реализует электронный секундомер.
Программа 1.3.
10 РОКЕ 23674,0
20 РОКЕ 23673,0
30 РОКЕ 23672,0
40 LET Т= INT ((65536″РЕЕК 23674+256*РЕЕК 23673+РЕЕК 23672)/50)
50 PRINT T
Программа показывает на экране сколько секунд прошло после ее запуска. Обычные электронные часы имеют точность хода не хуже 1 секунды в сутки, поэтому их вполне можно принять за эталон. Для получения точности калибровки 1/1000 необходимо по электронным часам отмерить 1000 секунд (16 минут 40 секунд) и зафиксировать число N на экране телевизора. Частота кварцевого генератора будет составлять: F = N*0.014 Эту частоту и нужно вводить в программе 1.1 в ответ на запрос FREQUENCY OF QUARTZ =.
В проверенном компьютере результат измерения составил N=1002, поэтому частота F = 14.028 МГц.
Для дальнейшего повышения точности необходимо увеличить интервал времени, в течении которого производится измерение частоты (в программе 1.1 эта длительность задана около 1 секунды). Можно изменить в этой программе подпрограмму в машинных кодах, но, по всей видимости, проще организовать многократные измерения и усреднение частоты в программе на бейсике. При этом измерительные интервалы оказываются отделены друг от друга некоторыми промежутками времени, однако, при измерении неизменяющейся частоты, точность измерений от этого не уменьшается. В программу 1.1 достаточно внести следующие изменения:
Программа 1.4.
140 FOR Z=1 ТО 10
145 OUT 254,7: RANDOMIZE USR 65301
150 LET F=F+256″PEEK 65365+PEEK 65366-1
155 NEXT Z
160 IFF<0 THEN LET F=0
170 PRINT AT 9,16;” “AT 9,16;INT((F*K*KD)/9.51)
180 GO TO 140
В программе 1.4 производится усреднение по десяти замерам частоты. Цикл организуется в строках 140 – 155. В строке 150 происходит суммирование результата каждого измерения, а при выводе результата на экран сумма делится на количество измерений (в данном случае для этого вместо коэффициента 0.951 используется 9.51) В случае необходимости можно использовать и другое количество измерений.
НПО Учебной Техники “ТулаНаучПрибор”. Учебные лабораторные установки, комплексы, оборудование
Учебные лабораторные установки, приборы и оборудование для практикума.
«ТУЛАНАУЧПРИБОР»
Все права защищены. (с) НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ УЧЕБНОЙ ТЕХНИКИ
НПО Учебной Техники «ТулаНаучПрибор»
Добро пожаловать! Последнее обновление 21.12.2020
Производитель учебного лабораторного оборудования для практикума c 2002 года
В этом разделе вы найдете программное обеспечение, используемое в научной и учебной деятельности. Представлены ознакомительные версии программ для работы с экспериментальными установками производства НПО Учебной Техники “ТулаНаучПрибор”: кросс-платформенный комплекс LabVisual, обычно включающий в себя набор программных средств для получения экспериментальных данных с учебной лабораторной установки с последующей визуализацией и анализом; программные продукты для анализа данных сторонних авторов; необходимое и полезное программное обеспечение для чтения электронных документов, работой с печатными платами, принципиальными электрическими схемами. Добавлен раздел для разработчиков программного обеспечения: в раздел включены компоненты для среды программирования Delphi, используемые при разработке виртуальных приборов и научных приложений.
Программы и драйвера для работы с учебными установками и другие полезные программы
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДЛЯ РАБОТЫ С УЧЕБНЫМИ УСТАНОВКАМИ
Драйвер для работы учебных установок с персональным компьютером
через стандартный USB порт (AVR309, ОС Windows XP и выше, только 32 бит)
Драйвер для работы учебных установок с персональным компьютером
через стандартный USB порт посредством переходника USB-RS232
(виртуальный COM-ПОРТ на микросхеме PL2303 либо Ch441, поддержка
32 и 64 битных версий ОС Windows) + среда LabVisual 2.6 для комплекта учебных
стендов по микропроцессорной техники РТМТЛ-1-5
Драйвер для работы учебных установок с персональным компьютером
по протоколу UDP (TCP/IP) при подключении учебных установок через
сетевой порт LAN (Ethernet). Драйвер для сетевых карт RealTek.
Перед подключением установки к ПЭВМ через порт LAN необходимо установить драйвер чипсета и драйвер используемой Вами сетевой карты на ПК.
Для установки соединения ПЭВМ с лабораторной установкой через порт LAN (сетевая карта ПК) следует предварительно выполнить процедуру настройки сетевой карты компьютера. IP адрес устройства (учебной установки) фиксирован 192.168.0.222 (отображается на ЖК дисплее при включении), поэтому для соединения ПК и учебного прибора через LAN необходимо зайти в настройки сетевой карты ПК: ПУСК-НАСТРОЙКА-ПАНЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ-СЕТЕВЫЕ ПОДКЛЮЧЕНИЯ, выбрать ПОДКЛЮЧЕНИЕ ПО ЛОКАЛЬНОЙ СЕТИ, и, нажав правую кнопку мыши, войти в меню “СВОЙСТВА”.
Выбрать “Протокол версии Интернета 4 TCP/IPv4 и нажать “СВОЙСТВА”. В свойствах сетевого соединения установить:
1) Использовать следующий IP адрес: 192.168.0.2 (либо любой другой из подсети 192.168.0.xx)
2) Маска подсети 255.255.255.0
После предварительной настройки можно подключать прибор к LAN порту ПЭВМ.
Драйвер для работы учебных установок с персональным компьютером
через стандартный USB порт посредством виртуального COM-ПОРТА,
реализованного на микроконтроллере AVR как CDC устройство.
USB communications device class (USB CDC рус. класс коммуникационного устройства) — является составным классом устройства Универсальной последовательной шины. Класс может включать один (или более) интерфейс, такой как интерфейс пользовательского элемента управления, интерфейс передачи данных, аудио или интерфейс запоминающего устройства.
Коммуникационный класс устройства, прежде всего, используется для модемов. Хотя также встречается в ISDN, факсах и приложениях телефонии для выполнения обычных телефонных звонков. Так же этот класс используется для компьютерных сетевых устройств, сродни сетевой плате, обеспечивая интерфейс для передачи Ethernet или фреймов ATM на некоторые физические среды.
Этот класс может использоваться для промышленного оборудования, например станков ЧПУ, позволяя обновлять более старые последовательные контроллеры RS-232, сохраняя совместимость программного обеспечения. Устройство присоединяется к линии связи RS-232, а операционная система заставляет USB-устройство появиться как традиционный порт RS-232. Производители микросхем, такие как Prolific Technology, FTDI, Microchip Technology и Atmel предоставляют специальные средства для того, чтобы можно было легко разработать устройства RS-232 USB.
Устройства этого класса также реализованы во встраиваемых системах, таких как мобильные телефоны, чтобы телефон мог использоваться в качестве модема, факса или сетевого порта. Интерфейсы передачи данных обычно используются, чтобы выполнить передачу большого объёма данных.
Исполняемые файлы и исходный код среды LabVisual для автоматизированных
учебных установок (полная версия для всех приборов на 10.03.2016, РАЗМЕР 5 Гб!).
Эмулятор программного кода VirtualBox для работы ПО LabVisual в
среде ОС Linux и MacOs
Дистрибутив свободно распространяемой ОС Ubuntu/Kubuntu Linux,
поставляемой в комплекте с персональными компьютерами
для работы с учебными лабораторными установками.
Руководство к среде LabVisual 2, 2012 г.
Программный комплекс LabVisual для работы с экспериментальными установками.
Программный модуль LabVisual Viewer для визуализации и анализа данных.
Программный модуль “LabVisual Осциллограф” для наблюдения сигналов в on-line режиме и в режиме фигур Лиссажу.
ПОЛЕЗНЫЕ И НЕОБХОДИМЫЕ ПРОГРАММЫ
Программа изображения электрических принципиальных схем
RusPlan (русская версия). В архиве Rusplan v 5.0, v 6.0.0.1, 7.0.0
Advanced Grapher 2.11 Программа позволяет произвести
построение графиков (в том числе неявных функций), умеет производить
простой регрессионный анализ данных.
Программа для анализа спектров Visual Mria, 2010 г.
Умеет анализировать дифракционные спектры, полученные различными
методами (TOF- метод, рентгеновские спектры с постоянной длинной волны и т.д.)
Программа для анализа гамма спектров Visual Activ.
Умеет анализировать практически любые гамма спектры.
Производит калибровку гамма-спектрометра по известному спектру.
Может использоваться как дополнение к программе получения гамма-спектров
на учебных лабораторных установках по квантовой физике ФПК-12, ФПК-13.
Программа для чтения *.djvu и *.djv файлов с возможностью плавной прокрутки
WinDjView
GSView Программа для чтения postscript *.ps файлов с возможностью
конвертирования их в формат *.pdf.
Сначала необходимо распаковать архив и установить из архива интерпретатор Ghostscript
языка postscript (файл gs864w32.exe), затем устанавливается
программа-оболочка gsv49w32.exe
Простая программа для чтения *.pdf файлов SumatraPDF.
Для профессионального использования рекомендуем свободно
распространяемый пакет Adobe Reader.
Программа Table v 3.40 “Периодическая таблица Менделеева”
с расширенными возможностями. Умеет уравнивать химические реакции,
решать простые задачи, показывает полную информацию об элементе.
ВИРТУАЛЬНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
Программа Spectrum Laboratoty Spectrum Lab v 2.75.
Анализатор спектра, измеритель нелинейных искажений, виртуальный генератор
на базе звуковой карты ПК. Кроме имеющейся и в SpectraLAB возможности представления
исследуемого сигнала во временной области виртуальным осциллографом и в частотной
области спектроанализатором (стандартное двухмерное представление по осям
спектральная плотность / частота и трехмерное с дополнительной осью времени) или
спектрографом-«водопадом» (частота / время + изображение спектральной плотности цветом;
минимальный временной шаг спектрографа составляет беспрецедентно малую миллисекунду, что позволяет эффективно анализировать акустические процессы), а также генерации тест-сигналов типа синусоиды, меандра, треугольного, свип-тона, белого и розового шума, Spectrum Lab позволяет генерировать тест-сигналы с амплитудной и частотной модуляцией, причем в качестве модулирующего сигнала можно выбрать как стандартный, так и описываемый формулой пользователя или коротким (до 1024 точек) аудиофайлом.
Спектроанализатор (анализатор спектра) на звуковой карте ПК. Spectran v 2
Спектроанализатор (анализатор спектра) на звуковой карте ПК. Spectrogram v 5.17
Русская версия Spectrogram v 4.2.6
Виртуальный звуковой генератор v 1.0, 2010 г.
Настоящая программа реализует низкочастотный двухфазный генератор функций.
Выходные сигналы генератора поступают на два канала стерео выхода
звуковой карты компьютера. Сигнал второго (правого) канала может быть произвольно
сдвинут по фазе относительно сигнала первого (левого) канала.
Виртуальный звуковой генератор. v 2.0, 2011 г.
Настоящая программа реализует низкочастотный двухфазный генератор функций.
Выходные сигналы генератора поступают на два канала стерео выхода
звуковой карты компьютера.
В отличии от предыдущей версии на разные каналы можно подавать сигналы разной формы
Генератор 20 Гц- 20 кГц на базе звуковой карты ПК FreqGenerator_1.1.
Генератор формирует на двух стереоканалах независимые синусоидальные сигналы
разной частоты и фазы. В режиме реального времени наблюдается форма сигналов и
сдвиг фаз относительно друг друга.
Виртуальные частотомеры на базе звуковой карты ПК
Frequency Counter 1.01 и Musical Tuner 1.2.
Программы реализуют измерители звуковой частоты сигналов различной формы.
Виртуальный осциллограф Virtins Sound Card Oscilloscope v 1.2
на базе звуковой карты ПК.
Программа реализует 2-х канальный цифровой осциллограф на базе
звуковой карты персонального компьютера
Виртуальные измерительные приборы на базе ПК.
КОМПОНЕНТЫ DELPHI ДЛЯ РАЗРАБОТКИ НАУЧНОГО ПО
(научные компоненты DELPHI)
Iocomp Components Ultra Pack 4.02 sp2 Full Source
Abakus VCL V3.70 Full Source
Sunisoft SUIPack v 6.2 Full Source.
Отличный набор компонентов. Поддерживает различные скины
MacOs, XP, новые диалоговые окна, заменены почти все
основные компоненты. В архиве есть демо, показывающее как все
работает – все очень красиво выглядит.
Устанавливается просто: достаточно запустить файл Install.exe,
предварительно из делфи должны выйти.
TMS Instrumentation Workshop v 1.45 Full Source
InstrumentLab VCL v 4.5 Full Source Mitov Software
Mitov Software is specialized in development of fast Video, Audio
and Signal Processing, Real Time Data Acquisition, Communications,
and Process Control solutions
TMS Component Pack v5.5.4.1 (C++Builder, Delphi) Full Source
В состав пакета, в частности, входят компоновочные сетки, лента инструментов
в стиле Office 2007, модули календарного планирования, расширенные инструменты
редактирования данных, панели инструментов, средства автоматического обновления
приложений через Интернет, вкладки стилей как в Office 2003/2007, механизмы
постраничного вывода и другие компоненты.
DEVELOPER EXPRESS DevExpress ForumLibrary 1.3
Full Source for Delphi 5 – Delphi 7
Несколько компонентов, которые могут изменить вид Вашего приложения.
Очень удобные часы и таймер позволят придать красивый вид Вашей программе.
TOptEls v.2.00
Визуальный компонент для отрисовки оптических элементов (линз и зеркал).
Например, для программ на лазерную и оптическую тематику.
Версия августа 2008 с двумя вариантами – для Delphi и Lazarus.
Плата частотомера с выходом на компьютерHOME
Предлагаемая вашему вниманию схема разрабатывалась для работы в соревнованиях
с программой N6TR, но может быть использована для других целей требующих ввода
информации о частоте в компьютер.
Данные о частоте трансивера вводятся в LPT порт компьютера, резидентная программа
преобразует формат данных с частотомера в формат стандартного аппарата (за основу
взят формат трансиверов фирмы KENWOOD).
В схеме не используется микропроцессор, при этом количество корпусов микросхем
совсем не велико. Благодаря использованию LPT порта высвобождается такой
“дефицитный”, для программы N6TR ресурс компьютера, как COM порт. рис.1
Схема частотомера приведена на рис.1, собственно счётчик построен на микросхемах ИЕ10, микросхема замечательна тем, что её можно использовать как сдвигающий регистр, таким образом, после счёта микросхема переводится в режим записи и производится последовательный вывод информации из счетчика в компьютер. Время счёта задаётся счётчиком DD8 на вход C, которого подаются импульсы частотой 32768гц вырабатываемые генератором на элементе DD7:B. Импульсы опроса поступают с компьютера на вход CLK схемы, при этом происходит сброс счётчика DD8 и перевод счётчиков в режим записи, по отрицательному фронту импульса опроса происходит чтение выхода DATA схемы, для того чтобы схема не успела перейти в режим счёта импульсы опроса должны следовать с частотой не менее 256гц, после 16 импульсов счёта вход CLK остаётся в нуле и схема через 3.9 ms переходит в режим счета, до тех пор пока не начался счёт считывается сигнал +пч или -пч (за 16 тактов он успевает сдвинуться со входа SUM на выход DATA). Счёт продолжается 125ms, при этом с частотой не менее 500гц происходит опрос линии DATA для подсчёта количества переполнений счётчика. Временные диаграммы работы схемы приведены на рис.2. рис.2
Макет схемы был выполнен на микросхемах серии 1533(DD1-DD4) и 561(DD6-DD8) в предварительном делителе на четыре была использована 1554ТМ2, при этом максимальная частота составила 70МГц при потреблении 60ma, если использовать все микросхемы серии 1554, то потребление может быть уменьшено до 20ma. Допустимо использование в счётчике микросхем серии 555, при этом максимальная частота счёта уменьшится, а потребление увеличится.Фото макета приведено на рис.3. рис.3
Для соединения с компьтером используются вывода 2,11,25 LPT порта, схема соединений компьтер-частотомер-трансивер приведена на рис.4. Сигнал +пч или -пч подаётся с трансивера на вход SUM частотомера. рис.4
Настройка схемы заключается в подборе элементов C1,C2,C3,R1,R3 для получения устойчивой генерации элемента DD7:B с частотой 32768гц( точное значение не критично, калибровка производится программно) и подборе резистора R2, для получения меандра на выходе DD6:B в измеряемом диапазоне частот.
Схема в формате wmfHOME
Звуковые карты
Звуковые инструменты и игрушки
Звуковые карты Звуковые инструменты и игрушки
от W.A. SteerPhD
Стандартные мультимедийные аудиоустройства ПК предлагают очень малоиспользуемый потенциал для как научные, так и просто забавные проекты. Представляю готовый экспериментальный программный частотомер / инструментальный тюнер на основе звуковой карты, спектр в реальном времени анализатор и генератор синусоидальных сигналов, все для использования на частотах до 20 кГц.Я также обрисовал в общих чертах некоторые попытки охарактеризовать частотную характеристику и резонансы акустической системы и микрофонной системы – с целью создания цифрового фильтр, чтобы удалить самые серьезные недостатки, и прогрессировать с помощью «акустического радара».
Содержание
Стандартная звуковая карта ПК (или звуковой чипсет) включает, среди прочего, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) для преобразования внешних звуковых сигналов в цифровые биты и цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) для преобразования цифровые биты обратно в звуковые сигналы.В общем, оба двухканальные (стерео), с разрешением 16 бит и частотой дискретизации 44,1 кГц. Моно операция, 8-битное разрешение и более низкие частоты дискретизации 22,05 кГц, 11,025 кГц являются обычно доступны, когда низкое разрешение / пропускная способность / скорость передачи данных приемлемо. Пока ваша звуковая карта является «полнодуплексной» (большинство из них) и драйвер настроен для его включения (проверьте), вы можете использовать АЦП и ЦАП для одновременно вводить и выводить звуки – хотя обычно вам нужно оба с одинаковой частотой дискретизации. Для программиста Windows API обеспечивает простой программный интерфейс для оборудования.С этого момента я разработал несколько аудиоаплетов – см. ниже.
Примечание о загрузках апплета
Я не считаю эти апплеты полностью «законченными» или «отлаженными». Они вполне могут выдавать неожиданные ошибки, из-за которых апплет преждевременно прекратитьАпплеты не нуждаются в навороченной установке , не трогают ваш реестр Windows, amd не будет устанавливать какие-либо библиотеки DLL. Просто скачайте .EXE и запустите их. Для всех требуется Windows95 или новее.
Выберите или введите частоту (от 1 до 22050 Гц), амплитуду (от 1 до 32767), выберите левый или правый канал для вывода. Нажмите “воспроизвести звук”, чтобы получить импульс продолжительностью в одну секунду, или ‘start-‘ и ‘stop sound’ для непрерывного управления звуком (до предела 10 часов!). Ползунок громкости должен дублировать регулятор громкости волны на вашем звуковой выход микшерный пульт. Если звук играет, то меняется (кроме Громкости слайдер) не будет слышен, пока звук не будет остановлен и перезапущен.
Скачать: siggen.exe Эта версия заменена
Скачать: SigGen_1v3.exe Новая версия 1.3 , доступна
с мая 2011 года. Поддерживает несколько звуковых карт и лучше соответствует звуковым моделям Windows Vista / 7.
Специальная аудиометрическая версия
Это ветвь разработки от штатного генератора сигналов, с возможностью установки амплитуды звуков, пропорциональные порогу слышимости, как функция частоты, и настроить уровень сигнала в децибелах. Эта версия больше подходит для измерений. человеческого слуха, чем в стандартной версии.См. Пункт меню «О программе» апплета для получения дополнительной информации.Скачать: SigGen_Audiometric_1v3.exe
Загружая эти файлы, вы соглашаетесь стандартный отказ от ответственности.
Тюнер сэмплирует текущий выбранный аудиовход (установленный громкостью записи). панель управления) фрагментами в одну десятую секунды. Затем он подсчитывает количество завершенных wavecycles и делится на время, необходимое для получения частоты. Частота отображается в верхнем левом углу и выражается как ближайшая музыкальная нота плюс или минус так много центов (согласно шкале с одинаковым темпом на основе A как 440.0 Гц).
Дисплей яркий, когда программа считает, что имеет самосогласованные показания. Если громкость слишком низкая (или слишком сильно колеблется), сигнал богат на гармоники или загрязнены посторонними звуками или электрическими помехами, то дисплей остается тусклым. Если сигнал слишком громкий, дисплей становится красным.
Производительность можно значительно улучшить, используя какой-нибудь узкополосный цифровой фильтр (возможно, адаптивно) настроен на интересующую частоту. Это практически устраняет проблему гармоник, влияющих на чтение.Пока я проделано экспериментально, эта функция еще не готова к общему выпуску!
Новая версия программы 1.3, ниже, , действительно, исправляет ранее возникшую проблему с ошибками деления на ноль!
Загрузить: tuner1v3.exe [от 20 июля 2005 г., выпущен в марте 2012 г.]
Загружая этот файл, вы соглашаетесь
стандартный отказ от ответственности.
Нота на равномерно темперированной гамме
f = 440 נ 2 ( n /12)где f в Герцах, а n – целое число, как показано ниже:
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 A A # B C C # D D # E F F # G G #до n , прибавьте число, кратное 12, чтобы получить более высокие октавы, или вычтите кратное из 12 для нижних октав.
Тахометр вариант
По многочисленным просьбам я создал разновидность частотомера, который предназначен для использования в качестве тахометра. Модификация базового частотомера довольно проста, но не была особенно тщательно протестирована. поэтому, пожалуйста, используйте его с осторожностью.Поскольку он измеряет фактическое время одного (или нескольких) полных сигналов, а не просто «считает» циклы в пределах периода измерения, вы можете получить точные результаты даже при подсчете только небольшого количества импульсов.Я снизил частоту дискретизации до 22050 Гц и удвоил длину буфера, поэтому период дискретизации теперь в 4 раза больше, чем у обычного частотомера. Вероятно, 4 Гц – это абсолютная минимальная скорость (120 об / мин для 2 имп / оборот), которая даст значимый выход, хотя я бы рекомендовал вам использовать только 8 Гц (240 об / мин для 2 имп / оборот) или выше.
Хотя вы можете использовать микрофон, в зависимости от вашего приложения фотодиод, подключенный к микрофонному входу, и светодиод, чтобы перегородка для луча (или световозвращающая конструкция) может работать лучше.Программное обеспечение позволяет выбирать от одного до шести импульсов на оборот. Обратите внимание, что при использовании нескольких импульсов на оборот, импульсы должны быть равномерно распределены, иначе программа может не зарегистрировать надежные показания.
Скачать: RevCounter1v3.exe
Загружая этот файл, вы соглашаетесь
стандартный отказ от ответственности.
Экспериментируя с быстрыми преобразованиями Фурье (БПФ) на протяжении многих лет, я понял, что могу совместить эту процедуру с отбором звука разделы кода для создания анализатора спектра звука в реальном времени.
Как и другие программы на этой странице, он использует вывод Панель микшера «Запись» в качестве входа.
Аудио дискретизируется с частотой 44,1 кГц с разрешением 16 бит.
Пожалуйста, посетите мою специальную страницу спектрального анализа по адресу: specanaly.html для загрузки.
На специальной странице представлены текущие обновления (например, август 2015 г.) спектрального анализа с множеством новых функций.
Пример сюжета:
Конфигурация теста:
- OPL3-SA звуковой чипсет материнской платы (регулировка низких и высоких частот на одну ступень от минимума)
- Колонки Altec Lansing ACS90 (без сабвуфера)
- Мультимедийный микрофон других производителей (с переключателем громкости в среднем положении – II)
- Микрофон расположен примерно в 5 мм перед центром динамика
Верхний (темно-зеленый) график представляет выходной сигнал; 9-тактный косинусоидальные синусоидальные всплески с частотой 20 Гц, 25 Гц, 31 Гц, 40 Гц ,.0,2 кГц (три тонов на октаву). Всплески разделены периодом молчания того же продолжительность как предыдущая вспышка. Горизонтальный масштаб меняется динамически поперек экрана, чтобы все серии были одинаковой ширины!
Средняя, синяя и красная кривая представляет полученный сигнал, снова на линейная шкала амплитуд. Цвет синий там, где ожидался звук, и красный там, где его не было (в выведенных периодах тишины). Возникают “ красные ” звуки в первую очередь из-за резонанса в микрофоне или динамике – но может также могут быть вызваны фоновым шумом в комнате или электрическими помехами.
На нижнем графике в логарифмической шкале (децибел) показана амплитуда принятый сигнал после соответствующей фильтрации полосы пропускания (зеленая кривая). В красная кривая ниже показывает амплитуду принятого сигнала, отфильтрованного аналогичным образом, в периоды «тишины» – из-за фоновых звуков и т. д. значение этого следа с долей скепсиса! Это показывает некоторую симпатию с резонансами 2-4 кГц и 8 кГц, очевидными в красном / синем принимаемом сигнале участок. Пик на частоте 50 Гц вызван перехватом электроэнергии в сети переменного тока.
Идеи для будущего развития:
- меньшие интервалы частоты (и полосы пропускания) для первичного графика отклика
- , тест на более высокую скорость непрерывного частотного свипирования “щебетание”
- Измерьте и нанесите на график фазовые сдвиги в принятых сигналах Тест на резонанс
- с использованием более продолжительных (с более узкой полосой пропускания) циклов, возможно с квадратной огибающей и, возможно, анализируя полученные формы огибающей атаки и затухания
- Измерение гармонических искажений и графики
- Измерение фонового шума / захвата и график частот
Программа также запускалась с настройками управления звуком для внутренней петлевой проверки.Это показало, что электрический отклик был ровным с точностью до 3 дБ по всей длине волны. диапазон от 20 Гц до 20 кГц – но только тогда, когда звуковая карта контролирует низкие и высокие частоты были установлены на одну ступень выше минимума (по шкале от 1 до 7). С элементами управления в их среднем положении был отчетливый провал на 6 дБ в частоте отклик около 1-2 кГц – область между ними, на которую влияет тон контролирует !!!
Из-за своего экспериментального характера эта программа недоступна для скачать.
Примечание к записи в децибелах
Децибелы используются для цитирования отношения амплитуд сигнала:дБ = 20 log 10 (A / A ref )
Коэффициент 6 дБ соответствует двукратному изменению амплитуды сигнала, таким образом, вы получаете 6 дБ «динамического диапазона» для каждого бита вашего АЦП / ЦАП.Следовательно 16-битная звуковая карта (или обычный компакт-диск) имеет собственный максимальный динамический диапазон 6 дБ נ 16 бит = 96 дБ. Более специализированный высший качественные звуковые карты предлагают 24-битную дискретизацию и, таким образом, 144 дБ динамического диапазона – превышает слуховую систему человека!
В графиках этой программы используется максимально достижимая амплитуда (32768) как опорная точка (0 дБ).
Точно так же, как радиоволны могут использоваться для обнаружения и определения дальности объекты, такие как самолеты или корабли в море, могут использоваться звуковые волны – хотя обычно на более короткие расстояния. Звуковые волны распространяются со скоростью примерно 330 метров в секунду в воздухе в помещении.
температура. Если бы мы поместили микрофон рядом с динамиком лицом к
стену на расстоянии 5 метров, затем заставил динамик “щелкнуть”, микрофон
практически сразу слышу один щелчок (прямой звук), затем – эхо
от стены
25/330 = 0,0303 секунды спустя (
коэффициент два возникает, потому что звук должен пройти к стене и обратно ,
совершив всего 10 метров пути).
[Вы можете хлопнуть в ладоши перед большой внешней стеной, чтобы проверить это.]
На практике «клики» не так хороши: среди прочих проблем они могут быть трудно отличить от фонового шума. Что повсеместно используется в радиолокационные системы – это псевдослучайная битовая последовательность (PRBS) – в случае звука, шипящий шум, содержащий все частоты (до определенного предела), со специальным свойством, что он коррелирует (сопоставляет) только сам с собой в нулевые временные сдвиги (или период цикла последовательности, который может легко сделать очень долго). Если у вас несколько эхо, полученная последовательность будет немного соответствовать времени, соответствующему каждому эхо, но совсем не между.
Я написал программу, чтобы озвучить PRBS и сопоставить полученный сигнал от микрофон. Это действительно сработало (вроде как), и вы могли видеть эффект объектов размещены на расстоянии до метра от динамика / микрофона – но даже без отражающий объект, прямая корреляция не оказалась «чистой».
Прямая корреляция для микрофона 3 дюйма перед динамиком
Проблема заключалась в том, что резонансы в динамике и микрофоне вызывали звуковые волны на определенных частотах должны преобладать.Единая частота будет коррелировать с самим собой через временные интервалы, кратные период, T , каждого цикла. Мои «множественные размышления» были разделены около 0,0003 секунды (0,3 миллисекунды), что указывает на резонанс системы при около 3,3 кГц (1 / 0,0003 = 3333 Гц). Там есть также свидетельство резонанса примерно вдвое большей частоты.
Ранний эхо-график
С микрофоном и динамиком рядом, а твердый предмет удерживается примерно на 0,3 м. перед динамиком / микрофоном виден график выше.А также сильные прямые пик, есть второй пик эхо-сигнала (легко различимый в колебании после первого пика) примерно через 1,6 миллисекунды. Это указывает на разница расстояний в оба конца 330 נ 0,0016 = 0,53 м, расстояние до объекта 0,53 / 2 = 0,26 м. Небольшая недооценка можно объяснить небольшим, но немаловажным расстоянием между микрофонами и динамик!
Этот неприятный беспорядок перекрывающихся пиков заставил меня вернуться и исследовать частотную характеристику и резонансы в системе динамик-микрофон.Путем фильтрации проблемной полосы частот в переданном и / или полученном звук, должен быть получен более чистый эхо-рисунок …
Когда звук проходит через внутренний шлейф (чисто электрический, настоящих акустических волн нет) получается следующая картина – хороший представление «дельта-функции Кронекера».
Корреляция для внутренней петли (частотная характеристика плоская -3 дБ 20 Гц – 20 кГц) Пик идет на вниз, на , а не вверх, потому что какой-то дизайнер получил
инвертирующий усилитель в петлевой тракт!
Но если регуляторы низких и высоких частот звуковой карты “средние” позиции (которые мы установили ранее, оставляют провал на 6 дБ в область 1-2кГц – см. выше) картина такая, как показано ниже.
Корреляция для внутренней петлевой проверки (регуляторы низких и высоких частот в «средних» положениях). Мгновенный выброс (темно-зеленый) вызван избытком высоких частот (высоких частот).
отклика, а более длительное колебание (синий) вызвано избыточной низкочастотной (басовой) характеристикой.
Фактически, то, что показывает корреляционная функция, фактически является импульсный отклик системы.
Точно смоделировать реакцию динамика / микрофона пока не удалось достаточно, чтобы отфильтровать сигналы, чтобы получить чистые акустические корреляционные пики.Ответ может оказаться слишком плохим для восстановления для этого приложения …!
Следовательно, поскольку программы все еще находятся в стадии разработки, они еще не доступны для скачивания.
Прочие проекты частотного анализа
Несколько месяцев назад я разработал небольшую программу, позволяющую мне анализировать тональные сигналы DTMF (двухтональный многочастотный), используемые телефонными дозвонщиками. Это позволило мне определить набранный номер, учитывая запись тона.Я расширил этот проект, чтобы проанализировать оркестровую запись с точки зрения присутствующих музыкальных нот, и с дисплея можно было работать из музыки для выдающихся фрагментов мелодии (не имея “музыкального слуха” Я не могу этого сделать интуитивно!).
Еще в начале 2001 года я сказал:
“Думаю, можно сжимать записи речи до скорости 1000 бит / с или меньше, и при этом сохраняйте звучание «естественным» … Но это потребует некоторой работы! »
Что ж, в этом году я был довольно занят – закончил писать докторскую диссертацию, распечатать, переплести, сдать устный экзамен … а затем приступить новая работа.
Я все еще, особенно в последние несколько недель (до 19 ноября 2001 г.), работает над подготовкой к решению этой задачи.
Последняя программа для анализа речи. Красная и зеленая полоса вверху показывает
пиковая и среднеквадратичная амплитуда файла звукового сэмпла как функция времени
(всего около 4 секунд). Волнистые линии шкалы серого – это частотный спектр.
график зависимости от времени; один пиксель представляет прибл. 43 Гц по вертикали и 1/86
второй по горизонтали. Желтый график – это также частотный спектр в зависимости от времени,
но сжатые по логарифмической шкале частот. Зеленая волнистая линия на
в самом низу показано отслеживание основной частоты во времени,
а красная линия, наложенная на основной график частоты / времени, представляет
третья гармоника обнаруженной основной гармоники.
Программа в настоящее время повторно синтезирует речь из гармонического ряда синусов. или косинусоидальные волны, изменяя амплитуды в соответствии с исходным сигналом (на грубая путаница с использованием спектра Фурье).
Интересно, что частота основной гармоники мало влияет на разборчивость речи, хотя и постоянная, превращает речь в простую песню, или заставляя ее отслеживать исходную песню “лениво”, заставляет звук динамика очень устал.
Только однажды мне удалось отследить амплитуды и разделить звонкие из невокализованных речевых компонентов должным образом и может синтезировать высокий качество речи надежно из комплектующих, потрачу ли много времени разработка того, как лучше всего отбросить информацию для достижения существенное сжатие …
Создано: Январь 2001
Последнее изменение: 14 августа 2015 г.
Источник: http://www.techmind.org/audio/ © 2001-2015 Уильям Эндрю Стир
[email protected]
Изображение экрана частотомера звуковой карты
Частотомер (как и Вольтметр и Измеритель уровня звука) можно разместить в любом месте экрана. Размер шрифта дисплея изменяется, когда вы изменяете размер счетчика, перетаскивая его границы.Вы можете заполнить экран для получения действительно больших результатов, которые могут быть замеченным через всю комнату.
Счетчик имеет две разные частоты обновления: Быстро (показано) – около 10 отсчетов в секунду и Медленное значение по умолчанию – 1 раз в секунду, но может быть для особых случаев установите значение 60 секунд. Однако, в отличие от обычных счетчиков, высокие разрешение обычно можно получить без длительного интервалы обновления.
Показанный режим Герц имеет гораздо более высокое разрешение, чем обычные настольные агрегаты.Те просто подсчитывают количество запускать события в выбранном интервале обновления.
Вместо этого Daqarta подсчитывает общее количество прошедших выборок. за общее количество триггеров в интервале обновления. Поскольку частота дискретизации известна и очень точна, частота сигнала может быть вычислена с аналогичной точностью после только на короткое время. Это аналогично настройке режима периода. на обычном счетчике и подсчитывая количество временных интервалов циклически переключает триггеры ввода, а затем вычисляет обратную величину.Здесь Daqarta берет на себя все вычисления и позволяет большое количество временных циклов (отсчетов) с произвольное количество входных триггеров между вычислениями.
Daqarta также имеет доступ к дополнительной информации о сигнале чем настольный счетчик, так как он знает амплитуды выборок до и после триггерного события. Это позволяет интерполяция времени триггера для получения более высокого разрешение, чем может предполагать частота дискретизации карты, по сравнению с часами обычного счетчика.
Элемент управления “Места” (около правого конца счетчика окно) позволяет выбрать от 0 до 9 десятичных знаков для сообщенное значение Герц, в настоящее время показанное равным 3. Отдельно настройки сохраняются для режимов RPM и msec.
Режим RPM предназначен для использования с двигателями и другим вращающимся оборудованием. Он использует те же методы, что и режим Герца, чтобы получить кайф. разрешение при высокой частоте обновления, но включает автоматическое деление на 60 – преобразование герц в число оборотов в минуту.
Учтите, что обычный счетчик с 1-секундным обновлением скорость может показывать только разрешение 1 Гц. Двигатель работает на 600 Таким образом, частота вращения на таком счетчике будет показывать только 10 Гц, и вы бы нужно вручную умножить на 60, чтобы преобразовать в об / мин … и получить только разрешение 60 Гц, и то с медленной скоростью в 1 секунду. Дакарта может показывать частоту вращения напрямую, с разрешением обычно лучше, чем 0,001 об / мин при 10 обновлениях в секунду.
Кроме того, в режиме RPM используется регулятор Cyl (Цилиндры) на крайний правый.Это позволяет вам напрямую читать RPM независимо от того, вы воспринимаете импульсы от одного цилиндра или от катушки провод обычного зажигания, на 4-х или 2-х тактный двигатели любого количества цилиндров. Видеть Измерение оборотов двигателя в автомобильной промышленности в раздел Приложения для техники.
Cyl control также позволяет измерять число оборотов в минуту с помощью зубчатого колеса. датчики на любом вращающемся оборудовании, до 1000 зубьев на революция.
В режиме мсек период отображается напрямую с использованием того же измерение в режиме Герца, но без обратного.
Общий режим подсчитывает триггерные события с момента последнего счетчика Сброс настроек. Если интересующие события вспыхивают тоном или шума, вы можете использовать задержку триггера для подсчета только одного события за пакет, а не за каждый цикл.
Общий счетчик продолжает накапливаться, даже если вы переключитесь на Режимы Герц или мсек, и будут правильно считываться при переключении назад.
SpecTot – это специальный режим для подсчет событий на основе спектральных характеристик, а не нормальный запуск. Он может различать события, которые похожи по амплитуде, но различаются по спектральному составу, например птичьи крики разных видов или разные типы криков того же вида.
Событие засчитывается только тогда, когда спектральная содержимое между сплошным и пунктирным спектром курсоры превышает абсолютное значение Уровень триггера.
В режиме дельта-курсора для этого требуется хотя бы один из включены спектральные линии, превышающие уровень срабатывания; в В режиме Sigma необходимо использовать среднеквадратичное значение общей включенной энергии. превышайте этот порог, даже если этого не происходит ни в одной отдельной строке.
Кнопки Min и Max позволяют контролировать самые низкие и / или самые высокие показания в герцах, оборотах в минуту или миллисекундах с тех пор, как последний сброс. Мин. И Макс. Значения постоянно обновляется в фоновом режиме для этих режимов, поэтому вы можете их просматривать в любой момент во время работы или в режиме паузы.
Кнопка Fcal открывает диалоговое окно, в котором позволяет применить к дисплею пользовательскую калибровку. Этот позволяет измерять значения датчика постоянного тока, такие как температура или давление, с помощью цепи напряжение-частота. Это также позволяет напрямую считывать частоты МГц с помощью простая схема предварительного делителя.
Счетчик звуковой частоты для ПК Windows и MAC
Как установить приложение счетчика звуковой частоты на ПК с Windows и MacBook
Загрузите программное обеспечение счетчика звуковой частоты для ПК с помощью самого мощного и надежного эмулятора Android, такого как NOX APK player или BlueStacks.Все эмуляторы Android подходят для использования счетчика звуковой частоты в Windows 10, 8, 7, компьютерах и Mac.
- Загрузите эмуляторы для ПК с Windows с официальных страниц ниже, чтобы установить их.
- Лучшие эмуляторы здесь: BlueStacks.com; Или в качестве альтернативы BigNox.com.
- Откройте эмулятор Android и войдите в систему с учетной записью Google. Приложение
- Audio Frequency Counter доступно в Play Store. Так что ищи и найди.
- Выберите вариант установки под логотипом Audio Frequency Counter и наслаждайтесь!
Часто задаваемые вопросы по звуковому частотомеру – функции и руководство пользователя
Частотомер на основе входного сигнала микрофона.Подсчитывает, когда входной сигнал поднимается или опускается выше установленного уровня, и преобразуется в частоту или период времени. ТОЛЬКО ДЛЯ УКАЗАНИЯ. Результаты зависят от вашего устройства и его оборудования. Если вы просто хотите узнать частоту звука с гармониками (например, музыкального инструмента), лучше подойдет приложение на основе БПФ, такое как анализатор спектра keuwlsofts или гитарный тюнер (оба бесплатные). Это приложение может обеспечить более точное измерение частоты для одночастотных входных сигналов. Возможности включают: Отображение количества инициированных событий и частоты или периода времени.
График входного сигнала, от 2,5 мс / дел до 640 мс / дел.
Время стробирования 0,1 с, 1 с, 10 с или 100 с.
Увеличение увеличено с x1 до x1000.
Триггер при повышении или понижении.
Связь по переменному или постоянному току.
Установите уровень шума, чтобы новое событие не запускалось, пока сигнал не превысит этот уровень.
Более подробную информацию можно найти на сайте.
Что нового в новой версии звукового частотомера
Изменен метод рекламы: реклама только при выходе из приложения.Заявление об ограничении ответственности
Это приложение является собственностью его разработчика / корпорации.Мы не являемся аффилированным партнером Audio Frequency Counter. Каждый элемент приложений Audio Frequency Counter, например изображения, торговые марки и т. Д., Является собственностью соответствующего владельца Audio Frequency Counter.
Кроме того, мы не используем наш сервер для загрузки приложений счетчика звуковой частоты. Загрузка начинается с авторизованного веб-сайта приложения Audio Frequency Counter.
Частотомер Pro для ПК
1. Используйте микрофон устройства, чтобы видеть форму волны, частоту и даже музыкальную ноту сигнала в реальном времени с помощью счетчика частоты.
2. Хотите узнать точную частоту сигнала или визуальную форму сигнала? Тогда вы попали в нужное приложение.
Ура! Кажется, для Windows доступно такое приложение, как частотомер Pro! Скачать ниже:
| SN | Приложение | Скачать | Обзор | Чайник |
|---|---|---|---|---|
| 1. | Приложение “Генератор частоты” | Скачать | /5 0 отзывов | Приложения для обезьяны |
Не устраивает? Проверьте совместимость приложений для ПК или альтернативы
Или следуйте приведенному ниже руководству для использования на ПК:
Если вы хотите установить и использовать приложение Frequency Counter Pro на своем ПК или Mac, вам нужно будет загрузить и установить эмулятор Desktop App для своего компьютера.Мы усердно работали, чтобы помочь вам понять, как использовать это приложение на вашем компьютере, в 4 простых шага ниже:
Шаг 1. Загрузите эмулятор Android для ПК и Mac
Ок. Перво-наперво. Если вы хотите использовать приложение на своем компьютере, сначала посетите магазин Mac или Windows AppStore и найдите приложение Bluestacks или приложение Nox >> . В большинстве учебных пособий в Интернете рекомендуется приложение Bluestacks, и у меня может возникнуть соблазн порекомендовать его тоже, потому что вы с большей вероятностью легко найдете решения в Интернете, если у вас возникнут проблемы с использованием приложения Bluestacks на вашем компьютере.Вы можете скачать программное обеспечение Bluestacks Pc или Mac Здесь >> .
Шаг 2. Установите эмулятор на свой ПК или Mac
Теперь, когда вы скачали выбранный эмулятор, перейдите в папку «Загрузки» на своем компьютере, чтобы найти эмулятор или приложение Bluestacks.
Найдя его, щелкните его, чтобы установить приложение или exe на свой ПК или компьютер Mac.
Теперь нажмите «Далее», чтобы принять лицензионное соглашение.
Следуйте инструкциям на экране, чтобы правильно установить приложение.
Если вы все сделаете правильно, приложение Emulator будет успешно установлено.
Шаг 3: для ПК – Windows 7/8 / 8.1 / 10
Теперь откройте приложение эмулятора, которое вы установили, и найдите его панель поиска. Найдя его, введите в строке поиска Frequency Counter Pro и нажмите «Поиск». Щелкните значок приложения Frequency Counter Proapplication. Откроется окно Frequency Counter Pro в Play Store или магазине приложений, и оно отобразит Store в вашем приложении-эмуляторе.Теперь нажмите кнопку «Установить» и, как на устройстве iPhone или Android, ваше приложение начнет загрузку. Теперь все готово.
Вы увидите значок «Все приложения».
Щелкните по нему, и вы попадете на страницу, содержащую все установленные вами приложения.
Вы должны увидеть значок. Щелкните по нему и начните использовать приложение.
Шаг 4: для Mac OS
Привет. Пользователь Mac!
Шаги по использованию Frequency Counter Pro для Mac точно такие же, как для ОС Windows выше.Все, что вам нужно сделать, это установить на свой Macintosh эмулятор приложений Nox или Bluestack. Ссылки представлены на первом шаге
Нужна помощь или не можете найти то, что вам нужно? Свяжитесь с нами здесь →
Частотомер Pro в iTunes
| Загрузить | Разработчик | Рейтинг | Оценка | Текущая версия | Рейтинг взрослых |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 руб.99 в iTunes | КЕЙТЕР, ООО | 8 | 2,875 | 2,1 | 4+ |
Скачать на Android
Загрузить Android
Спасибо, что прочитали это руководство. Хорошего дня!
Хотите знать точную частоту сигнала или визуальную форму сигнала? Тогда вы попали в нужное приложение.Используйте микрофон устройства, чтобы видеть форму волны, частоту и даже музыкальную ноту сигнала в реальном времени с помощью счетчика частоты.
ПРОСТОЙ ЧАСТОТОМЕР
ПРОСТОЙ ЧАСТОТОМЕР ПРОСТОЙ ЧАСТОТОМЕР
(2010-2018)
KLIK HIER VOOR DE NEDERLANDSE VERSIE
Частотомер. Программа написана на языке программирования Python.
Поэтому его легко адаптировать к вашим требованиям.
Больше никаких примитивных частотомеров со светодиодами! Выкинь их! Мы заменяем эти простые частотомеры настоящим дисплеем на ПК. Это выглядит намного лучше, не так примитивно, да и оборудование проще, всего 1 микросхема! И частота намного проще, удобнее и точнее!
Идея очень проста и применяется чаще.Мы делим РЧ-сигнал с помощью предделителя на звуковые частоты. Этот звуковой сигнал подключается к звуковой карте ПК, и мы измеряем звуковую частоту. Затем эта частота умножается на значение предделителя, и … у нас действительно есть частота RF!
Когда вы нажимаете «Стоп», текущие настройки сохраняются в файле «Recent.jpg» и загружаются при следующем запуске программы.
Фурнитура, коробка очень простая.
Частотомер считает в течение определенного времени количество периодов.Этот частотомер работает иначе. От определенного количества периодов отмеряется точное время.
Разрешение этого измерения времени зависит от частоты дискретизации звуковой карты. Разрешение измерения времени составляет плюс-минус 1 отсчет. Но добавив один дополнительный резистор и один дополнительный конденсатор, точность можно повысить в 20 раз! И с коротким временем измерения 0,2 секунды, которое вы хотите использовать для настройки приемника, у нас все еще есть хорошая точность.
Когда наклон уменьшается с помощью RC-сети, у нас также есть
информацию об амплитуде, и мы можем вычислить, где между
отсчетов пересечение нуля.
С прямоугольным сигналом от предварительного делителя частоты мы не знаем, где именно между двумя аудиосэмплами звуковой карты происходит пересечение нуля. Первая выборка всегда +5 вольт, а следующая – 0 вольт. Таким образом, точность измерения времени всегда составляет плюс-минус 1 отсчет. Но когда мы могли вычислить, где именно проходит нулевой переход между двумя отсчетами, мы также можем проводить измерения с помощью долей отсчетов, и тогда точность измерения времени станет намного лучше! И это возможно! Когда наклон уменьшается с помощью RC-цепи, у нас также есть информация об амплитуде, и тогда мы можем определить, в каком месте между обоими отсчетами происходит пересечение нуля! Если U2 меньше U1, то переход через нуль ближе к S3, чем к S2.А с соотношением U1: U2 мы можем точно вычислить, где находится переход через нуль!
Предделитель частоты до не менее 30 МГц со встроенным эталоном частоты.
С дополнительным предделителем вы можете расширить диапазон до нескольких ГГц.
большая диаграмма
На входе вы найдете ограничитель для предотвращения поломки. Он состоит из резистора R1 на 1 кОм и двух диодов, соединенных встречно параллельно. Когда S1 находится в нижнем положении, РЧ-сигнал поступает на вход 74HC4060.Эта ИС делит РЧ-сигнал на 4096 до звуковой частоты. На выходе 74HC4060 вы можете найти RC-цепь 10 кОм и 10 нФ для уменьшения крутизны. И сеть резисторов 22 кОм и 1 кОм ослабляет уровень звука, так что звуковая карта не перегружается.
Два резистора по 1 МОм предназначены для правильной настройки постоянного тока на входе. Конденсатор 10 нФ фильтрует переменную составляющую. В противном случае возникает обратная связь, которая снижает усиление на низких частотах.
Когда S1 находится в верхнем положении, 74HC4060 действительно работает как кварцевый генератор, а затем у вас есть опорная частота для калибровки звуковой карты.Конечно, также можно использовать другой кристалл. Вам не нужно настраивать частоту. Моя копия имеет частоту 4095,754 кГц, и я ввожу эту частоту во время калибровки.
Схема питается через порт USB. Сходите в магазин за дешевым USB-кабелем, отрежьте нужный штекер, найдите нужные провода, и у вас действительно есть источник питания на 5 вольт. Поскольку напряжение питания составляет 5 вольт, вы также можете использовать более доступный 74HCT4060 вместо 74HC4060. В схеме есть дополнительный выход для калибровочного сигнала 4 кГц / 5 В для простого осциллографа, работающего со звуковой картой.
| Частота (МГц) | Чувствительность с R1 = 120 (мВ RMS) | Чувствительность с R1 = 1k (мВ RMS) |
| 0,03 0,1 1 10 20 30 50 80 100 120 | 15 10 3 10 25 30 100 150 200 500 | 15 10 5 20 50 100 300 1000 – – |
Чувствительность простого предделителя.
ТочностьТесты проводились с внутренним звуковым модулем ноутбука и с простым внешним USB-аудиоустройством. Калибровочный сигнал 1 МГц исходит от заблокированного модуля GPS.
Внутренний звуковой модуль выдал отклонение +20 Гц. Аудиоустройство USB имело отклонение -75 Гц.
После калибровки измеренные значения колебались от 1 до 2 Гц. Это проверено временем измерения 1 секунда.
Настройка звукового модуля
Установите для частоты дискретизации значение по умолчанию вашей операционной системы.Обычно это 44100 выборок в секунду.
Вы можете подключить предделитель к линейному входу или к микрофонному входу звуковой карты. Когда вы используете микрофонный вход, вы должны отключить дополнительное усиление на 20 дБ. Отрегулируйте входной уровень так, чтобы этот уровень был значительно ниже максимального 100%, например 5% -20%. С помощью мыши вы можете регулировать громкость звукового модуля. Как это сделать, зависит от используемого звукового модуля, вашей операционной системы и ее версии.
Калибровка
Есть две возможности для калибровки:
Возможность 1 : Выберите «Предварительный делитель» и введите вручную значение предварительного делителя.
Значение предварительного делителя должно быть выбрано так, чтобы отображалось точное значение частоты. Так что не 4096, а например 4096.0235.
Возможность 2 : Подключите частотомер к опорной частоте и выполните измерение с длительным временем измерения 5 секунд.
Нажмите «Стоп», чтобы остановить измерение. Выберите «Предварительный делитель», но нажмите «Отмена» вместо того, чтобы ввести значение предварительного делителя.
Ответьте на вопрос «Калибровка с измеренной частотой», указав «да», и введите опорную частоту в Гц. Точное значение предварительного делителя рассчитывается автоматически. Вы можете сохранить его вместе с другими настройками, такими как частота смещения. Для калибровки, конечно, вы можете использовать встроенный кварцевый генератор предварительного делителя частоты.
Другие приложения
Многие любительские схемы имеют стабилизатор частоты (например, Huff & Puff), с помощью которого сигнал VFO уже делится с помощью предварительного делителя частоты (например, 74HC4060) на звуковые частоты.Единственное, что вам нужно добавить, это простая RC-сеть, состоящая из 3 резисторов, 1 конденсатора и кабеля с вилкой. Частоту ПЧ можно запрограммировать как смещение частоты, и у нас есть очень хороший дисплей частоты. Очень часто ПК уже подключен к ресиверу для декодирования цифровых режимов. В этом случае очень удобен переключатель «аудиовыход» или «выход предварительного делителя».
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Перед использованием этой программы вам необходимо установить Python.Это очень просто. Но сначала прочтите что-нибудь о Python, щелкнув следующую ссылку:ЧТО ТАКОЕ PYTHON И КАК УСТАНОВИТЬ PYTHON
Поскольку исходный код Python написан в ASCII, очень просто изменить программу в соответствии с вашими требованиями. Подумайте, например, о размере экрана, цветах и т. Д.
Требуемая версия Python:
Загрузите здесь программу счетчика частоты Python, щелкнув ссылку ниже:
Индекс PA2OHH
SIMPLE 2 CHIP СЧЕТЧИК ЧАСТОТЫ ПК ДЛЯ DOS
SIMPLE 2 CHIP СЧЕТЧИК ЧАСТОТЫ ПК ДЛЯ DOS ПРОСТОЙ СЧЕТЧИК ЧАСТОТЫ
80 МГц ДЛЯ ПК (DOS)
(1995)
Малобюджетный частотомер всего с двумя микросхемами.
Подключите его к порту принтера. Работает только в режиме DOS, а не в Windows!
Это конструкция простого частотомера до 80 МГц. Он может использовать собственное внутреннее кварцевый генератор или внешняя опорная частота. Он работает от 100 кГц до 80 МГц, для прямоугольные сигналы опускаются до частот 20 Гц. Итак, если вы хотите использовать его для LF, затем добавьте усилитель / компаратор на операционном усилителе, чтобы получить прямоугольную волну синусоидальной волны.
Принципиальная схема
большая диаграмма
Обычно частотомеры подсчитывают количество периодов, например, в течение 1 секунды. Этот счетчик другой. Он измеряет точное время ряда периодов и рассчитывает частоту. Это имеет то преимущество, что точность одинакова для всех частот. Можно измерить частота НЧ сигнала 1 кГц с точностью до 0.01 Гц при использовании периода измерения 1 секунда. Для обычных частотомеров точность составляет 1 период или 1 Гц.
ПК измеряет частоты, используя свой внутренний таймер. Однако точность таймер ПК недостаточно хорош. Следовательно, первым шагом теста является измерение источник опорного сигнала (внутренний кварцевый генератор или внешний опорный генератор) и рассчитать необходимую поправку на неточность таймера ПК. Тогда фактическое измерение частоты выполняется и корректируется с поправочным коэффициентом на неточность таймера ПК.
Поскольку с помощью ПК можно измерять только НЧ частоты, ВЧ частоты предварительно масштабируются до НЧ частот с использованием простой предусилитель / предделитель, микросхема 74 HC4060.
Запуск программы
Подключите счетчик к LPT1 с помощью кабеля принтера Centronics.
Для получения точных результатов ваш компьютер должен работать в режиме DOS, а не в Windows. Запустите программу
набрав FREQPC.EXE REFERENCE_FREQUENCY. В моем случае FREQPC.EXE 3578880, как точная частота
кварцевого генератора моего счетчика – 3578880 Гц.Когда я использую свой эталонный стандарт 10 МГц,
команда – FREQPC.EXE 10000000 или FREQPC.EXE 1e7.
Без тайм-аута
Для максимальной точности во время измерения нет тайм-аута. Следовательно, возможно, что
программа останавливается, если входной сигнал удален. Итак, процедура такова: остановите программу и
затем удалите входной сигнал. Перед началом измерения программа проверяет, есть ли вход
сигнал. Хотя схема может получать питание от порта принтера, я использую отдельный 5-вольтовый
поставка для лучшей производительности.
Загрузите программу (ы)
Производительность
| Частота (МГц) | Чувствительность (мВ RMS) |
| 0,1 1 10 30 50 80 100 120 | 10 3 10 30 100 150 200 500 |
| Точность: | 1e-6 |
Вид изнутри
Программа для ПК здесь открыта в Windows, но используйте ее только с DOS для получения точных результатов!
Используйте клавиши курсора вверх-вниз для выбора, клавишу курсора вправо для активации выбора меню и клавишу курсора влево для возврата.
НАЗАД К ИНДЕКСУ PA2OHH
Выполнение быстрых измерений с помощью частотомера
Вы можете настроить современный частотомер на выполнение сотен показаний в секунду, что может быть полезно для характеристики сигнала, который изменяется во времени. Имейте в виду, что частотомеры оптимизированы для измерения стабильного или медленно меняющегося сигнала. Также помните, что для получения точных показаний лучше сделать одно хорошее показание, чем пытаться усреднить множество показаний.Ниже приведены шаги по настройке частотомера для самых быстрых измерений. В качестве примеров можно использовать команды SCPI частотомеров Keysight 53131A, 53132A и 53181A.
Совет 1: Установите счетчик в известное состояние.
После отправки команды сброса рекомендуется не отправлять никаких дополнительных команд, пока прибор не вернется в состояние готовности. Чтобы большинство приборов вернулись в состояние готовности, достаточно добавить ожидание или задержку в 1 секунду. Если прибор получает команду во время сброса, команда может быть потеряна.
* RST «Сбросить счетчик,
‘Очистите счетчик и интерфейс
* CLS ‘Очистить регистры ошибок и состояния
* SRE 0 ‘Очистить регистр разрешения запросов на обслуживание
* ESE 0 ‘Очистить регистр включения статуса события
‘Предустановленные регистры включения и переходные фильтры
: СОСТОЯНИЕ: PRESet Совет 2: Установите выходной формат в соответствии с типом данных, используемым в приборе.
Это предотвратит задержку, поскольку прибор преобразует данные в другой формат во время постобработки.
: FORMAT ASCII ‘Данные в формате ASCII
Совет 3. Убедитесь, что все операции постобработки и печати отключены.
Когда вы отключаете эти функции, процессор выделяет свои ресурсы для получения показаний и отправки их на компьютер, а не для ответа на дополнительные прерывания, такие как обновление дисплея.
: РАСЧЕТ: МАТЕМАТИКА: СОСТОЯНИЕ ВЫКЛЮЧЕНО : CALC2: LIM: СОСТОЯНИЕ ВЫКЛЮЧЕНО : CALC3: AVER: СОСТОЯНИЕ ВЫКЛЮЧЕНО : HCOPY: ПРОДОЛЖЕНИЕ ВЫКЛ. : ROSC: SOUR INT : ROSC: EXT: ПРОВЕРИТЬ ‘Отключить автоматическую калибровку интерполятора : DIAG: CAL: INT: AUTO OFF ‘Отключить дисплей : DISP: ВКЛЮЧИТЬ ВЫКЛ.
Совет 4: Сообщите счетчику ожидаемую частоту.
53131A, 53132A и 53181A могут оптимизировать свою конфигурацию в зависимости от измеряемой частоты. Для более быстрых измерений используйте команду «FREQ: EXP1.
: FUNC "FREQ 1" ‘Измерение частоты : FREQ: EXP1 10000000 ‘Установить ожидаемую частоту
Совет 5: Установите уровень срабатывания.
Входной сигнал создаст условие триггера при прохождении уровня, установленного в команде.Установите уровень запуска так, чтобы он пересекал сигнал с максимальной скоростью нарастания. Входной сигнал будет изменяться с максимальной скоростью и минимизирует время, необходимое для выполнения условия запуска. Синусоидальная или прямоугольная волна имеет максимальную скорость нарастания при переходе через ноль (при смещении 0 В).
: СОБЫТИЕ1: УРОВЕНЬ 0 ‘Установите уровень запуска 0 В
Совет 6. Настройте запуск, чтобы получать немедленные показания.
Когда в приборах используется двухуровневый запуск, перед считыванием показаний должны быть выполнены оба условия запуска.Для моделей 53131A, 53132A и 53181A установка немедленного состояния спускового рычага будет соответствовать первому уровню запуска. Вы можете установить запускающее событие на запрос на чтение с помощью «* DDT # 15FETC?» команда. Использование этого условия триггера устраняет необходимость посылать триггер шины или FETCH? команда для каждого чтения.
* ДДТ № 15FETC? ‘Уменьшить количество байтов
‘Переброшен автобусом ‘Немедленная постановка на охрану : FREQ: ARM: STAR: SOUR IMM
: FREQ: ARM: STOP: SOUR TIM
Вы также можете загрузить программу на Visual Basic, чтобы настроить счетчик на самые быстрые показания.
