Как сделать из компьютера генератор сигналов


Звуковая карта в качестве генератора

DI HALT:
Метод извратский, честно говоря, я бы быстрей собрал на R2R генератор сигнала нужной формы. Но бывает, что то одного нет, то другого, а вот завалявшееся комповое барахло есть почти всегда.

Disclaimer:
Сразу хочу предупредить, что варварские манипуляции с компом сразу же накрывают меховым органом гарантию на железо, а при малом радиусе кривизны рук — комп целиком или важными частями. Если сомневаетесь в твердости руки и своих возможностях, то лучше соберите франкенштейна из хлама чисто для опытов.

Мне нужно было отладить одно устройство на AVR микроконтроллере. Точнее сказать приём данных с АЦП. При сигнал этих данных должен быть ультранизкой частоты, порядка 1 Гц. Как ни странно, получить сигнал такой частоты штатными средствами достаточно сложно. Звуковая карта по выходу имеет фильтры, которые не позволяет пробиться столь низкочастотному сигналу. По сему было предпринято решение модернизировать звуковую карту.

Чтобы не рисковать, было решено реализовать это на внешней звуковой карте. Но данный опыт справедлив и для встроенных звуковых карт, но он достоин джедаев.

На молотке была куплена звуковая карта Sound Blaster Live. После беглого просмотра, стало понятно, что разобраться в схемотехнике 4-х слойной платы без хорошей травы нельзя. Но достаточно очевидно, что все выходные и входные аналоговые сигналы сначала идут на ОУ, а потом уже в ЦАП/АЦП. Ну ОУ нагуглиcь быстро. Затем я обратил внимание на микросхему, в которую ориентировочно приходят все сигналы. Она была вторая по величине. Я вбил маркировку в гугл, и о чудо! Нашёлся даташит!

Звуковая карта и центральная микросхема ЦАП/АЦП.

Собственно говоря это был универсальный комбайн. Что самое забавное, что в даташите приведены схемы, которые один в один реализованы в звуковой карте. Даже операционники стоят те же самые!
В даташите смотрим распиновку микросхемы, и находим линейные выходы

Распиновка микросхемы.

Нас интересует линейный выход ЦАП (подчёркнуты красным). Я выбрал только правый канал. Если кто решит делать и осциллограф, то нужно будет подпаяться к линейному входу (голубой прямоугольник). Разумеется через соответствующую схему развязки (которая гуглится в Интернете).
Чтобы не пожечь ЦАП своими адскими опытами, я решил его немного защитить. И рекомендую в обязательном порядке сделать такую схему.

Схема развазки.

Конденсатор должен отсечь постоянную составляющую, которая есть в любом ЦАПе. Но поскольку я подавал сигнал прямо на вход АЦП, и к тому же у меня были очень низкочастотные сигналы, я решил конденсатор не ставить. Главное поставить резистор. Надо отметить, что номинал резистора взят не с потолка, а по допустимому току ЦАП. Если у нас максимальное напряжение ЦАП 6 вольт, а по даташиту ток составляет 15 миллиампер, то сопротивление, в случае замыкания на землю должно быть не менее 333 Ом. Я взял с запасом и поставил 10 килоом. Резистор я запаял прямо на плату.

Запаянный резистор

Для вывода сигнала из компьютера, я заюзал разъём VGA, который каким-то чудом валялся у меня в столе. Чем хорош этот провод: у него имеется 5 раздельно экранированных проводов. Я просто завёл на 1 пин (сигнал RED) провод. Поскольку экраны всех сигналов соеденены с землёй и так, я не стал заморачиватся и выводом земли. Конечно в идеале нужно вывести аналоговую землю звуковой карты (где она, смотрится в даташите на ту же микросхему), но мне было влом.

VGA-кабель от старого монитора

Устанавливаем в компьютер. Вообще рекомендую, не просто припаять провод к резистору, но качественно закрепить провод на звуковухе, чтобы при манипуляциях с установкой его не оборвать.

Установленная звуковуха, и гнездо нашего генератора

В качестве генератора я использую примитивную программку «Tone Generator», которую можно качнуть отсюда. Она позволяет генерировать синус, пилу, меандр, белый шум и какой-то странный сигнал.

Что для моих целей вполне себе хватает.
После того, как установлено в комп, я осциллографом решил убедится что генерация идёт, и я запаял верно.

Подрубленный осциллограф.

То что на картинке несколько синусойд – это просто руки дрожали во время фотографирования. Я специально отснял отдельно экран осциллографа.

Чистый синус нашего генератора.

Ну что ж, смещение без конденсатора, у моего ЦАП составляет порядка 2-х вольт. Проверим, как же скушает АЦП моего микроконтроллера.

Тестируемый девайс.

Результат был предсказуем, сигнал вылезает за область максимального значения АЦП микроконтроллера

Генератор, и программа, читающая значения АЦП микроконтроллера.

Не обращайте внимания что синус, снимаемый контроллером такой ломанный – стоит очень маленькая частота дискретизации.
Чтобы сместить точку нуля, а так же уменьшить амплитуду сигнала в два раза, нужно поставить один 10 к резистор на землю. Тем самым вместе с резистором на звуковой карте образуется делитель напряжения.

За сим откланиваюсь, удачных экспериментов.

Dlinyj

Digital Signal Generator

Основная и единственная цель этой маленькой программы – создание различных цифровых сигналов.

В радиолюбительском деле зачастую полезно иметь генератор сигналов заданной частоты и формы для тестирования или проверки различных узлов радиоаппаратуры. Программа Digital Signal Generator является простым виртуальным генератором сигналов различной формы и частоты, получаемых благодаря работе звуковой карты персонального компьютера. Также данное приложение проводит спектральный анализ различных типов волн.

Digital Signal Generator включает в себя генератор синусоиды, генератор прямоугольных импульсов, генератор треугольных импульсов, генератор белого шума, генератор биения и генератор синусоидальной развертки. Тип полезного сигнала можно выбирать напрямую или через вспомогательное меню программы. В скромных настройках есть поля для ввода частоты дискретизации, длины волны и некоторых других возможностей выходных сигналов разных форм.

В любой момент сигнал можно остановить и исследовать, программа хороша цифровой определенностью – фаза, частота и амплитуда волны в каждый момент времени хорошо известны. Чтобы снять полезный сигнал представленных в программе генераторов необходимо нажать на кнопку меню «D/A out файл». Программа пошлет рабочую волну на аудиоразъём Line-Out персонального компьютера. Также Digital Signal Generator записывает полезные сигналы в звуковые файлы, в дальнейшем их можно прослушать и отредактировать с помощью специального аудио или видео софта.

Программный пакет бесплатен и прост в освоении. Программа занимает мало места на жестком диске и не требует инсталляции, распространяясь по принципу Portable. Для работы необходимо наличие звуковой карты.

Digital Signal Generator разработан китайским профессором, именующим себя Хи Лингсонг (He Lingsong), из университета Хуачжун (что в переводе означает – Центрального Китая) науки и технологий, расположенном в Ухане (провинция Хубэй). Совместно со специалистами Обернского университета (Алабама, США) он является основоположником центра удаленной диагностики, который основывается на исследованиях в области виртуальных инструментов для обработки различных сигналов, удаленном мониторинге и изучениях качества и состава звуков.

Язык Digital Signal Generator английский, русификатора в сети не имеется.

Операционные системы, подходящие для работы приложения, Microsoft Windows 95, 98, NT, 2000, ME, XP, Vista, 7 и 8.

Распространение программы: Freeware (бесплатная)

Скачать Digital Signal Generator

Обсуждение программы на форуме

Компьютер в роли осциллографа, спектроанализатора, частотомера и генератора

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).

Digital Signal Generator | AUDIO-CXEM.RU