Table Of Content

Виртуальные приборы на Sound Card Появление Sound Card в качестве штатного элемента персонального компьютера открыло новые возможности создания дешевых приборов. Двухканальные АЦП и ЦАП современной звуковой карты обладают достаточной точностью и быстродействием, способны функционировать в фоновом режиме одновременно в обоих направлениях. Недостатки звуковой карты как инструментального средства - закрытые конденсаторами входы, а также ограниченный частотный диапазон обрабатываемых сигналов. Представленные ниже многофункциональный осциллограф работает исключительно с переменными напряжениями в звуковом диапазоне, и практически не требует внешней аппаратуры. Однако если добавить в систему минимум "железа" можно существенно расширить функциональные возможности лаборатории, создать необходимый в практике ряд традиционных приборов, строить многие нетрадиционные средства, в том числе специального назначения. Это могут быть - самопишущие регистраторы величин, например электрокардиограф, - различные характериографы, например для съема ВАХ двухполюсников - терморезисторов, диодов и стабилитронов, а также биполярных и полевых транзисторов, - измерители различных неэлектрических величин с соответствующими датчиками, а также характериографы на их основе, - и т.д., и т.п. - все зависит от стоящих перед Вами задач и нашей с Вами фантазии. Компьютер придает виртуальным приборам интеллектуальные свойства, позволяет реализовать дополнительные функции обработки у традиционных приборов, записывать и хранить результаты, возвращаться к ним и обрабатывать вне реального времени, связать приборы с другими приложениями Windows. Разработана внешняя аппаратная часть лаборатории, она представляет собой небольшой общий блок, с сетевым адаптером для питания. Цена такого устройства должна быть в пределах 5..7 тыс.рублей. Невысокая стоимость комплекта позволит превратить любое рабочее место с ПК в компактную, но достаточно оснащенную виртуальную лабораторию. Общая концепция постоения виртуальной лаборатории, а также перечень программных реализаций приборов - элементов такой лаборатории - представлены на отдельной странице. Приглашаем к обсуждению задач и перспектив виртуальной лаборатории: 2 Виртуальные приборы на Sound Card - специалистов - исследователей и разработчиков, - радиолюбителей, - мастеров - ремонтников НЧ аппаратуры, - преподавателей и студентов. Нас интересует потребность в приборах, круг задач. Представляется, что виртуальные приборы на Sound Card должны особенно заинтересовать преподавателей специальных учебных заведений, где они могут пригодиться для лекционных демонстраций, в лабораторных практикумах по естественным и техническим дисциплинам, в научной работе. Термин "виртуальная лаборатория" часто используют в сфере образования применительно к чисто программным продуктам, основанным на математических моделях и прочих имитациях реальности. Однако качественное обучение невозможно без соприкосновений студента с натурными явлениями и объектами. Без этого не получится исследователя, новатора. Наша лаборатория пополняется все новыми приборами. Познакомиться с ними можно, скачав программы с этой страницы или отсюда. Они пока не безупречны, и будут дорабатываться, но с ними уже сейчас можно практически работать: налаживать низкочастотные схемы, подбирать компоненты. Прошу прощения у тех, кто использует Win Vista и Win 7: программы пока не адаптированы к ним. Наилучшая среда - Win XP. 3 Виртуальные приборы на Sound Card Концепция виртуальной лаборатории Базовый блок является ядром внешней аппаратной части виртуальной лаборатории. Вместе с компьютером, в частности с его звуковой картой, он обеспечивает воздействие на объект испытания постоянным или переменным напряжением, а также измерение постоянного или / и переменного напряжения по двум каналам. Переключатели S1..S5 служат для конфигурирования схемы в соответствии с текущей задачей. Для подключения объектов и измеряемых напряжений служат штеккерные гнезда. Имеется разъем Полигон, к которому может быть подключена панель для монтажа электрических схем, на нее выводятся основные внешние цепи и 4 Виртуальные приборы на Sound Card питающие напряжения. Специальные гнезда на лицевой панели блока предназначены для подключения маломощных транзисторов. Главные внешние цепи - гнезда 1 и 2. Они являются входами двух вольтметров системы. Кроме того к гнезду 1 может подключаться управляемый источник постоянного или переменного напряжения. На рисунке ниже показана типичная схема реализации измерителя или характериографа для двухполюсников - резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности, всевозможных полупроводниковых диодов и т. п. В зависимости от вида объекта Zx, а также характера измерения, напряжение от источника может быть постоянным или переменным, фиксированным или ступенчато изменяемым. Поскольку точность установки напряжения источника невелика, оно измеряется вольтметром V1. Значения сопротивления Rm хранятся в специальном калибровочном файле, соответствующем данному экземпляру блока. По существу получается метод амперметра - вольтметра, где напряжение на объекте U1-U2, а ток U2/Rm. Компьютерные программы, реализующие те или иные приборы, будут разрабатываться постепенно, по мере возникновения спроса. Они будут выставляться на этом сайте для свободной загрузки, так что всякий, кто имеет базовый блок, сможет легко и без затрат пополнять арсенал своих виртуальных приборов. Будет также даваться программная оболочка для запуска отдельных приборов и проверки на совместимость с уже работающими. 5 Виртуальные приборы на Sound Card Ниже приводится перечень намеченных к разработке программных реализаций различных приборов на основе изложенной концепции системы. № Подбор Прибор, ссылка на схему измерения Каналов Запись п/п пар 1 Вольтметр постоянного напряжения 2 Есть 2 Вольтметр переменного напряжения 2 Есть 3 Омметр 1 - Есть 4 Измеритель емкости до 1 мкФ 1 - Есть 5 Измеритель емкости более 1 мкФ 1 - Есть 6 Измеритель индуктивности 1 - Есть 7 Генератор сигналов НЧ 1 - Осциллограф с "закрытыми" входами и анализом 8 2 Есть спектра 9 Осциллограф с "открытым" входом 1 Есть 10 Термометр для газов и жидкостей 1 Есть 11 Характериограф для биполярных транзисторов 1 Есть Есть 12 --------"--------- для мощных бипол. транз. 1 Есть Есть 13 --------"--------- для полевых транзисторов 1 Есть Есть --------"--------- U=(U=) и I=(U=) для 2- 14 1 Есть Есть полюсников 15 --------"--------- U=(U~) для выпрямителей 1 Есть 16 --------"--------- U~(U=) для модуляторов 1 Есть --------"--------- U~( f ) и U=( f ) для фильтров, 17 1 Есть ПЧН 18 --------"--------- f (U=) для ПНЧ 1 Есть 19 Распознаватель (пробник) для диодов 1 - 20 --------"--------- для транзисторов 1 - Измеритель физических величин по напряжению 21 2 Есть * 22 Измеритель физической величины по 1 Есть 6 Виртуальные приборы на Sound Card сопротивлению * Характериограф с датчиками физических 23 1 Есть величин * * Имеется в виду, что пользователь имеет или проектирует преобразователь физической величины с выходом по постоянному или переменному напряжению, либо сопротивлению. В пакете ПО лаборатории предусматриваются программы для снятия и дальнейшего использования сквозных характеристик (не обязательно линейных) таких преобразователей. ------------------------------------------------------------------------------------------------------ - Самопишущие приборы и характериографы виртуальной лаборатории создают числовые файлы результатов с сопроводительными данными и комментариями. В пакете ПО предусмотрены программы для обзора таких записей, их обработки, экспорта в графические форматы, Excel и пр. http://zapisnyh.narod.ru/virt.htm 7 Виртуальные приборы на Sound Card Осциллограф Осциллограф вер. 1.55 - комбинация из осциллографа, НЧ генератора, измерителя емкости и амплитудно - частотного характериографа. Позволяет исследовать и формировать сигналы в звуковом диапазоне частот по двум каналам, измерять электрическую емкость от десятков пикофарад до 50 микрофарад, анализировать ВАХ двухполюсников, АЧХ фильтров и т. д. Осциллограф имеет дополнительные функции анализатора спектра и динамического характериографа. Определяет амплитудное и эффективное значение напряжения, период, частоту и фазу сигналов. Запоминает изображения в графических файлах, переносит данные в Excel. С -метр показывает измеренное значение емкости, ближайшее значение из стандартного ряда для конденсаторов. Самонастраивается, выбирая оптимальную частоту измерения. Удобен для сортировки и подбора конденсаторов. Интерфейс программы и подробный Helper - двуязычные. Распространение условно бесплатно. На рисунке условно совмещены экраны режимов осциллографирования, анализа спектра и характериографов ВАХ и АЧХ. Показан спектр прямоугольного сигнала ок. 1кГц, характеристика стабилитрона и АЧХ пассивного заградительного фильтра на 4кГц. 8 Виртуальные приборы на Sound Card Комбинированный генератор НЧ Последняя версия 3.3. Настоящая программа реализует низкочастотный комбинированный генератор функций. Выходные сигналы генератора поступают на два канала стерео выхода звуковой карты компьютера. Генератор вырабатывает сигналы следующего вида: синусоидальный, - прямоугольный (меандр), - треугольный симметричный, - пилообразный нарастающий, - пилообразный спадающий. - Прибор может работать в различных режимах. В постоянном независимом режиме форма, частота и амплитуда сигналов по двум каналам устанавливаются раздельно. В постоянном зависимом режиме форма, частота и амплитуда сигналов по обоим каналам одинаковые, сигнал второго (правого) канала может быть произвольно сдвинут по фазе относительно сигнала первого (левого) канала. В режиме нарастания частоты сигнал по первому (левому) каналу меняется по частоте в заданных пределах с установленной скоростью. Сигнал второго канала выключен. В режиме нарастания амплитуды сигнал по первому (левому) каналу меняется по амплитуде в заданных пределах с установленной скоростью. Сигнал второго канала выключен. Экранные органы управления снабжены всплывающими комментариями, и Вы легко освоите управление генератором. Частота сигналов может устанавливаться двумя способами. Установка прямым вводом производится в окне вида . Для редактирования следует нажать кнопку слева от окна, ввести новое значение, затем нажать клавишу Enter г. Второй способ - ступенчатое изменение частоты с заданным шагом. Для этого имеютя переключатели "выше - ниже". Двумя изменяется частота, третьим переключается шаг этого изменения. Дискретность установки частоты 1 Гц. 9 Виртуальные приборы на Sound Card Амплитуда задается ступенчатым изменением с заданным шагом. Для этого имеютя переключатели "выше - ниже". Двумя изменяется частота, третьим переключается шаг этого изменения. Дискретность установки амплитуды 1 % от максимальной. Сдвиг фаз между сигналами в зависимом режиме устанавливается прямым вводом значений в градусах. Для редактирования нажмите кнопку слева от окна, введите новое значение, затем нажмите клавишу Enter. Дискретность установки сдвига 1 градус. Ввиду большого размера буферов обмена звуковой карты управление прибором несколько замедленно. Реакция на переключения составляет примерно 1 секунду. При работе с генератором не следует запускать другие программы, создающие звуковые эффекты. Не следует также производить длительные манипуляции на экране с мышью (передвигать формы и т.п.), это может вызвать сбой в работе прибора. В случае возникновения пауз выходных сигналов воспользуйтесь экранной кнопкой перезапуска ( ). Программа запоминает установки и настройки, и восстанавливает их при следующем включении. 10