O příspěvku

Tématické zařazení

Klíčová slova

Použití

  • SŠ/VŠ

Pomůcky

  • Se speciálními pomůckami
  • Experimenty využívající počítač
PDF ke stažení

Měření na sekvenčních digitálních obvodech se zvukovou kartou

Petřík J.

Na katedře obecné fyziky se dlouhodobě zabýváme problematikou využití zvukových karet v počítačích pro měření základních elektrických veličin a zobrazení jejich časových závislostí. Byly vytvořeny programy umožňující využití zvukové karty s velmi jednoduchými měřicími jednotkami jako inteligentní digitální nebo analogové měřicí přístroje (voltmetr a ampérmetr), inteligentní automatický dvoukanálový osciloskop pro zobrazení časových průběhů napětí a proudu a funkční generátory opět s mnoha automatickými funkcemi.

Program dvoukanálový osciloskop byl speciálně upraven i pro měření na digitálních obvodech především na čítačích a kmitočtových děličkách.

Pro měření na standardních digitálních obvodech TTL i CMOS se použije velejednoduchá měřicí jednotka na obr. 1, která obsahuje běžně dostupné mechanické redukce 2 zdířky na konektor BNC, BNC na CINCH a dva rezistory 100 kΩ. Ty sníží vstupní citlivost vstupů zvukové karty LINE IN na cca 5 V. Vložením rezistorů přímo do otvorů v měřicích zdířkách a užitím krokodýlových svorek na druhý konec rezistoru je měřicí jednotka realizována bez nutnosti pájení.

Obr. 1

Obr. 1

Pro různé frekvence digitálního vstupního signálu budou průběhy obdélníkového signálu zkreslené jak vlivem digitalizace, tak vlivem vazebních kapacit na zvukové kartě. Proto byly provedeny následující programové úpravy:

Pro lepší tvar takových průběhů byla na zobrazované signály aplikována metoda digitální filtrace v obou měřicích kanálech a umělé omezení amplitudy. Je tedy zobrazován již takto upravený signál v obou měřicích kanálech.

Parametry digitálního filtru se inteligentně mění v závislosti na změřené hodnotě skutečné frekvence v jednotlivých kanálech.

Pro lepší rozlišení obou kanálů při uvedeném způsobu zobrazení je možné jeden z kanálů programově časově posunout pomocí scrollbaru v dolní části obrazovky. Je zobrazena pouze kladná část amplitudy signálu.

Je také standardně nastaveno spouštění od pravého kanál (aqua) a od tohoto kanálu je odvozena délka časové stupnice. Jestliže je na tento vstup připojen signál s nižší frekvencí (například na výstupu děličky), nastaví se zcela automaticky nejvhodnější délka časové stupnice pro optimální zobrazení bez jakéhokoliv zásahu uživatele.

S upravenou jednotkou a vytvořeným softwarem je možné provést například následující úlohu měření na IO MH 7490, realizovatelnou na nepájivém kontaktním poli nebo na stavebnici E&L CADET, která obsahuje zdroj, spínače a generátor TTL úrovně s regulovatelnou frekvencí.

Na obrázcích 2 a 3 jsou zobrazeny časové průběhy vstupního signálu a signálu na výstupu děličky 2 a 5 pomocí programu OSC_L_R_DIGI a výše uvedené měřicí jednotky.

Z obrázků je možné vidět nastavitelný časový posun signálů v obou měřicích kanálech vůči sobě i uměle (programově) nastavenou amplitudu pravého kanálu na trochu větší hodnotu, než v levém měřicím kanálu, kvůli snadnějšímu odečítání z obrazovky.

Obr. 2

Obr. 2

Obr. 3

Obr. 3

Programově nastavená funkce automatické volby časové osy, určená podle frekvence v pravém měřicím kanálu (podle výše uvedeného doporučení ta nižší z obou frekvencí), zaručí správné automatické optimální zobrazení, bez nutnosti jakékoliv volby měřicího režimu uživatelem.

Program je volně dostupný na katedrálních stránkách http://www.kof.zcu.cz/di/pks/.