Winscope - Opis programu i instrukcja użytkowania. (Artykuł w wersji "beta)

Program WinScope jest bardzo przydatnym narzędziem w pracy początkującego elektronika, hobbysty, czy po prostu człowieka który zajmuje się konstruowaniem nietypowych urządzeń. Z jego pomocą można zrobić kilka rzeczy, które w normalnych warunkach wymagaly by użycia skomplikowanego i drogiego sprzętu.

W niniejszym "toturialu" przedstawię kilka teoretycznych aspektów programu, omówię jego funkcje i pokażę, jak efektywnie go używać. Jeśli nigdy wcześniej nie spotkałeś się z tym programem a zamierzasz go używać to przeczytaj ten tekst choćby po to, żeby nie uszkodzić swojego komputera podczas eksperymentów.

Parametry programu, czyli co można wydusić z WinScope'a.

Oto parametry, jakie posiada nasz wirtualny oscyloskop:

Dwukanałowe przetwarzanie danych;
Analiza spektrum oraz pomiar korelacji w czasie rzeczywistym;
Pojemność bufora: 52 ms;
Zakres częstotliwości pracy: 20 Hz - 20 kHz max;
Poziom sygnału wejściowego: ok 2 VAC, ograniczony przez parametry karty dźwiękowej;
Odświerzanie wyświetlacza: 6 kaltek na sekundę;
Eksport danych: plik lub kopiowanie do schowka systemowego (format tekstowy).

W porównaniu z tradycyjnym oscyloskopem WinScope wypada kiepsko. Parametry pracy programu są ściśle uzależnione od parametrów karty dźwiekowej w naszym komputerze. Właśnie ona jest wykorzystywana przez program jako przetwornik analogowo-cyfrowy. Karta zamienia sygnał wejściowy (zazwyczaj analogowy) na postać cyfrową, którą z kolei interpretuje program. Jako że nasz badany sygnał będzie podłączany bezpośrednio do karty dźwiekowej, musimy zwrócić szczególną uwagę na środki ostrożności.

Środki ostrożności.

Tutaj jeszcze raz przypomnę, że wszystko co robisz robisz wyłącznie na własną odpowiedzialność. Radze uważać z podłączaniem sygnałów o nieznanych parametrach do karty dźwiękowej, ponieważ można sobie ją w ten sposób poważnie uszkodzić. Maksymalną amplitudę (napięcie) sygnału jakią możemy bezpiecznie dać na kartę zależy w dużej mierze od jej parametrów. W celu ich poznania odsyłam do instrukcji obsługi/specyfikacji karty. Szukamy informacji o maksymalnej wartości sygnału który może być podany na wejście "LINE-IN" karty. Jeśli tego typu dane są zbyt trudno dostępne to dla bezpieczeństwa nie należy przekraczać napięcia sygnału rzędu 2V. Oczywiście tylko dla formalności wspomnę, że sprawdzanie przebiegu w sieci elektryczniej jest pomyslem chybionym. Pisze to dlatego, że już spotkałem się z tego rodzaju pomysłami wykorzystania WinScope'a. Jeśli wartość jakiegoś sygnału jest niepewna, należy ją najpierw sprawdzić.
Jeszcze raz podkreśle, że w grę wchodzi tutaj życie karty dźwiękowej. Czas przejść do konkretów.

Interfejs programu, czyli co do czego służy.

Żeby uruchomić program trzeba się w niego zapoatrzyć :) Można go znaleźć w dziale download.
Okno programu zaraz po jego uruchomieniu wygląda tak:

Można tutaj wyróżnić kilka podstawowych składników.

1. Menu główne
2. Narzędzia
3. "Wyświetlacz" - tu tutaj program pokazuje wykresy.
4. Suwaki do manipulacji parametrami wyświetlania.
5. Dolny pasek na którym wyświetlane są dane wartości (najczęściej współrzędne kursora na ekranie)

I Opcje dostępne w menu głównym

FILE
"Save data..." - zapisujemy dane z ekranu do pliku w formacie tekstowym

"Exit"- tej opcji używamy, kiedy program nam się już znudzi.

EDIT
"Copy Data" - kopiowanie danych w formacie tekstowym do schowka systemowego.

OPTIONS

"Line plot" lub "Scatter plot" - dwie możliwości wizualizacji wykresu - liniowa i rozproszona.

"Data file..." - ustawienia parametrów według których generowane sa dane wyjściowe programu (zapisywane do pliku lub kopiowane do schowka).

"Timing" - bardzo interesująca opcja. Ustawiamy zakres próbkowania sygnału wejściowego (11025 - 44100 Hz) oraz częstotliwość odświerzania (domyślnie 330 ms). Od tych parametrów zależy dokładność wykresu. Czym są wyższe, tym bardziej wykres jest zbliżony do ideału. Oczywistą rzeczą jest, że szybsze próbkowanie oraz odświerzanie danych wymaga większej mocy obliczeniowej. Jeśli wiec karta dźwiękowa i procesor nie będą sobie mogły poradzić, to w lewym dolnym rogu "wyświetlacza" pojawi się ostrzeżenie "TIMEOUT". Oznacza to że maszyna sobie nie radzi i trzeba nieco zmniejszyć częstotliwość odświerznia/próbkowania. Opcja "disable warning" służy do wyłączania tego ostrzeżenia.

"Colors" "definiujemy kolorki pokazywanie na wyświetlaczu.

"Save setup" - zapis zmian wprowadzonych w konfiguracji programu.

HELP - tego wyjaśniać chyba nie trzeba.

II Narzędzia.

Pasek narzędzi jest opisany poniżej:

Pierwsze dwa przyciski raczej nie wymagają komentarza. Następne trzy przyciski określają tryb pracy wyświetlacza. Możemy analizować sygnał mono (jeden wykres), stereo (dwa wykresy niezależne od siebie) w wersji "liniowej" czyli oś Y w funkcji czasu, oraz w wersji "kołowej" czyli wykres względem osi X i Y.
Kolejne dwa guziki służą do zmiany "rozdzielczości" wyświetlacza, a dokładniej do zmiany zakresu długości wyświetlanego przebiegu. W praktyce wygląda to tak, że jeśli mamy sygnał o wysokiej częstotliwośći i chcielibyśmy zobaczyć jego przebieg dokładniej, to włączamy "wyższą rozdzielczość" aby wyświetlić na ekranie mniejszy wycinek funkcji, a co za tym idzie bardziej "rozciagnięty".
Następnie przechodzimy do trybu analizy FTT. Jest to tryb analizy częstotliwości sygnału wejściowego. Bardzo interesująca i jak sie okazuje przydatna opcja. Linijka to przyrząd umożliwiający zmierzenie np. długości impulsu. Aby tego dokonać, należy wybrać opcję "linijki" i kliknąć prawym klawiszem myszy w miejscu początku impulsu oraz drugi raz prawym klawiszem myszki w miejscu końca impulsu. Na dolnym pasku (5) zostanie wyświetlona długość zaznaczonego odcinka. Uwaga! Miejsca "kliknięć" nie są w żaden sposób zaznaczane na ekranie, wiec należy troche poćwiczyć aby się do tego narzędzia przyzwyczaić.
Z ciekawszych opcji omowię jeszcze "Storage Mode" czyli opcje odkładania danych na ekranie. Kiedy jest ona włączona program nie odświeża wyświetlacza wymazując poprzedni wykres, tylko rysuje kolejne linie nie wymazując poprzednich. Przydaje się to kiedy analizujemy jakiś sygnał z dużą ilością szumów i chcemy sprawdzić czy znajdują sie w nim jakieś sygnały inne niż szum.

III. Wyświetlacz.

Generalnie jego chyba nie trzeba omawiać. Wystarczy wiedzieć, że na nim są wyświetlane przebiegi sygnałów mierzonych przez oscyloskop.

IV. Suwaki do manipulacji opcjami wyświetlania.

Kiedy wykres nie mieści się na ekranie albo potrzebna jest lekka manipulacja jego parametrami, suwaczki wydatnie pomogą nam dostosować wykres do naszych potrzeb.

Idac od lewej:
Y1, Y2 - kiedy wykres wychodzi poza wyświetlacz w osi OY lub jest zbyt "płaski" aby dostrzec jego szczegóły, to właśnie tych suwaków używamy do jego dostosowania. Y1 - sygnał z pierwszego kanału, Y2 - sygnał z drugiego kanału.

Y1, Y2 Pos - Pozycja osi OX względem której rysowany jest wykres. Z punktu użytkownika za pomocą tej opcji można przesuwać wykresy w górę i w dół na wyświetlaczu. Tak jak powyżej każdy sywak dla osobnego kanału.

T - Jeśli chcemy nasz ykres rozciąnąć lub zwęzić względem osi OX, to ten suwak służy właśnie do tego. Kiedy nasz wykres jest zbyt "gęsty" aby dostrzec szczegóły, po prostu "rozciągamy" go za pomocą tego suwaka. Opcja działa dla obydwu kanałów jednocześnie.

Delay - Jeśli już "rozciągniemy" nasz wykres za pomocą poprzednio opisanego suwaka, a chcemy zobaczyć fragment który przesunął się poza ekran, to używamy suwaka Delay. Lewy suwak służy do szybkiego przeglądania widoku, natomiast prawy do dokładniejszego ustawienia widoku.

Opcją Trigger się nie zajmujemy, wiec opis ostatniego suwaka sobie podaruję.
Pomiędzy grupami suwaków są wyświetlane aktualne parametry. Gain to zakres amplitudy wykresu. Sweep to "szerokość" pokazywanego fragmentu wykresu, a Delay to "przesunięcie" wyświetlania względem początku układu współrzędnych. 1/dt lub 1/dF (zależnie od trybu działania oscyloskopu) - odczytujemy częstotliwość w trybie wyświetlania przebiegu, oraz czas w ms podczas pracy w trybie analizy częstotliwościowej. Aby coś tam w ogóle wyświetlić, należy użyć opcji "miarki" zaznaczajac dwa punkty na wyświetlaczu.

V. Dolny pasek.

Tutaj odcztujemy położenie kursora na wyświetlaczu, czyli w opcji wykresu - T - współrzędne na osi OX, w tym przypadku osi czasu, oraz Y, współrzędne na osi OY. W trybie FTT mamy F czyli częstotliwość (oś OX) oraz I czyli amplitudę sygnału (oś OY). Pisze tutaj również czy program aktualnie działa (LINE) czy jest spauzowany (HOLD), czy działa w trybie wyświetlania przebiegu (WAVE) czy analizy częstotliwościowej sygnału (FFT). Odczytujemy tam też odległości na osi OX (opcja miarki) dT - odległość miedzy pnktami względem osi czasu, oraz dY - odległość między punktami względem osi OY.

To by było na tyle części teoretycznej. Czas na część praktyczną, czyli...

JAK TO WŁĄCZYĆ?

Najpierw trzeba się zdecydować, z jakiego źródła WinScope ma analizować sygnał. Wchodzimy wieć do Windowsowych opcji "regulacja głośności". Następnie Opcje->Właściwości->Nagrywania. W poniższym okienku zaznaczamy wszystkie możliwe opcje i klikamy OK. Pojawi sie okno "Recording Control". Ilość pozycji w nim zawartych jest zależna od ilości zaznaczonych urządzeń w poprzednim kroku, oraz od możliwości naszej karty dźwiękowej. Teraz trzeba się zdecydować co właściwie WinScope ma analizować. Jeśli wybierzemy opcje CD_IN będzie analizowany sygnał audio dostarczany do naszej karty dźwiękowej przez napęd CD-ROM podczas odtwarzania płyt typu CD-AUDIO. Post-Mix - będzie analizowany sygnał który domyślnie jest podawany przez kartę dźwiękową na głośniki, czyli muzyka z WinAmp'a, dźwięki systemowe etc. Poprzez złącza Line_IN oraz Microphone możemy doprowadzić do analizy jakiś sygnał z zewnatrz, np z mikrofonu.
Ale uwaga! Złącza mikrofonowe i liniowe różnią się od siebie zasadniczo. Na złącze mikrofonowe karta dźwiękowa podaje niewielki prąd i jego zniekształcenia po przejściu przez jakieś urządzenie interpretuje jako dźwięk. Natomiast złącze liniowe interpretuje jako dźwięk sygnały prądowe z zewnatrz, co oznacza tyle, że urządzenie podłączane do wejścia liniowego jest aktywne (działa i daje przebieg na zewnatrz), a urządzenie podłączone do wejścia mikrofonowego jest pasywne (zasilane z karty dzwiekowej - zmienia parametry prądu zasilającego). Tak więc podłączenie zewnetrznego zródła sygnału aktywnego do złącza mikrofonowego nie jest dobrym pomysłem. Mimo iż zazwyczaj karty dźwiękowe są "idioto-odporne" to znaczy nic im sie nie dzieje po podaniu aktywnego sygnału na wejście mikrofonowe, to w naszym przypadku może to drastycznie zafałszować wskazania oscyloskopu - a tego chyba nie chcemy.
Wybieramy wiec odpowiednie urządzenie wejścia i zamykamy to okno. Od tej pory WinScope będzie "widział" sygnał z zaznaczonego zródła.
W przypadku konieczności analizy sygnałów z zewnatrz trzeba zmontować odpowiedni kabel. Zaopatrujemy się więc we wtyczkę "mini jack" stereo, oraz dwużyłowy kabel audio, koniecznie ekranowany. Całość należy zmontować jak na poniższym rysunku:

Mając taki sprzęt możemy przystąpić do jakichś konkretniejszych pomiarów.

C.D.N...

Autor:

(usuń ".nospam" z adresu)

Paweł Bieniek / Z - LABS