|
Сопряжение через аудиоконтроллер (Sound Card) [19]
В научных исследованиях широко применяются так называемые платы сбора данных, которые позволяют использовать компьютер в качестве цифрового осциллографа, генератора, анализатора спектра. В типовом варианте они имеют структуру, показанную на рис. 77.
Рис. 77. Структура платы сбора данных
12 – 16-разрядные АЦП и 12-разрядные ЦАП обеспечивают высокую точность таких устройств и делают их пригодными для большого количества применений. В дорогих моделях плат, часто называемых динамическими анализаторами, также устранен эффект наложения частот3 за счет использования сигма-дельта-преобразователей. Недостатком таких плат является их высокая стоимость (200 – 1500 USD для «недорогих» моделей и от 2000 USD для динамических анализаторов).
Дешевой альтернативой таких решений может стать использование звуковой платы, представляющей собой устройство сопряжения аналогового источника-приемника сигнала с компьютером через системную шину ISA или PCI и предназначенной для ввода и вывода звука. Упрощенная схема звуковой платы показана на рис. 78.
Рис. 78. Схема звуковой платы
Основным элементом платы является микросхема кодека, представляющего собой специализированный ADSP (аналого-цифровой сигнальный процессор). Кодек имеет в составе программируемый усилитель, АЦП и ЦАП, сигма-дельта-преобразователь, цифровые фильтры, ряд специальных устройств. Современные недорогие звуковые платы имеют 16-разрядные АЦП и ЦАП, частоту дискретизации 44100 Гц (или выше, как правило, она доступна для изменения программным путем), двухканальные вход и выход (левый и правый стереоканалы). Выходной усилитель мощности установлен не на всех звуковых платах, для современных аудиоустройств он является редкостью в связи с распространением так называемых «активных колонок» со встроенным усилителем. Такую плату можно использовать в качестве двухканального цифрового осциллографа, генератора, анализатора спектра при наличии соответствующего программного обеспечения. При этом рекомендуется использовать вход LINE-IN и выход LINE-OUT, чтобы избежать искажений вносимых предварительным и оконечным усилителями.
Ограничения в использовании звуковых плат для исследовательских целей обусловлены их конструктивными особенностями. Эти особенности следующие:
1) частотный диапазон звуковой платы составляет от 20 Гц до 0,4–0,45 от установленной частоты дискретизации. Нижнюю границу можно снизить до 5 Гц (а то и до 1–2 Гц) путем увеличения емкости входного разделительного конденсатора (напаять параллельно имеющемуся). Попытки еще более снизить границу частотного диапазона могут привести к возбуждению АЦП;
2) наличие только двух каналов ввода-вывода информации;
3) переходный процесс в сигма-дельта-преобразователях при переключении сигналов на входе АЦП может длиться некоторое количество периодов дискретизации;
4) не все платы поддерживают режим full duplex (он заявлен в технических характеристиках большинства плат, однако на поверку это далеко не всегда правда), т. е. одновременную работу АЦП и ЦАП в режиме DMA (прямой доступ к памяти);
5) размах входного сигнала не должен превышать напряжения питания кодека, которое составляет 5 В (для стандарта АС’974 допустимо значение 3,3 В), в противном случае возможно возбуждение микросхемы, зачастую устраняемое только аппаратным сбросом.
Для использования звуковой платы в качестве цифрового осциллографа, генератора, анализатора спектра можно использовать готовое программное обеспечение, например Spectra фирмы Sound Technology, SystemView фирмы Elanix и др. Более простой вариант – программы WaveGen и Osci, разработанные Ulrich W. Müller©. Первая имитирует генератор сигналов различной формы, вторая – двухканальный цифровой осциллограф с анализатором спектра.
Окно программы WaveGen показано на рис. 79.
Рис.79. Окно программы WaveGen
Генератор имеет следующие органы управления:
1 – панель установки вида выходного сигнала (гармонический, прямоугольные импульсы, треугольные импульсы, белый шум, розовый шум, воспроизведение файла пользователя в формате WAV, три вида импульсного сигнала);
2 – кнопка включения-выключения генератора;
3 – отсчет частоты сигнала;
4 – настройка выходного сигнала (непрерывный, генератор качающейся частоты, режимы работы, однократный импульс, повторяющиеся импульсы, режимы работы);
5 – панель установки частоты сигнала;
6 – панель отображения режимов работы;
7 – панель установки уровня сигнала;
8 – установка сдвига фаз левого и правого каналов;
9 – панель запуска одного из трех заранее подготовленных сигналов.
Окно программы Osci показано на рис. 80.
Рис.80. Окно программы Oszi
Осциллограф имеет следующие органы управления:
1 – установка режимов развертки;
2 – установка времени задержки сигнала;
3 – настройка режимов второго канала;
4 – настройка режимов первого канала (масштаб по вертикали, смещение нулевой линии по вертикали, суммирование первого и второго каналов, устранение постоянной составляющей, изменение полярности постоянной составляющей, отключение канала, закорачивание канала на землю);
5 – экран осциллографа;
6 – смещение сигнала по горизонтали;
7 – растяжение сигнала в 10 раз;
8 – “подсветка” экрана.
Do'stlaringiz bilan baham: |
