Программа Сервисный Центр
0

Искусство волн: образы на экране осциллографа


Как профессиональный инженер я нередко переутомляюсь и испытываю стрессы. Когда я нуждаюсь в перерыве, я сажусь за стол и начинаю играть с волнами. Я наслаждаюсь созданием и созерцанием сигналов, имеющих самые различные формы и размеры. Это стало почти моей страстью, которая напоминает мне о магии волн в минуты напряжения.

Несмотря на невероятные эффекты компьютерных графических технологий, создание фигур Лиссажу и других изображений на экране осциллографа все еще захватывает нас. Они в деталях описаны на множестве онлайн страниц, где всегда можно найти несколько популярных картинок. Практически каждый инженер, работавший с осциллографом, в какой-то момент наблюдал эти фигуры. Технические журналы, в том числе и EDN, время от времени также публикуют материалы с описаниями способов рисования интересных фигур Лиссажу. Фигуры Лиссажу, по существу представляющие собой отображение взаимосвязей напряжений и частот двух сигналов, любили использовать создатели старых фантастических фильмов для представления «супертехнологий».

Для создания таких фигур вам потребуются два источника сигналов и двухканальный осциллограф с наличием режима «XY». В этой статье я использовал осциллограф Analog Arts SL987 с встроенным генератором сигналов произвольной формы, но вы можете использовать любой осциллограф и любой генератор. На Рисунке 1 показано, как должен быть соединен выход генератора сигналов с входом CH1 (или «X») осциллографа. Прежде всего, выход синхронизации генератора (SYNC) следует шунтировать на землю конденсатором 470 мкФ, чтобы уменьшить времена нарастания и спада. Затем через другой конденсатор 470 мкФ, блокирующий постоянную составляющую сигнала, подключают коаксиальным кабелем к входу CH2 (или «Y») осциллографа. В результате будет сформирована синхронизированная последовательность грубых треугольных импульсов, которая будет использоваться в качестве напряжения вертикальной развертки.

Искусство волн: образы на экране осциллографа
Рисунок 1.Подключив два канала генератора сигналов, вы сможете
увидеть фигуры Лиссажу.

Конденсаторы на выходе SYNC генератора искажают прямоугольные импульсы. При частоте выходного сигнала порядка 20 Гц искаженный сигнал SYNC будет иметь псевдотреугольную форму с амплитудой 1.2 В пик-пик. На Рисунке 2 желтым цветом изображен сигнал «X», синим – «Y», а результирующая фигура Лиссажу имеет розовый цвет.

Искусство волн: образы на экране осциллографа
Рисунок 2.Для того, чтобы рисовать фигуры Лиссажу,
каналы осциллографа надо использовать
как входы X и Y.

Переключив генератор в режим сигналов произвольной формы, вы сможете создавать более изысканные и сложные фигуры. К примеру, генерация двух периодов синусоиды при объеме памяти 64 Кбайт и частоте выборки 1.3 МГц, позволяет нарисовать фигуру, показанную на Рисунке 3.

Искусство волн: образы на экране осциллографа
Рисунок 3.А это более интересная фигура Лиссажу.

Фигуры Лиссажу – это здорово, но что, если бы вам удалось нарисовать на осциллографе лицо, или какое-нибудь другое произвольное изображение? Сформировав соответствующие сигналы на входах «X» и «Y», вы можете создать любую картинку. Фактически, в точности так же работали старые телевизоры с электронно-лучевой трубкой. Чтобы создать изображение на экране осциллографа, для каждого значения псевдотреугольного сигнала на входе «Y» должен быть рассчитан сигнал «X», основанный на цифровом представлении изображения. Остается решить небольшую проблему: как сгенерировать сигнал, соответствующий желаемому изображению. В любой заданный момент времени вертикальная развертка определяет место, где сейчас будет рисоваться картинка. Для примера представим, что сигнал нашей вертикальной развертки изменяется в диапазоне от –1 В до +1 В. Когда он равен –1 В, сигнал на входе CH1 или «X» должен рисовать нижнюю часть изображения, а когда 0 В – центральную строку изображения. Поскольку вертикальная развертка синхронизирована с генератором сигналов произвольной формы, мы можем точно предсказать ее положение для каждой выборки сигнала генератора. Таким же образом мы можем сформировать собственный сигнал произвольной формы. Примерно так же создается изображение в некоторых форматах видео.

В какие-то моменты времени сигнал генератора одновременно должен иметь амплитуду и –1 В, и +1 В. Как же это сделать? Вы можете решить задачу быстрым переключением между различными требуемыми напряжениями. Уровень сигнала на короткое время может оставаться равным –1 В, а затем быстро и ненадолго перескакивать на +1 В, потом вновь на –1 В, и так далее, период за периодом. Однако, для того, чтобы такая схема работала, вы должны убедиться, что ваш генератор функций имеет малое время нарастания, а полоса осциллографа достаточно широка.

Искусство волн: образы на экране осциллографа
Рисунок 4.Дельфины на осциллографе? Кто бы мог подумать?

Вы можете взять любую черно-белую картинку (то есть, пиксельную карту, показывающую, где включать, а где выключать ваш сигнал). Я написал на Python простое приложение, преобразующее изображение в сигнал, который сохраняется в файле формата csv, и может быть загружен вами в функциональный генератор. Сам по себе сигнал генератора похож на тарабарщину. Но при наблюдении в режиме XY с вертикальной разверткой появляются исходные изображения. Как они выглядят, показано на Рисунках 4 и 5.

Искусство волн: образы на экране осциллографа
Рисунок 5.Что бы сказал Элвис, увидев себя на экране осциллографа?

Обычно из картинок с четкими границами, таких, например, как в мультфильмах, получаются четкие изображения. Эффект «снега» в этих изображениях возникает из-за выходного фильтра генератора, ограничивающего полосу сигнала. В идеале, чтобы исключить эти эффекты, вам нужны бесконечные полосы пропускания, как генератора, так и осциллографа. Качество изображения можно повысить с помощью алгоритмов цифровой обработки сигналов. Но как бы то ни было, наблюдать картинки на экране осциллографа действительно очень приятно. Я призываю вас убедиться в этом самостоятельно. Однако, и я предупредил вас, это занятие, хоть и доставляет большое удовольствие, но может вызвать что-то типа наркотической зависимости.

Загрузки

Приложение, преобразующее изображение в сигнал формата csv

Демонстрационное видео

 
 
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.
 
Обратная связь

Наши партнеры

 

Опросы

Есть ли справедливость в жизни?
Конечно есть, уверен!
Вроде как должна быть, но...
Затрудняюсь ответить...
Какая справедливость? О чем Вы?
Эх.., нет правды на свете!

 

Облако тегов

Требуется для просмотраFlash Player 9 или выше.

Показать все теги
 

Календарь публикаций

«    Декабрь 2016    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
 
 

Архив новостей

Декабрь 2016 (15)
Ноябрь 2016 (42)
Октябрь 2016 (34)
Сентябрь 2016 (38)
Август 2016 (34)
Июль 2016 (36)
 
Наверх Сервисные мануалы Даташиты Ремонт LCD, ЖК телевизоров LG Samsung Скрипт программы "Сервисный центр"