AMIGA W PRAKTYCE POMIAROWEJ Kolejny odcinek o technikach pomiarowych przy wykorzystaniu naszej Amigi. Czego tym razem dowiemy sië o jej moûliwoôciach? Stanisîaw Szczygieî (Stanley) W ostatnim odcinku naszego cyklu przedstawiîem sporo przystawek pomiarowych do wykonania. Oparte o ukîad omomierza bâdú miernika pojemnoôci, uzyskane konstrukcje otworzyîy dla nas ôwiat pomiarów wielkoôci zupeînie z prâdem nie zwiâzanych. Byîy to jasnoôê, temperatura, wilgotnoôê. Prosty ukîad elektroniczny wystarczy wyposaûyê w stosowny czujnik -- i voila! Przytoczone przykîady w najmniejszym nawet stopniu nie wyczerpujâ dalszych moûliwoôci. Niemal kaûdâ wielkoôê moûna poôrednio zmierzyê wielkoôciâ fizycznâ, bezpoôrednio powiâzanâ z interesujâcâ nas, do której czujnik posiadamy... Oczywiôcie przyda sië przy tym wiedza z zakresu fizyki czy chemii, a i wyobraúnia niejedno nam podpowie. Sposobów pomiaru moûe byê wiele, róûniâcych sië îatwoôciâ, dokîadnoôciâ, uniwersalnoôciâ i, oczywiôcie, kosztem. Rozwaûmy, na przykîad, jak zmierzyê prëdkoôê obrotowâ. Test na wyobraúnië Jak wiemy, najlepiej mierzyê wielkoôci elektryczne. Zamieïmy wiëc prëdkoôê obrotowâ na prâd elektryczny! Jak? Wystarczy dowolny silniczek prâdu staîego. Silniczek taki potrafi dziaîaê jako miniaturowa prâdnica, jeôli bëdziemy krëciê jego wirnikiem. A wartoôê uzyskiwanego napiëcia bëdzie zaleûna od prëdkoôci obracania -- im szybciej, tym wyûsza... Wystarczy wiëc dowolnâ przekîadniâ poîâczyê obracajâcy sië element (którego prëdkoôê obrotowâ chcemy zmierzyê), zmierzyê napiëcie na silniczku i po odpowiednim przeskalowaniu -- problem z gîowy! Rozwiâzanie takie jest proste, ale ma teû wady. Po pierwsze kaûde mechaniczne skojarzenie prâdniczki z obracanym elementem bëdzie wpîywaîo (hamujâco) na jego ruch. Nie zawsze zresztâ bëdzie to moûliwe. Drugim powaûnym problemem jest fakt, ûe charakterystyka napiëcia w funkcji liczby obrotów nie jest bynajmniej liniowa, a to utrudni nam zarówno proces kalibracji, jak i niezbyt korzystnie wpîynie na dokîadnoôê pomiarów -- szczególnie przy wyûszych obrotach prâdniczki. Skoro tak, spróbujmy inaczej. Na obracajâcy sië element naklejmy niewielki magnes. W pobliûu zaô obracajâcego sië elementu umieôêmy cewkë indukcyjnâ. Kaûde przejôcie magnesiku bëdzie powodowaîo -- poprzez zjawisko indukcji -- powstawanie napiëcia w cewce. Powstanie wiëc impuls elektryczny. Kolejne przejôcia magnesu bëdâ powodowaê kolejne impulsy -- na cewce otrzymamy wiëc sygnaî zmienny, o czëstotliwoôci wprost (LINIOWO!) zaleûnej od szybkoôci obracania sië elementu! A czëstotliwoôê umiemy juû mierzyê... Podobny sposób pomiaru prëdkoôci moûna uzyskaê poprzez generowanie sygnaîu czëstotliwoôci lampkâ i fotoopornikiem, gdzie obracajâcy sië element stanowi (porusza) przesîonë z otworem. Jak widaê, nawet jednâ wielkoôê moûna mierzyê na kilka sposobów... Rzecz znacznie czëôciej leûy w wyobraúni (niestety zwykle w poîâczeniu z WIEDZÂ!) niû w samej technice. Umiejëtna interpretacja róûnego rodzaju informacji moûe pozwalaê na daleko gîëbsze i peîniejsze procesy mierzenia. Jakkolwiek jednak mierzymy, zawsze dochodzi do jednej sytuacji: wielkoôê mierzona zamieniana jest we wnëtrzu komputera na wartoôê cyfrowâ. Bo tylko takimi wartoôciami posîuguje sië komputer... O róûnicach w sygnaîach mówiê juû nie bëdziemy -- omówiliômy ten temat wczeôniej. Najwaûniejsze dla nas jest to, ûe przejôcie w ôwiat cyfrowy oznacza dla nas zupeînie nowy ôwiat pomiarów. I nie tylko -- przenoszona informacja moûe mieê nie tylko treôê informacyjnâ, ale takûe umoûliwiaê bezpoôrednio procesy sterowania. A to, ûe bez obróbki cyfrowej w komputerze sië nie da, niech potwierdzâ szkice obiegu informacji. Analogowe techniki pomiarów moûna realizowaê na Amidze w jeszcze inny sposób. Olbrzymie moûliwoôci tkwiâ w amigowych interfejsach dúwiëku -- poprzez urzâdzenia zwane samplerami. Obróbka dúwiëku jest wîaôciwie wzorcowym przykîadem komputerowej obróbki sygnaîu: sygnaî analogowy (dúwiëk) wprowadzany jest poprzez sampler (przetwornik analogowo-cyfrowy) do komputera, tam jest obrabiany (w postaci cyfrowej), a nastëpnie -- poprzez wbudowane w Amigë przetworniki cyfrowo-analogowe -- wyprowadzany na zewnâtrz, na zîâcza audio. Amigowe moûliwoôci Do tej pory posîugiwaliômy sië specjalnymi interfejsami, îâczâcymi ukîad pomiarowy z Amigâ. Amiga ma jednak wîasne interfejsy, o bardzo szerokich moûliwoôciach. Naleûâ do nich wejôcia audio-in -- sîuûâce do wprowadzania dúwiëku (nie tylko, ich dziaîanie moûe byê znacznie szersze, ale my ograniczmy sië do takiego ich traktowania). Wyprowadzone na zîâcze centronics umoûliwiajâ podîâczenie bardzo popularnego urzâdzenia (z naszego punktu widzenia po prostu kolejnego interfejsu) -- samplera dúwiëkowego. Dúwiëkowego, ale tak naprawdë to nie dúwiëk dziëki niemu moûemy wczytaê, ale zmienny sygnaî elektryczny, odzwierciedlajâcy w postaci zmian napiëcia i czëstotliwoôci sygnaîu akustyczne drgania powietrza, docierajâce do mikrofonu. Cóû wiëc sië stanie, gdy sami doprowadzimy sygnaî z czujnika pomiarowego na wejôcie samplera -- zamienimy Amigë w miernik szybkozmiennego sygnaîu analogowego... Do szczëôcia potrzebny jest nam tylko program obsîugi samplera -- polecam rodzimy Digiton! Warto przy tym jeszcze raz zauwaûyê, ûe sampler to tak naprawdë nic innego, jak przetwornik analogowo-cyfrowy! Wczytany poprzez sampler dúwiëk prezentowany jest na ekranie w postaci wykresu. Inaczej mówiâc, program sîuûy nam jako prosty OSCYLOSKOP! Wbudowane programowe filtry mogâ posîuûyê do bardziej ciekawej analizy sygnaîu, jednak tym razem nie bëdziemy sië tym zajmowali. Programy obsîugujâce sampler majâ jednak z naszego punktu widzenia pewnâ wadë: na ogóî nie potrafiâ (przynajmniej nie wszystkie) pokazywaê na ekranie przebiegu, trzeba go najpierw nagraê -- wpisaê do pamiëci -- i dopiero póúniej moûna go zobaczyê w postaci rysunku. Siëgnijmy wiëc po program oscyloskopu -- znajdziecie go na jednej z naszych ostatnich shareware'owych dyskietek. Jeôli teraz doprowadzimy sygnaî zmienny -- obojëtne, analogowy czy cyfrowy -- bëdziemy mogli w komfortowy sposób ogîâdaê przebieg jego zmiennoôci na ekranie w czasie rzeczywistym. Moûemy teû, oczywiôcie, zmierzyê jego napiëcie poprzez odpowiednie przeskalowanie, amplituda wykresu jest proporcjonalna do napiëcia sygnaîu. Program oscyloskopu pozwala na obserwacjë dwu niezaleûnych sygnaîów, wprowadzanych poprzez stereofoniczny sampler. Oscyloskopy umoûliwiajâ obserwacjë przebiegu sygnaîu. Czësto bowiem nie wartoôê napiëcia, ale wîaônie charakterystyka przebiegu sygnaîu ma znaczenie. Jest to szczególnie zrozumiaîe przy analizie i pomiarach sygnaîów cyfrowych: ich poziom napiëê jest przecieû ustalony na tzw. poziomie TTL (0 V -- 5 V). Szczególnie waûne informacje moûe daê bezpoôrednie porównanie dwu sygnaîów: tyle moûemy porównaê przez sampler, choê moûliwoôci Amigi mogâ byê znacznie wyûsze (wkrótce!). Na rysunkach moûemy zobaczyê typowy przebieg sinusoidalny, czyli idealny sygnaî analogowy, przebieg piîoksztaîtny i najmniej wyraúny przebieg typowego wieloskîadowego sygnaîu fonii (z tv). Obserwacja i porównywanie sygnaîów stanowi podstawë analizy sygnaîów cyfrowych. Szybkoôê narastania sygnaîu, wspóîczynnik wypeînienia przebiegów prostokâtnych oraz wiele jeszcze innych parametrów najîatwiej zmierzyê, a wîaôciwie zobaczyê, wîaônie na oscyloskopie! A tak naprawdë to niemal wszystkie pomiary sâ dokonywane na nim. Bezwîadnoôê pomiarów na klasycznych miernikach, czy to wychyleniowych, czy nawet cyfrowych, nie jest w stanie oddaê czynnika najwaûniejszego przy pomiarach cyfrowych, czyli wîaônie przebiegu. Îatwoôê wczytywania sygnaîów poprzez sampler jest okupiona niewielkim zakresem napiëê, które moûemy za jego poôrednictwem zbadaê. Jest to przedziaî pomiëdzy 0,5 V a 5 V, a wiëc raczej niewiele. Sampler jednak umoûliwia obserwacjë sygnaîów o caîkiem duûej czëstotliwoôci -- dobre samplery (oczywiôcie te popularne) wczytajâ sygnaî nawet do 40 kHz, a profesjonalne (ale za to znacznie droûsze) nawet do 100 kHz. W praktyce daje to moûliwoôê bardzo precyzyjnych pomiarów sygnaîów dúwiëkowych. Amigowy oscyloskop moûe sië wiëc okazaê bardzo przydatnym urzâdzeniem w pracowni kaûdego elektronika! Sampler podîâczony do Amigi pozwala na przetwarzanie oraz obserwacjë przebiegu sygnaîów analogowych. Oczywiôcie nic nie stoi na przeszkodzie, aby obserwowaê takûe przebiegi cyfrowe, ale jaki jest sens przetwarzania sygnaîu cyfrowego na cyfrowy? W taki sposób moûemy tylko wprowadziê zakîócenia i znieksztaîcenia. Odstawmy wiëc na chwilë sampler i zastanówmy sië, czy Amiga ograniczona jest tylko do moûliwoôci wczytania jednego sygnaîu (gdy jest on cyfrowy)? Jeôli chodzi o sygnaîy w peîni cyfrowe, to tak! Przede wszystkim moûliwoôê takâ ma interfejs drukarki! Moûe on w Amidze speîniaê nie tylko zadanie portu wyjôciowego (czyli np. wîaônie sterowania drukarkâ), ale takûe umoûliwia wczytanie danych. Jak to jest moûliwe i co dziëki temu moûemy uzyskaê -- juû w nastëpnym odcinku. Na zakoïczenie zaô chciaîbym przypomnieê jeszcze jednâ sprawë. Prezentowane na îamach Magazynu AMIGA ukîady elektroniczne i schematy powinny byê dla osób interesujâcych sië tâ tematykâ punktem wyjôciowym do wîasnych konstrukcji. Jeôli wiëc Czytelnicy na podstawie kolejnych odcinków serii o pomiarach opracowali wîasne interesujâce rozwiâzania, prosimy o podzielenie sië z nami swoimi doôwiadczeniami. Zapraszamy do wspóîpracy!