Издательский дом ООО "Гейм Лэнд"ЖУРНАЛ ХАКЕР 125, МАЙ 2009 г.

Осциллограф! Обуздай его по-фрикерски

Вадим Даньшин «Doctor V_m_E_n» (yurik_yurok2@mail.ru)

Отдельное Огромное Спасибо Длинному!

Пришел домой с учебы и тут на тебе - сгорел последний рабочий монитор! Хотел, было, пойти за новым, но на дворе кризис. Денег ни фига нет. И тут мой взгляд упал на осциллограф. «Не беда, - подумал я. - Сейчас соберу монитор из того, что есть под рукой. А заодно выйду победителем из трудной ситуации».

Днем я договорился с друзьями, что мы устроим вечером небольшой домашний турнир по Quake3 Arena. Врубаю комп, а из монитора валит дым! Оказывается, всему виной – вода с потолка, которую я по запарке не заметил. И тут, как назло, приходят гости (с ноутами). Недолго думая, я усадил их и раздал доступ в домашний Wi-Fi. Заем я полез под стол. В полутьме, освещая путь мобилой, я нашел давно не использовавшийся осциллограф, вытащил его, протер от пыли и включил в сеть – ррработает! И – через буквально полчаса ковыряния – готов новый монитор. В шоке товарищи смотрели на зеленый экран осциллографа, на котором совершенно точно узнавалось меню любимой сетевой гамы. Ну и тут я, собственно, предложил начинать.

Ищем нужные железки

Понимая, что осциллограф – это недоделанный телевизор для измерительных целей, я стал, пока чисто теоретически, подгонять его возможности под свои потребности. Там же, под столом, мне попался в полутьме импульсный блок питания и неплохой генератор функций. Затем я метнулся в другой угол комнаты (попутно хорошенько навернувшись на растяжках из проводов) – к ящику с барахлом, оставшимся от былых опытов. Судорожно я хватал нужные мне девайсы: паяльник, флюс, припой, пинцет, плату от горелого монитора, убитый с одного конца VGA-кабель, старую видеокарту для проб. Кабель, пожалуй, я зря так резко выдернул с верхней полки шифанера, потому что в следующую секунду весь хлам рухнул мне на голову.

Снизу стали доноситься вопросы типа «А у тебя там все в порядке?» и «Ты там живой вообще?». Мелочи, подумал я. Время идет, а время в данной ситуации – это самое ценное. Перешагивая через бухты проводов, я свободной конечностью прихватил свой любимый тестер, которым задумал прозвонить найденный кабель на работоспособность. В груде мусора нашелся распечатанный даташит на древнюю видеокарту (NVIDIA mx400). Никогда бы он не завладел моим вниманием, если бы не драгоценная распиновка VGA-гнезда. Лист бумаги и изолента, спасающая мир, были уже на столе. Пришла пора собраться с мыслями.

Познай теорию

Спроси себя, а знаешь ли ты все функции и возможности осциллографа и лучевой трубки? Если ответ – восторженное «Да!», то можешь пропустить этот раздел и пойти допаивать личного киборга-телохранителя.

Прежде всего, осциллограф – это почти то же, что и вольтметр, с тем отличием, что он умеет рисовать значение напряжения по времени. С его помощью ты можешь посмотреть не только, что твой ток в розетке живет по синусоидальным законам, но и различные мелочи типа наводок, низковольтных сигналов высокой частоты и пр. Это незаменимый девайс, которым должен владеть любой, кто так или иначе будет иметь дело с электроникой.

Вообще, осциллографы подразделяются на два вида: аналоговые и цифровые. Но вначале ты совсем не заметишь разницы, и тебе будет пофигу, чем пользоваться. Различаются они размерами, чувствительностью, функционалом, ценами. Как правило, первый осциллограф в жизни электронщика появляется либо прямиком со свалки, либо по списанию из какого-нибудь вуза.

В нашем сегодняшнем изврате речь пойдет об аналоговых осциллографах, а потому рассмотрим принципы их работы и управления. Внутри осциллографа есть кинескоп – такая длинная стеклянная трубка с пластинами и специальным светящимся покрытием на экране – и электроника, управляющая развертками, переключением режимов работы и пр. Но начнем мы с лицевой панельки: на ней обязательно есть гнезда подключения щупа или специального провода с двумя зажимами, которым ты судорожно тыкаешь по плате, дабы замерить и вывести на экран протекающие по схеме напряжения. Эти гнезда называют «каналами». Обычно их маркируют на советских осциллографах как «канал А», «канал Б», или же на импортных – как «CH1», «CH2». Каналов у осциллографа может быть от 1 до 5. Считается, что, чем их больше, тем удобнее осциль в эксплуатации, но мне лично всегда хватало 2-канального. Есть также гнезда синхронизации, выхода, входа и земля, но о них будет подробнее рассказано ниже.

Теперь поговорим о режимах работы осциллографа – их много, но выделим несколько основных, которые мы сегодня будем использовать и комбинировать между собой. Сначала поговорим о нормальном режиме работы этого агрегата – режиме прямого отображения подаваемого в канал сигнала. Если ты сигнал не подаешь, то на экране можно наблюдать ровную линию. Но стоит тебе подать ток от пальчиковой батарейки, прямая поднимется выше или ниже, в зависимости от того, какими контактами ты подключил осциль к батарейке. Если ты ничего не заметил на экране, значит, читай про крутилку «вольтаж». Эта небольшая ручка устанавливает, какое напряжение соответствует одной клеточке на экране. Если установишь ее в положение 1V, то при высоте экрана в 10 клеток, сможешь видеть напряжения от -5 до + 5 вольт. Если ты не видишь вообще никаких линий, вполне возможно, они уходят за границы экрана. Это тебе не заботливый Виндоус, который останавливает мышку на границе экрана – здесь, напротив, все сурово, как и должно быть. А теперь попробуем померить какой-нибудь высокочастотный ток, например, то, что ты сейчас слушаешь – смело подрубай свой плеер к осциллографу! Если ты покрутишь ручку «время делtime div», то можешь масштабировать изображение по оси Х. Это необходимо для работы с сигналами различных частот.

Есть также замечательный режим синхронизации, то есть «по команде». Здесь все просто. Если ты на синхровход осциллографа подашь ступенчатый сигнал, то осциллограф начнет прорисовывать создаваемую им по умолчанию прямую – снова и снова при каждом получении такого сигнала. Аналогично это работает на генераторе функций; мегаполезные гнезда позволяют делать такие крутые штуки, как отслеживание сигнала, выделение определенных частей сигналов и цифровое управление развертками.

Ну и последний, редко используемый режим – это режим развертки по ХУ. Если у тебя осциллограф 2-канальный, то, скорее всего, ты являешься счастливым обладателем этого режима. Тут осциллограф использует два канала и по умолчанию отображает на экране не прямую, а точку. Кстати, старайся не светить слишком ярким лучом в одну точку – потому что слой с обратной стороны кинескопа может обгореть. Допустим, если ты подашь на «канал А» напряжение в 3 вольта, то лучик должен будет сместиться вправо, а если ты подашь те же 3 вольта на второй канал, то лучик поднимется вверх на 3 вольта. Если ты будешь подавать синусоидоидальные токи на оба канала, то получишь так называемые «фигуры Лиссажу»… впрочем, о них ты и сам можешь прочесть на страницах Википедии, поэтому приступим к опытам.

Сделаем это по-быстрому

Сейчас мы рассмотрим наиболее простую реализацию задуманного – именно то, что я и сделал в тот вечер. Я взял раздолбанный VGA-кабель и «починил» его кусачками. Откушенный разъем с прощальным звоном улетел в мусорную корзину. Из кармана я достал транзистор. Даже не утруждая себя чтением маркировки, я начал быстро прозванивать его, чтобы узнать, где какой вывод. Забегая вперед, скажу, что нам абсолютно пофигу, какой транзистор брать. На диске ты найдешь схемы подключения для любого хлама, который мог заваляться у тебя в ящике. Даже полевые транзисторы – и те вариант (не говоря уже о биполярных pnp npn типов). Теперь шустро подготовим аппаратуру для опытов. Напомню, что в нашем распоряжении должны быть генератор функций и любой осциллограф, который имел бы в своем распоряжении синхровход, Z-вход.

Также нелишним будет какой-нибудь комп, в котором бы стояла ненужная (на всякий случай) видеокарта. Когда я изловчился делать этот финт с осциллографом, я уже, совсем не боясь, подключал его к ноутбуку товарища – так, для прикола. Но первое время лучше, все же, не рисковать. Итак, выход генератора функций подключай на входной канал осциллографа. Приготовь кабель от Z-входа осциллографа - воткни его и выведи крокодилы к себе поближе.

Доставай самую нужную деталь – транзистор. Я быстро подключил его к 9-вольтовому блоку питания, который воткнул в розетку. В принципе, ты с легкостью можешь использовать и компьютерный блок питания, но мне было не до этого. Каждая секунда была на счету. Теперь подключим транзистор. Для этого заранее советую приготовить что-то типа шпаргалки, на которой карандашом накарябаны буковки «К» «Б» «Э», для коллектора базы и эмиттера, соответственно. На эмиттер я подвесил центральный провод от Z-входа осциллографа, и +9V.

К коллектору подключил землю, ну а сам сигнал с интересующего меня зеленого провода я подал на базу. Немного покрутив ручки на осциллографе, я допер, что транзистор открыт, а, следовательно, – на экране мы постоянно видим зеленый квадрат без темных областей. Мне это не понравилось, и я решил хоть как-то снизить ток управления. Я посмотрел на сгоревшую плату от монитора, откуда спустя мгновенье с хрустом выломал первое попавшееся сопротивление. Как только этот последний элемент был найден, на осциллографе явно что-то начало выдаваться, что-то похожее на темные области. Впрочем, ты и темных областей не увидишь, просто характерные бегущие помехи. Если их сопоставить в столбик, то получится картинка. Просто, не правда ли? Две детали, немного проводов и все готово.

Упростим технологию до безобразия

Допустим, ты не имеешь ни возможности, ни желания паять видеокарту, а вот сделать свое маленькое чудо тебе хочется. ОК, – не вопрос, читай дальше. Тебе потребуется 3.5 мм разъем, как у обычных наушников, и какой-нибудь mp3-плеер, умеющий проигрывать wav-файлы. На диске есть пробный образец – если проиграть его на осциллографе, то он покажет небольшое трехмерное демо-шоу с фигурами Лиссажу. Тебе лишь потребуется записать звук в мп3, воткнуть в разобранный штекер и щупами присоединиться к массе и каналам наушников. Включенный в режим развертки ХУ осциллограф тотчас начнет рисовать дивной красоты картинки, которые однозначно приблизят твоего препода по физике или электротехнике к посещению психиатра. Этого видео тебе, конечно, должно хватить надолго, но знай, что ты и сам вполне можешь осилить рисование на осциллографе. Для этого потребуются интерпретатор питона и программа Blender. После установки программы создай вертексное изображение и точками рисуй, как ты хотел бы заставить бегать лучик осциллографа.

Диагноз для выживших

Прочитав эту статью, ты уже сейчас можешь взять свой ipod или другой mp3-плеер и пойти крушить мозги окружающим в вузах, лабораториях и школах, где стоят осциллографы. Я молчу про то, что на сделанное тобой обязательно сбегутся посмотреть все знакомые, подруги, да и просто товарищи. И пусть только попробуют наехать, что тема, типа, неактуальна – если у тебя получились все девайсы, считай, что теперь ты в состоянии работать со сложными видеопротоколами, а значит, ты спец.

Ты познал силу видео-сигнала и в состоянии обойтись простой микросхемой для управления большим ЖК-дисплеем. Я более чем уверен, что кассовые аппараты, терминалы оплаты сотовой связи и банкоматы вообще должны жить на подобных адаптерах. Им вообще не нужна такая крутая графика.

Когда я бродил по Сети, то нашел один занимательный сайт, на котором были показаны некоторые уже готовые схемы и решения, позволяющие рисовать на осциллографе все, что душе угодно. Отморозок, занимающийся реставрированием старинных радиоприемников, в качестве увлечения делает различные устройства, позволяющие управлять кинескопом. На его сайте я нашел якобы работающие схемы всевозможных часов, конвертеров и прочей стильной аппаратуры. В свою очередь, я попытался спаять упрощенный вариант, но видимо, где-то ошибся при спайке и запорол устройство. Попробуй посмотреть эту стоящую ссылку по нашей теме: http://www.electronixandmore.com/project/index.html

На диске тебя ждет сочный фото- и видеоархив по каждому пункту. Также ищи там часть материала, не вошедшую в статью по техническим причинам.

Очень скоро ты перейдешь от простых трехбуквенных надписей к более живописным сюжетам. Одну такую образцовую картинку я выложу на диск – делай с ней, что хочешь. После выполнения приведенного там скрипта у тебя должен будет создаться звуковой файл, который можно будет проиграть на осциллографе. А в данный момент я ваяю Mathcad-скрипт, который будет имитировать игру в настольный теннис. Уж не знаю почему, но маткад я полюбил больше, чем питон.

Содержание
ttfb: 5.0868988037109 ms