Schemat obwodu blok filtra i przedwzmacniacz poniżej na rysunku. Filtry ustawione są na następujące częstotliwości: 32Hz, 63Hz, 125Hz, 250Hz, 500Hz, 1kHz, 2kHz, 4kHz, 8kHz, 16kHz.
Płytka drukowana. Zrobiłem to sam za pomocą fotorezystu.
Schematyczny diagram linii wskaźników.
Płytka drukowana w wersjach DIP i SMD jest cała w archiwum.Płytki zamówiłem w fabryce, ponieważ wykonanie takich rozmiarów w domu było problematyczne (rozmiar w DIP to 320x50).
Jako diodę można zastosować dowolną szybką diodę Schottky'ego. Rezystancja rezystorów do diod LED zależy od rodzaju zastosowanych diod LED (konieczne jest obliczenie prądu), można użyć dowolnych innych diod LED po ponownym obliczeniu lub zmianie obwodu. TAK, jest jeszcze jedna uwaga - jest to zużycie jednej linii, gdy używane są wszystkie 40 diod, linia zużywa 40 * 0,02A = 0,8A i wszystkie 10 linii zje, gdy diody 8A zostaną w pełni włączone !! pamiętaj o doborze odpowiedniego zasilacza. Jeśli używasz zakupionego zasilacza impulsowego z kilkoma wejściami, z reguły jest to +/-12V, +5V, to jest jeden niuans, z którym się spotkałem, jeśli jednokanałowe zasilacze impulsowe w większości nie wymagają obciążenia do start, to wymagają wielokanałowych, tj. do uruchomienia zasilacza konieczne jest załadowanie wszystkich kanałów.
Ustawienie.
Ustawienie polega na ustawieniu jednakowej czułości wszystkich kanałów. Potrzebujesz generatora niskiej częstotliwości i miliwoltomierza niskiej częstotliwości. Na generatorze ustawione są szeregowo częstotliwości 32 Hz, 63 Hz, 125 Hz, 250 Hz. 500 Hz, 1 kHz, 2 kHz, 4 kHz, 8 kHz i 16 kHz. Częstotliwości podawane są naprzemiennie na wejście urządzenia. Jednocześnie miliwoltomierz musi być podłączony równolegle do wyjścia generatora LF, zgodnie z jego odczytami, konieczne jest zapewnienie, aby wartości napięcia AF dostarczanego z LFO na wszystkich częstotliwościach były takie same ( jeśli to konieczne, wyreguluj regulator poziomu wyjściowego LFO). Ustawiamy R42 przedwzmacniacza w pozycję środkową i zaczynając od częstotliwości 32 Hz ustawiamy LFO na taki poziom napięcia wyjściowego, przy którym świeci się środkowa dioda skali wskaźnika w środkowej pozycji R2 (32 jednostka filtra Hz). Zapamiętaj ten poziom napięcia wyjściowego LFO. Następnie zwiększ częstotliwość do 64 Hz. Ustaw ten sam poziom basów z wyjścia LFO (zmierzony miliwoltomierzem) i wyreguluj R* w filtrze 63 Hz, aby zaświeciła się środkowa dioda LED skali 63 Hz.
Zrób to samo dla wszystkich innych częstotliwości. Możesz wstępnie dokładniej ustawić średnie częstotliwości pasm, określając średnią częstotliwość każdego filtra, dostrajając częstotliwość LFO w pewnych granicach w stosunku do częstotliwości wskazanej na schemacie. Następnie, jeśli różnica jest znacząca, dostosuj częstotliwość, odpowiednio zmieniając pojemności kondensatorów.
Kilka zdjęć z procesu produkcyjnego
Jak myślisz, co robią dziewczyny, kiedy się spotykają? Iść na zakupy, robić zdjęcia, chodzić do salonów piękności? Tak, jest, ale nie każdy to robi. W tym artykule omówimy, jak dwie dziewczyny postanowiły złożyć urządzenie elektroniczne własnymi rękami.
Wybrano jako wyświetlacz matryca LED 8x32. Można było skorzystać z gotowych matryc ledowych 8x8 i złożyć z nich, ale postanowiliśmy nie odmawiać sobie przyjemności wieczornego siedzenia przy lutownicy, dlatego sami zmontowaliśmy wyświetlacz z diod.
Aby sterować wyświetlaczem, nie wymyślaliśmy koła na nowo i zastosowaliśmy schemat sterowania z dynamicznym wskazaniem. Te. wybrali jedną kolumnę, zapalili, pozostałe kolumny w tym momencie zgasły, następnie wybrali następną, zapalili, pozostałe zgasły itp. Ze względu na to, że ludzkie oko nie jest doskonałe, na wyświetlaczu możemy zaobserwować statyczny obraz.
Idąc po linii najmniejszego oporu zdecydowano, że rozsądnie byłoby przenieść wszystkie obliczenia do kontrolera Arduino.
Włączenie określonego wiersza do kolumny odbywa się poprzez otwarcie odpowiedniego klucza. Aby zmniejszyć liczbę pinów wyjściowych kontrolera, wybór kolumn odbywa się za pomocą dekoderów (w ten sposób możemy zmniejszyć liczbę linii sterujących do 5).
Jako interfejs do podłączenia do komputera (lub innego urządzenia zdolnego do przesyłania sygnału audio) wybrano złącze TRS (mini-jack 3,5 mm).
Materiałem na panel przedni był czarny plastik o grubości 5 mm (ponieważ średnica soczewki diody również wynosi 5 mm). Zgodnie z opracowanym układem zaznaczamy, wycinamy panel przedni do wymaganego rozmiaru i wiercimy w plastiku otwory na diody.
Tym samym otrzymujemy gotowy panel przedni, na którym można już zamontować wyświetlacz.
Jako diody do matrycy zastosowano dwukolorowe (czerwono-zielone) ze wspólną katodą GNL-5019UEUGC. Przed przystąpieniem do montażu matrycy kierując się zasadą „dodatkowa kontrola nie uszkodzi” wszystkich diod, czyli 270 szt. (wzięte z marginesem na wszelki wypadek), zostały przetestowane pod kątem działania (w tym celu zmontowano urządzenie testujące, w tym złącze, rezystor 200 Ω i zasilacz 5 V).
Następnie rozłóż diody LED w następujący sposób. Zaginamy anody czerwonej i zielonej diody w jednym kierunku (w prawo), katodę w drugim kierunku, upewniając się, że katoda jest niżej niż anody. A następnie pod kątem 90 ° wyginamy katodę w dół.
Składanie matrycy zaczynamy od prawego dolnego rogu, składamy ją w kolumny.
Pamiętając o zasadzie „dodatkowa kontrola nie zaszkodzi”, po jednej lub dwóch wlutowanych kolumnach sprawdzamy wydajność.
Gotowa matryca wygląda tak.
Widok z tyłu:
Zgodnie z opracowanym schematem lutujemy obwód sterowania rzędami i kolumnami, lutujemy kable i miejsce na Arduino.
Zdecydowano również o wyświetlaniu nie tylko widma amplitudowo-częstotliwościowego, ale także fazowo-częstotliwościowego, a także wybrano liczbę odczytów do wyświetlenia (32,16,8,4). W tym celu dodano 4 przełączniki: jeden do wyboru rodzaju widma, dwa do wyboru liczby odczytów i jeden do włączania i wyłączania urządzenia.
Po upewnieniu się, że wszystko działa, przystąpiliśmy do pisania głównego kodu programu. Składa się z trzech części: inicjalizacji niezbędnych zmiennych i odczytu danych, uzyskania widma sygnału za pomocą szybkiej transformaty Fouriera, wyświetlenia na wyświetlaczu otrzymanego widma wraz z niezbędnym formatowaniem.
Pozostało tylko zaznaczyć otwory na złącza, kable i przełączniki oraz wyciąć z plastiku dwa panele boczne.
W rezultacie, składając wszystko razem, podłączając urządzenie do komputera, otrzymaliśmy:
Widmo amplitudowo-częstotliwościowe (32 odczyty):
Widmo amplitudowo-częstotliwościowe (16 odczytów):
Widmo amplitudowo-częstotliwościowe (8 odczytów):
Widmo amplitudowo-częstotliwościowe (4 odczyty):
Widmo częstotliwości fazowej:
Widok panelu tylnego:
W artykule omówiono projekt prostego analizatora widma (0 - 10 kHz) na mikrokontrolerze AVR. Jako urządzenie wyświetlające używany jest dwuwierszowy wskaźnik LCD. Głównym punktem realizacji tego projektu nie jest sprzęt, ale oprogramowanie, a raczej implementacja dyskretnej transformaty Fouriera (DFT) na 8-bitowym mikrokontrolerze. Należy od razu zaznaczyć, że autor nie jest ekspertem w tej dziedzinie i dlatego zaczął od podstaw – od prostej dyskretnej transformaty Fouriera. Algorytm szybkiej transformacji Fouriera jest nie tylko szybki, ale także dość złożony.
Dyskretna transformata Fouriera (w literaturze angielskiej DFT, Discrete Fourier Transform) to jedna z szeroko stosowanych w algorytmach transformacji Fouriera obróbka cyfrowa sygnałów (jego modyfikacje są wykorzystywane w kompresji audio w formacie MP3, kompresji obrazu w formacie JPEG itp.), a także w innych obszarach związanych z analizą częstotliwości w sygnale dyskretnym (na przykład cyfrowym sygnale analogowym). Dyskretna transformata Fouriera wymaga jako danych wejściowych funkcja dyskretna. Takie funkcje są często tworzone przez próbkowanie (próbkowanie wartości z funkcji ciągłych).
Schemat obwodu analizatora widma sygnału audio jest bardzo prosty i można go warunkowo podzielić na część cyfrową i część analogową.
Część cyfrową tworzy mikrokontroler i podłączony do niego wskaźnik LCD. Mikrokontroler jest taktowany z rezonatora kwarcowego 16 MHz; napięcie zasilania +5 V jest używane jako napięcie odniesienia dla ADC mikrokontrolera.
Szyna danych wskaźnika LCD podłączona jest do portu C mikrokontrolera (linie I/O PC0-PC3), szyna sterująca do portu D(PD5, PD6) mikrokontrolera. Wskaźnik pracuje w trybie 4-bitowym. Rezystor zmienny 4,7 kΩ służy do regulacji kontrastu. Aby pracować ze wskaźnikiem, stworzono niestandardowe znaki do wyświetlania 8 poziomych pasków analizatora, te niestandardowe znaki zajmują wszystkie 64 bajty pamięci RAM wskaźnika LCD.
Mikrokontroler jest zasilany przez zewnętrzny rezonator kwarcowy 16 MHz.
Część analogowa urządzenia jest najważniejszą częścią i jest przedwzmacniaczem sygnału mikrofonu elektretowego, którego wyjście jest podłączone do kanału ADC0 przetwornika ADC wbudowanego w mikrokontroler. Poziom zera na wejściu ADC musimy ustawić dokładnie na połowę napięcia odniesienia, tj. 2,5 V. W tym przypadku możemy wykorzystać dodatnią i ujemną półfalę sygnału, jednak jej amplituda nie powinna przekraczać ustalonego limitu, tj. wzmocnienie musi być precyzyjnie dostrojone, aby zapobiec przeciążeniu. Wszystkie powyższe warunki spełnia wspólny układ wzmacniacza operacyjnego małej mocy.
Algorytm DFT jest nieco wolniejszy w porównaniu do szybka konwersja Fouriera. Ale nasz analizator widma nie wymaga dużej prędkości, a jeśli może zapewnić szybkość aktualizacji około 30 klatek na sekundę, to będzie więcej niż wystarczająca do wizualizacji widma sygnału audio. W każdym razie w naszej wersji możliwe jest osiągnięcie prędkości 100 klatek na sekundę, ale jest to już zbyt duża wartość parametru dla dwuwierszowego wyświetlacza LCD i nie jest zalecana. Częstotliwość próbkowania wynosi 20 kHz dla 32-punktowej dyskretnej transformaty Fouriera, a ponieważ wynik transformacji jest symetryczny, musimy użyć tylko pierwszej połowy, tj. pierwsze 16 wyników. Dzięki temu możemy wyświetlić widmo częstotliwości do 10 kHz, a rozdzielczość analizatora to 10 kHz/16 = 625 Hz.
Autor projektu podjął próby zwiększenia szybkości obliczania DFT. Jeśli ta transformacja ma N punktów, to musimy znaleźć N2/2 wartości sinus i cosinus. Dla naszej 32-punktowej transformacji musimy znaleźć 512 wartości sinusów i cosinusów. Jednak przed ich znalezieniem musimy obliczyć kąt (w stopniach), co zajmie trochę czasu procesora, dlatego zdecydowano się użyć tabel wartości do tych obliczeń. Obliczenia w programie mikrokontrolera nie wykorzystują obliczeń zmiennoprzecinkowych i liczb podwójnej precyzji (double), ponieważ przetwarzanie zajmie więcej czasu na mikrokontrolerze 8-bitowym. Zamiast tego wartości w tablicach przeglądowych to 16-bitowe dane całkowite pomnożone przez 10000. Następnie po wykonaniu konwersji wyniki są dzielone przez 10000. Przy takim podejściu możliwe jest wykonanie 120 32-punktowych konwersji na drugi, co jest więcej niż wystarczające dla naszych urządzeń.
Od dawna marzyłem o złożeniu graficznego analizatora widma, ale obfitość elementów w obwodzie, dobór elementów filtrujących itp. mnie powstrzymał. I wtedy trafiłem na polskie czasopismo z opisem analizatora cyfrowego, którego sercem jest mikrokontroler. Schemat jest bardzo prosty, brakuje w nim tych filtrów, których nie chciałem montować, wybierać do nich komponentów i konfigurować. Wszystko to jest przypisane do mikrokontrolera. Dodatkowo analizator ten posiada kilka trybów pracy! Co znacznie skomplikowałoby obwód na elementach dyskretnych.
Analizator posiada 4 tryby wskazań: liniowy ze wskazaniem pików i bez oraz „punktowy”, również ze wskazaniem pików i bez.
Specyfikacje:
Wskaźnik składa się z dwóch części, jednostki głównej i matrycy diodowej.
Jednostka główna zbudowana jest na mikrokontrolerze ATmega8, dekoder K176ID1(zagraniczny odpowiednik CD4028) oraz wzmacniacz-limiter wejściowy, wykonany na wzmacniaczu operacyjnym TL071. Rezonator kwarcowy można zastosować przy częstotliwości 16-20 MHz.
Wersję próbną wlutowałem w kilka godzin na płytce stykowej:
Bezpieczniki w Konstruktor algorytmów:
Bezpieczniki w ponyprog:
Podczas flashowania mikrokontrolera należy zachować szczególną ostrożność podczas ustawiania bezpieczników, ponieważ nieprawidłowo zainstalowane „ptaki” może zablokować mikrokontroler i jego flashowanie będzie wymagało programatora, wielokrotnie bardziej skomplikowanego niż ten analizator.
Zmontowałem obwód, sflashowałem mikrokontroler, podłączyłem zasilanie i podałem sygnał audio na wejście. Urządzenie zadziałało natychmiast, bez ustawień i regulacji. Ten projekt bardzo mnie ucieszył.
Projekt ten jest logiczną kontynuacją projektu "Blok tonowy ze sterowaniem mikrokontrolerem na TDA8425". Aby rozszerzyć funkcjonalność, sugeruję zbudowanie prostego analizatora widma dźwięku. Analizator widma przetwarza sygnał i na skalach LED pokazuje jego intensywność w określonych odstępach czasu pasma częstotliwości. Poniżej znajduje się schemat urządzenia.
Sercem urządzenia jest mikrokontroler MICROCHIP. Jest to nowy członek rodziny 8-pinowych mikrokontrolerów Flash. MICROCHIP kontynuuje rozwój i produkcję zaawansowanych produktów, które zapewniają użytkownikowi większą funkcjonalność i niezawodność. PIC12F675 łączy w sobie wszystkie zalety architektury mikrokontrolera PICmicro z elastycznością pamięci programu Flash. Przy niskiej cenie i niewielkich rozmiarach kontroler ten zapewnia funkcjonalność i użyteczność, które wcześniej nie były dostępne.
Sygnał audio jest podawany na wejście mikroukładu - filtr simband japońskiej korporacji ROHM. BA3834F ma siedem filtrów pasmowoprzepustowych: 68Hz, 170Hz, 420Hz, 1000Hz, 2400Hz, 5900Hz, 14400Hz. Doboru odpowiedniego filtra dokonuje mikrokontroler PIC12F675.
Sygnał wyjściowy z każdego filtra pasmowoprzepustowego jest przetwarzany na postać cyfrową przez mikrokontroler i przesyłany do układów sterownika (szeregowy rejestr przesuwny z blokowaniem wyjścia). Z kolei kombinacja sygnałów na 74HC595 włącza odpowiednie diody LED. Diody LED są zgrupowane w matrycy 7 kolumn „X” i 16 rzędów „Y” ze wspólną anodą. W sumie jest 112 diod LED.
Analizator widma jest konstrukcyjnie zmontowany na dwóch płytkach - kontrolnej i sygnalizacyjnej. Poniżej rysunek i zdjęcie płytki sterującej.
Rysunki płytki obwodów drukowanych jednostronny; wykonane przez dowolne przystępny sposób, na przykład LUT. Uwaga - układ BA3834F w pakiecie SOP18. Montowany jest z boku torów poprzez montaż powierzchniowy. Dalszy rysunek i zdjęcie planszy wyświetlacza.
Anody diod LED są połączone nad powierzchnią płytki i przylutowane do podkładek. Dla wygodniejszego połączenia zastosowano złącza pinowe typu PLS (jednorzędowe o rastrze 2,54 mm); odpowiednio do kabla potrzebne będą gniazda ze stykami typu BLS (jednorzędowe o rastrze 2,54 mm) oraz zaciskarka 6PK-301U (szczypce do zaciskania) do plombowania złączy z kablem.
