Αναλυτής φάσματος: 4 βήματα

2025 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2025-01-23 14:39

Αυτό το έργο ήταν για την «Creative Electronics», μια ενότητα Beng Electronics Engineering 4η χρονιά στο Πανεπιστήμιο της Μάλαγα, Σχολή Τηλεπικοινωνιών (https://www.uma.es/etsi-de-telecomunicacion/).

Το έργο έχει σχεδιαστεί και συναρμολογηθεί από τους Carlos Almagro, Diego Jiménez και Alejandro Santana, έχουμε φτιάξει ένα "box music player" που ελέγχεται από ένα Arduino Mega (το επιλέξαμε επειδή ο Arduino Leonardo δεν ήταν αρκετά ισχυρός για τη μήτρα neopixel), που δείχνει μέσα από μια μήτρα neopixel 8x32 το φάσμα της μουσικής. Η κύρια ιδέα είναι η δειγματοληψία του ηχητικού σήματος σε 8 γραμμές (μία γραμμή για να αντιπροσωπεύει κάθε διάστημα συχνοτήτων, έως 20kHz).

Το σήμα εισέρχεται μέσω μιας θύρας υποδοχής 3.5 και πηγαίνει στο arduino και τα speakears, το προηγούμενο βήμα ενίσχυσης.

Βήμα 1: Εξαρτήματα και υλικά

Arduino Mega (μάρκα Elegoo)

Placa de soldadura a doble cara

4 αντιστάσεις de 220

4 led

2 παλιά ηχεία

2 αντιστάσεις των 330

2 κουμπιά εισαγωγής

1 αντίσταση 470

1 συμπυκνωτής 10uF

1 συμπυκνωτής 220uF

1 αντίσταση 1Κ

1 αντίσταση 100k

2 UA741

Εισαγωγή πεύκων αρσενικό και θηλυκό

2 ενισχυτές PAM8403

Βήμα 2: Υλικό

Όπως γνωρίζουμε, το εύρος τάσης που μπορεί να εισαχθεί στο Arduino κυμαίνεται από 0 [V] έως 5 [V], αλλά το εύρος τάσης του ηχητικού σήματος που εξάγεται από τον ακροδέκτη ακουστικών του προσωπικού υπολογιστή κ.λπ. είναι -0.447 [V] έως 0,447 [V].

Αυτό σημαίνει ότι η τάση κινείται ακόμη και προς την πλευρά μείον και το πλάτος είναι πολύ μικρό. Απευθείας στο Arduino Δεν μπορεί να εισαχθεί σήμα ήχου. Επομένως, σε αυτό το κύκλωμα, πρώτα, η τάση ανεβαίνει κατά 2,5 [V], η οποία είναι η μισή τάση των 5 [V], στη συνέχεια εισάγεται στον αναλογικό πείρο του Arduino αφού περάσει από το κύκλωμα του ενισχυτή για να αυξήσει το πλάτος Είναι διαμορφωμένο. Στη συνέχεια, θα αναλύσουμε το διάγραμμα κυκλώματος:

1. Ενδιάμεσα δυναμικά κυκλώματα ενίσχυσης / μη αναστροφής ενισχυτών X1 και X2 είναι στερεοφωνικά μίνι βύσματα. Δεδομένου ότι συνδέεται απλά παράλληλα, μπορεί να είναι είτε είσοδος είτε έξοδος. Μπορούμε να δούμε, μόνο ένα από τα στερεοφωνικά ηχητικά σήματα καταγράφεται. Το R17 προορίζεται για τη ρύθμιση της ευαισθησίας του αναλυτή φάσματος. Μέσω του C1, η μία πλευρά του R17 συνδέεται με το δυναμικό του μεσαίου σημείου. Με αυτόν τον τρόπο, είναι δυνατή η υπέρθεση μιας τάσης που αντιστοιχεί στο δυναμικό του μέσου σημείου στο ηχητικό σήμα εισόδου. Μετά από αυτό δεν υπάρχει μη αναστρέψιμο κύκλωμα ενισχυτή. Επιπλέον, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε op amp με έξοδο από σιδηρόδρομο σε σιδηρόδρομο (έξοδος πλήρους ταλάντευσης).

2. Κύκλωμα δημιουργίας δυναμικού μεσαίου σημείου (διαχωριστής σιδηροτροχιάς) R9, R10, R11 διαιρέστε την τάση τροφοδοσίας στο μισό και την εισάγετε στον ακόλουθο τάσης. Το R11 είναι για λεπτή προσαρμογή του δυναμικού του μεσαίου σημείου. Νομίζω ότι είναι καλό να χρησιμοποιούμε μια ημι-σταθερή αντίσταση πολλαπλής στροφής εδώ.

3. Το κύκλωμα αναλογικής τροφοδοσίας LPF R6 και C3 αποτελούν ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης με εξαιρετικά χαμηλή συχνότητα διακοπής και το χρησιμοποιούν ως τροφοδοτικό για λειτουργικούς ενισχυτές. Με αυτόν τον τρόπο, ο θόρυβος που αναμιγνύεται από την κύρια παροχή ρεύματος κόβεται. Δεδομένου ότι η τάση του VCC πέφτει κάτω από + 5V επειδή το R6 είναι σε σειρά με την τροφοδοσία, αυτή η τάση εισάγεται στον αναλογικό πείρο τάσης αναφοράς του Arduino. Το πρόγραμμα ρυθμίζει εξωτερικά την πηγή τάσης αναφοράς.

4. Κύκλωμα διαχωριστή τάσης SPI για τον ελεγκτή πίνακα LED Συνδέστε τον ελεγκτή πίνακα LED εδώ, αλλά επειδή η τάση που μπορεί να εισαχθεί στον ελεγκτή πίνακα LED είναι 3,3 V, εισάγεται η αντίσταση διαίρεσης τάσης.

Τέλος, δεν έχουμε παρά να συνδέσουμε τον πίνακα neopixel στις ψηφιακές ακίδες εισόδου/εξόδου του arduino.

Έχουμε πάρει αυτά τα σχέδια υλικού από εδώ

δεν έχουμε δει καμία αναφορά για άδεια σε αυτή τη σελίδα, αλλά αισθανόμαστε την ανάγκη να την αναφέρουμε και να την ευχαριστήσουμε.

Έχουμε φτιάξει έναν ελεγκτή δύο κουμπιών για την αλλαγή των διαφορετικών τρόπων λειτουργίας και ρυθμίζουμε την ένταση του ήχου με μια βιώσιμη αντίσταση.

Βήμα 3: Λογισμικό

Έχουμε αναπτύξει ένα πρόγραμμα που εφαρμόζει τον μετασχηματισμό τέσσερις στο αναλογικό σήμα εισόδου μέσω της βιβλιοθήκης FFT (το οποίο μπορείτε να κατεβάσετε στο δικό σας arduino IDE) και δειγματοληψεί το σήμα για εμφάνιση 8 διαστημάτων συχνότητας. Μπορεί να επιλέξει ανάμεσα σε 4 διαφορετικούς τρόπους προβολής φωτισμού.

Βήμα 4: Η υπόθεση

Ο σχεδιασμός της θήκης είναι εντελώς δωρεάν και διαφορετικός σε κάθε έργο, η μόνη απαίτηση είναι όλα τα εξαρτήματα και τα κυκλώματα να ταιριάζουν μέσα και να δείχνουν τη μήτρα neopixel.