HackerBox 0037: WaveRunner: 10 Βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Αυτό το μήνα, οι HackerBox Hackers διερευνούν σήματα κυμάτων και δοκιμαστικές μονάδες επεξεργασίας ηχητικού σήματος σε περιβάλλοντα ψηφιακών υπολογιστών, καθώς και αναλογικά ηλεκτρονικά όργανα δοκιμής. Αυτό το εγχειρίδιο περιέχει πληροφορίες για να ξεκινήσετε με το HackerBox #0037, οι οποίες μπορούν να αγοραστούν εδώ μέχρι εξαντλήσεως των αποθεμάτων. Επίσης, εάν θα θέλατε να λαμβάνετε ένα HackerBox όπως αυτό απευθείας στο γραμματοκιβώτιό σας κάθε μήνα, εγγραφείτε στο HackerBoxes.com και λάβετε μέρος στην επανάσταση!

Θέματα και μαθησιακοί στόχοι για το HackerBox 0037:

• Εγκαταστήστε και διαμορφώστε το λογισμικό GNU Octave
• Αντιπροσωπεύει και χειρίζεται σήματα κύματος μέσα σε έναν υπολογιστή
• Εξερευνήστε τη λειτουργία επεξεργασίας ήχου του GNU Octave
• Συνδέστε σήματα ήχου μεταξύ υπολογιστή και εξωτερικού υλικού
• Συναρμολογήστε δοκιμαστικές κλίνες ήχου χρησιμοποιώντας ενισχυτές και δείκτες στάθμης
• Δημιουργήστε μια γεννήτρια σήματος πολλαπλής κυματομορφής 1MHz

Το HackerBoxes είναι η μηνιαία υπηρεσία συνδρομής για ηλεκτρονικά είδη DIY και τεχνολογία υπολογιστών. Είμαστε χομπίστες, κατασκευαστές και πειραματιστές. Είμαστε οι ονειροπόλοι των ονείρων.

ΧΑΚ ΣΤΟΝ ΠΛΑΝΗΤΗ

Βήμα 1: HackerBox 0037: Περιεχόμενα κουτιού

• Σετ γεννήτριας σήματος XR2206
• Ακρυλικό περίβλημα κομμένο με λέιζερ για γεννήτρια σημάτων
• PCB αποκλειστικής δοκιμαστικής κλίνης ήχου
• Δύο κιτ ενισχυτή ήχου LM386
• Δύο κιτ ένδειξης επιπέδου ήχου KA2284
• Κάρτα ήχου USB
• Δύο ηχεία 40mm 3W
• Σύνολο οδηγών κλιπ αλιγάτορα
• Δύο καλώδια ήχου Patch 3,5 mm
• Δύο μονάδες Audio Breakout 3,5 mm
• microUSB Breakout Module
• Κλιπ μπαταρίας 9V με βαρέλι για γεννήτρια σήματος
• Αποκλειστική Χαλκομανία Cloud Computing
• Αποκλειστικό καπέλο Beanie HackLife

Κάποια άλλα πράγματα που θα σας βοηθήσουν:

• Συγκολλητικό σίδερο, συγκόλληση και βασικά εργαλεία συγκόλλησης
• Υπολογιστής για λειτουργία GNU Octave και άλλο λογισμικό
• Μία μπαταρία 9V
• Ένα δροσερό κεφάλι για το αθλητικό HackLife Beanie Hat

Το πιο σημαντικό, θα χρειαστείτε μια αίσθηση περιπέτειας, πνεύμα χάκερ, υπομονή και περιέργεια. Το να χτίζεις και να πειραματίζεσαι με τα ηλεκτρονικά, αν και είναι πολύ ανταποδοτικό, μπορεί να είναι δύσκολο, προκλητικό, ακόμη και απογοητευτικό κατά καιρούς. Ο στόχος είναι η πρόοδος και όχι η τελειότητα. Όταν επιμένεις και απολαμβάνεις την περιπέτεια, μπορεί να προκύψει μεγάλη ικανοποίηση από αυτό το χόμπι. Όλοι μας απολαμβάνουμε να ζούμε το HackLife, να μαθαίνουμε νέα τεχνολογία και να χτίζουμε υπέροχα έργα. Κάντε κάθε βήμα αργά, προσέξτε τις λεπτομέρειες και μην φοβάστε να ζητήσετε βοήθεια.

Υπάρχει μια πληθώρα πληροφοριών για τα τρέχοντα και μελλοντικά μέλη στις Συνήθεις Ερωτήσεις για τα HackerBoxes.

Βήμα 2: Κύματα

Ένα κύμα είναι μια διαταραχή που μεταφέρει ενέργεια μέσω ύλης ή χώρου, με μικρή ή καθόλου σχετική μεταφορά μάζας. Τα κύματα αποτελούνται από ταλαντώσεις ή δονήσεις ενός φυσικού μέσου ή ενός πεδίου, γύρω από σχετικά σταθερές θέσεις. Από την άποψη των μαθηματικών, τα κύματα, ως συναρτήσεις του χρόνου και του χώρου, είναι μια κατηγορία σημάτων. (Wikipedia)

Βήμα 3: Οκτάβα GNU

Το λογισμικό GNU Octave είναι μια αγαπημένη πλατφόρμα για την αναπαράσταση και τον χειρισμό κυματομορφών μέσα σε έναν υπολογιστή. Το Octave διαθέτει μια γλώσσα προγραμματισμού υψηλού επιπέδου που προορίζεται κυρίως για αριθμητικούς υπολογισμούς. Το Octave είναι χρήσιμο για την εκτέλεση διαφόρων αριθμητικών πειραμάτων χρησιμοποιώντας μια γλώσσα που είναι ως επί το πλείστον συμβατή με το MATLAB. Ως μέρος του έργου GNU, το Octave είναι δωρεάν λογισμικό σύμφωνα με τους όρους της GNU General Public License. Το Octave είναι μία από τις κύριες δωρεάν εναλλακτικές λύσεις για το MATLAB, ενώ άλλα είναι το Scilab και το FreeMat.

Ακολουθήστε τον παραπάνω σύνδεσμο για λήψη και εγκατάσταση του Octave για οποιοδήποτε λειτουργικό σύστημα.

Φροντιστήριο: Ξεκινώντας με το Octave

Octave Video Tutorials από το DrapsTV:

1. Εισαγωγή & Ρύθμιση
2. Βασικές λειτουργίες
3. Φόρτωση, αποθήκευση και χρήση δεδομένων
4. Σχεδιάζοντας δεδομένα
5. Δηλώσεις ελέγχου
6. Λειτουργίες

Ενώ έξω από το πεδίο δράσης μας για βασικά κύματα και επεξεργασία ήχου, μπορείτε να βρείτε κάποιο υλικό που θα σας εντυπωσιάσει για να εργαστείτε στην Οκτάβα, αναζητώντας θέματα MATLAB, όπως "DSP IN MATLAB" ή "NEURAL NETWORKS IN MATLAB". Είναι μια πολύ ισχυρή πλατφόρμα. Η τρύπα του κουνελιού πηγαίνει αρκετά βαθιά.

Βήμα 4: Διασύνδεση ηχητικού σήματος

Τα σήματα συχνότητας ήχου που δημιουργούνται μέσα σε έναν υπολογιστή μπορούν να συνδεθούν με εξωτερικό υλικό χρησιμοποιώντας την έξοδο ηχείων μιας κάρτας ήχου. Ομοίως, η είσοδος μικροφώνου μιας κάρτας ήχου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να συνδέσει εύκολα εξωτερικά σήματα συχνότητας ήχου σε έναν υπολογιστή.

Η χρήση κάρτας ήχου USB είναι καλή ιδέα για τέτοιες εφαρμογές, ώστε να αποφευχθεί η καταστροφή του κυκλώματος ήχου της μητρικής πλακέτας του υπολογιστή σας, εάν κάτι πάει στραβά. Δύο καλώδια patch ήχου 3,5 mm και μονάδες breakout 3,5 mm είναι αρκετά χρήσιμα για τη διασύνδεση κυκλωμάτων, ηχείων και λειτουργιών με τις θύρες της κάρτας ήχου USB.

Εκτός από τη χρήση με το GNU Octave, υπάρχουν μερικά υπέροχα έργα που κυκλοφορούν για παλμογράφοι κάρτας ήχου, τα οποία θα σας επιτρέψουν να "σχεδιάσετε" σήματα αρκετά χαμηλής συχνότητας για δειγματοληψία από κάρτα ήχου μικροϋπολογιστή.

Βήμα 5: Ηχητικά σήματα στο GNU Octave

Το Octave έχει πραγματικά χρήσιμες λειτουργίες επεξεργασίας ήχου.

Αυτά τα βίντεο (και άλλα) από τον Dan Prince είναι μια καλή αρχή:

Βίντεο - Μάθετε ήχο DSP 1: Ξεκινώντας να κατασκευάζετε ταλαντωτή Sine

Βίντεο - Μάθετε ήχο DSP 2: Βασικές κυματομορφές και δειγματοληψία

Βήμα 6: Δοκιμή ήχου - Δύο επιλογές

Το Audio Testbed είναι χρήσιμο για την ακρόαση σημάτων συχνότητας ήχου σε δύο κανάλια (στερεοφωνικά Αριστερά, Δεξιά ή οποιαδήποτε άλλα δύο σήματα). Για κάθε κανάλι, μια είσοδος σε επίπεδο γραμμής μπορεί να ενισχυθεί, να απεικονιστεί με μια ένδειξη επιπέδου LED και τελικά να οδηγηθεί σε ένα ηχείο ήχου 40 mm.

ΕΠΙΛΟΓΕΣ ΣΥΝΕΛΕΥΣΗΣ

Η δοκιμαστική κλίνη ήχου μπορεί να συναρμολογηθεί ως ξεχωριστές συζευγμένες μονάδες ή ως ενιαία ενσωματωμένη πλατφόρμα. Αποφασίστε ποια επιλογή προτιμάτε πριν ξεκινήσετε τη συναρμολόγηση και ακολουθήστε το αντίστοιχο βήμα σε αυτόν τον οδηγό.

ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ

Οι δύο ενισχυτές ήχου βασίζονται στο ολοκληρωμένο κύκλωμα LM386 (wiki).

ΔΕΙΚΤΗΣ ΕΠΙΠΕΔΟΥ LED

Οι δείκτες δύο επιπέδων βασίζονται στο ολοκληρωμένο κύκλωμα KA2284 (φύλλο δεδομένων).

Βήμα 7: Επιλογή συναρμολόγησης 1 - Ξεχωριστές ενότητες

Όταν επιλέγετε να συναρμολογήσετε τη δοκιμαστική επιφάνεια ήχου ως ξεχωριστές συζευγμένες μονάδες, απλώς συναρμολογήστε τους δύο ενισχυτές ήχου και δύο μονάδες ένδειξης επιπέδου ως ξεχωριστά κιτ.

ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΗΧΟΥ

• Ξεκινήστε με τις δύο αξονικές αντιστάσεις (όχι πολωμένες)
• Το R1 είναι 1K Ohm (καφέ, μαύρο, μαύρο, καφέ, καφέ)
• Το R2 είναι DNP (δεν συμπληρώνεται)
• Το R10 είναι 4,7K Ohm (κίτρινο, μοβ, μαύρο, καφέ καφέ)
• Στη συνέχεια εγκαταστήστε τους δύο μικρούς κεραμικούς πυκνωτές
• Τα C5 και C8 είναι και τα δύο μικρά καπάκια "104" (δεν είναι πολωμένα)
• Επόμενη συγκόλληση στην υποδοχή DIP 8 πείρων (σημείωση προσανατολισμού μεταξοτυπίας)
• Τοποθετήστε το τσιπ ΜΕΤΑ την κόλληση της πρίζας
• Τα τρία ηλεκτρολυτικά καλύμματα C6, C7, C9 είναι πολωμένα
• Για καπάκια, το μισό σκιασμένο στη μεταξοτυπία είναι μολύβδου "-" (κοντό σύρμα)
• Το LED είναι πολωμένο με σήμανση "+" για το μακρύ καλώδιο
• Συγκολλήστε τα υπόλοιπα εξαρτήματα
• Συνδέστε το ηχείο στην κεφαλίδα "SP"
• Ισχύς με 3-12V (παράδειγμα: έξοδος micoUSB για 5V)

ΔΕΙΚΤΗΣ ΕΠΙΠΕΔΟΥ ΗΧΟΥ

• Ξεκινήστε με τις δύο αξονικές αντιστάσεις (όχι πολωμένες)
• Το R1 είναι 100 Ohms (καφέ, μαύρο, μαύρο, μαύρο, καφέ)
• Το R2 είναι 10K Ohm (καφέ, μαύρο, μαύρο, κόκκινο, καφέ)
• Το KA2284 SIP (μονό ενσωματωμένο πακέτο) έχει γωνία στην ακίδα 1
• Η σήμανση SIP για τη μεταξοτυπία εμφανίζει ένα πλαίσιο για τον πείρο 1
• Σημειώστε ότι τα δύο καπάκια C1 και C2 έχουν διαφορετικές τιμές
• Ταιριάξτε τα μέχρι το PCB και προσανατολίστε το μακρύ καλώδιο στην οπή "+"
• Τώρα το D5 είναι κόκκινο LED, άλλα τέσσερα D1-D4 είναι πράσινα
• Οι λυχνίες LED πολώνονται με μακρύ σύρμα στην οπή "+"
• Το ποτενσιόμετρο κοπής και οι κεφαλίδες ταιριάζουν όπως φαίνεται στην εικόνα
• Συνδέστε σήμα όπως η είσοδος ήχου t
• Ισχύς με 3.5-12V (παράδειγμα: microUSB breakout για 5V)

Βήμα 8: Επιλογή συναρμολόγησης 2 - Ολοκληρωμένη πλατφόρμα

Όταν επιλέγετε να συναρμολογήσετε τη δοκιμαστική επιφάνεια ήχου ως ενσωματωμένη πλατφόρμα, επιλεγμένα εξαρτήματα από τα τέσσερα κιτ μονάδων (δύο ενισχυτές ήχου και δείκτες δύο επιπέδων) συγκολλούνται στο αποκλειστικό PCB δοκιμαστικής ακουστικής δοκιμής, μαζί με δύο ηχεία 40mm και ένα microUSB breakout για ισχύ 5V.

• Ξεκινήστε με τις αξονικές αντιστάσεις (όχι πολωμένες)
• Τα R2 και R9 είναι 4,7K Ohm (κίτρινο, μοβ, μαύρο, καφέ, καφέ)
• Τα R3 και R10 είναι DNP (δεν συμπληρώνονται)
• Το R4 είναι 1K Ohm (καφέ, μαύρο, μαύρο, καφέ, καφέ)
• Τα R5 και R11 είναι 100 Ohm (καφέ, μαύρο, μαύρο, μαύρο, καφέ)
• Τα R6 και R12 είναι 10K Ohm (καφέ, μαύρο, μαύρο, κόκκινο, καφέ)
• Στη συνέχεια κολλήστε τις πρίζες για IC1 και IC2
• Τοποθετήστε τσιπ ΑΦΟΥ συγκολληθούν οι πρίζες
• Στη συνέχεια κολλήστε τέσσερα μικρά κεραμικά καλύμματα C4, C5, C10, C11
• Τα κεραμικά καλύμματα φέρουν την ένδειξη "104" και δεν είναι πολωμένα
• Τα εννέα ηλεκτρολυτικά καλύμματα πολώνονται με ένα "+" για το μακρύ καλώδιο
• Το C1 είναι 1000uF
• Τα C2 και C8 είναι 100uF
• Τα C3, C6, C9, C12 είναι 10uF
• Τα C7 και C13 είναι 2,2uF
• Τα έντεκα LED είναι πολωμένα
• Το κοντό σύρμα "-" μπαίνει στην τρύπα κοντά στην επίπεδη πλευρά του κύκλου
• Δύο κόκκινα LED πηγαίνουν στο εξωτερικό μαξιλάρι LED σε κάθε άκρο
• Τα τέσσερα εσωτερικά LED που είναι τοποθετημένα σε κάθε πλευρά είναι πράσινα
• Ένα μοναδικό διαφανές/μπλε LED (από ένα κιτ ενισχυτή) βρίσκεται στο κέντρο
• Το KA2284 SIP (μονό ενσωματωμένο πακέτο) έχει γωνία στην ακίδα 1
• Το USB breakout βρίσκεται στο PCB με ακίδες και από τις δύο σανίδες
• Η υποδοχή 3,5 χιλιοστών, τα κοπτικά και τα δοχεία εγκαθίστανται όπως φαίνεται στο σκάφος
• Ηχεία θερμής κόλλας σε PCB πριν από τη συγκόλληση με κομμένα καλώδια
• Ισχύς μέσω microUSB breakout (5V)

Βήμα 9: Γεννήτρια σημάτων

Το κιτ γεννήτριας λειτουργίας διαθέτει ενσωματωμένο κύκλωμα XR2206 (φύλλο δεδομένων) και ακρυλικό περίβλημα κομμένο με λέιζερ. Είναι ικανό να παράγει σήματα εξόδου Sine, Triangle και Square Wave στην περιοχή συχνοτήτων 1-1, 000, 000 Hz.

Προδιαγραφές

• Τάση Τάσης: 9-12V DC Είσοδος
• Κυματομορφές: Τετράγωνο, Ημίτονο & Τρίγωνο
• Αντίσταση: 600 Ohm + 10%
• Συχνότητα: 1Hz - 1MHz

ΗΜΙΤΟΝΟΕΙΔΕΣ ΚΥΜΑ

• Πλάτος: 0 - 3V σε είσοδο DC 9V
• Παραμόρφωση: Λιγότερο από 1% (σε 1kHz)
• Επιπεδότητα: +0,05dB 1Hz - 100kHz

ΠΛΑΤΕΙΑΚΟ ΚΥΜΑ

• Πλάτος: 8V (χωρίς φορτίο) στην είσοδο 9V DC
• Χρόνος ανόδου: Λιγότερο από 50ns (σε 1kHz)
• Χρόνος πτώσης: Λιγότερο από 30ns (σε 1kHz)
• Συμμετρία: Λιγότερο από 5% (σε 1kHz)

ΚΥΜΑ ΤΡΙΓΩΝΟΥ

• Πλάτος: 0 - 3V σε είσοδο DC 9V
• Γραμμικότητα: Λιγότερο από 1% (έως 100kHz) 10m

Βήμα 10: HackLife

Σας ευχαριστούμε που συμμετείχατε στα μέλη του HackerBox σε όλο τον κόσμο Livin 'the HackLife.

Αν σας άρεσε αυτό το Instructable και θα θέλατε να έχετε ένα δροσερό κουτί ηλεκτρονικών ηλεκτρονικών υπολογιστών και έργων τεχνολογίας υπολογιστών στο γραμματοκιβώτιό σας κάθε μήνα, συμμετάσχετε στην επανάσταση κάνοντας σέρφινγκ στο HackerBoxes.com και εγγραφείτε για να λάβετε το μηνιαίο κουτί έκπληξης.

Προσεγγίστε και μοιραστείτε την επιτυχία σας στα παρακάτω σχόλια ή στη σελίδα του HackerBoxes στο Facebook. Σίγουρα ενημερώστε μας εάν έχετε απορίες ή χρειάζεστε βοήθεια για οτιδήποτε. Σας ευχαριστούμε που συμμετέχετε στο HackerBoxes!