HackerBox 0037: WaveRunner: 10 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Questo mese, HackerBox Hackers sta esplorando segnali d'onda e banchi di prova per l'elaborazione del segnale audio all'interno di ambienti di elaborazione digitale e strumenti di test elettronici analogici. Questo Instructable contiene informazioni per iniziare con HackerBox #0037, che può essere acquistato qui fino ad esaurimento scorte. Inoltre, se desideri ricevere un HackerBox come questo direttamente nella tua casella di posta ogni mese, iscriviti a HackerBoxes.com e unisciti alla rivoluzione!

Argomenti e obiettivi di apprendimento per HackerBox 0037:

• Installa e configura il software GNU Octave
• Rappresentare e manipolare segnali d'onda all'interno di un computer
• Esplora la funzionalità di elaborazione audio di GNU Octave
• Accoppia i segnali audio tra un computer e un hardware esterno
• Assemblare banchi di prova audio utilizzando amplificatori e indicatori di livello
• Costruisci un generatore di segnale a forma d'onda multipla da 1 MHz

HackerBoxes è il servizio di box in abbonamento mensile per l'elettronica fai da te e la tecnologia informatica. Siamo hobbisti, maker e sperimentatori. Siamo i sognatori dei sogni.

HACK IL PIANETA

Passaggio 1: HackerBox 0037: Contenuto della confezione

• Kit generatore di segnale XR2206
• Custodia acrilica tagliata al laser per generatore di segnale
• PCB esclusivo per banco di prova audio
• Due kit di amplificatori audio LM386
• Due kit indicatori di livello audio KA2284
• Scheda audio USB
• Due altoparlanti da 40 mm da 3 W
• Set di cavi con clip a coccodrillo
• Due cavi patch audio da 3,5 mm
• Due moduli breakout audio da 3,5 mm
• Modulo breakout microUSB
• Clip per batteria 9V con canna per generatore di segnale
• Decalcomania esclusiva per il cloud computing
• Cappello esclusivo HackLife Beanie

Alcune altre cose che saranno utili:

• Saldatore, saldatore e strumenti di saldatura di base
• Computer per eseguire GNU Octave e altri software
• Una batteria da 9V
• Una bella testa per lo sportivo HackLife Beanie Hat

Soprattutto, avrai bisogno di un senso di avventura, spirito hacker, pazienza e curiosità. Costruire e sperimentare con l'elettronica, sebbene molto gratificante, può essere complicato, impegnativo e persino frustrante a volte. L'obiettivo è il progresso, non la perfezione. Quando persisti e ti godi l'avventura, una grande soddisfazione può derivare da questo hobby. A tutti noi piace vivere l'HackLife, imparare nuove tecnologie e costruire progetti interessanti. Fai ogni passo lentamente, presta attenzione ai dettagli e non aver paura di chiedere aiuto.

C'è una grande quantità di informazioni per i membri attuali e potenziali nelle FAQ di HackerBoxes.

Passaggio 2: onde

Un'onda è un disturbo che trasferisce energia attraverso la materia o lo spazio, con poco o nessun trasferimento di massa associato. Le onde consistono in oscillazioni o vibrazioni di un mezzo fisico o di un campo, attorno a posizioni relativamente fisse. Dal punto di vista della matematica, le onde, in quanto funzioni del tempo e dello spazio, sono una classe di segnali. (Wikipedia)

Passaggio 3: Ottava GNU

Il software GNU Octave è una piattaforma preferita per la rappresentazione e la manipolazione di forme d'onda all'interno di un computer. Octave dispone di un linguaggio di programmazione di alto livello destinato principalmente ai calcoli numerici. Octave è utile per eseguire vari esperimenti numerici utilizzando un linguaggio che è per lo più compatibile con MATLAB. Come parte del progetto GNU, Octave è un software libero secondo i termini della GNU General Public License. Octave è una delle principali alternative gratuite a MATLAB, altre sono Scilab e FreeMat.

Segui il link sopra per scaricare e installare Octave per qualsiasi sistema operativo.

Tutorial: Iniziare con Octave

Esercitazioni video Octave da DrapsTV:

1. Introduzione e configurazione
2. Operazioni di base
3. Caricamento, salvataggio e utilizzo dei dati
4. Dati di stampa
5. Dichiarazioni di controllo
6. Funzioni

Al di fuori del nostro ambito qui di onde di base ed elaborazione audio, puoi trovare del materiale strabiliante su cui lavorare in Octave cercando argomenti MATLAB come "DSP IN MATLAB" o "NEURAL NETWORKS IN MATLAB". È una piattaforma molto potente. La tana del coniglio è piuttosto profonda.

Passaggio 4: interfacciamento del segnale audio

I segnali di frequenza audio creati all'interno di un computer possono essere accoppiati a hardware esterno utilizzando l'uscita dell'altoparlante di una scheda audio. Allo stesso modo, l'ingresso del microfono di una scheda audio può essere utilizzato per accoppiare facilmente segnali di frequenza audio esterni in un computer.

L'utilizzo di una scheda audio USB è una buona idea per tali applicazioni per evitare di danneggiare i circuiti audio della scheda madre del computer se qualcosa dovesse andare storto. Un paio di cavi patch audio da 3,5 mm e moduli breakout da 3,5 mm sono molto utili per interfacciare circuiti, altoparlanti e sistema operativo con le porte sulla scheda audio USB.

Oltre all'uso con GNU Octave, ci sono alcuni progetti interessanti in giro per gli oscilloscopi per schede audio che ti permetteranno di "tracciare" segnali di una frequenza sufficientemente bassa da essere campionati da una scheda audio di un microcomputer.

Passaggio 5: segnali audio in GNU Octave

Octave ha alcune funzionalità di elaborazione audio davvero utili.

Questi video (e altri) di Dan Prince sono un ottimo inizio:

Video - Impara l'audio DSP 1: come iniziare a creare l'oscillatore sinusoidale

Video - Impara l'audio DSP 2: forme d'onda di base e campionamento

Passaggio 6: banco di prova audio - due opzioni

L'Audio Testbed è utile per ascoltare i segnali di frequenza audio su due canali (stereo sinistro, destro o qualsiasi altro segnale). Per ogni canale, un ingresso a livello di linea può essere amplificato, visualizzato da un indicatore di livello a LED e infine guidato a un altoparlante audio da 40 mm.

OPZIONI DI MONTAGGIO

Il banco di prova audio può essere assemblato come moduli accoppiati separati o come singola piattaforma integrata. Decidi quale opzione preferisci prima di iniziare l'assemblaggio e segui il passaggio corrispondente in questa guida.

AMPLIFICATORE

I due amplificatori audio sono basati sul circuito integrato LM386 (wiki).

INDICATORE DI LIVELLO LED

I due indicatori di livello sono basati sul circuito integrato KA2284 (datasheet).

Passaggio 7: opzione di montaggio 1 - Moduli separati

Quando si sceglie di assemblare il banco di prova audio come moduli accoppiati separati, è sufficiente assemblare i due moduli amplificatori audio e due moduli indicatori di livello come kit separati.

AMPLIFICATORE AUDIO

• Inizia con le due resistenze assiali (non polarizzate)
• R1 è 1K Ohm (marrone, nero, nero, marrone, marrone)
• R2 è DNP (non compilare)
• R10 è 4.7K Ohm (giallo, viola, nero, marrone marrone)
• Quindi installa i due piccoli condensatori ceramici
• C5 e C8 sono entrambi piccoli tappi "104" (non polarizzati)
• Saldatura successiva nella presa DIP a 8 pin (notare l'orientamento della serigrafia)
• Inserire il chip DOPO che la presa è stata saldata
• I tre cappucci elettrolitici C6, C7, C9 sono polarizzati
• Per i cappucci, la metà ombreggiata sulla serigrafia è il cavo "-" (filo corto)
• Il LED è polarizzato con il segno "+" per il filo lungo
• Saldare i componenti rimanenti
• Collega l'altoparlante all'intestazione "SP"
• Alimentazione con 3-12V (esempio: breakout micoUSB per 5V)

INDICATORE DEL LIVELLO AUDIO

• Inizia con le due resistenze assiali (non polarizzate)
• R1 è 100 Ohm (marrone, nero, nero, nero, marrone)
• R2 è 10K Ohm (marrone, nero, nero, rosso, marrone)
• Il KA2284 SIP (pacchetto in linea singolo) è angolato al pin 1
• La marcatura SIP per la serigrafia mostra una casella per il pin 1
• Nota che i due tappi C1 e C2 sono valori diversi
• Abbinali al PCB e orienta il filo lungo verso il foro "+"
• Ora D5 è LED rosso, altri quattro D1-D4 sono verdi
• I LED sono polarizzati con filo lungo al foro "+"
• Il potenziometro del trimmer e le intestazioni si adattano come mostrato
• Collega il segnale come l'ingresso audio
• Alimentazione con 3,5-12 V (esempio: breakout microUSB per 5 V)

Passaggio 8: opzione di montaggio 2 - Piattaforma integrata

Quando si sceglie di assemblare il banco di prova audio come piattaforma integrata, i componenti selezionati dai quattro kit di moduli (due amplificatori audio e due indicatori di livello) vengono saldati all'esclusivo PCB del banco di prova audio insieme a due altoparlanti da 40 mm e un breakout microUSB per alimentazione da 5 V.

• Inizia con le resistenze assiali (non polarizzate)
• R2 e R9 sono 4.7K Ohm (giallo, viola, nero, marrone, marrone)
• R3 e R10 sono DNP (non compilare)
• R4 è 1K Ohm (marrone, nero, nero, marrone, marrone)
• R5 e R11 sono 100 Ohm (marrone, nero, nero, nero, marrone)
• R6 e R12 sono 10K Ohm (marrone, nero, nero, rosso, marrone)
• Quindi saldare le prese per IC1 e IC2
• Inserire i chip DOPO che le prese sono state saldate
• Successivamente saldare quattro piccoli cappucci in ceramica C4, C5, C10, C11
• I cappucci in ceramica sono contrassegnati con "104" e non sono polarizzati
• I nove cappucci elettrolitici sono polarizzati con un "+" per il filo lungo
• C1 è 1000uF
• C2 e C8 sono 100uF
• C3, C6, C9, C12 sono 10uF
• C7 e C13 sono 2.2uF
• Gli undici LED sono polarizzati
• Il filo corto "-" va nel foro vicino al lato piatto del cerchio
• Due LED rossi vanno al pad LED più esterno su ciascuna estremità
• I quattro LED interni allineati su ciascun lato sono verdi
• Un singolo LED chiaro/blu (da un kit di amplificatori) è al centro
• Il KA2284 SIP (pacchetto in linea singolo) è angolato al pin 1
• Il breakout USB è piatto sul PCB con i pin su entrambe le schede
• Il jack da 3,5 mm, i trimmer e le pentole si installano come mostrato a bordo
• Altoparlanti incollati a caldo su PCB prima della saldatura con cavi tagliati
• Alimentazione tramite breakout microUSB (5V)

Passaggio 9: generatore di segnale

Il kit generatore di funzioni include un circuito integrato XR2206 (scheda tecnica) e un involucro in acrilico tagliato al laser. È in grado di generare segnali di uscita sinusoidali, triangolari e ad onda quadra nella gamma di frequenza 1-1, 000, 000 Hz.

Specifiche

• Alimentazione di tensione: ingresso CC 9-12V
• Forme d'onda: quadrato, seno e triangolo
• Impedenza: 600 Ohm + 10%
• Frequenza: 1Hz – 1MHz

ONDA SINUSOIDALE

• Ampiezza: 0 – 3V a 9V DC input
• Distorsione: Meno dell'1% (a 1kHz)
• Planarità: +0.05dB 1Hz – 100kHz

ONDA QUADRA

• Ampiezza: 8V (senza carico) a 9V DC input
• Tempo di salita: meno di 50 ns (a 1kHz)
• Tempo di caduta: meno di 30 ns (a 1kHz)
• Simmetria: Meno del 5% (a 1kHz)

TRIANGOLO D'ONDA

• Ampiezza: 0 – 3V a 9V DC input
• Linearità: Meno dell'1% (fino a 100kHz) 10m

Passaggio 10: HackLife

Grazie per esserti unito ai membri di HackerBox in tutto il mondo Livin' the HackLife.

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