HackerBox 0037: WaveRunner: 10 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

В этом месяце хакеры HackerBox исследуют испытательные стенды волновых сигналов и обработки аудиосигналов в цифровых вычислительных средах, а также аналоговые электронные испытательные приборы. Это руководство содержит информацию для начала работы с HackerBox # 0037, которую можно приобрести здесь, пока материалы есть в наличии. Кроме того, если вы хотите получать такой HackerBox каждый месяц прямо в свой почтовый ящик, пожалуйста, подпишитесь на HackerBoxes.com и присоединяйтесь к революции!

Темы и цели обучения для HackerBox 0037:

• Установите и настройте программное обеспечение GNU Octave
• Представляйте волновые сигналы и управляйте ими в компьютере
• Изучите возможности обработки звука в GNU Octave
• Передача аудиосигналов между компьютером и внешним оборудованием
• Соберите испытательные стенды для аудио, используя усилители и индикаторы уровня.
• Создайте генератор многоволновых сигналов частотой 1 МГц

HackerBoxes - это ежемесячный абонентский ящик для электроники и компьютерной техники своими руками. Мы любители, творцы и экспериментаторы. Мы мечтатели мечты.

ВЗЛОМАЙТЕ ПЛАНЕТУ

Шаг 1: HackerBox 0037: Содержимое коробки

• Комплект генератора сигналов XR2206
• Акриловый корпус для генератора сигналов, вырезанный лазером
• Эксклюзивная печатная плата для тестового аудиосистемы
• Два комплекта усилителей звука LM386
• Два комплекта индикаторов уровня звука KA2284
• Звуковая карта USB
• Два динамика 40 мм мощностью 3 Вт
• Набор поводков с зажимом типа «крокодил»
• Два соединительных аудиокабеля 3,5 мм
• Два 3,5-мм аудиоразъема
• Модуль прорыва microUSB
• Зажим аккумулятора 9 В с корпусом для генератора сигналов
• Эксклюзивная наклейка для облачных вычислений
• Эксклюзивная шапка-бини HackLife

Еще кое-что, что будет полезно:

• Паяльник, припой и основные паяльные инструменты
• Компьютер для запуска GNU Octave и другого программного обеспечения
• Одна батарея 9 В
• Одна крутая голова для спортивной шапки HackLife Beanie Hat

Самое главное, вам понадобится чувство приключений, хакерский дух, терпение и любопытство. Создание электроники и эксперименты с ней, хотя и приносят большие плоды, могут быть непростыми, сложными и временами даже разочаровывающими. Цель - прогресс, а не совершенство. Когда вы упорствуете и наслаждаетесь приключениями, это хобби может принести большое удовлетворение. Нам всем нравится жить в HackLife, изучать новые технологии и создавать крутые проекты. Делайте каждый шаг медленно, помните о деталях и не бойтесь просить о помощи.

В FAQ по HackerBoxes есть масса информации для нынешних и потенциальных участников.

Шаг 2: волны

Волна - это возмущение, которое передает энергию через материю или пространство с незначительным переносом массы или без нее. Волны состоят из колебаний или колебаний физической среды или поля вокруг относительно фиксированных мест. С точки зрения математики волны как функции времени и пространства представляют собой класс сигналов. (Википедия)

Шаг 3: GNU Octave

Программное обеспечение GNU Octave - это популярная платформа для представления сигналов и управления ими на компьютере. Octave представляет собой язык программирования высокого уровня, в первую очередь предназначенный для численных вычислений. Octave полезен для выполнения различных численных экспериментов с использованием языка, который в основном совместим с MATLAB. В рамках проекта GNU Octave является бесплатным программным обеспечением в соответствии с условиями Стандартной общественной лицензии GNU. Octave - одна из основных бесплатных альтернатив MATLAB, другими являются Scilab и FreeMat.

Перейдите по ссылке выше, чтобы загрузить и установить Octave для любой ОС.

Учебное пособие: начало работы с Octave

Видеоуроки Octave от DrapsTV:

1. Введение и настройка
2. Основные операции
3. Загрузка, сохранение и использование данных
4. Построение данных
5. Контрольные отчеты
6. Функции

Хотя здесь мы не рассматриваем основные волны и обработку звука, вы можете найти некоторый умопомрачительный материал для работы в Octave, выполнив поиск по таким темам MATLAB, как «DSP IN MATLAB» или «NEURAL NETWORKS IN MATLAB». Это очень мощная платформа. Кроличья нора довольно глубокая.

Шаг 4: Интерфейс аудиосигнала

Сигналы звуковой частоты, создаваемые в компьютере, могут быть подключены к внешнему оборудованию с помощью выхода динамика звуковой карты. Точно так же микрофонный вход звуковой карты можно использовать для простой передачи сигналов внешних звуковых частот в компьютер.

Использование звуковой карты USB - хорошая идея для таких приложений, чтобы предотвратить повреждение звуковой схемы материнской платы вашего компьютера, если что-то пойдет не так. Пара соединительных аудиокабелей 3,5 мм и переходные модули 3,5 мм весьма полезны для подключения цепей, динамиков и ОС к портам звуковой карты USB.

В дополнение к использованию с GNU Octave, есть несколько интересных проектов для осциллографов звуковых карт, которые позволят вам «строить» сигналы достаточно низкой частоты для дискретизации звуковой картой микрокомпьютера.

Шаг 5: аудиосигналы в GNU Octave

Octave имеет несколько действительно полезных функций обработки звука.

Эти (и другие) видео Дэна Принса - отличное начало:

Видео - Изучение Audio DSP 1: Начало работы по созданию синусоидального осциллятора

Видео - Изучите Audio DSP 2: основные формы волны и семплирование

Шаг 6: Аудио испытательная установка - два варианта

Стенд для проверки звука полезен для прослушивания сигналов звуковой частоты на двух каналах (стерео левый, правый или любые другие два сигнала). Для каждого канала линейный вход может быть усилен, визуализирован светодиодным индикатором уровня и, наконец, подключен к 40-мм аудиоколонке.

ВАРИАНТЫ СБОРКИ

Стенд для тестирования звука может быть собран как отдельные связанные модули или как единая интегрированная платформа. Прежде чем приступить к сборке, решите, какой вариант вы предпочитаете, и выполните соответствующий шаг в этом руководстве.

УСИЛИТЕЛЬ ЗВУКА

Два звуковых усилителя основаны на интегральной схеме LM386 (wiki).

СВЕТОДИОДНЫЙ ИНДИКАТОР УРОВНЯ

Двухуровневые индикаторы основаны на интегральной схеме KA2284 (техническое описание).

Шаг 7: Вариант сборки 1 - отдельные модули

Если вы решите собрать испытательный стенд в виде отдельных соединенных модулей, просто соберите два аудиоусилителя и два модуля индикатора уровня в виде отдельных комплектов.

АУДИОУСИЛИТЕЛЬ

• Начните с двух осевых резисторов (неполяризованных).
• R1 - 1 кОм (коричневый, черный, черный, коричневый, коричневый)
• R2 - это DNP (не заполнять)
• R10 - 4,7 кОм (желтый, фиолетовый, черный, коричнево-коричневый)
• Затем установите два небольших керамических конденсатора.
• C5 и C8 - маленькие колпачки "104" (неполяризованные).
• Затем припаяйте 8-контактный DIP-разъем (обратите внимание на ориентацию шелкографии).
• Вставьте микросхему ПОСЛЕ припаивания гнезда
• Три электролитических крышки C6, C7, C9 поляризованы.
• Для крышек заштрихованная половина на шелкографии - это провод "-" (короткий провод).
• Светодиод поляризован с маркировкой «+» для длинного провода.
• Припаиваем остальные компоненты
• Подключите динамик к разъему "SP"
• Питание от 3 до 12 В (пример: разъем micoUSB на 5 В)

ИНДИКАТОР УРОВНЯ ЗВУКА

• Начните с двух осевых резисторов (неполяризованных).
• R1 - 100 Ом (коричневый, черный, черный, черный, коричневый)
• R2 - 10 кОм (коричневый, черный, черный, красный, коричневый)
• KA2284 SIP (одинарный встроенный корпус) расположен под углом к выводу 1
• Маркировка SIP для шелкографии показывает поле для контакта 1.
• Обратите внимание, что две заглушки C1 и C2 - разные значения.
• Совместите их с печатной платой и направьте длинный провод к отверстию "+".
• Теперь D5 - красный светодиод, остальные четыре D1-D4 - зеленые.
• Светодиоды поляризованы длинным проводом к отверстию «+».
• Подстроечный потенциометр и разъемы подходят, как показано на рисунке.
• Подключите сигнал как аудиовход
• Питание с 3,5-12 В (пример: разъем microUSB на 5 В)

Шаг 8: Вариант сборки 2 - Интегрированная платформа

Если вы решите собрать испытательный стенд для звука в качестве интегрированной платформы, отдельные компоненты из четырех комплектов модулей (два усилителя звука и два индикатора уровня) припаяны к эксклюзивной печатной плате испытательного стенда для звука вместе с двумя 40-миллиметровыми динамиками и разъемом microUSB для питания 5 В.

• Начните с осевых резисторов (неполяризованных)
• R2 и R9 - 4,7 кОм (желтый, фиолетовый, черный, коричневый, коричневый)
• R3 и R10 являются DNP (не заполнять)
• R4 - 1 кОм (коричневый, черный, черный, коричневый, коричневый)
• R5 и R11 - 100 Ом (коричневый, черный, черный, черный, коричневый)
• R6 и R12 - 10 кОм (коричневый, черный, черный, красный, коричневый)
• Далее припаиваем разъемы для IC1 и IC2.
• Вставьте микросхемы ПОСЛЕ припаивания розеток
• Далее припаиваем четыре небольших керамических заглушки C4, C5, C10, C11.
• Керамические колпачки имеют маркировку «104» и не поляризованы.
• Девять электролитических крышек поляризованы знаком «+» для длинного провода.
• C1 - 1000 мкФ
• C2 и C8 - 100 мкФ
• C3, C6, C9, C12 - 10 мкФ
• C7 и C13 - 2,2 мкФ
• Одиннадцать светодиодов поляризованы.
• Короткий провод "-" входит в отверстие около плоской стороны круга.
• Два красных светодиода идут на крайнюю светодиодную площадку на каждом конце.
• Четыре внутренних светодиода, выстроенных в линию с каждой стороны, зеленого цвета.
• Один чистый / синий светодиод (от одного комплекта усилителя) находится в центре.
• KA2284 SIP (одинарный встроенный корпус) расположен под углом к выводу 1
• Разъем USB расположен на печатной плате с контактами через обе платы.
• Разъем 3,5 мм, триммеры и горшки устанавливаются, как показано на плате.
• Перед пайкой приклейте динамики к печатной плате с обрезанными выводами.
• Питание через разъем microUSB (5 В)

Шаг 9: Генератор сигналов

Комплект функционального генератора включает интегральную схему XR2206 (техническое описание) и акриловый корпус, вырезанный лазером. Он способен генерировать выходные сигналы синусоидальной, треугольной и прямоугольной формы в диапазоне частот 1–1 000 000 Гц.

Характеристики

• Напряжение питания: вход постоянного тока 9-12 В
• Формы волны: квадрат, синус и треугольник
• Импеданс: 600 Ом + 10%
• Частота: 1 Гц - 1 МГц

СИНУСОИДАЛЬНАЯ ВОЛНА

• Амплитуда: 0 - 3 В при входном напряжении 9 В постоянного тока
• Искажения: менее 1% (при 1 кГц)
• Равномерность: + 0,05 дБ 1 Гц - 100 кГц

КВАДРАТНАЯ ВОЛНА

• Амплитуда: 8 В (без нагрузки) при входном напряжении 9 В постоянного тока
• Время нарастания: менее 50 нс (при 1 кГц)
• Время падения: менее 30 нс (при 1 кГц)
• Симметрия: менее 5% (при 1 кГц)

ТРЕУГОЛЬНАЯ ВОЛНА

• Амплитуда: 0 - 3 В при входном напряжении 9 В постоянного тока
• Линейность: менее 1% (до 100 кГц) 10 м

Шаг 10: HackLife

Спасибо, что присоединились к членам HackerBox по всему миру Livin 'the HackLife.

Если вам понравилась эта инструкция и вы хотите, чтобы на ваш почтовый ящик каждый месяц приходили крутые проекты в области электроники и компьютерных технологий, присоединяйтесь к революции, зайдя на сайт HackerBoxes.com и подпишитесь на нашу ежемесячную коробку с сюрпризами.

Сообщите о своем успехе в комментариях ниже или на странице HackerBoxes в Facebook. Обязательно дайте нам знать, если у вас возникнут какие-либо вопросы или вам понадобится помощь. Спасибо, что присоединились к HackerBoxes!