เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม: 4 ขั้นตอน

2025 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2025-01-23 15:12

โครงการนี้มีไว้สำหรับ 'Creative Electronics' ซึ่งเป็นโมดูลปีที่ 4 ของ Beng Electronics Engineering ที่ University of Málaga, School of Telecommunications (https://www.uma.es/etsi-de-telecomunicacion/)

โปรเจ็กต์นี้ได้รับการออกแบบและประกอบโดย Carlos Almagro, Diego Jiménez และ Alejandro Santana เราได้สร้าง "เครื่องเล่นเพลงแบบกล่อง" ที่ควบคุมโดย Arduino Mega (เราเลือกเพราะ Arduino Leonardo ไม่มีประสิทธิภาพเพียงพอสำหรับเมทริกซ์นีโอพิกเซล) ที่แสดงผ่านเมทริกซ์นีโอพิกเซล 8x32 สเปกตรัมของเพลง แนวคิดหลักคือการสุ่มตัวอย่างสัญญาณเสียงใน 8 บาร์ (หนึ่งแถบเพื่อแสดงแต่ละช่วงความถี่ จนถึง 20kHz)

สัญญาณเข้าทางพอร์ตแจ็ค 3.5 และไปที่อาร์ดิโนและลำโพง ซึ่งเป็นขั้นตอนก่อนหน้าของการขยายสัญญาณ

ขั้นตอนที่ 1: ส่วนประกอบและวัสดุ

Arduino Mega (แบรนด์Elegoo)

Placa de Soldadura a doble cara

4 ความต้านทาน 220

ไฟ LED 4 ดวง

ลำโพงเก่า2ตัว

2 แนวต้าน 330

ปุ่มกด 2 ปุ่ม

1 แนวต้าน 470

1 คอนเดนเซอร์ 10uF

1 คอนเดนเซอร์ 220uF

1 ความต้านทาน 1K

1 แนวต้าน 100k

2 UA741

ไพน์แทรกตัวผู้และตัวเมีย

แอมพลิฟายเออร์ 2 ตัว PAM8403

ขั้นตอนที่ 2: ฮาร์ดแวร์

อย่างที่เราทราบกันดีอยู่แล้วว่าช่วงแรงดันไฟฟ้าที่สามารถป้อนเข้าไปยัง Arduino ได้นั้นอยู่ในช่วง 0 [V] ถึง 5 [V] แต่ช่วงแรงดันไฟของสัญญาณเสียงที่ส่งออกจากขั้วหูฟังของคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล ฯลฯ คือ -0.447 [V] ถึง 0.447 [V]

นั่นหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าแกว่งไปทางด้านลบและแอมพลิจูดมีขนาดเล็กเกินไป ไม่สามารถป้อนสัญญาณเสียง Arduino โดยตรงได้ ดังนั้นในวงจรนี้ ขั้นแรก แรงดันจะถูกดึงขึ้น 2.5 [V] ซึ่งเท่ากับครึ่งหนึ่งของแรงดัน 5 [V] จากนั้นจึงป้อนไปที่ขาอนาล็อกของ Arduino หลังจากผ่านวงจรเครื่องขยายเสียงเพื่อเพิ่มแอมพลิจูด กำหนดค่า จากนั้นเราจะวิเคราะห์แผนภาพวงจร:

1. วงจรแอมพลิฟายเออร์ X1 และ X2 ที่มีศักยภาพกึ่งกลางจุดกึ่งกลาง/ไม่แปลงกลับเป็นแจ็คสเตอริโอขนาดเล็ก เนื่องจากเชื่อมต่อแบบขนานง่าย ๆ จึงสามารถเป็นได้ทั้งอินพุตและเอาต์พุต เราจะเห็นได้ว่าสัญญาณเสียงสเตอริโอถูกจับได้เพียงสัญญาณเดียว R17 ใช้สำหรับปรับความไวของเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม ผ่าน C1 ด้านหนึ่งของ R17 จะเชื่อมต่อกับศักย์จุดกึ่งกลาง โดยการทำเช่นนั้น เป็นไปได้ที่จะซ้อนทับแรงดันไฟฟ้าที่สอดคล้องกับศักยภาพจุดกึ่งกลางของสัญญาณเสียงอินพุต หลังจากนั้นจะไม่มีวงจรขยายเสียงที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ นอกจากนี้ จำเป็นต้องใช้ op amp กับเอาต์พุต rail-to-rail (เอาต์พุตเต็มสวิง)

2. วงจรกำเนิดศักย์ไฟฟ้าจุดกึ่งกลาง (ตัวแยกราง) R9, R10, R11 แบ่งแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟครึ่งหนึ่งแล้วป้อนให้กับตัวติดตามแรงดันไฟฟ้า R11 ใช้สำหรับปรับศักยภาพจุดกึ่งกลางอย่างละเอียด ฉันคิดว่ามันดีที่จะใช้ตัวต้านทานแบบกึ่งคงที่หลายรอบที่นี่

3. วงจร LPF ของแหล่งจ่ายไฟแบบแอนะล็อก R6 และ C3 เป็นตัวกรองความถี่ต่ำที่มีความถี่คัตออฟที่ต่ำมาก และใช้เป็นแหล่งจ่ายไฟสำหรับแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงาน เมื่อทำเช่นนี้ สัญญาณรบกวนที่ปะปนกันจากแหล่งจ่ายไฟหลักจะถูกตัดออก เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของ VCC ลดลงต่ำกว่า + 5V เนื่องจาก R6 อยู่ในอนุกรมกับแหล่งจ่ายไฟ แรงดันไฟฟ้านี้จึงถูกป้อนเข้าไปยังพินแรงดันอ้างอิงแอนะล็อกของ Arduino โปรแกรมตั้งค่าแหล่งแรงดันอ้างอิงภายนอก

4. วงจรแบ่งแรงดันไฟ SPI สำหรับตัวควบคุมแผง LED ต่อตัวควบคุมแผง LED ที่นี่ แต่เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่สามารถป้อนเข้าสู่ตัวควบคุมแผง LED ได้คือ 3.3 V ตัวต้านทานแบ่งแรงดันไฟฟ้าจึงถูกใส่เข้าไป

ในที่สุด เราต้องเชื่อมต่อแผงนีโอพิกเซลกับพินดิจิตอล I/O ของ Arduino เท่านั้น

เราได้นำการออกแบบฮาร์ดแวร์นี้มาจากที่นี่

เราไม่เห็นการกล่าวถึงใบอนุญาตในหน้านี้ แต่เรารู้สึกว่าจำเป็นต้องพูดถึงและขอบคุณ

เราได้สร้างตัวควบคุมสองปุ่มสำหรับเปลี่ยนโหมดต่างๆ และเราควบคุมระดับเสียงด้วยความต้านทานที่ผันแปรได้

ขั้นตอนที่ 3: ซอฟต์แวร์

เราได้พัฒนาโปรแกรมที่ใช้การแปลงฟูริเยร์กับสัญญาณอินพุตแบบอะนาล็อกผ่านไลบรารี FFT (ซึ่งคุณสามารถดาวน์โหลดได้ใน Arduino IDE ของตัวเอง) และสุ่มตัวอย่างสัญญาณเพื่อแสดงช่วงความถี่ 8 ช่วง สามารถเลือกการแสดงแสงได้ 4 โหมด

ขั้นตอนที่ 4: คดี

การออกแบบเคสฟรีและแตกต่างกันในแต่ละโครงการ ข้อกำหนดเพียงอย่างเดียวคือส่วนประกอบและวงจรทั้งหมดพอดีภายในและสามารถแสดงเมทริกซ์นีโอพิกเซลได้