HackerBox 0037: WaveRunner: 10 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

ในเดือนนี้ HackerBox Hackers กำลังสำรวจสัญญาณคลื่นและห้องทดสอบการประมวลผลสัญญาณเสียงภายในสภาพแวดล้อมการประมวลผลแบบดิจิทัล ตลอดจนเครื่องมือทดสอบอิเล็กทรอนิกส์แบบแอนะล็อก คำแนะนำนี้มีข้อมูลสำหรับการเริ่มต้นกับ HackerBox #0037 ซึ่งสามารถซื้อได้ที่นี่จนกว่าของจะหมด นอกจากนี้ หากคุณต้องการรับ HackerBox แบบนี้ในกล่องจดหมายของคุณทุกเดือน โปรดสมัครสมาชิกที่ HackerBoxes.com และเข้าร่วมการปฏิวัติ!

หัวข้อและวัตถุประสงค์การเรียนรู้สำหรับ HackerBox 0037:

• ติดตั้งและกำหนดค่าซอฟต์แวร์ GNU Octave
• แสดงและจัดการสัญญาณคลื่นภายในคอมพิวเตอร์
• สำรวจฟังก์ชันการประมวลผลเสียงของ GNU Octave
• จับคู่สัญญาณเสียงระหว่างคอมพิวเตอร์กับฮาร์ดแวร์ภายนอก
• ประกอบเตียงทดสอบเสียงโดยใช้แอมพลิฟายเออร์และตัวบ่งชี้ระดับ
• สร้างเครื่องกำเนิดสัญญาณหลายคลื่นความถี่ 1MHz

HackerBoxes เป็นบริการกล่องสมัครสมาชิกรายเดือนสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ DIY และเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ เราเป็นมือสมัครเล่น ผู้สร้าง และผู้ทดลอง เราคือผู้ใฝ่ฝัน

แฮ็คดาวเคราะห์

ขั้นตอนที่ 1: HackerBox 0037: เนื้อหาในกล่อง

• ชุดกำเนิดสัญญาณ XR2206
• ตู้อะครีลิคตัดด้วยเลเซอร์สำหรับเครื่องกำเนิดสัญญาณ
• แผ่นทดสอบเสียงพิเศษ PCB
• ชุดเครื่องขยายเสียง LM386 สองชุด
• ชุดตัวบ่งชี้ระดับเสียง KA2284 สองชุด
• การ์ดเสียง USB
• ลำโพง 3W ขนาด 40 มม. 2 ตัว
• ชุดตะกั่วคลิปจระเข้
• สายแพทช์เสียง 3.5 มม. สองเส้น
• โมดูลฝ่าวงล้อมเสียง 3.5 มม. สองโมดูล
• โมดูลฝ่าวงล้อม microUSB
• คลิปแบตเตอรี่ 9V พร้อมบาร์เรลสำหรับเครื่องกำเนิดสัญญาณ
• Exclusive Cloud Computing Decal
• หมวก HackLife สุดพิเศษ

สิ่งอื่น ๆ ที่จะเป็นประโยชน์:

• หัวแร้ง หัวแร้ง และเครื่องมือบัดกรีพื้นฐาน
• คอมพิวเตอร์สำหรับรัน GNU Octave และซอฟต์แวร์อื่นๆ
• แบตเตอรี่ 9V หนึ่งก้อน
• หนึ่งหัวเย็นสำหรับกีฬา HackLife Beanie Hat

ที่สำคัญที่สุด คุณจะต้องมีความรู้สึกของการผจญภัย จิตวิญญาณของแฮ็กเกอร์ ความอดทน และความอยากรู้อยากเห็น การสร้างและทดลองใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แม้จะให้ผลตอบแทนสูง แต่ก็อาจเป็นเรื่องยาก ท้าทาย และน่าหงุดหงิดในบางครั้ง เป้าหมายคือความก้าวหน้า ไม่ใช่ความสมบูรณ์แบบ เมื่อคุณยืนกรานและสนุกไปกับการผจญภัย งานอดิเรกนี้จะได้รับความพึงพอใจอย่างมาก เราทุกคนสนุกกับการใช้ชีวิตใน HackLife การเรียนรู้เทคโนโลยีใหม่ๆ และสร้างโปรเจ็กต์เจ๋งๆ ทำแต่ละขั้นตอนอย่างช้าๆ ใส่ใจในรายละเอียด และอย่ากลัวที่จะขอความช่วยเหลือ

มีข้อมูลมากมายสำหรับสมาชิกปัจจุบันและที่คาดหวังในคำถามที่พบบ่อยของ HackerBoxes

ขั้นตอนที่ 2: คลื่น

คลื่นคือการรบกวนที่ส่งพลังงานผ่านสสารหรืออวกาศ โดยมีการถ่ายโอนมวลที่เกี่ยวข้องเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลย คลื่นประกอบด้วยการสั่นหรือการสั่นของตัวกลางทางกายภาพหรือสนามรอบตำแหน่งที่ค่อนข้างคงที่ จากมุมมองของคณิตศาสตร์ คลื่นในฐานะหน้าที่ของเวลาและพื้นที่ เป็นคลาสของสัญญาณ (วิกิพีเดีย)

ขั้นตอนที่ 3: GNU อ็อกเทฟ

ซอฟต์แวร์ GNU Octave เป็นแพลตฟอร์มที่ได้รับความนิยมสำหรับการแสดงและจัดการรูปคลื่นภายในคอมพิวเตอร์ Octave นำเสนอภาษาการเขียนโปรแกรมระดับสูงสำหรับการคำนวณเชิงตัวเลขเป็นหลัก อ็อกเทฟมีประโยชน์สำหรับการทดสอบตัวเลขต่างๆ โดยใช้ภาษาที่เข้ากันได้กับ MATLAB เป็นส่วนใหญ่ ในฐานะที่เป็นส่วนหนึ่งของโครงการ GNU Octave เป็นซอฟต์แวร์ฟรีภายใต้เงื่อนไขของสัญญาอนุญาตสาธารณะทั่วไปของ GNU อ็อกเทฟเป็นหนึ่งในทางเลือกฟรีที่สำคัญสำหรับ MATLAB ส่วนคู่อื่นคือ Scilab และ FreeMat

ไปที่ลิงก์ด้านบนเพื่อดาวน์โหลดและติดตั้ง Octave สำหรับระบบปฏิบัติการใดๆ

บทช่วยสอน: เริ่มต้นใช้งาน Octave

บทแนะนำวิดีโอระดับแปดเสียงจาก DrapsTV:

1. บทนำ & การตั้งค่า
2. ปฏิบัติการพื้นฐาน
3. กำลังโหลด การบันทึก และการใช้ข้อมูล
4. พล็อตข้อมูล
5. คำสั่งควบคุม
6. ฟังก์ชั่น

แม้ว่าคลื่นพื้นฐานและการประมวลผลเสียงจะอยู่นอกเหนือขอบเขตของเรา คุณสามารถหาเนื้อหาที่น่าสนใจสำหรับใช้ใน Octave โดยค้นหาหัวข้อ MATLAB เช่น "DSP IN MATLAB" หรือ "NEARAL NETWORKS IN MATLAB" เป็นแพลตฟอร์มที่ทรงพลังมาก โพรงกระต่ายลึกมาก

ขั้นตอนที่ 4: การเชื่อมต่อสัญญาณเสียง

สัญญาณความถี่เสียงที่สร้างขึ้นภายในคอมพิวเตอร์สามารถเชื่อมต่อกับฮาร์ดแวร์ภายนอกได้โดยใช้เอาต์พุตลำโพงของการ์ดเสียง ในทำนองเดียวกัน สามารถใช้อินพุตไมโครโฟนของการ์ดเสียงเพื่อจับคู่สัญญาณความถี่เสียงภายนอกเข้ากับคอมพิวเตอร์ได้อย่างง่ายดาย

การใช้การ์ดเสียง USB เป็นความคิดที่ดีสำหรับแอปพลิเคชันดังกล่าว เพื่อป้องกันความเสียหายต่อวงจรเสียงของเมนบอร์ดคอมพิวเตอร์หากมีสิ่งผิดปกติเกิดขึ้น สายแพตช์เสียง 3.5 มม. และโมดูลเบรกเอาต์ 3.5 มม. ค่อนข้างมีประโยชน์สำหรับการเชื่อมต่อวงจร ลำโพง และระบบปฏิบัติการกับพอร์ตบนการ์ดเสียง USB

นอกจากจะใช้กับ GNU Octave แล้ว ยังมีโปรเจ็กต์เจ๋งๆ ที่ลอยอยู่รอบๆ สำหรับ Sound Card Oscilloscopes ซึ่งจะช่วยให้คุณ "วางแผน" สัญญาณความถี่ต่ำเพียงพอที่จะสุ่มตัวอย่างด้วยการ์ดเสียงไมโครคอมพิวเตอร์

ขั้นตอนที่ 5: สัญญาณเสียงใน GNU Octave

Octave มีฟังก์ชันการประมวลผลเสียงที่มีประโยชน์จริงๆ

วิดีโอเหล่านี้ (และอื่น ๆ) จาก Dan Prince เป็นจุดเริ่มต้นที่ยอดเยี่ยม:

วิดีโอ - เรียนรู้เสียง DSP 1: เริ่มต้นสร้าง Sine Oscillator

วิดีโอ - เรียนรู้เสียง DSP 2: รูปคลื่นพื้นฐานและการสุ่มตัวอย่าง

ขั้นตอนที่ 6: Audio Testbed - สองตัวเลือก

Audio Testbed มีประโยชน์สำหรับการออดิชั่นสัญญาณความถี่เสียงในสองช่องสัญญาณ (สเตอริโอซ้าย ขวา หรือสัญญาณอื่นๆ อีกสองสัญญาณ) สำหรับแต่ละช่องสัญญาณ สามารถขยายอินพุตระดับสาย แสดงภาพด้วยไฟแสดงระดับ LED และสุดท้ายถูกขับเคลื่อนไปยังลำโพงเสียงขนาด 40 มม.

ตัวเลือกการประกอบ

เตียงทดสอบเสียงสามารถประกอบเป็นโมดูลคู่แยกกันหรือเป็นแพลตฟอร์มแบบบูรณาการเดียว ตัดสินใจเลือกตัวเลือกที่คุณต้องการก่อนเริ่มการประกอบและทำตามขั้นตอนที่เกี่ยวข้องในคู่มือนี้

เครื่องขยายเสียง

เครื่องขยายเสียงสองตัวนี้ใช้วงจรรวม LM386 (วิกิพีเดีย)

ตัวบ่งชี้ระดับ LED

ตัวบ่งชี้ระดับทั้งสองนั้นใช้วงจรรวม KA2284 (เอกสารข้อมูล)

ขั้นตอนที่ 7: ตัวเลือกการประกอบ 1 - แยกโมดูล

เมื่อเลือกที่จะประกอบเตียงทดสอบเสียงเป็นโมดูลคู่แยกกัน ให้ประกอบเครื่องขยายเสียงสองตัวและโมดูลตัวบ่งชี้ระดับสองชุดเป็นชุดแยกกัน

เครื่องขยายเสียง

• เริ่มต้นด้วยตัวต้านทานตามแนวแกนสองตัว (ไม่ใช่โพลาไรซ์)
• R1 คือ 1K โอห์ม (น้ำตาล ดำ ดำ น้ำตาล น้ำตาล)
• R2 คือ DNP (ไม่ต้องเติม)
• R10 คือ 4.7K Ohm (เหลือง ม่วง ดำ น้ำตาล น้ำตาล)
• ถัดไป ติดตั้งตัวเก็บประจุเซรามิกขนาดเล็กสองตัว
• C5 และ C8 มีทั้งแคปขนาดเล็ก "104" (ไม่โพลาไรซ์)
• บัดกรีถัดไปในซ็อกเก็ต DIP 8pin (สังเกตการวางแนวซิลค์สกรีน)
• ใส่ชิปหลังจากบัดกรีซ็อกเก็ตแล้ว
• แคปอิเล็กโทรไลต์สามตัว C6, C7, C9 เป็นแบบโพลาไรซ์
• สำหรับตัวพิมพ์ใหญ่ ครึ่งแรเงาบนซิลค์สกรีนคือตะกั่ว "-" (สายสั้น)
• LED ถูกโพลาไรซ์พร้อมเครื่องหมาย "+" สำหรับสายไฟยาว
• ประสานส่วนประกอบที่เหลือ
• เชื่อมต่อลำโพงเข้ากับส่วนหัว "SP"
• กำลังไฟ 3-12V (ตัวอย่าง: การฝ่าวงล้อม micoUSB สำหรับ 5V)

ตัวบ่งชี้ระดับเสียง

• เริ่มต้นด้วยตัวต้านทานตามแนวแกนสองตัว (ไม่ใช่โพลาไรซ์)
• R1 คือ 100 โอห์ม (น้ำตาล ดำ ดำ ดำ น้ำตาล)
• R2 คือ 10K โอห์ม (น้ำตาล ดำ ดำ แดง น้ำตาล)
• KA2284 SIP (แพ็คเกจอินไลน์เดียว) ทำมุมที่ขา1
• เครื่องหมาย SIP สำหรับซิลค์สกรีนแสดงกล่องสำหรับพิน 1
• โปรดทราบว่าตัวพิมพ์ใหญ่ C1 และ C2 ทั้งสองมีค่าต่างกัน
• จับคู่กับ PCB และปรับสายยาวไปที่ "+" รู
• ตอนนี้ D5 เป็น LED สีแดง ส่วน D1-D4 อีกสี่ตัวเป็นสีเขียว
• ไฟ LED มีโพลาไรซ์ด้วยลวดยาวถึง "+" รู
• ทริมเมอร์โพเทนชิออมิเตอร์และส่วนหัวพอดีตามที่แสดง
• เชื่อมต่อสัญญาณเหมือนอินพุตเสียง
• กำลังไฟ 3.5-12V (ตัวอย่าง: microUSB breakout สำหรับ 5V)

ขั้นตอนที่ 8: ตัวเลือกการประกอบ 2 - แพลตฟอร์มแบบบูรณาการ

เมื่อเลือกประกอบชุดทดสอบเสียงเป็นแพลตฟอร์มแบบบูรณาการ ส่วนประกอบที่เลือกจากชุดโมดูลสี่ชุด (เครื่องขยายสัญญาณเสียงสองตัวและตัวแสดงระดับสองตัว) จะถูกบัดกรีเข้ากับ PCB แท่นทดสอบเสียงพิเศษพร้อมลำโพงขนาด 40 มม. สองตัวและตัวแยก microUSB สำหรับกำลังไฟ 5V

• เริ่มต้นด้วยตัวต้านทานตามแนวแกน (ไม่ใช่โพลาไรซ์)
• R2 และ R9 คือ 4.7K Ohm (เหลือง ม่วง ดำ น้ำตาล น้ำตาล)
• R3 และ R10 เป็น DNP (ไม่ต้องเติม)
• R4 คือ 1K โอห์ม (น้ำตาล ดำ ดำ น้ำตาล น้ำตาล)
• R5 และ R11 คือ 100 โอห์ม (น้ำตาล ดำ ดำ ดำ น้ำตาล)
• R6 และ R12 คือ 10K Ohm (น้ำตาล ดำ ดำ แดง น้ำตาล)
• ถัดไปประสานซ็อกเก็ตสำหรับ IC1 และ IC2
• ใส่ชิปหลังจากบัดกรีซ็อกเก็ตแล้ว
• ถัดไป บัดกรีหมวกเซรามิกขนาดเล็กสี่ตัว C4, C5, C10, C11
• ฝาเซรามิกมีเครื่องหมาย "104" และไม่มีขั้ว
• แค็ปอิเล็กโทรไลต์เก้าอันมีโพลาไรซ์ด้วยเครื่องหมาย "+" สำหรับสายยาว
• C1 คือ 1000uF
• C2 และ C8 คือ 100uF
• C3, C6, C9, C12 คือ 10uF
• C7 และ C13 คือ 2.2uF
• ไฟ LED สิบเอ็ดดวงเป็นแบบโพลาไรซ์
• สายสั้น "-" เข้าไปในรูใกล้กับด้านแบนของวงกลม
• ไฟ LED สีแดงสองดวงไปที่แผ่น LED ด้านนอกสุดที่ปลายแต่ละด้าน
• ไฟ LED ด้านในสี่ดวงเรียงกันเป็นสีเขียว
• ไฟ LED แบบใส/สีน้ำเงินเดียว (จากชุดแอมป์หนึ่งชุด) อยู่ตรงกลาง
• KA2284 SIP (แพ็คเกจอินไลน์เดียว) ทำมุมที่ขา1
• USB breakout วางราบบน PCB โดยมีหมุดผ่านทั้งสองบอร์ด
• แจ็ค 3.5 มม. ที่กันจอน และหม้อ ติดตั้งตามที่แสดงบนเครื่อง
• ลำโพงกาวร้อนบน PCB ก่อนบัดกรีด้วยลีดที่ตัดแล้ว
• จ่ายไฟผ่าน microUSB breakout (5V)

ขั้นตอนที่ 9: เครื่องกำเนิดสัญญาณ

ชุดสร้างฟังก์ชันประกอบด้วยวงจรรวม XR2206 (เอกสารข้อมูล) และกล่องหุ้มอะคริลิกที่ตัดด้วยเลเซอร์ สามารถสร้างสัญญาณเอาต์พุต Sine, Triangle และ Square Wave ในช่วงความถี่ 1-1, 000, 000 Hz

ข้อมูลจำเพาะ

• การจ่ายแรงดันไฟ: อินพุต DC 9-12V
• รูปคลื่น: สี่เหลี่ยม ไซน์ และสามเหลี่ยม
• ความต้านทาน: 600 โอห์ม + 10%
• ความถี่: 1Hz – 1MHz

คลื่นไซน์

• แอมพลิจูด: 0 – 3V ที่อินพุต DC 9V
• การบิดเบือน: น้อยกว่า 1% (ที่ 1kHz)
• ความเรียบ: +0.05dB 1Hz – 100kHz

สแควร์เวฟ

• แอมพลิจูด: 8V (ไม่มีโหลด) ที่อินพุต DC 9V
• เวลาเพิ่มขึ้น: น้อยกว่า 50ns (ที่ 1kHz)
• เวลาตก: น้อยกว่า 30ns (ที่ 1kHz)
• สมมาตร: น้อยกว่า 5% (ที่ 1kHz)

คลื่นสามเหลี่ยม

• แอมพลิจูด: 0 – 3V ที่อินพุต DC 9V
• ลิเนียริตี้: น้อยกว่า 1% (สูงถึง 100kHz) 10m

ขั้นตอนที่ 10: HackLife

ขอขอบคุณที่เข้าร่วมเป็นสมาชิก HackerBox ทั่วโลก Livin' the HackLife

หากคุณชอบคำแนะนำนี้และต้องการมีกล่องอิเล็กทรอนิกส์ที่แฮ็กได้และโปรเจ็กต์เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ที่ยอดเยี่ยมลงมาที่กล่องจดหมายของคุณทุกเดือน โปรดเข้าร่วมการปฏิวัติโดยไปที่ HackerBoxes.com และสมัครรับกล่องเซอร์ไพรส์รายเดือนของเรา

ติดต่อและแบ่งปันความสำเร็จของคุณในความคิดเห็นด้านล่างหรือบนหน้า Facebook ของ HackerBoxes โปรดแจ้งให้เราทราบหากคุณมีคำถามหรือต้องการความช่วยเหลือ ขอบคุณที่เป็นส่วนหนึ่งของ HackerBoxes!