HackerBox 0037: WaveRunner: 10 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Tento měsíc HackerBox Hackers zkoumají vlnové signály a testovací postele pro zpracování zvukových signálů v prostředí digitálních počítačů a analogových elektronických testovacích nástrojů. Tento Instructable obsahuje informace pro začátek s HackerBoxem #0037, který lze zakoupit zde do vyprodání zásob. Pokud byste také chtěli každý měsíc dostávat HackerBox přímo do své poštovní schránky, přihlaste se k odběru na HackerBoxes.com a připojte se k revoluci!

Témata a vzdělávací cíle pro HackerBox 0037:

• Nainstalujte a nakonfigurujte software GNU Octave
• Reprezentujte a manipulujte se vlnovými signály v počítači
• Prozkoumejte funkce zpracování zvuku GNU Octave
• Spojte několik zvukových signálů mezi počítačem a externím hardwarem
• Sestavte zvukové testovací postele pomocí zesilovačů a indikátorů úrovně
• Postavte generátor signálu o více vlnách 1MHz

HackerBoxes je služba měsíčního předplatného pro elektroniku a počítačovou technologii pro kutily. Jsme fandové, tvůrci a experimentátoři. Jsme snílci snů.

ZRUŠTE PLANETU

Krok 1: HackerBox 0037: Obsah krabice

• Sada generátoru signálu XR2206
• Laserem řezaný akrylový kryt pro generátor signálu
• Exkluzivní audio testbed PCB
• Dvě sady zesilovačů zvuku LM386
• Dvě sady indikátorů úrovně zvuku KA2284
• USB zvuková karta
• Dva 40mm 3W reproduktory
• Sada vodítek klipu aligátora
• Dva 3,5mm audio propojovací kabely
• Dva 3,5mm audio Breakout moduly
• MicroUSB Breakout modul
• 9V spona na baterii s hlavní pro generátor signálu
• Exkluzivní cloudový počítačový obtisk
• Exkluzivní čepice HackLife

Některé další věci, které budou užitečné:

• Páječka, pájka a základní pájecí nástroje
• Počítač pro běh GNU Octave a dalšího softwaru
• Jedna 9V baterie
• Jedna chladná hlava pro sportovní čepici HackLife

A co je nejdůležitější, budete potřebovat smysl pro dobrodružství, hackerského ducha, trpělivost a zvědavost. Vytváření a experimentování s elektronikou, i když je velmi přínosné, může být občas ošidné, náročné a dokonce frustrující. Cílem je pokrok, ne dokonalost. Když vytrváte a užíváte si dobrodružství, lze z tohoto koníčku odvodit velké uspokojení. Všichni nás baví žít HackLife, učit se nové technologie a budovat skvělé projekty. Udělejte každý krok pomalu, pamatujte na detaily a nebojte se požádat o pomoc.

Ve FAQ HackerBoxes existuje velké množství informací o aktuálních i potenciálních členech.

Krok 2: Vlny

Vlna je porucha, která přenáší energii hmotou nebo prostorem, s malým nebo žádným souvisejícím přenosem hmoty. Vlny se skládají z oscilací nebo vibrací fyzického média nebo pole kolem relativně pevných míst. Z pohledu matematiky jsou vlny jako funkce času a prostoru třídou signálů. (Wikipedie)

Krok 3: GNU Octave

Software GNU Octave je oblíbenou platformou pro reprezentaci a manipulaci s průběhy v počítači. Octave je vybaven programovacím jazykem na vysoké úrovni primárně určeným pro numerické výpočty. Octave je užitečná pro provádění různých numerických experimentů pomocí jazyka, který je většinou kompatibilní s MATLABem. V rámci projektu GNU je Octave bezplatným softwarem podle podmínek obecné veřejné licence GNU. Octave je jednou z hlavních bezplatných alternativ k MATLABu, dalšími jsou Scilab a FreeMat.

Pomocí výše uvedeného odkazu stáhněte a nainstalujte Octave pro jakýkoli operační systém.

Výukový program: Začínáme s Octave

Oktávové video návody z DrapsTV:

1. Úvod a nastavení
2. Základní operace
3. Načítání, ukládání a používání dat
4. Vykreslování dat
5. Kontrolní prohlášení
6. Funkce

Zatímco mimo náš rozsah základních vln a zpracování zvuku najdete materiál, na kterém můžete pracovat v Octave, hledáním předmětů MATLAB, jako je „DSP IN MATLAB“nebo „NEURAL NETWORKS IN MATLAB“. Je to velmi silná platforma. Králičí nora jde pěkně hluboko.

Krok 4: Rozhraní zvukového signálu

Zvukové frekvenční signály vytvořené v počítači lze propojit s externím hardwarem pomocí reproduktorového výstupu zvukové karty. Podobně lze mikrofonní vstup zvukové karty použít ke snadnému propojení externích zvukových frekvenčních signálů s počítačem.

Použití zvukové karty USB je u takových aplikací dobrým nápadem, jak zabránit poškození zvukových obvodů základní desky počítače, pokud se něco pokazí. Několik 3,5 mm zvukových propojovacích kabelů a 3,5 mm odlamovacích modulů je docela užitečných pro propojení obvodů, reproduktorů a os s porty na zvukové kartě USB.

Kromě použití s GNU Octave se kolem osciloskopů zvukové karty vznáší několik skvělých projektů, které vám umožní „vykreslit“signály o dostatečně nízké frekvenci, které lze vzorkovat pomocí zvukové karty mikropočítače.

Krok 5: Zvukové signály v GNU Octave

Octave má opravdu užitečné funkce pro zpracování zvuku.

Tato videa (a další) od Dana Prince jsou skvělým začátkem:

Video - Naučte se zvuk DSP 1: Začínáme s výrobou sinusového oscilátoru

Video - Naučte se zvuk DSP 2: Základní průběhy a vzorkování

Krok 6: Audio testbed - dvě možnosti

Audio testbed je užitečný pro testování zvukových frekvenčních signálů na dvou kanálech (stereo levý, pravý nebo jakékoli jiné dva signály). Pro každý kanál lze zesílit vstup na úrovni linky, zobrazit jej pomocí LED indikátoru úrovně a nakonec přivést do 40 mm zvukového reproduktoru.

MONTÁŽNÍ MOŽNOSTI

Audio testbed lze sestavit jako samostatné spojené moduly nebo jako jedinou integrovanou platformu. Před zahájením montáže se rozhodněte, kterou možnost upřednostňujete, a postupujte podle příslušného kroku v této příručce.

ZESILOVAČ

Dva zesilovače zvuku jsou založeny na integrovaném obvodu LM386 (wiki).

LED ÚROVEŇ INDIKÁTOR

Dva indikátory úrovně vycházejí z integrovaného obvodu KA2284 (datový list).

Krok 7: Možnost montáže 1 - Samostatné moduly

Pokud se rozhodnete sestavit audio testbed jako samostatné spojené moduly, jednoduše sestavte dva zesilovače zvuku a dva moduly indikátorů úrovně jako samostatné sady.

AUDIO ZESILOVAČ

• Začněte dvěma axiálními odpory (ne polarizovanými)
• R1 je 1K Ohm (hnědá, černá, černá, hnědá, hnědá)
• R2 je DNP (neplnit)
• R10 je 4,7K Ohm (žlutá, fialová, černá, hnědá hnědá)
• Dále nainstalujte dva malé keramické kondenzátory
• C5 a C8 jsou oba malé čepice „104“(nejsou polarizované)
• Další pájka v 8pinové DIP zásuvce (orientace silkscreenu)
• Vložte čip PO pájení zásuvky
• Tři elektrolytické kryty C6, C7, C9 jsou polarizovány
• U čepic je stínovaná polovina na sítotisku „-“vývod (krátký drát)
• LED dioda je polarizována označením „+“pro dlouhý vodič
• Pájejte zbývající součásti
• Připojte reproduktor k záhlaví „SP“
• Napájení 3-12 V (příklad: micoUSB breakout pro 5 V)

UKAZATEL ÚROVNĚ AUDIO

• Začněte dvěma axiálními odpory (ne polarizovanými)
• R1 je 100 ohmů (hnědá, černá, černá, černá, hnědá)
• R2 je 10K Ohm (hnědá, černá, černá, červená, hnědá)
• KA2284 SIP (single inline package) je pod kolíkem 1
• Značení SIP pro sítotisk zobrazuje rámeček pro kolík 1
• Všimněte si, že dvě čepice C1 a C2 jsou různé hodnoty
• Připojte je k desce plošných spojů a dlouhý vodič nasměrujte do otvoru „+“
• Nyní je D5 červená LED, další čtyři D1-D4 jsou zelené
• LED diody jsou polarizovány dlouhým vodičem do otvoru „+“
• Potenciometr trimru a záhlaví sedí podle obrázku
• Připojte signál jako t audio vstup
• Napájení 3,5-12V (příklad: microUSB breakout pro 5V)

Krok 8: Možnost montáže 2 - Integrovaná platforma

Pokud se rozhodnete sestavit audio testbed jako integrovanou platformu, vyberte komponenty ze čtyř modulů (dva audio zesilovače a dva indikátory úrovně) připájené k exkluzivní desce PCB audio testbed spolu se dvěma 40mm reproduktory a microUSB breakout pro napájení 5V.

• Začněte s axiálními odpory (nejsou polarizované)
• R2 a R9 jsou 4,7K Ohm (žlutá, fialová, černá, hnědá, hnědá)
• R3 a R10 jsou DNP (neplní se)
• R4 je 1K Ohm (hnědá, černá, černá, hnědá, hnědá)
• R5 a R11 jsou 100 ohmů (hnědá, černá, černá, černá, hnědá)
• R6 a R12 jsou 10K Ohm (hnědá, černá, černá, červená, hnědá)
• Dále pájejte zásuvky pro IC1 a IC2
• Vložte čipy PO pájení zásuvek
• Dále pájíme čtyři malé keramické krytky C4, C5, C10, C11
• Keramické krytky mají označení „104“a nejsou polarizované
• Devět elektrolytických krytů je polarizováno znakem „+“pro dlouhý vodič
• C1 je 1000 uF
• C2 a C8 jsou 100 uF
• C3, C6, C9, C12 jsou 10uF
• C7 a C13 jsou 2,2 uF
• Jedenáct LED diod je polarizovaných
• Krátký drát „-“jde do otvoru poblíž ploché strany kruhu
• Dvě červené LED diody jdou na krajní LED podložku na každém konci
• Čtyři vnitřní LED diody seřazené na každé straně jsou zelené
• Uprostřed je jasná/modrá LED dioda (z jedné sady zesilovače)
• KA2284 SIP (single inline package) je pod kolíkem 1
• Rozbití USB leží naplocho na desce plošných spojů s piny přes obě desky
• 3,5 mm konektor, trimry a hrnce se instalují podle obrázku
• Před pájením pomocí ořezaných vodičů nalepte reproduktory na horké lepidlo na desku plošných spojů
• Napájení přes microUSB breakout (5V)

Krok 9: Generátor signálu

Sada generátoru funkcí je vybavena integrovaným obvodem XR2206 (datový list) a akrylovým pouzdrem řezaným laserem. Je schopen generovat výstupní signály Sine, Triangle a Square Wave ve frekvenčním rozsahu 1-1 000 000 000 Hz.

Specifikace

• Napájení: Vstup 9-12 V DC
• Průběhy: čtverec, sinus a trojúhelník
• Impedance: 600 Ohm + 10%
• Frekvence: 1Hz - 1MHz

SINUSOIDA

• Amplituda: 0 - 3V na 9V DC vstupu
• Zkreslení: Méně než 1% (při 1kHz)
• Plochost: +0,05 dB 1 Hz - 100 kHz

ČTVERCOVÁ VLNA

• Amplituda: 8 V (bez zátěže) na vstupu 9 V DC
• Doba náběhu: Méně než 50ns (při 1kHz)
• Pád: méně než 30ns (při 1kHz)
• Symetrie: Méně než 5% (při 1kHz)

TRIANGLE WAVE

• Amplituda: 0 - 3V na 9V DC vstupu
• Linearita: Méně než 1% (až 100 kHz) 10 m

Krok 10: HackLife

Děkujeme, že jste se připojili ke členům HackerBoxu po celém světě Livin 'the HackLife.

Pokud se vám tento Instructable líbil a chtěli byste, aby se každý měsíc na vaši poštovní schránku snesla skvělá krabice hackovatelné elektroniky a počítačových technologií, připojte se k revoluci procházením na HackerBoxes.com a přihlaste se k odběru našeho měsíčního boxu s překvapením.

Oslovte a podělte se o svůj úspěch v níže uvedených komentářích nebo na facebookové stránce HackerBoxes. Určitě nám dejte vědět, pokud máte nějaké dotazy nebo potřebujete s čímkoli pomoci. Děkujeme, že jste součástí HackerBoxes!