Projekt EISE4: Naučte se realizovat zařízení s modulací hlasu: 6 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:23

V tomto pokynu projdete všemi různými kroky k realizaci zařízení, které přidává zvukové efekty (zpoždění a ozvěna). Toto zařízení se většinou skládá z mikrofonu, desky DE0 Nano SoC, reproduktoru, obrazovky a infračerveného senzoru. V závislosti na vzdálenosti, kterou stojíte od infračerveného senzoru, dojde k efektu. Obrazovka je zde pro tisk FFT.

Použili jsme desku De0 Nano SoC a jsou k ní připojeny dvě desky plošných spojů. Jedná se o analogový obvod, na který jsme svařili každou součást, kterou potřebujeme.

Krok 1: Architektura

Zde je architektura, na kterou jsme poprvé mysleli před zahájením projektu. Nejprve jsme dostali mikrofon, který realizuje získávání signálu, který je pak zesílen zesilovačem napětí. Poté je připojen ke kolíku ADC desky DE0 Nano Soc, který vypočítá FFT a vytiskne jej na obrazovku. Výstupy desky jsou poté připojeny k DAC, poté jsou zesíleny a připojeny k reproduktoru.

V tomto bodě projektu jsme neuvažovali o použití infračerveného senzoru, který jsme v rámci projektu asimilovali později.

Krok 2: Materiály

K realizaci tohoto projektu jsme použili následující komponenty:

- Mikrofon

- Reproduktor

- Deska DE0 Nano Soc

-Převodník analogového signálu na digitální (integrovaný do desky DE0 Nano Soc)

-Převodník digitálního signálu na analogový (MCP4821)

- Zesilovač zvuku (LM386N-1)

- Zesilovač napětí s automatickou kontrolou zisku

- Regulátor napětí, který generuje -5V (MAX764)

- infračervený senzor (GP2Y0E02A)

- Solární energie, která generuje 5V (napájení)

- Obrazovka (která vytiskne FFT)

Krok 3: První PCB - před De0 Nano SoC

Tento první analogový obvod obsahuje mikrofon (MC1), zesilovač napětí s automatickou regulací zisku (část obvodu připojeného k operačnímu zesilovači) a regulátor napětí, který generuje -5V (MAX764).

Nejprve mikrofon zachytí zvuk, poté je zvuk zesílen zesilovačem napětí; napětí jde přibližně od 16mV do 1,2V. Regulátor napětí je zde pouze pro napájení operačního zesilovače.

Výstup celého obvodu souvisí s pinem ADC desky DE0 Nano Soc.

Krok 4: Druhá PCB - po desce De0 Nano SoC

Vstupy tohoto druhého analogového obvodu jsou připojeny k různým pinům desky DE0 Nano Soc, kterými jsou piny CS, SCK a SDI. Tyto vstupy jsou poté připojeny k DAC (MCP4821), který je poté připojen k zesilovači zvuku (LM386N-1). Konečně máme reproduktor.

Celý tento obvod je napájen 5 V pocházejícími z desky DE0 Nano Soc a jeho uzemnění je spojeno se zemí DE0 Nano Soc a se zemí první desky plošných spojů.

Krok 5: Komunikace mezi PCB a De0 Nano SoC

Signál přicházející z mikrofonu je připojen k ADC karty. ADC je připojen k HPS a máme NIOS II, který slouží k ovládání obrazovky. Ke komunikaci používají HPS a NIOS II sdílenou paměť. Máme H kód spuštěný v HPS, který přijímá hodnoty z ADC a má nějaké efekty na zvuk. Výsledek je poté odeslán na další desku plošných spojů pomocí kabelu SPI, který je připojen k GPIO karty. Máme také C kód spuštěný v NIOS II současně. Tento program slouží k ovládání obrazovky a zobrazení FFT spektra.

Krok 6: Jak vytvářet zvukové efekty pomocí infračerveného senzoru?

V tomto projektu používáme pouze jeden zvukový efekt, kterým je zpoždění zvuku. K aktivaci tohoto efektu jsme se rozhodli použít infračervený senzor. Senzor, který je připojen k integrovanému ADC karty, má hodnotu mezi 60 a 3300. Máme hodnotu blízko 3300, když jsme poblíž senzoru, a máme hodnotu blízko 60, když jsme daleko od něj. Aktivovali jsme zpoždění pouze v případě, že je hodnota vyšší než 1 800, jinak je zvuk přímo odeslán do SPI.