HackerBox 0037: WaveRunner: 10 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Este mês, os HackerBox Hackers estão explorando sinais de onda e bancos de teste de processamento de sinal de áudio em ambientes de computação digital, bem como instrumentos de teste eletrônicos analógicos. Este Instructable contém informações para começar a usar o HackerBox # 0037, que pode ser adquirido aqui enquanto durarem os estoques. Além disso, se você gostaria de receber um HackerBox como este diretamente em sua caixa de correio a cada mês, inscreva-se em HackerBoxes.com e junte-se à revolução!

Tópicos e objetivos de aprendizagem para HackerBox 0037:

• Instale e configure o software GNU Octave
• Representar e manipular sinais de onda em um computador
• Explore a funcionalidade de processamento de áudio do GNU Octave
• Acoplar sinais de áudio entre um computador e hardware externo
• Monte testbeds de áudio usando amplificadores e indicadores de nível
• Construir um gerador de sinal de forma de onda múltipla de 1 MHz

HackerBoxes é o serviço de caixa de assinatura mensal para eletrônicos DIY e tecnologia de computador. Somos amadores, criadores e experimentadores. Somos os sonhadores dos sonhos.

HACK THE PLANET

Etapa 1: HackerBox 0037: conteúdo da caixa

• Kit gerador de sinal XR2206
• Caixa acrílica cortada a laser para gerador de sinal
• PCB de teste de áudio exclusivo
• Dois kits de amplificador de áudio LM386
• Dois kits de indicador de nível de áudio KA2284
• Placa de som USB
• Dois alto-falantes de 40 mm 3W
• Conjunto de cabos de pinça jacaré
• Dois cabos de patch de áudio de 3,5 mm
• Dois Módulos Breakout de Áudio de 3,5 mm
• Módulo de breakout microUSB
• Clipe de bateria de 9V com cilindro para gerador de sinal
• Decalque exclusivo de computação em nuvem
• Chapéu Gorro HackLife exclusivo

Algumas outras coisas que serão úteis:

• Ferro de soldar, solda e ferramentas básicas de solda
• Computador para executar o GNU Octave e outro software
• Uma bateria de 9V
• Uma cabeça fria para o chapéu HackLife Beanie

Mais importante ainda, você precisará de um senso de aventura, espírito hacker, paciência e curiosidade. Construir e experimentar com eletrônica, embora muito gratificante, pode ser complicado, desafiador e até mesmo frustrante às vezes. O objetivo é o progresso, não a perfeição. Quando você persiste e aproveita a aventura, uma grande satisfação pode ser derivada deste hobby. Todos nós gostamos de viver o HackLife, aprender novas tecnologias e construir projetos interessantes. Dê cada passo lentamente, preste atenção aos detalhes e não tenha medo de pedir ajuda.

Há uma grande quantidade de informações para membros atuais e potenciais nas Perguntas frequentes dos HackerBoxes.

Etapa 2: ondas

Uma onda é um distúrbio que transfere energia através da matéria ou espaço, com pouca ou nenhuma transferência de massa associada. As ondas consistem em oscilações ou vibrações de um meio físico ou de um campo, em torno de locais relativamente fixos. Do ponto de vista da matemática, as ondas, como funções de tempo e espaço, são uma classe de sinais. (Wikipedia)

Etapa 3: GNU Octave

O software GNU Octave é uma plataforma favorita para representar e manipular formas de onda em um computador. Octave apresenta uma linguagem de programação de alto nível destinada principalmente a cálculos numéricos. O Octave é útil para realizar vários experimentos numéricos usando uma linguagem que é compatível com o MATLAB. Como parte do Projeto GNU, Octave é um software livre sob os termos da GNU General Public License. Octave é uma das principais alternativas gratuitas ao MATLAB, outras são Scilab e FreeMat.

Siga o link acima para baixar e instalar o Octave para qualquer sistema operacional.

Tutorial: Introdução ao Octave

Tutoriais em vídeo do Octave da DrapsTV:

1. Introdução e configuração
2. Operações básicas
3. Carregando, salvando e usando dados
4. Dados de plotagem
5. Declarações de controle
6. Funções

Embora fora do nosso escopo aqui de ondas básicas e processamento de áudio, você pode encontrar algum material alucinante para trabalhar no Octave pesquisando assuntos do MATLAB como "DSP IN MATLAB" ou "REDES NEURAIS EM MATLAB". É uma plataforma muito poderosa. A toca do coelho é muito profunda.

Etapa 4: Interface de sinal de áudio

Sinais de frequência de áudio criados dentro de um computador podem ser acoplados a hardware externo usando a saída de alto-falante de uma placa de som. Da mesma forma, a entrada do microfone de uma placa de som pode ser usada para acoplar facilmente sinais de frequência de áudio externos em um computador.

Usar uma placa de som USB é uma boa ideia para esses aplicativos para evitar danos ao circuito de áudio da placa-mãe do computador caso algo dê errado. Alguns cabos patch de áudio de 3,5 mm e módulos breakout de 3,5 mm são bastante úteis para fazer a interface de circuitos, alto-falantes e sistemas operacionais com as portas da placa de som USB.

Além de usar com o GNU Octave, existem alguns projetos interessantes flutuando para osciloscópios de placa de som que permitirão que você "plote" sinais de uma frequência suficientemente baixa para serem amostrados por uma placa de som de microcomputador.

Etapa 5: Sinais de áudio no GNU Octave

Octave tem algumas funcionalidades de processamento de áudio realmente úteis.

Este vídeo (e outros) de Dan Prince são um ótimo começo:

Vídeo - Aprenda áudio DSP 1: Primeiros passos fazendo o oscilador sinusoidal

Vídeo - Aprenda áudio DSP 2: formas de onda básicas e amostragem

Etapa 6: Teste de áudio - duas opções

O Audio Testbed é útil para a audição de sinais de frequência de áudio em dois canais (estéreo esquerdo, direito ou quaisquer outros dois sinais). Para cada canal, uma entrada de nível de linha pode ser amplificada, visualizada por um indicador de nível de LED e, finalmente, direcionada para um alto-falante de áudio de 40 mm.

OPÇÕES DE MONTAGEM

A bancada de teste de áudio pode ser montada como módulos acoplados separados ou como uma única plataforma integrada. Decida qual opção você prefere antes de iniciar a montagem e siga a etapa correspondente neste guia.

AMPLIFICADOR

Os dois amplificadores de áudio são baseados no circuito integrado LM386 (wiki).

INDICADOR DE NÍVEL LED

Os dois indicadores de nível são baseados no circuito integrado KA2284 (folha de dados).

Etapa 7: Opção de montagem 1 - Módulos separados

Ao optar por montar a bancada de teste de áudio como módulos acoplados separados, basta montar os dois amplificadores de áudio e os dois módulos indicadores de nível como kits separados.

AMPLIFICADOR DE ÁUDIO

• Comece com os dois resistores axiais (não polarizados)
• R1 é 1K Ohm (marrom, preto, preto, marrom, marrom)
• R2 é DNP (não preencher)
• R10 é 4,7 K Ohm (amarelo, roxo, preto, marrom marrom)
• Em seguida, instale os dois pequenos capacitores de cerâmica
• C5 e C8 são ambos pequenos capacitores "104" (não polarizados)
• Próxima solda no soquete DIP de 8 pinos (observe a orientação da serigrafia)
• Insira o chip APÓS o soquete ter sido soldado
• As três tampas eletrolíticas C6, C7, C9 são polarizadas
• Para bonés, a metade sombreada na serigrafia é "-" chumbo (fio curto)
• O LED é polarizado com a marcação "+" para o fio longo
• Solde os componentes restantes
• Conecte o alto-falante ao conector "SP"
• Alimentação com 3-12V (exemplo: breakout micoUSB para 5V)

INDICADOR DE NÍVEL DE ÁUDIO

• Comece com os dois resistores axiais (não polarizados)
• R1 é 100 Ohms (marrom, preto, preto, preto, marrom)
• R2 é 10K Ohm (marrom, preto, preto, vermelho, marrom)
• O KA2284 SIP (pacote em linha único) é inclinado no pino 1
• A marcação SIP para a serigrafia mostra uma caixa para o pino 1
• Observe que os dois caps C1 e C2 são valores diferentes
• Combine-os com o PCB e oriente o fio longo para o orifício "+"
• Agora D5 é LED vermelho, outros quatro D1-D4 são verdes
• LEDs são polarizados com fio longo para furo "+"
• O potenciômetro do trimmer e os cabeçalhos se encaixam conforme mostrado
• Conecte o sinal como t entrada de áudio
• Alimentação com 3,5-12 V (exemplo: microUSB breakout para 5 V)

Etapa 8: opção de montagem 2 - plataforma integrada

Ao optar por montar o testbed de áudio como uma plataforma integrada, selecione componentes dos quatro kits de módulo (dois amplificadores de áudio e dois indicadores de nível) são soldados ao PCB de teste de áudio exclusivo junto com dois alto-falantes de 40 mm e um breakout microUSB para alimentação de 5V.

• Comece com os resistores axiais (não polarizados)
• R2 e R9 têm 4,7 K Ohm (amarelo, roxo, preto, marrom, marrom)
• R3 e R10 são DNP (não preencher)
• R4 é 1K Ohm (marrom, preto, preto, marrom, marrom)
• R5 e R11 são 100 Ohm (marrom, preto, preto, preto, marrom)
• R6 e R12 são 10K Ohm (marrom, preto, preto, vermelho, marrom)
• Em seguida, solde os soquetes para IC1 e IC2
• Insira os chips APÓS os soquetes serem soldados
• Em seguida, solde quatro pequenas cápsulas de cerâmica C4, C5, C10, C11
• As tampas de cerâmica são marcadas com "104" e não são polarizadas
• As nove capas eletrolíticas são polarizadas com um "+" para o fio longo
• C1 é 1000uF
• C2 e C8 são 100uF
• C3, C6, C9, C12 são 10uF
• C7 e C13 são 2,2uF
• Os onze LEDs são polarizados
• O fio curto "-" vai para o orifício próximo ao lado plano do círculo
• Dois LEDs vermelhos vão para o painel de LED mais externo em cada extremidade
• Os quatro LEDs internos alinhados em cada lado são verdes
• Um LED azul / transparente (de um kit de amplificador) está no centro
• O KA2284 SIP (pacote em linha único) é inclinado no pino 1
• O breakout USB fica plano no PCB com pinos em ambas as placas
• O macaco de 3,5 mm, aparadores e potes são instalados conforme mostrado a bordo
• Cole os alto-falantes com cola quente no PCB antes de soldar com cabos cortados
• Energia via breakout microUSB (5V)

Etapa 9: gerador de sinal

O Kit Gerador de Função apresenta um Circuito Integrado XR2206 (folha de dados) e um gabinete de acrílico cortado a laser. Ele é capaz de gerar sinais de saída de Seno, Triângulo e Onda quadrada na faixa de frequência de 1-1.000.000 Hz.

Especificações

• Fonte de Tensão: Entrada 9-12V DC
• Formas de onda: Quadrado, Seno e Triângulo
• Impedância: 600 Ohm + 10%
• Frequência: 1 Hz - 1 MHz

SINE WAVE

• Amplitude: 0 - 3 V na entrada de 9 V DC
• Distorção: Menos de 1% (a 1kHz)
• Nivelamento: + 0,05dB 1Hz - 100kHz

ONDA QUADRADA

• Amplitude: 8V (sem carga) na entrada 9V DC
• Tempo de subida: menos de 50 ns (a 1 kHz)
• Tempo de queda: menos de 30 ns (a 1 kHz)
• Simetria: menos de 5% (a 1kHz)

TRIÂNGULO ONDA

• Amplitude: 0 - 3 V na entrada de 9 V DC
• Linearidade: Menos de 1% (até 100kHz) 10m

Etapa 10: HackLife

Obrigado por se juntar aos membros do HackerBox em todo o mundo Livin 'the HackLife.

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