HackerBox 0037: WaveRunner: 10 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Aquest mes, HackerBox Hackers està explorant senyals d'ona i bancs de proves de processament de senyals d'àudio en entorns informàtics digitals, així com instruments de prova electrònics analògics. Aquest manual instructiu conté informació per començar a utilitzar el HackerBox # 0037, que es pot comprar aquí fins que acabin els subministraments. A més, si voleu rebre un HackerBox com aquest a la vostra bústia de correu cada mes, subscriviu-vos a HackerBoxes.com i uniu-vos a la revolució.

Temes i objectius d'aprenentatge per a HackerBox 0037:

• Instal·leu i configureu el programari GNU Octave
• Representar i manipular senyals d'ona dins d'un ordinador
• Exploreu la funcionalitat de processament d'àudio de GNU Octave
• Combina senyals d'àudio entre un ordinador i maquinari extern
• Muntar bancs de proves d’àudio mitjançant amplificadors i indicadors de nivell
• Construïu un generador de senyals de diverses ones a 1 MHz

HackerBoxes és el servei de caixa de subscripció mensual per a electrònica de bricolatge i tecnologia informàtica. Som aficionats, creadors i experimentadors. Som els somiadors dels somnis.

HACK EL PLANETA

Pas 1: HackerBox 0037: contingut de la caixa

• Kit generador de senyal XR2206
• Recinte acrílic tallat amb làser per a generador de senyals
• Circuit de proves exclusiu d'àudio
• Dos kits d'amplificador d'àudio LM386
• Dos kits indicadors de nivell d'àudio KA2284
• Targeta de so USB
• Dos altaveus de 3 mm de 40 mm
• Conjunt de cables de clip de cocodril
• Dos cables de pegat d’àudio de 3,5 mm
• Dos mòduls Breakout d'àudio de 3,5 mm
• mòdul Breakout microUSB
• Clip de bateria de 9V amb barril per a generador de senyal
• Calcomania exclusiva de cloud computing
• Barret exclusiu HackLife Beanie

Algunes altres coses que us seran útils:

• Soldador, soldador i eines bàsiques de soldadura
• Ordinador per executar GNU Octave i altres programes
• Una bateria de 9V
• Un cap fresc per fer esport el barret de gorra HackLife

El més important és que necessiteu un sentiment d’aventura, esperit de pirata informàtic, paciència i curiositat. Construir i experimentar amb electrònica, tot i que és molt gratificant, pot ser complicat, desafiant i fins i tot frustrant de vegades. L’objectiu és el progrés, no la perfecció. Quan persisteix i gaudeix de l'aventura, d'aquesta afició es pot obtenir una gran satisfacció. A tots ens agrada viure HackLife, aprendre noves tecnologies i construir projectes interessants. Feu cada pas lentament, tingueu en compte els detalls i no tingueu por de demanar ajuda.

Hi ha una gran quantitat d'informació per a membres actuals i potencials a les PMF de HackerBoxes.

Pas 2: Onades

Una ona és una pertorbació que transfereix energia a través de la matèria o l’espai, amb poca o cap transferència de massa associada. Les ones consisteixen en oscil·lacions o vibracions d’un medi físic o d’un camp, al voltant de llocs relativament fixos. Des de la perspectiva de les matemàtiques, les ones, com a funcions del temps i l’espai, són una classe de senyals. (Viquipèdia)

Pas 3: GNU Octave

El programari GNU Octave és una plataforma preferida per representar i manipular formes d'ona dins d'un ordinador. Octave presenta un llenguatge de programació d'alt nivell destinat principalment a càlculs numèrics. Octave és útil per realitzar diversos experiments numèrics amb un llenguatge majoritàriament compatible amb MATLAB. Com a part del Projecte GNU, Octave és programari lliure sota els termes de la Llicència Pública General GNU. Octave és una de les principals alternatives gratuïtes a MATLAB, altres són Scilab i FreeMat.

Seguiu l’enllaç anterior per descarregar i instal·lar Octave per a qualsevol sistema operatiu.

Tutorial: Introducció a Octave

Tutorials de vídeo Octave de DrapsTV:

1. Introducció i configuració
2. Operacions bàsiques
3. Carregant, desant i utilitzant dades
4. Representació de dades
5. Declaracions de control
6. Funcions

Tot i que estem fora del nostre àmbit aquí d’ones bàsiques i processament d’àudio, podeu trobar material increïble per treballar a Octave cercant temes de MATLAB com "DSP A MATLAB" o "XARXES NEURALS A MATLAB". És una plataforma molt potent. El forat del conill s’endinsa bastant.

Pas 4: Interfície del senyal d'àudio

Els senyals de freqüència d’àudio creats dins d’un ordinador es poden acoblar a maquinari extern mitjançant la sortida dels altaveus d’una targeta de so. De la mateixa manera, l’entrada de micròfon d’una targeta de so es pot utilitzar per acoblar fàcilment senyals de freqüència d’àudio externs a un ordinador.

Utilitzar una targeta de so USB és una bona idea per a aquestes aplicacions per evitar danyar els circuits d’àudio de la placa base de l’ordinador en cas que alguna cosa vagi malament. Un parell de cables de connexió d’àudio de 3,5 mm i mòduls de separació de 3,5 mm són força útils per a la interfície de circuits, altaveus i altres sistemes operatius amb els ports de la targeta de so USB.

A més d'utilitzar-lo amb GNU Octave, hi ha alguns projectes interessants per als oscil·loscopis de la targeta de so que us permetran "traçar" senyals amb una freqüència prou baixa per ser mostrejats per una targeta de so de microordinadors.

Pas 5: senyals d'àudio a GNU Octave

Octave té algunes funcions de processament d'àudio realment útils.

Aquests vídeos (i altres) de Dan Prince són un bon començament:

Vídeo: apreneu l'àudio DSP 1: Introducció a la fabricació de l'oscil·lador sinus

Vídeo: apreneu l'àudio DSP 2: formes d'ona bàsiques i mostreig

Pas 6: Testbed d'àudio: dues opcions

El banc de proves d’àudio és útil per provar senyals de freqüència d’àudio en dos canals (estèreo esquerre, dret o qualsevol altre senyal). Per a cada canal, es pot amplificar una entrada de nivell de línia, visualitzar-la mitjançant un indicador de nivell LED i, finalment, dirigir-la a un altaveu d’àudio de 40 mm.

OPCIONS DE MUNTATGE

El banc de proves d'àudio es pot muntar com a mòduls acoblats separats o com a plataforma única integrada. Decidiu quina opció preferiu abans de començar el muntatge i seguiu el pas corresponent d'aquesta guia.

AMPLIFICADOR

Els dos amplificadors d'àudio es basen en el circuit integrat LM386 (wiki).

INDICADOR DE NIVELL LED

Els dos indicadors de nivell es basen en el circuit integrat KA2284 (full de dades).

Pas 7: Opció de muntatge 1: mòduls separats

Quan opteu per muntar el banc de proves d'àudio com a mòduls acoblats separats, simplement munteu els dos amplificadors d'àudio i els dos mòduls indicadors de nivell com a kits separats.

AMPLIFICADOR ÀUDIO

• Comenceu per les dues resistències axials (no polaritzades)
• R1 és 1K Ohm (marró, negre, negre, marró, marró)
• R2 és DNP (no es completa)
• R10 és de 4,7 K ohmis (groc, porpra, negre, marró marró)
• A continuació, instal·leu els dos condensadors ceràmics petits
• C5 i C8 són tots dos petits "104" amb majúscules (no polaritzats)
• Propera soldadura al sòcol DIP de 8 pines (tingueu en compte l'orientació de la serigrafia)
• Introduïu el xip DESPRÉS que s'hagi soldat el sòcol
• Els tres casquets electrolítics C6, C7, C9 estan polaritzats
• Per a majúscules, la meitat ombrejada de la serigrafia és "-" plom (fil curt)
• El LED està polaritzat amb el marcatge "+" per al fil llarg
• Soldeu els components restants
• Connecteu l'altaveu a la capçalera "SP"
• Potència amb 3-12V (exemple: micoUSB breakout per a 5V)

INDICADOR DE NIVELL D'ÀUDIO

• Comenceu per les dues resistències axials (no polaritzades)
• R1 és de 100 ohms (marró, negre, negre, negre, marró)
• R2 és 10 k ohmis (marró, negre, negre, vermell, marró)
• El KA2284 SIP (paquet únic en línia) està inclinat al pin 1
• El marcatge SIP de la serigrafia mostra una caixa per al pin 1
• Tingueu en compte que els dos majúscules C1 i C2 són valors diferents
• Feu-los coincidir amb la PCB i orienteu el cable llarg al "+" forat
• Ara el D5 és de color vermell, altres quatre D1-D4 són de color verd
• Els LED estan polaritzats amb "+" cable llarg al forat
• El potenciòmetre de tall i les capçaleres s’adapten tal com es mostra
• Connecteu el senyal com l'entrada d'àudio
• Potència amb 3,5-12V (exemple: microUSB breakout per a 5V)

Pas 8: Opció de muntatge 2: plataforma integrada

Quan opteu per muntar el banc de proves d’àudio com a plataforma integrada, els components seleccionats dels quatre kits de mòduls (dos amplificadors d’àudio i dos indicadors de nivell) es solden a l’exclusiu PCB del banc de proves d’àudio, juntament amb dos altaveus de 40 mm i una connexió microUSB per a una potència de 5 V.

• Comenceu amb les resistències axials (no polaritzades)
• R2 i R9 són 4,7 K ohmis (groc, porpra, negre, marró, marró)
• R3 i R10 són DNP (no es completen)
• R4 és 1K Ohm (marró, negre, negre, marró, marró)
• R5 i R11 són 100 Ohm (marró, negre, negre, negre, marró)
• R6 i R12 són 10K Ohm (marró, negre, negre, vermell, marró)
• A continuació, soldeu els endolls per IC1 i IC2
• Introduïu xips DESPRÉS que els endolls estiguin soldats
• A continuació, soldeu quatre taps ceràmics petits C4, C5, C10, C11
• Els taps ceràmics estan marcats amb "104" i no estan polaritzats
• Els nou casquets electrolítics estan polaritzats amb un "+" per al fil llarg
• C1 és 1000uF
• C2 i C8 són 100uF
• C3, C6, C9, C12 són 10uF
• C7 i C13 són 2.2uF
• Els onze LED estan polaritzats
• El fil curt "-" va al forat prop del costat pla del cercle
• Hi ha dos LED vermells que van cap a l'extrem exterior de cada extrem
• Els quatre LED interiors alineats a cada costat són de color verd
• Al centre hi ha un LED clar / blau senzill (d’un kit d’amplis)
• El KA2284 SIP (paquet únic en línia) està inclinat al pin 1
• La connexió USB es troba plana al PCB amb pins a través de les dues plaques
• La presa de 3,5 mm, els retalladors i les olles s’instal·len tal com es mostra a bord
• Altaveus de cola calenta a la PCB abans de soldar amb cables tallats
• Alimentació mitjançant microUSB breakout (5V)

Pas 9: generador de senyals

El generador de funcions inclou un circuit integrat XR2206 (full de dades) i un recinte acrílic tallat amb làser. És capaç de generar senyals de sortida sinusoidals, triangulars i d’ona quadrada en el rang de freqüències 1-1, 000, 000 Hz.

Especificacions

• Alimentació de tensió: entrada de 9-12V CC
• Formes d’ona: quadrat, sinus i triangle
• Impedància: 600 Ohm + 10%
• Freqüència: 1Hz - 1MHz

ONA SINUSOÏDAL

• Amplitud: 0 - 3V a l'entrada de 9V CC
• Distorsió: menys de l'1% (a 1 kHz)
• Planitud: + 0,05 dB 1Hz - 100kHz

ONDA QUADRADA

• Amplitud: 8V (sense càrrega) a l'entrada de 9V CC
• Temps d'augment: menys de 50ns (a 1 kHz)
• Temps de caiguda: menys de 30ns (a 1 kHz)
• Simetria: menys del 5% (a 1 kHz)

ONA DEL TRIANGLE

• Amplitud: 0 - 3V a l'entrada de 9V CC
• Linealitat: menys de l'1% (fins a 100 kHz) 10 m

Pas 10: HackLife

Gràcies per unir-vos a membres de HackerBox de tot el món Livin 'the HackLife.

Si us ha agradat aquest Instructable i voleu que cada mes caigui una bona caixa de productes electrònics piratejables i de tecnologia informàtica a la vostra bústia, uniu-vos a la revolució navegant a HackerBoxes.com i subscriviu-vos per rebre la nostra caixa sorpresa mensual.

Arribeu i compartiu el vostre èxit als comentaris següents o a la pàgina de Facebook de HackerBoxes. Indiqueu-nos si teniu cap pregunta o necessiteu ajuda per res. Gràcies per formar part de HackerBoxes.