Projekt EISE4: Naučte sa realizovať zariadenie s moduláciou hlasu: 6 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

V tomto návode si prejdete všetkými rôznymi krokmi k realizácii zariadenia, ktoré pridáva zvukové efekty (oneskorenie a ozvena). Toto zariadenie sa väčšinou skladá z mikrofónu, dosky DE0 Nano SoC, reproduktora, obrazovky a infračerveného senzora. V závislosti od vzdialenosti, ktorú stojíte od infračerveného senzora, sa prejaví efekt. Je tu obrazovka na vytlačenie FFT.

Použili sme dosku De0 Nano SoC a sú k nej pripojené dve PCB. Jedná sa o analógový obvod, na ktorý sme privarili každý komponent, ktorý potrebujeme.

Krok 1: Architektúra

Tu je architektúra, na ktorú sme najskôr mysleli pred začatím projektu. Najprv sme dostali mikrofón, ktorý realizuje zber signálu, ktorý je potom zosilnený zosilňovačom napätia. Potom je pripojený k kolíku ADC dosky DE0 Nano Soc, ktorý vypočíta FFT a vytlačí ho na obrazovku. Výstupy dosky sú potom pripojené k DAC, potom sú zosilnené a pripojené k reproduktoru.

V tomto bode projektu sme neuvažovali o použití infračerveného senzora, ktorý sme v rámci projektu asimilovali neskôr.

Krok 2: Materiály

Na realizáciu tohto projektu sme použili nasledujúce komponenty:

- mikrofón

- Reproduktor

- Doska DE0 Nano Soc

-Analógovo-digitálny prevodník (integrovaný do dosky DE0 Nano Soc)

-prevodník digitálneho signálu na analógový (MCP4821)

- Audio zosilňovač (LM386N-1)

- Zosilňovač napätia s automatickou reguláciou zisku

- Regulátor napätia, ktorý generuje -5V (MAX764)

- infračervený senzor (GP2Y0E02A)

- Solárna energia, ktorá generuje 5V (napájanie)

- Obrazovka (ktorá vytlačí FFT)

Krok 3: Prvá PCB - pred De0 Nano SoC

Tento prvý analógový obvod obsahuje mikrofón (MC1), zosilňovač napätia s automatickou reguláciou zisku (časť obvodu pripojeného k operačnému zosilňovaču) a regulátor napätia, ktorý generuje -5V (MAX764).

Mikrofón najskôr zachytí zvuk a potom je zvuk zosilnený zosilňovačom napätia; napätie sa pohybuje od 16 mV do 1,2 V približne. Regulátor napätia slúži iba na napájanie operačného zosilňovača.

Výstup celého obvodu súvisí s pinom ADC dosky DE0 Nano Soc.

Krok 4: Druhá PCB - po doske De0 Nano SoC

Vstupy tohto druhého analógového obvodu sú pripojené k rôznym pinom dosky DE0 Nano Soc, ktorými sú piny CS, SCK a SDI. Tieto vstupy sú potom pripojené k DAC (MCP4821), ktorý je potom pripojený k zosilňovaču zvuku (LM386N-1). Konečne máme reproduktor.

Celý tento obvod je napájaný 5 V z dosky DE0 Nano Soc a jeho uzemnenie je spojené s uzemnením DE0 Nano Soc a s prvou doskou plošného spoja.

Krok 5: Komunikácia medzi DPS a De0 Nano SoC

Signál pochádzajúci z mikrofónu je pripojený k ADC karty. ADC je pripojený k HPS a máme NIOS II, ktorý slúži na ovládanie obrazovky. Na komunikáciu HPS a NIOS II používajú zdieľanú pamäť. V HPS máme spustený kód C, ktorý prijíma hodnoty od ADC a má určitý vplyv na zvuk. Výsledok je potom odoslaný na nasledujúcu dosku pomocou SPI vodiča, ktorý je pripojený k GPIO karty. Máme tiež C kód bežiaci v NIOS II súčasne. Tento program slúži na ovládanie obrazovky a zobrazenie spektra FFT.

Krok 6: Ako vytvárať zvukové efekty pomocou infračerveného senzora?

V tomto projekte používame iba jeden zvukový efekt, ktorým je oneskorenie zvuku. Na aktiváciu tohto efektu sme sa rozhodli použiť infračervený senzor. Senzor, ktorý je pripojený k integrovanému ADC karty, má hodnotu medzi 60 a 3300. Máme hodnotu blízko 3300, keď sme blízko senzora, a máme hodnotu blízko 60, keď sme od neho ďaleko. Aktiváciu oneskorenia sme zvolili iba vtedy, ak je hodnota vyššia ako 1800, inak je zvuk priamo odoslaný do SPI.