جهاز تحليل الطيف الصوتي للوح الطيف MSP430: 6 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

يعتمد هذا المشروع على الميكروفون ويتطلب الحد الأدنى من المكونات الخارجية. تُستخدم خليتان من العملات المعدنية LR44 حتى أتمكن من تشغيل الهيكل بأكمله في حدود 170 نقطة ربط صغيرة للوح. ADC10 ، TimerA استيقظ LPM المقاطعة ، TimerA PWM مثل الإخراج ، استخدام الزر ، الحساب الصحيح يتم استخدامها وإثباتها.

سمات

• عدد صحيح 8 بتات FFT 16 عينات عند فصل 500 هرتز
• يُظهر 8 اتساعات من 1K ، 1.5K ، 2K ، 3K ، 4K ، 5K ، 6K ، 7.5K غير خطي
• خريطة لوغاريتمية جزئية لإظهار السعات ، محدودة حيث تم تقليل الدقة لـ 8 بت FFT
• مكبرات صوت أحادية المرحلة TLC272 بمضاعفة 100x 100x (يمكنك تجربة مع مرحلتين)
• القائمة اختيار نافذة هامينغ اختيارية
• ضبط القائمة 4 مستويات سطوع
• ضبط القائمة 8 مستويات معدل العينة / وقت الاستجابة
• 2 × خلية عملة LR44 تعمل بالطاقة "على متن الطائرة"

الخطوة الأولى: الحصول على قطع الغيار

ما يلي هو المطلوب لهذا المشروع

• MSP430G2452 (الشريحة الإضافية من TI Launchpad G2 ، أو أي سلسلة MCU من سلسلة MSP430G 4K ذات 20 سنًا)
• لوحة توصيل صغيرة 170 نقطة ربط أو لوحة بيرفورم للبناء قبل أمبير
• جهاز TLC272 Dual op-amp
• ميكروفون كهربائي صغير
• 47 كيلو (سحب) ، 100 كيلو ، 2 × 10 كيلو ، 1 كيلو مقاومات
• 1 × 0.1 فائق التوهج
• أسلاك العبور
• رأس دبوس ذكر صف مزدوج لاستخدامه في حامل البطارية
• 2 × بطارية خلية عملة LR44

الخطوة 2: تخطيط مكونات الخطة

سيتم بناء المشروع على لوح توصيل صغير يبلغ 170 نقطة ربط. تخطيط المكونات كما هو موضح أدناه. وتجدر الإشارة بشكل خاص إلى أن مصفوفة 8x8 LED ستوضع أعلى وحدة MCU MSP430. بصرف النظر عن المكونات ، توجد أيضًا أسلاك توصيل موضحة بأحرف "+ ------ +".

G V + Gnd (تخطيط مرحلة واحدة) نحن نستخدم هذا التخطيط + ==================================== ================= + c0 ………… ج 7 | ميكروفون……. + ----- + + - +…. | r0 o o o o o o o o o | o || o + ----- [100k] --------------- +….. | r1 X o o o o o o o |. + -------------- + - +. C7 C6 R1 C0 R3 C5 C3 R0 |. o o o o o o o o o |…… |.. | b6 a7 | | يشترك c0 و r1 في نفس رقم التعريف الشخصي ولن يظهر | +. + - + - + - + | + - + - + - + - + - + - + - + - + | * إمكانية التطبيق للحصول على c6 + c0 + r1 | | | V + | | | G b6 b7 T R a7 a6 b5 b4 b3 | | سيؤدي هذا إلى تحرير b6 لساعة xtal 32 كيلو هرتز | | | TLC272 | | | | | | | خارج - + G | | | + a0 a1 a2 a3 a4 a5 b0 b1 b2 | | | +. + - + - + - + | + - + - + - + - + - + - + - + - + | | o || o o o. + - +.. R4 R6 C1 C2 R7 C4 R5 R2 | |…. o- [10k] - o……… | |. o- [1k] o o o………._. | | o ---- [10k] ----------- o……. س س | + ================================================== ==== +.1uF 100k 10k زر ADC + ----------------- +

نحن نستخدم مرحلة واحدة فقط من TLC272

الخطوة 3: التجميع

يمكنك البدء في وضع المكونات بناءً على تخطيط اللوح. نظرًا لأنه فن ASCII ، فقد لا يكون واضحًا جدًا. يمكنك إقران مع الصور في هذه الخطوة لتحديد جميع الاتصالات.

يجب توخي الحذر عند وضع شرائح IC. عادة ما تكون هناك نقطة على أحد الزوايا للإشارة إلى الدبوس 1 من الجهاز.

لقد استخدمت أسلاك كابل إيثرنت CAT5 ومن السهل جدًا العمل في مشاريع اللوح. إذا كان لديك كبلات CAT5 قديمة ، فيمكنك فتحها وستجد في الداخل 6 أسلاك ملتوية. إنها مثالية للوحات التجارب.

الخطوة 4: ترجمة البرامج الثابتة وتحميلها

عادةً ما توجد شفرة المصدر في مستودعات جيثب الخاصة بي.

بالنسبة لهذا المشروع بالذات ، يتم تجميع ملف المصدر C الفردي nfft.c في مستودع مجموعات اللوح الخاص بي. أنت فقط بحاجة إلى nfft.c

أنا أستخدم mps430-gcc لتجميع البرامج الثابتة ولكن يجب أن تسير بشكل جيد مع TI CCS. يمكنك تجنب كل مشاكل تثبيت IDEs أو المجمعين بالانتقال إلى TI CCS cloud ، وهي بيئة تطوير متكاملة تعتمد على الويب. سيقوم حتى بتنزيل البرامج الثابتة على جهازك المستهدف.

هذا مثال على أمر ترجمة ث / مفاتيح

msp430 - مجلس التعاون الخليجي - OS - الجدار - الوظائف - الأقسام - ملفات البيانات - المقاطع - fno-inline-small-function -Wl، -Map = nfft.map، --cref -Wl، --relax -Wl، --gc- المقاطع -I / energia-0101E0016 / الأجهزة / msp430 / النوى / msp430 -mmcu = msp430g2553 -o nfft.elf nfft.c

أنا أستخدم TI Launchpad G2 كمبرمج لبرمجة MCU.

الخطوة 5: فهم الدائرة

يتم عرض مخطط الدائرة أدناه

MSP430G2452 أو ما شابه ، تحتاج إلى 4K Flash TLC272 Dual Op-Amp ، GBW @ 1.7 ميجا هرتز ، كسب @ x100 ، عرض النطاق الترددي حتى 17 كيلو هرتز

* نحن نستخدم مرحلة واحدة فقط من TLC272

._.

| MSP430G2452 | Vcc | | | + ----------------------- 2 | ADC0 | 1 - + | | | |. | Vcc | | | | سحب (47 كيلو) Vcc Vcc | --------------- | | | | _ | | | + -1 | ----. Vcc | 8- + | | | |. |. |. | ^. --- | 7 | | 16- + | | 10 كيلو | | 10 كيلو | | | / / ^ | | | | _ | | _ | 100 كيلو | _ | | / _ + / / / | | / | --- (انظر تخطيط اللوح) |.1u | | | | | / _ + / | | / | ------_ + - || --- | - [1 ك] - + - 2 | --- + | | | | | 15 GPIO | | | | + ---------- 3 | ----- + + - | - | 6 | P1.1 - P1.7 | | 8 × 8 | | | + -4 | Gnd + - | 5 | P2.0 - P2.7 | | LED | | + | | --------------- | | | مصفوفة | ((س)) |. | | / | | _ | | MIC | | 10 كيلو | + -20 | Gnd / | -------- | | _ | | | | _ | _ | _ _ | _ _ | _ _ | _ /// /// /// ///

قيادة LED

تتكون مصفوفة LED من 8 × 8 عناصر. يتم تشغيلها بواسطة 15 دبوس GPIO. هم متعددون مع 8 صفوف و 8 مخطط أعمدة. نظرًا لوجود 15 دبوسًا فقط بعد استخدام دبوس واحد لإدخال ADC ، فإن تعدد الإرسال يحتوي على صف 1 وعمود 0 يشتركان في دبوس واحد. هذا يعني أنه لا يمكن إضاءة مؤشر LED المحدد في الصف 1 والعمود 0. هذا حل وسط حيث لا يوجد ما يكفي من دبابيس GPIO لتشغيل جميع عناصر LED.

التقاط الصوت

يتم التقاط الصوت عبر ميكروفون مكثف على اللوحة في حزمة التعليمية. نظرًا لأن إشارات الميكروفون صغيرة ، نحتاج إلى تضخيمها إلى مستوى يمكن أن يستخدمه msp430 ADC10 مع دقة معقولة. كنت قد استخدمت مكبر للصوت op-amp على مرحلتين لهذا الغرض.

يتكون مضخم الصوت op-amp من مرحلتين ، كل منهما مع كسب حوالي 100x. لقد اعتمدت TLC272 لأنه أيضًا جزء شائع جدًا ويعمل مع 3 فولت. يبلغ عرض النطاق الترددي للكسب حوالي 1.7 ميجا هرتز مما يعني أنه من أجل تحقيق مكاسب تبلغ 100x ، يمكننا فقط ضمان أنه سيعمل بشكل جيد (أي الحفاظ على المكسب الذي نريده) تحت 17 كيلو هرتز. (1.7 ميجا هرتز / 100).

في الأصل أنوي جعل مقياس محلل الطيف هذا يصل إلى 16-20 كيلو هرتز ، لكن في النهاية وجدت أن حوالي 8 كيلو هرتز جيدة بما يكفي لعرض الموسيقى. يمكن تغيير هذا عن طريق استبدال LM358 w / شيء من تصنيف الصوت وتغيير معدل أخذ العينات. ما عليك سوى البحث عن النطاق الترددي للكسب لمضخمات التشغيل التي تختارها.

أخذ العينات و FFT

وظيفة FFT المستخدمة هي رمز "fix_fft.c" الذي اعتمدته العديد من المشاريع ، وقد ظل يتجول في الإنترنت منذ عدة سنوات. لقد جربت إصدارًا 16 بت ونسخة 8 بت. في النهاية ، استقرت على الإصدار 8 بت بالنسبة إلى غرضي ، لم أشاهد تقدمًا كبيرًا في إصدار 16 بت.

ليس لدي فهم جيد لآلية FFT فيما عدا أنه مجال زمني لتحويل مجال التردد. هذا يعني أن معدل (وقت) عينات الصوت ، بعد التغذية إلى وظيفة حساب FFT ، سيؤثر على تردد السعة التي أحصل عليها نتيجة لذلك. لذلك من خلال تعديل المعدل لأخذ عينات الصوت ، يمكنني تحديد نطاق التردد كنتيجة لذلك.

يستخدم الموقت A 0 CCR0 للحفاظ على وقت أخذ العينات. نحدد أولاً الأعداد التي نحتاجها لتحقيق تردد النطاق (يتوافق مع معدل ساعة DCO لدينا البالغ 16 ميجا هرتز). على سبيل المثال ، تم تعيين TA0CCR0 على (8000 / (BAND_FREQ_KHZ * 2)) - 1 ؛ حيث BAND_FREQ_KHZ هي 8 بالنسبة لي. يمكن تغييره إذا حصلت على نسخة أفضل و / أو تريد أن تكون مختلفة.

نطاقات التردد وتحجيم السعة

تعالج البرامج الثابتة 16 نطاقًا في عملية مسح واحدة ، ويؤدي توقيت الالتقاط إلى فصل 500 هرتز بين هذه البنوك. تتكون مصفوفة LED من 8 أعمدة وستعرض فقط 8 نطاقات / سعة. بدلاً من عرض نطاق كل نطاقتين ، يتم استخدام قائمة نطاقات التردد غير الخطية لإظهار نطاقات التردد الأكثر ديناميكية (من حيث الموسيقى). القائمة عبارة عن فجوات 500 هرتز في النهاية المنخفضة ، وفجوات 1 كيلو هرتز في النطاقات الوسطى ونطاقات 1.5 كيلو هرتز في الارتفاعات.

يتم تقليص سعة النطاقات الفردية إلى 8 مستويات ، والتي يتم تمثيلها بعدد النقاط الأفقية على شاشة مصفوفة LED. يتم تصغير مستويات السعة عبر خريطة غير خطية تترجم نتائج FFT إلى واحدة من 8 النقاط. يتم استخدام نوع من التدرج اللوغاريتمي لأنه يمثل بشكل أفضل إدراكنا لمستويات الصوت.

يوجد منطق AGC مدمج وسيحاول محلل الطيف تصغير مستويات الاتساع عندما تكون هناك مستويات ذروة متعددة تم اكتشافها في الدورات السابقة. يتم ذلك باستخدام جدول مقارنة بمسطرة منزلقة.

الخطوة 6: تشغيل الجهاز

• الضغط على مفتاح قصير في دورات وضع العرض من خلال عدم وجود نقطة ونقطة واحدة ونقطتين و 3 نقاط.
• الضغط لفترة طويلة يدخل في وضع الإعداد ، ثم يتم تدوير الضغط لفترة طويلة من خلال القائمة.
• دورات عناصر القائمة من خلال 'Hamming Window Option' و 'Dimmer' و 'Sampling / Refresh Rate'.
• في وضع إعداد 'Hamming Window' ، دورات الضغط القصيرة من خلال عدم وجود طرق ، وطرق 1 ، وطرق 2 ، وطرق 3 ، والضغط لفترة طويلة لتأكيد الإعداد.
• في وضع الإعداد 'Dimmer' ، دورات الضغط القصيرة من خلال مستويات السطوع المتاحة من 0 إلى 3 ، الضغط لفترة طويلة يؤكد الإعداد.
• في وضع إعداد "معدل أخذ العينات / التحديث" ، دورات الضغط القصيرة من خلال معدلات التحديث المتاحة من 0 إلى 7 ، 0 يعني عدم التأخير ، الضغط لفترة طويلة يؤكد الإعداد.
• يتضمن تعدد إرسال مقطع LED تأخيرات زمنية للتعويض عن اختلافات السطوع للصفوف الفردية.