HackerBox 0037 : WaveRunner : 10 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Ce mois-ci, HackerBox Hackers explore les signaux d'ondes et les bancs d'essai de traitement de signaux audio dans des environnements informatiques numériques ainsi que des instruments de test électroniques analogiques. Ce Instructable contient des informations pour démarrer avec HackerBox #0037, qui peut être acheté ici jusqu'à épuisement des stocks. De plus, si vous souhaitez recevoir une HackerBox comme celle-ci directement dans votre boîte aux lettres chaque mois, veuillez vous inscrire sur HackerBoxes.com et rejoindre la révolution !

Sujets et objectifs d'apprentissage pour HackerBox 0037:

• Installer et configurer le logiciel GNU Octave
• Représenter et manipuler des signaux d'onde dans un ordinateur
• Explorez les fonctionnalités de traitement audio de GNU Octave
• Coupler des signaux audio entre un ordinateur et du matériel externe
• Assembler des bancs d'essai audio à l'aide d'amplificateurs et d'indicateurs de niveau
• Construire un générateur de signaux à formes d'onde multiples à 1 MHz

HackerBoxes est le service de box d'abonnement mensuel pour l'électronique de bricolage et la technologie informatique. Nous sommes des amateurs, des fabricants et des expérimentateurs. Nous sommes les rêveurs de rêves.

HACK LA PLANÈTE

Étape 1: HackerBox 0037: Contenu de la boîte

• Kit générateur de signaux XR2206
• Boîtier acrylique découpé au laser pour générateur de signaux
• PCB de banc d'essai audio exclusif
• Deux kits d'amplificateurs audio LM386
• Deux kits d'indicateur de niveau audio KA2284
• Carte son USB
• Deux haut-parleurs 40 mm 3 W
• Jeu de laisses pince crocodile
• Deux câbles de raccordement audio 3,5 mm
• Deux modules de dérivation audio 3,5 mm
• Module de dérivation microUSB
• Clip de batterie 9V avec baril pour générateur de signal
• Sticker exclusif Cloud Computing
• Bonnet exclusif HackLife

Quelques autres choses qui seront utiles:

• Fer à souder, soudure et outils de soudure de base
• Ordinateur pour exécuter GNU Octave et d'autres logiciels
• Une pile 9V
• Une tête cool pour porter le bonnet HackLife Beanie Hat

Plus important encore, vous aurez besoin d'un sens de l'aventure, d'un esprit de hacker, de patience et de curiosité. Construire et expérimenter avec l'électronique, bien que très gratifiant, peut être délicat, stimulant et même parfois frustrant. Le but est le progrès, pas la perfection. Lorsque vous persistez et profitez de l'aventure, une grande satisfaction peut être tirée de ce passe-temps. Nous aimons tous vivre la HackLife, apprendre de nouvelles technologies et construire des projets sympas. Faites chaque pas lentement, faites attention aux détails et n'ayez pas peur de demander de l'aide.

Il y a une mine d'informations pour les membres actuels et potentiels dans la FAQ HackerBoxes.

Étape 2: Ondes

Une onde est une perturbation qui transfère de l'énergie à travers la matière ou l'espace, avec peu ou pas de transfert de masse associé. Les ondes sont constituées d'oscillations ou de vibrations d'un milieu physique ou d'un champ, autour d'emplacements relativement fixes. Du point de vue des mathématiques, les ondes, en tant que fonctions du temps et de l'espace, sont une classe de signaux. (Wikipédia)

Étape 3: Octave GNU

Le logiciel GNU Octave est une plate-forme privilégiée pour représenter et manipuler des formes d'onde dans un ordinateur. Octave dispose d'un langage de programmation de haut niveau principalement destiné aux calculs numériques. Octave est utile pour effectuer diverses expériences numériques à l'aide d'un langage principalement compatible avec MATLAB. Dans le cadre du projet GNU, Octave est un logiciel libre selon les termes de la licence publique générale GNU. Octave est l'une des principales alternatives gratuites à MATLAB, les autres étant Scilab et FreeMat.

Suivez le lien ci-dessus pour télécharger et installer Octave pour n'importe quel système d'exploitation.

Tutoriel: Premiers pas avec Octave

Tutoriels vidéo Octave de DrapsTV:

1. Présentation et configuration
2. Opérations de base
3. Chargement, enregistrement et utilisation des données
4. Tracer des données
5. Déclarations de contrôle
6. Les fonctions

Bien qu'en dehors de notre champ d'application ici des ondes de base et du traitement audio, vous pouvez trouver du matériel époustouflant sur lequel travailler dans Octave en recherchant des sujets MATLAB tels que "DSP IN MATLAB" ou "NEURAL NETWORKS IN MATLAB". C'est une plateforme très puissante. Le terrier du lapin est assez profond.

Étape 4: Interfaçage du signal audio

Les signaux de fréquence audio créés dans un ordinateur peuvent être couplés à un matériel externe à l'aide de la sortie haut-parleur d'une carte son. De même, l'entrée microphone d'une carte son peut être utilisée pour coupler facilement des signaux de fréquence audio externes à un ordinateur.

L'utilisation d'une carte son USB est une bonne idée pour de telles applications afin d'éviter d'endommager les circuits audio de la carte mère de votre ordinateur en cas de problème. Quelques câbles de raccordement audio de 3,5 mm et des modules de dérivation de 3,5 mm sont très utiles pour interfacer les circuits, les haut-parleurs et les systèmes d'exploitation avec les ports de la carte son USB.

En plus de l'utilisation avec GNU Octave, il existe des projets sympas pour les oscilloscopes à carte son qui vous permettront de « tracer » des signaux d'une fréquence suffisamment basse pour être échantillonnés par une carte son de micro-ordinateur.

Étape 5: Signaux audio dans GNU Octave

Octave a des fonctionnalités de traitement audio très utiles.

Ces vidéos (et d'autres) de Dan Prince sont un bon début:

Vidéo - Apprendre l'audio DSP 1: Premiers pas avec la fabrication d'un oscillateur sinusoïdal

Vidéo - Apprendre Audio DSP 2: Formes d'onde de base et échantillonnage

Étape 6: Banc d'essai audio - Deux options

Le banc d'essai audio est utile pour écouter les signaux de fréquence audio sur deux canaux (stéréo Gauche, Droite ou tout autre signal). Pour chaque canal, une entrée de niveau ligne peut être amplifiée, visualisée par un indicateur de niveau LED, et enfin dirigée vers un haut-parleur audio de 40 mm.

OPTIONS D'ASSEMBLAGE

Le banc d'essai audio peut être assemblé en modules couplés séparés ou en une seule plate-forme intégrée. Décidez quelle option vous préférez avant de commencer l'assemblage et suivez l'étape correspondante dans ce guide.

AMPLIFICATEUR

Les deux amplificateurs audio sont basés sur le circuit intégré LM386 (wiki).

INDICATEUR DE NIVEAU LED

Les deux indicateurs de niveau sont basés sur le circuit intégré KA2284 (fiche technique).

Étape 7: Option d'assemblage 1 - Modules séparés

Lorsque vous choisissez d'assembler le banc d'essai audio en modules couplés séparés, assemblez simplement les deux modules d'amplificateur audio et les deux modules indicateurs de niveau en kits séparés.

AMPLIFICATEUR AUDIO

• Commencez par les deux résistances axiales (non polarisées)
• R1 est 1K Ohm (marron, noir, noir, marron, marron)
• R2 est DNP (ne pas remplir)
• R10 est de 4,7 K Ohm (jaune, violet, noir, marron marron)
• Installez ensuite les deux petits condensateurs en céramique
• C5 et C8 sont tous les deux de petites calottes "104" (non polarisées)
• Soudure suivante dans la prise DIP 8 broches (notez l'orientation de la sérigraphie)
• Insérez la puce APRÈS que la prise ait été soudée
• Les trois calottes électrolytiques C6, C7, C9 sont polarisées
• Pour les casquettes, la moitié ombrée sur la sérigraphie correspond au fil "-" (fil court)
• La LED est polarisée avec un marquage "+" pour le fil long
• Souder les composants restants
• Connectez le haut-parleur à l'en-tête "SP"
• Alimentation avec 3-12V (exemple: sortie microUSB pour 5V)

INDICATEUR DE NIVEAU AUDIO

• Commencez par les deux résistances axiales (non polarisées)
• R1 est de 100 Ohms (marron, noir, noir, noir, marron)
• R2 est 10K Ohm (marron, noir, noir, rouge, marron)
• Le KA2284 SIP (single inline package) est coudé à la broche 1
• Le marquage SIP pour la sérigraphie montre une case pour la broche 1
• A noter que les deux caps C1 et C2 sont des valeurs différentes
• Faites-les correspondre au PCB et orientez le long fil vers le trou "+"
• Maintenant, D5 est une LED rouge, les quatre autres D1-D4 sont vertes
• Les LED sont polarisées avec un long fil vers le trou "+"
• Le potentiomètre et les en-têtes du trimmer s'adaptent comme indiqué
• Connectez le signal comme l'entrée audio t
• Alimentation avec 3,5-12V (exemple: sortie microUSB pour 5V)

Étape 8: Option d'assemblage 2 - Plate-forme intégrée

Lorsque vous choisissez d'assembler le banc d'essai audio en tant que plate-forme intégrée, certains composants des quatre kits de modules (deux amplificateurs audio et deux indicateurs de niveau) sont soudés au PCB exclusif du banc d'essai audio avec deux haut-parleurs de 40 mm et une sortie microUSB pour une alimentation 5 V.

• Commencer par les résistances axiales (non polarisées)
• R2 et R9 sont 4,7K Ohm (jaune, violet, noir, marron, marron)
• R3 et R10 sont DNP (ne pas remplir)
• R4 est 1K Ohm (marron, noir, noir, marron, marron)
• R5 et R11 font 100 Ohm (marron, noir, noir, noir, marron)
• R6 et R12 sont 10K Ohm (marron, noir, noir, rouge, marron)
• Soudez ensuite les sockets pour IC1 et IC2
• Insérez les puces APRÈS que les prises soient soudées
• Soudez ensuite quatre petits capuchons en céramique C4, C5, C10, C11
• Les capuchons en céramique sont marqués "104" et ne sont pas polarisés
• Les neuf capuchons électrolytiques sont polarisés avec un "+" pour le fil long
• C1 est 1000uF
• C2 et C8 sont 100uF
• C3, C6, C9, C12 sont 10uF
• C7 et C13 sont 2.2uF
• Les onze LED sont polarisées
• Le fil court "-" va dans le trou près du côté plat du cercle
• Deux LED rouges vont au pad LED le plus à l'extérieur à chaque extrémité
• Les quatre LED internes alignées de chaque côté sont vertes
• Une LED claire/bleue (d'un kit d'ampli) est au centre
• Le KA2284 SIP (single inline package) est coudé à la broche 1
• La sortie USB repose à plat sur le PCB avec des broches à travers les deux cartes
• La prise jack 3,5 mm, les trimmers et les pots s'installent comme indiqué à bord
• Haut-parleurs collés à chaud sur PCB avant de souder avec des fils coupés
• Alimentation via microUSB breakout (5V)

Étape 9: Générateur de signaux

Le kit générateur de fonctions comprend un circuit intégré XR2206 (fiche technique) et un boîtier en acrylique découpé au laser. Il est capable de générer des signaux de sortie sinusoïdaux, triangulaires et carrés dans la plage de fréquences de 1 à 1 000 000 Hz.

Caractéristiques

• Alimentation en tension: entrée 9-12 V CC
• Formes d'onde: carré, sinus et triangle
• Impédance: 600 Ohm + 10%
• Fréquence: 1Hz – 1MHz

ONDE SINUSOÏDALE

• Amplitude: 0 – 3 V à l'entrée 9 V CC
• Distorsion: Moins de 1% (à 1kHz)
• Planéité: +0.05dB 1Hz – 100kHz

ONDE CARREE

• Amplitude: 8 V (sans charge) à l'entrée 9 V CC
• Temps de montée: moins de 50 ns (à 1 kHz)
• Temps de chute: moins de 30 ns (à 1 kHz)
• Symétrie: Moins de 5% (à 1kHz)

ONDE TRIANGLE

• Amplitude: 0 – 3 V à l'entrée 9 V CC
• Linéarité: Moins de 1% (jusqu'à 100kHz) 10m

Étape 10: HackLife

Merci d'avoir rejoint les membres HackerBox du monde entier Livin' the HackLife.

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