Geekly articles weekly

基于Arduino的音频频谱分析仪-可视化器



你认为女孩们在一起时会做什么？去购物，拍照，去美容院？是的，但不是每个人都这样做。本文将讨论两个女孩如何决定用自己的双手组装电子设备。

为什么是频谱分析仪-可视化仪？


毕竟，有很多软件解决方案可以解决此问题，并且硬件实现也有很多选择。首先，我真的很想使用大量的LED（因为我们已经组装了LED立方体，每个LED都是自己的，但是尺寸很小），其次，将在数字信号处理中获得的知识付诸实践，并且-第三，再次练习使用烙铁。

设备开发


因为采取现成的解决方案并严格按照说明进行操作是无聊且无趣的，因此我们决定自己开发电路，只依赖于已创建的设备。

作为显示，我们选择了8x32 LED矩阵。可以使用现成的8x8 led矩阵进行组装，但我们决定不要否认自己晚上用烙铁坐下来的乐趣，因此，我们是用LED组装显示器的。

为了控制显示，我们没有发明自行车，而是使用了带有动态指示的控制电路。即我们选择了一个列，将其点亮，此时其余的列将熄灭，然后我们选择下一个列，将其点亮，其余列将熄灭，依此类推。由于人眼并不完美，因此我们可以在显示屏上观察到静态图像。
遵循最小的阻力路径，决定将所有计算转移到Arduino控制器是明智的。

通过打开相应的键可以在行中包含一行。为了减少控制器输出引脚的数量，可通过解码器选择该列（因此，我们可以将控制线的数量减少至5）。


作为连接到计算机（或其他能够传输音频信号的设备）的接口，选择了TRS连接器（3.5毫米迷你插孔）。

设备组装


我们通过制作设备前面板的模型来开始设备的组装。



前面板的材料选择了5毫米厚的黑色塑料（​​因为二极管透镜的直径也是5毫米）。我们根据开发的布局对其进行标记，将前面板切成所需的尺寸，并在用于LED的塑料中钻孔。





这样，我们得到了一个成品前面板，您可以在其上组装显示器。



作为矩阵的LED，使用了具有公共阴极GNL-5019UEUGC的两种颜色（红绿色）。在开始组装矩阵之前，请遵循“额外控制不会损坏”所有LED（即270个）的规则。 （以防万一，请留一点余量）进行了可操作性测试（为此，组装了一个测试设备，包括一个连接器，一个200欧姆的电阻器和一个5V电源）。



接下来，我们如下扩展LED。红色和绿色二极管的阳极弯曲到一侧（向右），阴极弯曲到另一侧，同时确保阴极比阳极低。然后在90°弯曲阴极。



我们从右下角开始矩阵的组装，组装是按列进行的。





记住规则“额外的控制不会有伤害”，在一两个连接的列之后，我们检查性能。



完成的矩阵如下。



后视图：



根据开发的方案，我们焊接行和列管理方案，拆焊电缆和Arduino下的位置。



决定不仅要导出振幅频率，还要导出相位频谱，并选择要显示的样本数量（32、16、8、4）。为此，添加了4个开关：一个用于选择频谱类型，两个用于选择样本数量，一个用于打开和关闭设备。

编写程序


再次，我们遵循我们的规则，并确保我们的显示器可以正常运行。为此，我们编写了一个简单的程序来完全点亮显示屏上的所有LED。自然，根据墨菲定律，几个LED缺少电流，因此需要更换。



确保一切正常后，我们开始编写主程序代码。它包括三个部分：初始化必要的变量和读取数据，使用快速傅立叶变换获得信号频谱，将获得的频谱以必要的格式输出到显示器。

终端设备组装


最后，我们有一个前面板，在它的下面有一堆电线，需要用一些东西封闭，而开关则需要固定在一些东西上。在此之前，人们曾想过用塑料的残余物作为案例，但我们并没有完全想象到塑料的外观和用法。解决问题的方法出乎意料。在五金商店里走来走去，我们发现了一个塑料花盆，它的尺寸令人惊讶地完美。



问题仍然很小，在连接器，电缆和开关的孔上打上标记，并用塑料将两个侧面板切开。



结果，将所有内容收集在一起，将设备连接到计算机，我们得到了以下信息：

频率响应（32个样本）：



频率响应（16个样本）：



频率响应（8个样本）：



频率响应（4个样本）：



相频谱：



后视图：



设备操作视频


为了清楚起见，视频是在黑暗中拍摄的。设备将在视频上显示幅度频谱，然后在7秒钟时将其切换到相位频谱模式。



所需项目清单


  1. GNL-5019UEUGC LED-256个 （用于显示）
  2. 晶体管NPN KT863A-8个 （用于字符串管理）
  3. 晶体管PNP32740-32个 （用于管理列）
  4. 1kΩ电阻器-32个 （以限制pnp晶体管的基极电流）
  5. 解码器3/8 IN74AC138-4个 （选择列）
  6. 解码器2/4 IN74AC139-1个 （对于级联解码器）
  7. 安装板5x10cm-2个
  8. 循环
  9. Arduino Pro Micro-1个
  10. 迷你插孔3.5mm-1个
  11. 开关-4个
  12. 黑色塑料720 * 490 * 5毫米-1张。（用于前面板）
  13. 黑色花盆550 * 200 * 150毫米-1个 （用于房屋）

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN395289/

More articles:


All Articles