HackerBox 0037: WaveRunner: 10 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Trong tháng này, HackerBox đang khám phá các tín hiệu sóng và các thử nghiệm xử lý tín hiệu âm thanh trong môi trường máy tính kỹ thuật số cũng như các thiết bị kiểm tra điện tử tương tự. Có thể hướng dẫn này chứa thông tin để bắt đầu với HackerBox # 0037, bạn có thể mua thông tin này tại đây trong khi hết hàng. Ngoài ra, nếu bạn muốn nhận được một HackerBox như thế này ngay trong hộp thư của mình mỗi tháng, hãy đăng ký tại HackerBoxes.com và tham gia cuộc cách mạng!

Các chủ đề và mục tiêu học tập cho HackerBox 0037:

• Cài đặt và cấu hình phần mềm GNU Octave
• Biểu diễn và thao tác các tín hiệu sóng trong máy tính
• Khám phá chức năng xử lý âm thanh của GNU Octave
• Kết hợp tín hiệu âm thanh giữa máy tính và phần cứng bên ngoài
• Lắp ráp các tấm thử âm thanh bằng cách sử dụng bộ khuếch đại và chỉ báo mức
• Xây dựng bộ tạo tín hiệu đa dạng sóng 1MHz

HackerBoxes là dịch vụ hộp đăng ký hàng tháng dành cho công nghệ máy tính và điện tử DIY. Chúng tôi là những người có sở thích, nhà sản xuất và thử nghiệm. Chúng ta là những kẻ mơ mộng.

HACK KẾ HOẠCH

Bước 1: HackerBox 0037: Nội dung hộp

• Bộ tạo tín hiệu XR2206
• Vỏ bọc acrylic cắt bằng laser cho máy phát tín hiệu
• PCB được thử nghiệm âm thanh độc quyền
• Hai bộ khuếch đại âm thanh LM386
• Hai bộ chỉ báo mức âm thanh KA2284
• Card âm thanh USB
• Hai loa 3W 40mm
• Tập hợp các clip cá sấu
• Hai cáp nối âm thanh 3,5 mm
• Hai mô-đun đột phá âm thanh 3,5 mm
• Mô-đun đột phá microUSB
• Kẹp pin 9V với thùng cho máy phát tín hiệu
• Decal điện toán đám mây độc quyền
• Mũ Beanie HackLife độc quyền

Một số điều khác sẽ hữu ích:

• Hàn sắt, thuốc hàn và các dụng cụ hàn cơ bản
• Máy tính để chạy GNU Octave và phần mềm khác
• Một pin 9V
• Một cái đầu lạnh cho thể thao Mũ lưỡi trai HackLife

Quan trọng nhất, bạn sẽ cần một cảm giác phiêu lưu, tinh thần hacker, sự kiên nhẫn và sự tò mò. Việc xây dựng và thử nghiệm với thiết bị điện tử, mặc dù rất bổ ích, nhưng đôi khi có thể khó khăn, thử thách và thậm chí khiến bạn nản lòng. Mục tiêu là sự tiến bộ, không phải sự hoàn hảo. Khi bạn kiên trì và tận hưởng cuộc phiêu lưu, bạn có thể thỏa mãn rất nhiều từ sở thích này. Tất cả chúng ta đều thích sống với HackLife, học hỏi công nghệ mới và xây dựng các dự án thú vị. Hãy thực hiện từng bước một cách chậm rãi, chú ý đến các chi tiết và đừng ngại yêu cầu sự giúp đỡ.

Có rất nhiều thông tin cho các thành viên hiện tại và tương lai trong Câu hỏi thường gặp về HackerBoxes.

Bước 2: Sóng

Sóng là một sự nhiễu loạn truyền năng lượng qua vật chất hoặc không gian, với rất ít hoặc không có sự chuyển giao khối lượng liên quan. Sóng bao gồm các dao động hoặc dao động của môi trường vật chất hoặc trường, xung quanh các vị trí tương đối cố định. Từ quan điểm của toán học, sóng, như các hàm của thời gian và không gian, là một loại tín hiệu. (Wikipedia)

Bước 3: GNU Octave

Phần mềm GNU Octave là một nền tảng được ưa chuộng để biểu diễn và thao tác các dạng sóng trong máy tính. Octave có một ngôn ngữ lập trình cấp cao chủ yếu dành cho các phép tính số. Octave hữu ích để thực hiện các thử nghiệm số khác nhau bằng cách sử dụng ngôn ngữ hầu như tương thích với MATLAB. Là một phần của Dự án GNU, Octave là phần mềm miễn phí theo các điều khoản của Giấy phép Công cộng GNU. Octave là một trong những phần mềm thay thế miễn phí chính cho MATLAB, những phần mềm khác là Scilab và FreeMat.

Theo liên kết ở trên để tải xuống và cài đặt Octave cho bất kỳ hệ điều hành nào.

Hướng dẫn: Bắt đầu với Octave

Hướng dẫn bằng video Octave từ DrapsTV:

1. Giới thiệu & Thiết lập
2. Hoạt động cơ bản
3. Tải, lưu và sử dụng dữ liệu
4. Dữ liệu vẽ đồ thị
5. Tuyên bố kiểm soát
6. Chức năng

Mặc dù nằm ngoài phạm vi của chúng tôi ở đây về sóng và xử lý âm thanh cơ bản, bạn có thể tìm thấy một số tài liệu thú vị để làm việc trong Octave bằng cách tìm kiếm các chủ đề MATLAB, chẳng hạn như "DSP TRONG MATLAB" hoặc "MẠNG NEURAL TRONG MATLAB". Nó là một nền tảng rất mạnh mẽ. Hố thỏ khá sâu.

Bước 4: Giao tiếp tín hiệu âm thanh

Tín hiệu tần số âm thanh được tạo trong máy tính có thể được ghép nối với phần cứng bên ngoài bằng cách sử dụng đầu ra loa của card âm thanh. Tương tự, đầu vào micrô của card âm thanh có thể được sử dụng để dễ dàng ghép các tín hiệu tần số âm thanh bên ngoài vào máy tính.

Sử dụng card âm thanh USB là một ý tưởng hay cho các ứng dụng như vậy để tránh làm hỏng mạch âm thanh của bo mạch chủ máy tính của bạn nếu xảy ra sự cố. Một vài cáp vá âm thanh 3,5 mm và mô-đun đột phá 3,5 mm khá hữu ích cho việc giao tiếp mạch, loa và hệ điều hành với các cổng trên card âm thanh USB.

Ngoài việc sử dụng với GNU Octave, có một số dự án thú vị dành cho Máy hiện sóng thẻ âm thanh sẽ cho phép bạn "vẽ" tín hiệu có tần số đủ thấp để lấy mẫu bằng thẻ âm thanh máy tính vi mô.

Bước 5: Tín hiệu âm thanh trong GNU Octave

Octave có một số chức năng xử lý âm thanh thực sự hữu ích.

Những video này (và những video khác) tạo thành Dan Prince là một khởi đầu tuyệt vời:

Video - Tìm hiểu Âm thanh DSP 1: Bắt đầu Tạo Dao động Hình sin

Video - Tìm hiểu âm thanh DSP 2: Dạng sóng cơ bản và lấy mẫu

Bước 6: Kiểm tra âm thanh - Hai tùy chọn

Audio Testbed hữu ích để kiểm tra tín hiệu tần số âm thanh trên hai kênh (âm thanh nổi Trái, Phải hoặc bất kỳ hai tín hiệu nào khác). Đối với mỗi kênh, đầu vào mức dòng có thể được khuếch đại, hiển thị bằng đèn báo mức LED và cuối cùng được điều khiển đến loa âm thanh 40mm.

LỰA CHỌN LẮP RÁP

Tấm thử âm thanh có thể được lắp ráp thành các mô-đun ghép nối riêng biệt hoặc như một nền tảng tích hợp duy nhất. Quyết định tùy chọn bạn thích trước khi bắt đầu lắp ráp và làm theo bước tương ứng trong hướng dẫn này.

BỘ KHUẾCH ĐẠI

Hai bộ khuếch đại âm thanh dựa trên mạch tích hợp LM386 (wiki).

CHỈ SỐ MỨC LED

Hai chỉ số mức dựa trên mạch tích hợp KA2284 (biểu dữ liệu).

Bước 7: Lắp ráp Tùy chọn 1 - Các mô-đun riêng biệt

Khi chọn lắp ráp loa kiểm âm thành các mô-đun ghép nối riêng biệt, chỉ cần lắp ráp hai bộ khuếch đại âm thanh và hai mô-đun chỉ báo mức thành bộ dụng cụ riêng biệt.

BỘ KHUYẾCH ĐẠI ÂM THANH

• Bắt đầu với hai điện trở dọc trục (không phân cực)
• R1 là 1K Ohm (nâu, đen, đen, nâu, nâu)
• R2 là DNP (không điền)
• R10 là 4,7K Ohm (vàng, tím, đen, nâu nâu)
• Tiếp theo lắp hai tụ gốm nhỏ
• C5 và C8 đều là mũ "104" nhỏ (không phân cực)
• Hàn tiếp theo trong ổ cắm DIP 8 chân (lưu ý hướng màn hình lụa)
• Chèn chip SAU KHI ổ cắm đã được hàn
• Ba nắp điện phân C6, C7, C9 bị phân cực
• Đối với mũ lưỡi trai, nửa bóng mờ trên màn lụa là "-" chì (dây ngắn)
• Đèn LED được phân cực với dấu "+" cho dây dài
• Hàn các thành phần còn lại
• Kết nối loa với tiêu đề "SP"
• Nguồn với 3-12V (ví dụ: ngắt micoUSB cho 5V)

CHỈ SỐ MỨC ÂM THANH

• Bắt đầu với hai điện trở dọc trục (không phân cực)
• R1 là 100 Ohms (nâu, đen, đen, đen, nâu)
• R2 là 10K Ohm (nâu, đen, đen, đỏ, nâu)
• KA2284 SIP (gói nội tuyến đơn) được đặt góc ở chân 1
• Đánh dấu SIP cho màn hình lụa hiển thị hộp cho chân 1
• Lưu ý rằng hai mũ C1 và C2 là các giá trị khác nhau
• Khớp chúng với PCB và định hướng dây dài đến lỗ "+"
• Bây giờ D5 là đèn LED màu đỏ, bốn D1-D4 khác có màu xanh lá cây
• Đèn LED được phân cực với dây dài đến lỗ "+"
• Chiết áp tông đơ và các đầu cắm phù hợp như hình minh họa
• Kết nối tín hiệu như đầu vào âm thanh t
• Nguồn với 3,5-12V (ví dụ: đột phá microUSB cho 5V)

Bước 8: Lắp ráp Tùy chọn 2 - Nền tảng tích hợp

Khi chọn lắp ráp loa thử âm thanh làm nền tảng tích hợp, các thành phần chọn từ bốn bộ mô-đun (hai bộ khuếch đại âm thanh và hai chỉ báo mức) được hàn vào PCB thử nghiệm âm thanh độc quyền cùng với hai loa 40mm và bộ ngắt microUSB cho nguồn 5V.

• Bắt đầu với các điện trở dọc trục (không phân cực)
• R2 và R9 là 4,7K Ohm (vàng, tím, đen, nâu, nâu)
• R3 và R10 là DNP (không điền)
• R4 là 1K Ohm (nâu, đen, đen, nâu, nâu)
• R5 và R11 là 100 Ohm (nâu, đen, đen, đen, nâu)
• R6 và R12 là 10K Ohm (nâu, đen, đen, đỏ, nâu)
• Tiếp theo hàn các ổ cắm cho IC1 và IC2
• Chèn chip SAU KHI hàn các ổ cắm
• Hàn tiếp theo bốn nắp gốm nhỏ C4, C5, C10, C11
• Các nắp gốm được đánh dấu "104" và không phân cực
• Chín nắp điện phân được phân cực bằng dấu "+" cho dây dài
• C1 là 1000uF
• C2 và C8 là 100uF
• C3, C6, C9, C12 là 10uF
• C7 và C13 là 2,2uF
• Mười một đèn LED được phân cực
• Dây ngắn "-" đi trong lỗ gần mặt phẳng của hình tròn
• Hai đèn LED màu đỏ đi đến đệm đèn LED ngoài cùng ở mỗi đầu
• Bốn đèn LED bên trong xếp hàng ở mỗi bên có màu xanh lục
• Một đèn LED rõ ràng / xanh lam (từ một Bộ Amp) ở trung tâm
• KA2284 SIP (gói nội tuyến đơn) được đặt góc ở chân 1
• Điểm đột phá USB nằm phẳng trên PCB với các chân thông qua cả hai bảng
• Giắc cắm 3.5mm, xén và chậu lắp như hình trên bo mạch
• Loa keo nóng lên PCB trước khi hàn với các dây dẫn đã được cắt tỉa
• Nguồn thông qua đột phá microUSB (5V)

Bước 9: Bộ tạo tín hiệu

Bộ tạo chức năng có Mạch tích hợp XR2206 (biểu dữ liệu) và vỏ bọc acrylic cắt laser. Nó có khả năng tạo ra tín hiệu đầu ra Sine, Triangle và Square Wave trong dải tần số 1-1, 000, 000 Hz.

Thông số kỹ thuật

• Cung cấp điện áp: Đầu vào 9-12V DC
• Dạng sóng: Hình vuông, Hình sin & Hình tam giác
• Trở kháng: 600 Ohm + 10%
• Tần số: 1Hz - 1MHz

SÓNG HÌNH SIN

• Biên độ: 0 - 3V ở đầu vào 9V DC
• Độ méo: Dưới 1% (ở 1kHz)
• Độ phẳng: + 0,05dB 1Hz - 100kHz

SÓNG VUÔNG

• Biên độ: 8V (không tải) ở đầu vào 9V DC
• Thời gian tăng: Ít hơn 50ns (ở 1kHz)
• Thời gian mùa thu: Ít hơn 30ns (ở 1kHz)
• Đối xứng: Dưới 5% (ở 1kHz)

SÓNG TAM GIÁC

• Biên độ: 0 - 3V ở đầu vào 9V DC
• Độ tuyến tính: Dưới 1% (lên đến 100kHz) 10m

Bước 10: HackLife

Cảm ơn bạn đã tham gia thành viên HackerBox trên toàn cầu Livin 'the HackLife.

Nếu bạn yêu thích phần mềm có thể hack được này và muốn có một hộp đồ điện tử và công nghệ máy tính có thể hack được gửi đến hộp thư của bạn mỗi tháng, vui lòng tham gia cuộc cách mạng bằng cách lướt qua HackerBoxes.com và đăng ký để nhận hộp bất ngờ hàng tháng của chúng tôi.

Tiếp cận và chia sẻ thành công của bạn trong các bình luận bên dưới hoặc trên Trang Facebook HackerBoxes. Chắc chắn hãy cho chúng tôi biết nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào hoặc cần trợ giúp về bất cứ điều gì. Cảm ơn bạn đã là một phần của HackerBoxes!