HackerBox 0037: WaveRunner - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Diesen Monat untersuchen HackerBox-Hacker Testumgebungen für Wellensignale und Audiosignalverarbeitung in digitalen Computerumgebungen sowie analoge elektronische Testinstrumente. Dieses Instructable enthält Informationen für die ersten Schritte mit HackerBox # 0037, die hier gekauft werden können, solange der Vorrat reicht. Wenn Sie jeden Monat eine solche HackerBox direkt in Ihre Mailbox erhalten möchten, abonnieren Sie bitte HackerBoxes.com und schließen Sie sich der Revolution an!

Themen und Lernziele für HackerBox 0037:

• Installieren und konfigurieren Sie die GNU Octave-Software
• Wellensignale in einem Computer darstellen und manipulieren
• Entdecken Sie die Audioverarbeitungsfunktionen von GNU Octave
• Koppeln Sie Audiosignale zwischen einem Computer und externer Hardware
• Bauen Sie Audio-Testbeds mit Verstärkern und Pegelanzeigen zusammen
• Konstruieren Sie einen 1-MHz-Mehrwellenform-Signalgenerator

HackerBoxes ist der monatliche Abo-Box-Service für DIY-Elektronik und Computertechnik. Wir sind Bastler, Macher und Experimentatoren. Wir sind die Träumer der Träume.

HACK DEN PLANETEN

Schritt 1: HackerBox 0037: Lieferumfang

• XR2206 Signalgenerator-Kit
• Lasergeschnittenes Acrylgehäuse für Signalgenerator
• Exklusive Audio Testbed PCB
• Zwei LM386 Audioverstärker-Kits
• Zwei KA2284 Audiopegelanzeige-Kits
• USB-Soundkarte
• Zwei 40-mm-3W-Lautsprecher
• Satz Krokodilklemmenkabel
• Zwei 3,5-mm-Audio-Patchkabel
• Zwei 3,5-mm-Audio-Breakout-Module
• microUSB Breakout-Modul
• 9V Batterieclip mit Lauf für Signalgenerator
• Exklusives Cloud-Computing-Aufkleber
• Exklusive HackLife Beanie Mütze

Einige andere Dinge, die hilfreich sein werden:

• Lötkolben, Lötzinn und grundlegende Lötwerkzeuge
• Computer zum Ausführen von GNU Octave und anderer Software
• Eine 9V Batterie
• Ein kühler Kopf für die sportliche HackLife Beanie Mütze

Am wichtigsten sind Abenteuerlust, Hackergeist, Geduld und Neugier. Das Bauen und Experimentieren mit Elektronik ist zwar sehr lohnend, kann jedoch knifflig, herausfordernd und manchmal sogar frustrierend sein. Das Ziel ist Fortschritt, nicht Perfektion. Wenn man hartnäckig bleibt und das Abenteuer genießt, kann man viel Befriedigung aus diesem Hobby ziehen. Wir alle genießen es, das HackLife zu leben, neue Technologien zu lernen und coole Projekte zu bauen. Machen Sie jeden Schritt langsam, achten Sie auf die Details und haben Sie keine Angst, um Hilfe zu bitten.

In den HackerBoxes FAQ finden Sie eine Fülle von Informationen für aktuelle und zukünftige Mitglieder.

Schritt 2: Wellen

Eine Welle ist eine Störung, die Energie durch Materie oder Raum überträgt, mit geringer oder keiner damit verbundenen Massenübertragung. Wellen bestehen aus Schwingungen oder Schwingungen eines physikalischen Mediums oder eines Feldes um relativ feste Orte. Aus mathematischer Sicht sind Wellen als Funktionen von Zeit und Raum eine Klasse von Signalen. (Wikipedia)

Schritt 3: GNU-Oktave

Die GNU Octave-Software ist eine bevorzugte Plattform zum Darstellen und Manipulieren von Wellenformen innerhalb eines Computers. Octave verfügt über eine höhere Programmiersprache, die hauptsächlich für numerische Berechnungen gedacht ist. Octave ist nützlich, um verschiedene numerische Experimente mit einer Sprache durchzuführen, die größtenteils mit MATLAB kompatibel ist. Als Teil des GNU-Projekts ist Octave freie Software unter den Bedingungen der GNU General Public License. Octave ist eine der wichtigsten kostenlosen Alternativen zu MATLAB, andere sind Scilab und FreeMat.

Folgen Sie dem obigen Link, um Octave für jedes Betriebssystem herunterzuladen und zu installieren.

Tutorial: Erste Schritte mit Octave

Octave-Video-Tutorials von DrapsTV:

1. Einführung & Einrichtung
2. Grundoperationen
3. Laden, Speichern und Verwenden von Daten
4. Plotten von Daten
5. Kontrollanweisungen
6. Funktionen

Während wir hier außerhalb unseres Rahmens der grundlegenden Wellen- und Audioverarbeitung liegen, können Sie in Octave einiges überwältigendes Material finden, an dem Sie arbeiten können, indem Sie MATLAB-Themen wie "DSP IN MATLAB" oder "NEURAL NETWORKS IN MATLAB" durchsuchen. Es ist eine sehr leistungsstarke Plattform. Das Kaninchenloch geht ziemlich tief.

Schritt 4: Audiosignalschnittstelle

In einem Computer erzeugte Audiofrequenzsignale können über den Lautsprecherausgang einer Soundkarte an externe Hardware gekoppelt werden. Ebenso kann der Mikrofoneingang einer Soundkarte verwendet werden, um externe Tonfrequenzsignale problemlos in einen Computer einzukoppeln.

Die Verwendung einer USB-Soundkarte ist für solche Anwendungen eine gute Idee, um zu verhindern, dass die Audioschaltung Ihres Computer-Motherboards beschädigt wird, falls etwas schief geht. Ein paar 3,5-mm-Audio-Patchkabel und 3,5-mm-Breakout-Module sind sehr nützlich, um Schaltkreise, Lautsprecher und andere Geräte mit den Anschlüssen der USB-Soundkarte zu verbinden.

Zusätzlich zur Verwendung mit GNU Octave gibt es einige coole Projekte für Soundkarten-Oszilloskope, mit denen Sie Signale mit ausreichend niedriger Frequenz "aufzeichnen" können, um von einer Mikrocomputer-Soundkarte abgetastet zu werden.

Schritt 5: Audiosignale in GNU Octave

Octave hat einige wirklich nützliche Audioverarbeitungsfunktionen.

Dieses Video (und andere) von Dan Prince sind ein guter Anfang:

Video - Lernen Sie Audio DSP 1: Erste Schritte bei der Herstellung eines Sinusoszillators

Video - Lernen Sie Audio DSP 2: Grundlegende Wellenformen und Sampling

Schritt 6: Audio Testbed - Zwei Optionen

Das Audio Testbed eignet sich zum Vorhören von Audiofrequenzsignalen auf zwei Kanälen (Stereo links, rechts oder zwei beliebige andere Signale). Für jeden Kanal kann ein Line-Level-Eingang verstärkt, durch eine LED-Pegelanzeige visualisiert und schließlich an einen 40-mm-Audiolautsprecher angesteuert werden.

MONTAGEOPTIONEN

Das Audio-Testbed kann als separate gekoppelte Module oder als einzelne integrierte Plattform zusammengestellt werden. Entscheiden Sie, welche Option Sie bevorzugen, bevor Sie mit der Montage beginnen, und befolgen Sie die entsprechenden Schritte in dieser Anleitung.

VERSTÄRKER

Die beiden Audioverstärker basieren auf dem integrierten Schaltkreis LM386 (Wiki).

LED-NIVEAUANZEIGE

Die beiden Füllstandsanzeigen basieren auf dem integrierten Schaltkreis KA2284 (Datenblatt).

Schritt 7: Montageoption 1 - Separate Module

Wenn Sie den Audioprüfstand als separate gekoppelte Module zusammenbauen möchten, montieren Sie einfach die beiden Audioverstärker- und zwei Pegelanzeigemodule als separate Kits.

AUDIO-VERSTÄRKER

• Beginnen Sie mit den beiden axialen Widerständen (nicht gepolt)
• R1 ist 1K Ohm (braun, schwarz, schwarz, braun, braun)
• R2 ist DNP (nicht auffüllen)
• R10 ist 4,7K Ohm (gelb, lila, schwarz, braunbraun)
• Als nächstes installieren Sie die beiden kleinen Keramikkondensatoren
• C5 und C8 sind beide kleine "104" Kappen (nicht polarisiert)
• Nächstes Löten in der 8-Pin-DIP-Buchse (Siebdruck-Ausrichtung beachten)
• Setzen Sie den Chip ein, NACHDEM der Sockel gelötet wurde
• Die drei Elektrolytkappen C6, C7, C9 sind polarisiert
• Bei Kappen ist die schattierte Hälfte auf dem Siebdruck "-" Blei (kurzer Draht)
• Die LED ist polarisiert mit "+" Markierung für den langen Draht
• Löten Sie die restlichen Komponenten
• Verbinden Sie den Lautsprecher mit dem "SP"-Header
• Stromversorgung mit 3-12V (Beispiel: micoUSB Breakout für 5V)

AUDIOPEGELANZEIGE

• Beginnen Sie mit den beiden Axialwiderständen (nicht gepolt)
• R1 ist 100 Ohm (braun, schwarz, schwarz, schwarz, braun)
• R2 ist 10K Ohm (braun, schwarz, schwarz, rot, braun)
• Das KA2284 SIP (Single Inline Package) ist an Pin 1. abgewinkelt
• Die SIP-Kennzeichnung für den Siebdruck zeigt ein Kästchen für Pin 1
• Beachten Sie, dass die beiden Kappen C1 und C2 unterschiedliche Werte sind
• Passen Sie sie an die Leiterplatte an und richten Sie den langen Draht auf das "+" -Loch aus
• Jetzt ist D5 rote LED, die anderen vier D1-D4 sind grün
• LEDs sind mit langem Draht zum "+" Loch polarisiert
• Das Trimmerpotentiometer und die Header passen wie abgebildet
• Schließen Sie ein Signal wie den Audioeingang an
• Stromversorgung mit 3,5-12V (Beispiel: microUSB Breakout für 5V)

Schritt 8: Montageoption 2 - Integrierte Plattform

Wenn Sie sich für den Aufbau des Audio-Testbeds als integrierte Plattform entscheiden, werden ausgewählte Komponenten aus den vier Modul-Kits (zwei Audioverstärker und zwei Pegelanzeigen) zusammen mit zwei 40-mm-Lautsprechern und einem microUSB-Breakout für 5V-Strom auf die exklusive Audio-Testbed-Platine gelötet.

• Beginnen Sie mit den axialen Widerständen (nicht polarisiert)
• R2 und R9 sind 4,7K Ohm (gelb, lila, schwarz, braun, braun)
• R3 und R10 sind DNP (nicht auffüllen)
• R4 ist 1K Ohm (braun, schwarz, schwarz, braun, braun)
• R5 und R11 sind 100 Ohm (braun, schwarz, schwarz, schwarz, braun)
• R6 und R12 sind 10K Ohm (braun, schwarz, schwarz, rot, braun)
• Als nächstes löten Sie die Sockel für IC1 und IC2
• Chips einsetzen NACHDEM die Sockel gelötet sind
• Als nächstes löten Sie vier kleine Keramikkappen C4, C5, C10, C11
• Die Keramikkappen sind mit "104" gekennzeichnet und nicht polarisiert
• Die neun Elektrolytkappen sind mit einem "+" für den langen Draht polarisiert
• C1 ist 1000uF
• C2 und C8 sind 100uF
• C3, C6, C9, C12 sind 10uF
• C7 und C13 sind 2,2 uF
• Die elf LEDs sind polarisiert
• Der kurze Draht "-" geht in das Loch nahe der flachen Seite des Kreises
• Zwei rote LEDs gehen an jedem Ende zum äußersten LED-Pad
• Die vier auf jeder Seite aufgereihten inneren LEDs sind grün
• Eine einzelne klare/blaue LED (aus einem Amp Kit) befindet sich in der Mitte
• Das KA2284 SIP (Single Inline Package) ist an Pin 1. abgewinkelt
• Der USB-Breakout liegt flach auf der Platine mit Pins durch beide Boards
• Die 3,5-mm-Buchse, Trimmer und Potis werden wie an Bord gezeigt installiert
• Heißklebe-Lautsprecher auf PCB vor dem Löten mit abgeschnittenen Kabeln
• Stromversorgung über microUSB-Breakout (5V)

Schritt 9: Signalgenerator

Das Funktionsgenerator-Kit enthält einen integrierten XR2206-Schaltkreis (Datenblatt) und ein lasergeschnittenes Acrylgehäuse. Es ist in der Lage, Sinus-, Dreieck- und Rechteckwellen-Ausgangssignale im Frequenzbereich von 1 bis 1.000.000 Hz zu erzeugen.

Spezifikationen

• Spannungsversorgung: 9-12V DC Eingang
• Wellenformen: Rechteck, Sinus und Dreieck
• Impedanz: 600 Ohm + 10%
• Frequenz: 1Hz – 1MHz

SINUS

• Amplitude: 0 – 3V bei 9V DC-Eingang
• Verzerrung: Weniger als 1% (bei 1kHz)
• Flachheit: +0,05dB 1Hz – 100kHz

RECHTECKSCHWINGUNG

• Amplitude: 8V (ohne Last) bei 9V DC-Eingang
• Anstiegszeit: Weniger als 50 ns (bei 1 kHz)
• Abfallzeit: Weniger als 30 ns (bei 1 kHz)
• Symmetrie: Weniger als 5% (bei 1kHz)

DREIECKWELLE

• Amplitude: 0 – 3V bei 9V DC-Eingang
• Linearität: Weniger als 1% (bis 100kHz) 10m

Schritt 10: HackLife

Vielen Dank, dass Sie sich HackerBox-Mitgliedern auf der ganzen Welt angeschlossen haben.

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