EISE4-project: leer hoe u een apparaat voor spraakmodulatie kunt realiseren: 6 stappen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

In deze instructable doorloop je alle verschillende stappen om een apparaat te realiseren dat geluidseffecten toevoegt (een vertraging en een echo). Dit apparaat bestaat voornamelijk uit een microfoon, een DE0 Nano SoC-bord, een luidspreker, een scherm en een infraroodsensor. Afhankelijk van de afstand die je van de infraroodsensor afstaat, ontstaat er een effect. Het scherm is hier om de FFT af te drukken.

We hebben een De0 Nano SoC-bord gebruikt en er zijn twee PCB's op aangesloten. Dit zijn analoge circuits waarop we elk onderdeel hebben gelast dat we nodig hebben.

Stap 1: Architectuur

Dit is de architectuur waar we eerst aan dachten voordat we aan het project begonnen. We kregen eerst de microfoon die de signaalacquisitie realiseert, die vervolgens wordt versterkt met de spanningsversterker. Het wordt vervolgens verbonden met de ADC-pin van het DE0 Nano Soc-bord, dat de FFT berekent en op een scherm afdrukt. De uitgangen van het bord worden vervolgens aangesloten op een DAC, voordat ze worden versterkt en aangesloten op de luidspreker.

Op dit punt van het project hebben we niet nagedacht over het gebruik van een infraroodsensor, die we later in het project hebben opgenomen.

Stap 2: Materialen

Om dit project te realiseren hebben we de volgende onderdelen gebruikt:

- Microfoon

- Luidspreker

- DE0 Nano Soc-bord

- Analoog-naar-digitaal-omzetter (geïntegreerd in het DE0 Nano Soc-bord)

- Digitaal-naar-analoog-omzetter (MCP4821)

- Audio-eindversterker (LM386N-1)

- Spanningsversterker met automatische versterkingsregeling

- Spanningsregelaar die -5V genereert (MAX764)

- Infraroodsensor (GP2Y0E02A)

- Zonne-energie die 5V opwekt (voeding)

- Scherm (dat de FFT afdrukt)

Stap 3: Eerste PCB - Vóór De0 Nano SoC

Dit eerste analoge circuit bevat de microfoon (MC1), de spanningsversterker met automatische versterkingsregeling (het deel van het circuit dat is aangesloten op de operationele versterker) en de spanningsregelaar die -5V genereert (MAX764).

Eerst vangt de microfoon het geluid op, daarna wordt het geluid versterkt met de spanningsversterker; de spanning gaat van ongeveer 16mV naar 1,2V. De spanningsregelaar is hier alleen om de operationele versterker te voeden.

De output van het hele circuit is gerelateerd aan de ADC-pin van het DE0 Nano Soc-bord.

Stap 4: Tweede PCB - Na het De0 Nano SoC-bord

De ingangen van dit tweede analoge circuit zijn verbonden met verschillende pinnen van het DE0 Nano Soc-bord, de CS-, SCK- en SDI-pinnen. Deze ingangen worden vervolgens aangesloten op de DAC (MCP4821), die vervolgens wordt aangesloten op de Audio Power Amplifier (LM386N-1). Eindelijk hebben we de luidspreker.

Dit hele circuit wordt geleverd met 5V afkomstig van het DE0 Nano Soc-bord en de aarde is verbonden met de DE0 Nano Soc's en met de aarde van de eerste PCB.

Stap 5: Communicatie tussen PCB en De0 Nano SoC

Het signaal dat van de microfoon komt wordt aangesloten op de ADC van de kaart. De ADC is aangesloten op de HPS en we hebben een NIOS II die wordt gebruikt om het scherm aan te sturen. Om te communiceren gebruiken de HPS en de NIOS II een gedeeld geheugen. We hebben een C-code in de HPS die waarden ontvangt van de ADC en enkele effecten op het geluid heeft. Het resultaat wordt dan via een SPI-draad die op een GPIO van de kaart is aangesloten naar de volgende print gestuurd. We hebben ook een C-code die tegelijkertijd in de NIOS II draait. Dit programma is er om het scherm te besturen en een FFT-spectrum te tonen.

Stap 6: Hoe maak je geluidseffecten met infraroodsensor?

In dit project gebruiken we slechts één geluidseffect, namelijk geluidsvertraging. Om dit effect te activeren, hebben we besloten om de infraroodsensor te gebruiken. De sensor die is aangesloten op de geïntegreerde ADC van de kaart heeft een waarde tussen 60 en 3300. We hebben een waarde in de buurt van 3300 als we in de buurt van de sensor zijn en we hebben een waarde in de buurt van 60 als we er ver van verwijderd zijn. We hebben ervoor gekozen om de vertraging alleen te activeren als de waarde hoger is dan 1800, anders wordt het geluid rechtstreeks naar de SPI gestuurd.