HackerBox 0037: WaveRunner: 10 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Este mes, los hackers de HackerBox están explorando señales de ondas y bancos de pruebas de procesamiento de señales de audio dentro de entornos informáticos digitales, así como instrumentos de prueba electrónicos analógicos. Este Instructable contiene información para comenzar con HackerBox # 0037, que se puede comprar aquí hasta agotar existencias. Además, si desea recibir un HackerBox como este en su buzón cada mes, suscríbase en HackerBoxes.com y únase a la revolución.

Temas y objetivos de aprendizaje para HackerBox 0037:

• Instalar y configurar el software GNU Octave
• Representar y manipular señales de ondas dentro de una computadora.
• Explore la funcionalidad de procesamiento de audio de GNU Octave
• Acople señales de audio entre una computadora y hardware externo
• Ensamble bancos de prueba de audio usando amplificadores e indicadores de nivel
• Construya un generador de señales de múltiples formas de onda de 1MHz

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¡HACKE EL PLANETA

Paso 1: HackerBox 0037: Contenido de la caja

• Kit generador de señal XR2206
• Caja acrílica cortada con láser para generador de señal
• PCB de banco de pruebas de audio exclusivo
• Dos kits de amplificador de audio LM386
• Dos kits de indicadores de nivel de audio KA2284
• Tarjeta de sonido USB
• Dos altavoces de 40 mm y 3 W
• Juego de cables de pinza de cocodrilo
• Dos cables de conexión de audio de 3,5 mm
• Dos módulos de conexión de audio de 3,5 mm
• Módulo de conexión microUSB
• Clip de batería de 9V con barril para generador de señal
• Calcomanía exclusiva de Cloud Computing
• Gorro Beanie exclusivo de HackLife

Algunas otras cosas que serán útiles:

• Soldador, soldadura y herramientas de soldadura básicas
• Computadora para ejecutar GNU Octave y otro software
• Una batería de 9V
• Una cabeza genial para lucir un gorro HackLife Beanie

Lo más importante es que necesitará sentido de la aventura, espíritu hacker, paciencia y curiosidad. Construir y experimentar con la electrónica, aunque es muy gratificante, puede ser complicado, desafiante e incluso frustrante en ocasiones. El objetivo es el progreso, no la perfección. Cuando persiste y disfruta de la aventura, se puede derivar una gran satisfacción de este pasatiempo. Todos disfrutamos viviendo HackLife, aprendiendo nuevas tecnologías y construyendo proyectos interesantes. Dé cada paso lentamente, preste atención a los detalles y no tema pedir ayuda.

Hay una gran cantidad de información para miembros actuales y potenciales en las preguntas frecuentes de HackerBoxes.

Paso 2: ondas

Una onda es una perturbación que transfiere energía a través de la materia o el espacio, con poca o ninguna transferencia de masa asociada. Las ondas consisten en oscilaciones o vibraciones de un medio físico o un campo, alrededor de lugares relativamente fijos. Desde la perspectiva de las matemáticas, las ondas, como funciones del tiempo y el espacio, son una clase de señales. (Wikipedia)

Paso 3: GNU Octave

El software GNU Octave es una plataforma preferida para representar y manipular formas de onda dentro de una computadora. Octave presenta un lenguaje de programación de alto nivel diseñado principalmente para cálculos numéricos. Octave es útil para realizar varios experimentos numéricos utilizando un lenguaje que es principalmente compatible con MATLAB. Como parte del Proyecto GNU, Octave es software libre bajo los términos de la Licencia Pública General GNU. Octave es una de las principales alternativas gratuitas a MATLAB, otras son Scilab y FreeMat.

Siga el enlace anterior para descargar e instalar Octave para cualquier sistema operativo.

Tutorial: Introducción a Octave

Tutoriales en video de Octave de DrapsTV:

1. Introducción y configuración
2. Operaciones básicas
3. Cargar, guardar y usar datos
4. Trazar datos
5. Declaraciones de control
6. Funciones

Si bien está fuera de nuestro alcance aquí de ondas básicas y procesamiento de audio, puede encontrar material alucinante para trabajar en Octave buscando temas de MATLAB como "DSP IN MATLAB" o "NEURAL NETWORKS IN MATLAB". Es una plataforma muy poderosa. La madriguera del conejo es bastante profunda.

Paso 4: Interfaz de señal de audio

Las señales de frecuencia de audio creadas dentro de una computadora se pueden acoplar a hardware externo utilizando la salida de altavoz de una tarjeta de sonido. De manera similar, la entrada de micrófono de una tarjeta de sonido se puede usar para acoplar fácilmente señales de frecuencia de audio externas a una computadora.

El uso de una tarjeta de sonido USB es una buena idea para este tipo de aplicaciones para evitar dañar los circuitos de audio de la placa base de su computadora en caso de que algo salga mal. Un par de cables de conexión de audio de 3,5 mm y módulos de conexión de 3,5 mm son bastante útiles para conectar circuitos, altavoces y sistemas operativos con los puertos de la tarjeta de sonido USB.

Además de usar con GNU Octave, hay algunos proyectos interesantes flotando para los osciloscopios de tarjetas de sonido que le permitirán "trazar" señales de una frecuencia suficientemente baja para ser muestreadas por una tarjeta de sonido de microcomputadora.

Paso 5: Señales de audio en GNU Octave

Octave tiene una funcionalidad de procesamiento de audio realmente útil.

Estos videos (y otros) de Dan Prince son un gran comienzo:

Video: Aprenda audio DSP 1: Introducción a la creación de un oscilador sinusoidal

Video - Aprenda audio DSP 2: Formas de onda básicas y muestreo

Paso 6: banco de pruebas de audio: dos opciones

El banco de pruebas de audio es útil para escuchar señales de frecuencia de audio en dos canales (estéreo izquierdo, derecho o cualquier otra señal). Para cada canal, se puede amplificar una entrada de nivel de línea, visualizar mediante un indicador de nivel LED y, finalmente, conducir a un altavoz de audio de 40 mm.

OPCIONES DE MONTAJE

El banco de pruebas de audio se puede ensamblar como módulos acoplados separados o como una única plataforma integrada. Decida qué opción prefiere antes de comenzar el ensamblaje y siga el paso correspondiente en esta guía.

AMPLIFICADOR

Los dos amplificadores de audio se basan en el circuito integrado LM386 (wiki).

INDICADOR DE NIVEL LED

Los dos indicadores de nivel se basan en el circuito integrado KA2284 (hoja de datos).

Paso 7: Opción de ensamblaje 1 - Módulos separados

Cuando opte por ensamblar el banco de pruebas de audio como módulos acoplados separados, simplemente ensamble los dos módulos de amplificador de audio y dos indicadores de nivel como kits separados.

AMPLIFICADOR DE AUDIO

• Comience con las dos resistencias axiales (no polarizadas)
• R1 es 1K Ohm (marrón, negro, negro, marrón, marrón)
• R2 es DNP (no completar)
• R10 es de 4,7 K ohmios (amarillo, morado, negro, marrón marrón)
• A continuación, instale los dos pequeños condensadores cerámicos.
• C5 y C8 son tapas pequeñas "104" (no polarizadas)
• Siguiente soldadura en el zócalo DIP de 8 pines (tenga en cuenta la orientación de la serigrafía)
• Inserte el chip DESPUÉS de que se haya soldado el zócalo
• Las tres tapas electrolíticas C6, C7, C9 están polarizadas
• Para gorras, la mitad sombreada en la serigrafía es "-" de plomo (cable corto)
• El LED está polarizado con la marca "+" para el cable largo
• Suelde los componentes restantes
• Conecte el altavoz al encabezado "SP"
• Alimentación con 3-12V (ejemplo: ruptura micoUSB para 5V)

INDICADOR DE NIVEL DE AUDIO

• Comience con las dos resistencias axiales (no polarizadas)
• R1 es de 100 ohmios (marrón, negro, negro, negro, marrón)
• R2 es 10K Ohm (marrón, negro, negro, rojo, marrón)
• El KA2284 SIP (paquete en línea único) está en ángulo en el pin 1
• La marca SIP para la serigrafía muestra un recuadro para el pin 1
• Tenga en cuenta que las dos mayúsculas C1 y C2 son valores diferentes
• Hágalos coincidir con la PCB y oriente el cable largo hacia el orificio "+"
• Ahora D5 es LED rojo, otros cuatro D1-D4 son verdes
• Los LED están polarizados con un cable largo al orificio "+"
• El potenciómetro de ajuste y los cabezales encajan como se muestra
• Conecte la señal como la entrada de audio t
• Alimentación con 3,5-12 V (ejemplo: ruptura microUSB para 5 V)

Paso 8: Opción de montaje 2 - Plataforma integrada

Al optar por ensamblar el banco de pruebas de audio como una plataforma integrada, los componentes seleccionados de los cuatro kits de módulos (dos amplificadores de audio y dos indicadores de nivel) se sueldan al PCB exclusivo del banco de pruebas de audio junto con dos altavoces de 40 mm y una conexión microUSB para alimentación de 5V.

• Comience con las resistencias axiales (no polarizadas)
• R2 y R9 son de 4,7 K ohmios (amarillo, morado, negro, marrón, marrón)
• R3 y R10 son DNP (no completar)
• R4 es 1K Ohm (marrón, negro, negro, marrón, marrón)
• R5 y R11 son de 100 ohmios (marrón, negro, negro, negro, marrón)
• R6 y R12 son 10K Ohm (marrón, negro, negro, rojo, marrón)
• Luego suelde los enchufes para IC1 e IC2
• Inserte los chips DESPUÉS de que se suelden los enchufes
• A continuación suelde cuatro tapas cerámicas pequeñas C4, C5, C10, C11
• Las tapas de cerámica están marcadas con "104" y no están polarizadas.
• Las nueve tapas electrolíticas están polarizadas con un "+" para el cable largo.
• C1 es 1000uF
• C2 y C8 son 100uF
• C3, C6, C9, C12 son 10uF
• C7 y C13 son 2.2uF
• Los once LED están polarizados
• El cable corto "-" va en el orificio cerca del lado plano del círculo.
• Dos LED rojos van a la almohadilla LED más externa en cada extremo
• Los cuatro LED internos alineados a cada lado son verdes
• Un solo LED transparente / azul (de un kit de amplificador) está en el centro
• El KA2284 SIP (paquete en línea único) está en ángulo en el pin 1
• La salida USB se encuentra plana en PCB con pines a través de ambas placas
• El conector de 3,5 mm, los recortadores y las ollas se instalan como se muestra a bordo
• Pegue los altavoces con pegamento caliente en la PCB antes de soldarlos con los cables recortados
• Energía a través de una salida microUSB (5V)

Paso 9: generador de señales

El kit generador de funciones cuenta con un circuito integrado XR2206 (hoja de datos) y una carcasa acrílica cortada con láser. Es capaz de generar señales de salida de onda sinusoidal, triangular y cuadrada en el rango de frecuencia de 1-1, 000, 000 Hz.

Especificaciones

• Suministro de voltaje: entrada de 9-12 V CC
• Formas de onda: cuadrada, sinusoidal y triangular
• Impedancia: 600 ohmios + 10%
• Frecuencia: 1 Hz - 1 MHz

ONDA SINUSOIDAL

• Amplitud: 0 - 3 V a entrada de 9 V CC
• Distorsión: menos del 1% (a 1 kHz)
• Planitud: + 0.05dB 1Hz - 100kHz

OLA CUADRADA

• Amplitud: 8 V (sin carga) a una entrada de 9 V CC
• Tiempo de subida: menos de 50 ns (a 1 kHz)
• Tiempo de caída: menos de 30 ns (a 1 kHz)
• Simetría: menos del 5% (a 1 kHz)

ONDA TRIÁNGULO

• Amplitud: 0 - 3 V a entrada de 9 V CC
• Linealidad: menos del 1% (hasta 100 kHz) 10 m

Paso 10: HackLife

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