Программа Сервисный Центр
0

Анализатор спектра в реальном времени на PIC18F4550. Часть 1. Схемотехническое решение


Проект демонстрирует реализацию анализатора спектра звуковых частот на 8-разрядном микроконтроллере PIC18F4550 производства компании Microchip. Анализ спектра выполняется при помощи оптимизированного алгоритма быстрого преобразования Фурье (Fast Fourier Transformation, FFT), написанного полностью на языке Си. Визуализация данных (спектра) в реальном времени осуществляется на графическом ЖК дисплее с разрешением 128×64 точки.
Анализатор спектра в реальном времени на PIC18F4550. Часть 1. Схемотехническое решение
Основные характеристики: частота дискретизации 20 кГц; диапазон частот 312 Гц – 10 кГц; скорость отображения 10 кадров в секунду; разрешение дисплея 128×64 точки; Аппаратная часть Принципиальная схема устройства
Анализатор спектра в реальном времени на PIC18F4550. Часть 1. Схемотехническое решение
Кликните для увеличения Для вычисления значений по алгоритму быстрого преобразования Фурье в диапазоне звуковых частот необходимо должным образом подготовить сигнал для дальнейшей обработки микроконтроллером. PIC18F4550 имеет встроенный многоканальный АЦП, который может использоваться для измерения напряжения в диапазоне 0 В – 5 В с 10-битным разрешением (0-1023). Основные характеристики микроконтроллера: ядро PIC18, рабочая частота до 48 МГц; 32 КБайт Flash-память программ; 2 КБайт RAM; один 8-разрядный таймер, три 16-разрядных таймера; USB интерфейс, SPI интерфейс; 13-канальный 10-битный АЦП; до 35 линий ввода/вывода общего назначения. Звуковой сигнал с линейного выхода аудиоустройства представляет собой переменный сигнал, волну с амплитудой около 1 В. Осциллограмма ниже наглядно отображает звуковой сигнал синусоидальной формы частотой 5 кГц (контрольная точка на схеме W2).
Анализатор спектра в реальном времени на PIC18F4550. Часть 1. Схемотехническое решение
Если такой сигал подать непосредственно на вход АЦП микроконтроллера, мы получим лишь малый диапазон значений входного напряжения (0 В – 0.5 В), т.е. мы получим значения лишь верхней волны и вычисление алгоритма FFT будет неверным. Для того, чтобы получить верные вычисления, нам необходимо над исходным сигналом проделать некоторые действия. Сперва необходимо усилить сигнал с целью использования всего рабочего диапазона АЦП микроконтроллера (0 В – 5 В). На втором этапе нам необходимо сместить сигнал на 2.5 В («виртуальный» 0), чтобы АЦП мог захватить все значения аналогового сигнала. Таким образом микроконтроллер сможет делать выборки положительной и отрицательной полуволны сигнала. С этой целью в устройстве применен простой усилитель на микросхеме LM386-1 – решаем первое условие – усиление сигнала. Питание усилителя осуществляется напряжением +5 В, и благодаря этому, мы выполняем второе условие – положительное смещение сигнала. С этой же целью допустимо использование rail-to-rail операционного усилителя (ОУ c размахом выходного сигнала, равным напряжению питания). Осциллограмма ниже демонстрирует форму сигнала после усилителя LM386-1 (контрольная точка на схеме W3).
Анализатор спектра в реальном времени на PIC18F4550. Часть 1. Схемотехническое решение
Устройство имеет стерео вход J4, однако при помощи двух резисторов (R1, R2) номиналом 10 кОм проводится смешивание двух сигналов. С помощью потенциометра R3 возможно регулирование амплитуды сигнала. Выходной сигнал с усилителя проходит через простой RC фильтр 10 кГц, и результирующий сигнал поступает на вход АЦП микроконтроллера. RC фильтр 10 кГц в нашем случае применен в качестве фильтра «сглаживания» для FFT, который не может корректно обнаружить сигнал с частотой выше 10 кГц. Стоит отметить: RC фильтр – самый простой фильтр и очень неэффективный, но данный тип фильтра был выбран из-за простоты реализации, т.к. требуется все два пассивных элемента. Пользователи могут самостоятельно заменить данную часть схемы, например на фильтр с использованием операционного усилителя. Для отображения данных используется графический ЖК дисплей ATM12864D, выполненный на базе контроллеров KS0108B и KS0107B. Дисплей подключается непосредственно к микроконтроллеру по 8-битной шине. Дополнительно имеются три светодиода, которые используются в тестовом режиме преобразования «музыка-свет». Две кнопки SW1 и SW2 предназначены для переключения режимов отображения. Второй разъем J5 предназначен для реализации сквозного канала (например, для подключения наушников). Разъем J2 предназначен для подключения программатора и внутрисхемного программирования микроконтроллера. Для питания схемы применен регулятор напряжения LM7805. Разработанная односторонняя печатная плата рассчитана на применение и установку компонентов со штыревыми выводами.
Анализатор спектра в реальном времени на PIC18F4550. Часть 1. Схемотехническое решение
Кликните для увеличения Однако принципиальная схема устройства не сложная и позволяет собрать ее на макетной плате. Возможно применение другого микроконтроллера, программно совместимого с PIC18F4550 (например, PIC18F2550). Демонстрация работы анализатора спектра на микроконтроллере PIC18F4550 Загрузки Принципиальная схема и печатная плата (формат expressSCH и expressPCB) - скачать Во второй части статьи мы познакомимся с основными моментами в работе программного обеспечения микроконтроллера.

По материалам сайта www.rlocman.ru

 
 
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.
 
Обратная связь

Наши партнеры

 

Опросы

Есть ли справедливость в жизни?
Конечно есть, уверен!
Вроде как должна быть, но...
Затрудняюсь ответить...
Какая справедливость? О чем Вы?
Эх.., нет правды на свете!

 

Облако тегов

Требуется для просмотраFlash Player 9 или выше.

Показать все теги
 

Календарь публикаций

«    Декабрь 2016    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
 
 

Архив новостей

Декабрь 2016 (5)
Ноябрь 2016 (42)
Октябрь 2016 (34)
Сентябрь 2016 (38)
Август 2016 (34)
Июль 2016 (36)
 
Наверх Сервисные мануалы Даташиты Ремонт LCD, ЖК телевизоров LG Samsung Скрипт программы "Сервисный центр"