Musica leggera su un microcontrollore. Progetti LED RGB su MK Tsvetomuzika su pic16f628a

Quando sei bambino, l'erba è più verde
e il sole è più luminoso e l'aria è più pulita
Saggezza popolare

Ricordo che quando ero adolescente e andavo in un club radiofonico, i ragazzi dicevano con un soffio: “Vorrei che potessimo collezionare musica a colori…”. Mio zio, anche lui radioamatore, mi ha mostrato un diagramma musicale a colori. Allora sembrava qualcosa di assolutamente incredibilmente complicato.
In generale, nella comunità dei radioamatori sovietici, la musica a colori era un simbolo. Se sei un giovane radioamatore e hai messo insieme della musica a colori, allora inizi ad andare in giro con il naso per aria e ti consideri senza fondamento un professionista (e se capisci ancora perché e come funziona, allora non saluti a chiunque). Ogni radioamatore che si rispetti doveva ritirarlo, altrimenti è un perdente.

Molti anni dopo. Il saldatore si è ricoperto di uno strato nero e indelebile. I componenti della radio giacevano tristemente capovolti sul tavolo. Il corso universitario in elettronica e progettazione di circuiti in qualche modo mi è passato accanto (ho superato qualcosa, ho fatto qualcosa, ma non capisco come).
Un giorno, quando sono arrivato a casa dei miei genitori, ho visto il mio vecchio libro sullo scaffale: “Per un radioamatore principiante”. E poi tutta la mia vita mi è balenata davanti agli occhi: dita bruciate da un saldatore; il fetore nauseabondo dell'aspirina fumante; resistori; diodi; transistor; amico Lech, urlando nel citofono riunito: “Funziona!!! Yurik! Funziona!!!".
Così ho scoperto di nuovo il meraviglioso mondo dell'elettronica radiofonica.

Iniziato dall'inizio. Ho capito come funzionano ricevitori, amplificatori, supereterodine... Per motivi di allenamento, ho saldato un paio di "multivibratori" (a mia moglie piaceva). E ora vengo alla musica colorata. Ho provato ad assemblarlo prima utilizzando filtri LC, ma mi è bastato avvolgere una sola bobina, e poi l'ho rovinato. Il secondo è stato assemblato utilizzando filtri RC. Stava già funzionando e lampeggiando allegramente con tre LED al ritmo della musica, anche se l'ho assemblato con una "installazione a cerniera" e il circuito assomigliava a un ragno inquietante delle dimensioni di un piatto.
Ma questo è il 21° secolo. E ora, ovunque sputi, finirai in un microcontrollore. Se sputi nella lavatrice, lo prendi, lo metti nel microonde, lo metti nella lavastoviglie e presto non potrai più sputare nemmeno nel bollitore.

Per studiare il lavoro con i microcontrollori e finalmente saldare qualcosa che puoi toccare con le tue mani e non andare in pezzi, ho deciso di realizzare una "installazione luminosa dinamica". Tutto! La presentazione è finita! Le cose più interessanti sono avanti.

Bersaglio

Stabilisci un obiettivo e raggiungilo!
m\f "Alla ricerca di Nemo"

Montare un dispositivo che, quando viene ricevuto un segnale sonoro in ingresso, faccia accendere uno degli 8 LED, a seconda della frequenza del segnale sonoro. Se non c'è segnale audio all'ingresso, il dispositivo dovrebbe lampeggiare con tutti i tipi di bellissimi effetti. Il risultato non è solo musica a colori, ma una "installazione luminosa dinamica".

Teoria

In teoria siamo milionari
ma praticamente abbiamo due puttane e un frocio
Scherzo

La musica a colori è un dispositivo che accende una lampadina di un certo colore, a seconda della frequenza del segnale sonoro in arrivo. Quelli. il dispositivo deve determinare quale frequenza è il suono in ingresso e accendere una lampadina che corrisponde a questa frequenza.
L'orecchio umano medio percepisce da 20 Hz a 20 kHz. Nel dispositivo progettato abbiamo 8 canali luminosi (LED).
Nel caso più semplice, potresti fare questo:
20000 (Hz) / 8 = 2500 Hz per canale. Quelli. a una frequenza da 0 a 2500 Hz si accende un LED, da 2500 Hz a 5000 Hz il secondo, ecc.
Ma qui si presenta una situazione molto interessante. Se prendi un “generatore di frequenze audio” e ascolti un suono con una frequenza di 2500 Hz, puoi sentire che 2,5 kHz è un suono molto alto. Con questa distribuzione dei canali otterremo solo 1-2-3 lampadine, il resto si spegnerà, perché Ci sono poche frequenze molto alte nella musica.
Ho iniziato a cercare. Qual è la distribuzione delle frequenze sonore nella composizione musicale media? Si è scoperto che non esistono studi di questo tipo su Internet. Ma ho imparato che quando vengono compresse in formato mp3, le frequenze superiori a 15 kHz vengono stupidamente tagliate. Perché possono essere ascoltati solo su apparecchiature professionali e nessun professionista ascolterà mp3. Ciò significa che abbassiamo la soglia superiore a 15 kHz.
Ma poi l'ho miracolosamente trovato.
Dopo averlo letto, ho creato per me la seguente tabella della distribuzione della frequenza dei canali:

Sviluppo di un diagramma schematico

Non impedirmi di derubare!!!
Bender. Futurama

Non ho sviluppato il circuito da zero. Per quello? Internet è pieno di combinazioni di colori. Devi solo rubarli, scegliere quello più adatto e modificarli per te. Questo è quello che ho fatto. Ecco un diagramma chiamato "CMU/SDU su un microcontrollore (8 canali)."
Solo che era su un microcontrollore della famiglia PIC. E dopo aver letto i forum intelligenti, ho concluso che i microcontrollori più adeguati per l'allenamento e in generale sono gli AVR. Ma nessuno avrebbe stracciato il progetto “da zero”. Quindi apportiamo delle modifiche:
1. Cambiamo il microcontrollore da PIC ad ATmega16 (volevo davvero farlo su ATmega8, ma dopo aver girato per mezza città non sono riuscito a trovarli).
2. Cambiare la fonte di alimentazione da 12 V a 19 V. Non è a causa della freddezza, è a causa della povertà. Ho questo alimentatore dal mio portatile.
3. Sostituiamo tutte le parti nazionali con quelle importate. Perché quando metti in faccia un elenco di elementi domestici al venditore, ti guarda come se fossi una pecora. Dovranno essere sostituiti solo i transistor: KT315 con BC847B, KT817 con TIP31.
4. Rimuoviamo il “quarzo” esterno Qz1 e con esso i condensatori C6 e C7. Perché ATmega16 ha il quarzo incorporato.
5. Rimuovere le chiavi S1-S4. Nessuna interattività! Tutto è automatico!
6. Nel circuito di uscita originale è stato utilizzato il seguente meccanismo. I transistor KT315 fungevano da chiave per accendere i LED sulla scheda. Come ha descritto l'autore, questo è necessario per vedere cosa funziona lì, non sono visibili all'utente finale... Superfluo! Rimuoviamo questi transistor e LED dalla scheda. Lasciamo solo i transistor KT817, che accenderanno le lampadine visibili all'utente finale.
7. Perché Abbiamo cambiato l'alimentazione da 12 a 19 Volt, poi per non bruciare i led aumenteremo la resistenza dei resistori che vanno dai transistor KT817 ai led.
8. Non ho capito assolutamente lo scopo del condensatore C4. Si stava solo intromettendo. Rimosso.
Ecco cosa ne è venuto fuori:

Come funziona

la base per il funzionamento del sincrofasotrone,
viene stabilito il principio di accelerazione delle particelle cariche da parte di un campo magnetico,
ok, andiamo avanti
film "Operazione Y e altre avventure di Shurik"

Il circuito contiene un amplificatore a stadio singolo che utilizza il transistor Q1. Un segnale audio (tensione circa 2,5 V) viene fornito al connettore J9. I condensatori C1 e C2 fungono da filtri che fanno passare solo la componente alternata dalla sorgente del segnale audio. Il transistor Q1 funziona in modalità di amplificazione del segnale: quando la corrente alternata scorre attraverso la sua giunzione EB, quindi con la stessa frequenza, la corrente scorre attraverso la giunzione EC dalla fonte di alimentazione, attraverso lo stabilizzatore di tensione U1.
Lo stabilizzatore di tensione U1 converte la tensione dalla fonte di alimentazione in una tensione di 5 V e, insieme ai condensatori ad esso collegati, consente la formazione di impulsi rettangolari. Questi impulsi vengono inviati a INT0 del microcontrollore.

L'oscilloscopio mostra come il segnale audio a onda sinusoidale viene convertito in un segnale a onda quadra.
Ora tutto è nelle mani del microcontrollore. Deve determinare la frequenza degli impulsi e, a seconda della frequenza (secondo la tabella sopra), applicarne una logica (5 V) a uno dei suoi pin (PB0-PB7). La tensione dal pin del microcontrollore va alla base del transistor corrispondente (Q2-Q9), che funziona in modalità interruttore. Quando si verifica tensione sulla giunzione EB del transistor, la giunzione EC si apre, attraverso la quale la corrente fluisce al LED dalla fonte di alimentazione.

Il mondo interno di un microcontrollore

Ho un mondo interiore molto ricco,
e mi guardano solo le tette!
Citazione dal forum delle donne

Consideriamo ora cosa succede all'interno del microcontrollore. Il microcontrollore funziona ad una frequenza di 1 MHz (non ho modificato la frequenza predefinita).
Dobbiamo contare il numero di impulsi ricevuti all'ingresso del microcontrollore dalla sorgente del segnale audio in un certo periodo di tempo. Una semplice formula da questi dati calcola la frequenza del segnale.

C'è un problema con le basse frequenze: non è possibile rendere questo periodo molto grande o molto piccolo. In una composizione musicale standard, la frequenza del suono cambia costantemente. Se aumentiamo il tempo di misurazione (ad esempio 1 secondo), se il suono fosse 80 Hz per 0,8 secondi e 12 kHz per 0,2 secondi, otterremo un suono ad alta frequenza e perderemo tutti quelli bassi. Se riduciamo il tempo di misurazione, semplicemente potremmo non avere il tempo di misurare il suono a bassa frequenza, perché il tempo di misurazione sarà inferiore alla frequenza del segnale sonoro.
Dopo aver analizzato i numeri per 5 minuti, ho calcolato che un tempo di misurazione completamente accettabile era 0,065536 secondi.
Ho ricevuto questo segno.

Risposta

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Questo dispositivo combina un dispositivo musicale a colori (CMU) e un dispositivo dinamico della luce (SDU) con 8 canali, con molti effetti luminosi. Le uscite del dispositivo sono progettate per collegare un carico sufficientemente potente. E in archivio c'è una versione del circuito per una potenza ancora maggiore. La separazione delle frequenze tra i canali DMU è puramente software ed è molto semplice. Viene contato il numero di impulsi del timer/contatore per un periodo di tempo rigorosamente definito e, a seconda del valore di questo contatore, l'uno o l'altro LED si accende. Questo è un algoritmo molto semplice, ma funziona comunque.

Lo scavo consente:
Seleziona la modalità- CMU/SDU. Nella modalità SDU, anche se è presente un segnale all'ingresso, funziona solo il programma principale del dispositivo di dinamica della luce. Nella modalità CMU, se non c'è segnale, l'effetto SDU selezionato viene riprodotto come modalità di sottofondo.
Seleziona l'effetto SDU. Il pulsante commuta ciclicamente tutti i possibili effetti del dispositivo di luce dinamica.
Aumentare e diminuire la velocità. Questi pulsanti controllano la velocità degli effetti SDS; non hanno alcun effetto sulla CMU.

Come faretti colorati vengono utilizzate lampade a matrice LED; il carico consentito su ciascun canale è di circa 300 mA! Il circuito presente nell'archivio consente di collegare un carico con una tensione di 12 volt e una corrente fino a 3 ampere (lampade a incandescenza per auto da indicatori di direzione o luci dei freni a 21 watt) a un canale.

Schema musicale a colori su Atmega8

Disegno del circuito stampato: musica a colori sul microcontrollore Atmega8

Foto del dispositivo finito: musica a colori sul microcontrollore Atmega8

Connettori sulla scheda:
J1 - Quando si utilizza una fonte di alimentazione con una tensione superiore a 5 volt (5-30 volt). Dispone di protezione contro l'inversione di polarità dell'alimentazione. Devi solo utilizzare uno dei connettori di alimentazione a seconda della fonte di alimentazione!
J2 - Quando si utilizza una fonte di alimentazione con tensione = 5 volt (4,5-5,5v), viene utilizzata, ad esempio, per alimentare la musica a colori da tre batterie da 1,5v. Dispone di protezione contro l'inversione di polarità dell'alimentazione.
J3 - Ingresso segnale lineare, la sorgente può essere qualsiasi dispositivo con uscita lineare (lettore mp3, computer, radio, ecc.), possibilità di utilizzare sorgenti sia mono che stereo.
J4 - Connettore per il collegamento di un potenziometro (nominale 10-100 KoM). Utilizzato per regolare il livello del segnale in ingresso. Se necessario sostituirlo con un ponticello.
J5 - Connettori per il collegamento di optosimtori o potenti interruttori a transistor, per il collegamento di musica a colori con lampade o LED più potenti.
Per creare un dispositivo musicale a colori su un microcontrollore, puoi scaricare

Le prime persone hanno iniziato a parlare di console musicali a colori come direzione creativa per i giovani radioamatori più di 40 anni fa. Poi iniziarono ad apparire le prime versioni di diagrammi e descrizioni di vari livelli di complessità per vari dispositivi radio. Oggi i circuiti musicali a colori realizzati su microcontrollori stanno diventando i più rilevanti, questo è ciò che ha permesso di ottenere vari effetti che prima erano solo sognati;

Il primo circuito di un'installazione musicale a colori è così semplice che un radioamatore alle prime armi può saldarlo in 5 minuti. Il design consente di ricevere lampi di colore a tempo con la musica riprodotta. Avremo bisogno di un transistor, un resistore e un LED, oltre a un alimentatore da 9 V.

Il LED si illumina al ritmo della musica riprodotta. Ma lampeggia in modo piuttosto noioso al livello di volume attuale. Ma voglio separare la frequenza audio. I filtri passivi costituiti da condensatori e resistenze ci aiuteranno in questo. Trasmettono solo una frequenza fissa e risulta che il LED si accende solo per determinati suoni

Il circuito è composto da tre canali e un preamplificatore. Il suono proviene dall'uscita lineare al trasformatore, necessario per l'amplificazione e l'isolamento galvanico. Puoi fare a meno di un trasformatore se il livello del segnale di ingresso è sufficiente per far lampeggiare i LED. I resistori R4-R6 regolano la durata dei lampeggi dei LED. I filtri sono sintonizzati sulla larghezza di banda della frequenza audio. Bassa frequenza: trasmette frequenze fino a 300 Hz, media frequenza - 300-6000 Hz, alta frequenza - da 6000 Hz. Puoi prendere quasi tutti i transistor, con un coefficiente di trasferimento di corrente pari o superiore a 50, ad esempio KT3102.

La base del design dell'MK PIC12F629. Controlla tre transistor bipolari BC547 (NPN 45V 100mA), secondo il principio on/off, ovvero funzionano in modalità chiave. E questi tasti controllano la striscia LED RGB da 12 V di un'autovettura, ciascuno con il proprio colore.

Il MK è programmato per cambiare colore quando ne viene ricevuto uno logico all'ingresso PIN_A5. Il microfono amplifica il segnale tramite i transistor VT1 e VT5 e si collega al PIN_A5. Il microfono è posizionato vicino alla sorgente sonora. La striscia RGB è fissata alle luci interne. PIC inizia con il bianco ed è disponibile in 7 tonalità di colore. Se devi controllare un carico notevolmente più potente, puoi utilizzare i transistor IRF44Z (50 V 55 A) o IRF1407 (75 V 130 A). Durante il montaggio, non dimenticare che microfoni diversi hanno sensibilità completamente diverse

Puoi scaricare l'archivio con il firmware e il codice sorgente per il programma MK dal link sopra.

Il design di questo design con effetti di luce originali è abbastanza semplice e affidabile. L'elemento principale del dispositivo è il microcontrollore PIC12F629. Il controllo della modifica del livello di luminosità dei LED per radioamatori avviene grazie alla modulazione dell'ampiezza dell'impulso. I codici di controllo del microcontrollore PIC12f629 vanno ai transistor VT1 - VT3.

In caso di carenza, questi transistor possono essere sostituiti con KT3102A, KT373. le resistenze R1-R3 sono progettate per limitare la corrente e proteggere i LED. Lo stabilizzatore realizzato sul chip 78L05 e le capacità C1, C2 producono una tensione stabilizzata di 5 V per alimentare il microcontrollore PIC12f629 da cui vengono alimentati i LED.

Poiché il design utilizza LED RGB, la luminosità di ciascuno di essi è controllata tramite PWM. Ciò permette di vedere moltissimi effetti cromatici diversi: ottenere varie sfumature di colore, variare l'intensità del bagliore, la velocità di cambiamento, ecc.

L'interruttore a levetta SA1 viene utilizzato per selezionare vari effetti di luce. Premendo una volta si avvierà la sequenza corrente. Quando si preme la volta successiva, il cambio di colore viene interrotto e il colore che risulta essere disegnato in modo casuale al momento dell'interruzione si illumina. Facendo doppio clic sul pulsante si avvia l'effetto colore successivo.

Premendo e tenendo premuto il pulsante per due secondi il dispositivo passerà alla modalità di sospensione. Premendolo di nuovo per due secondi si riattiveranno la console dei colori e della musica.

Invece di un interruttore a levetta, è possibile utilizzare i segnali di controllo che arrivano al secondo ingresso del microcontrollore e in base al livello di riproduzione musicale.

L'archivio con il firmware del microcontrollore può essere scaricato dalla freccia verde appena sopra.

Viene considerato il circuito del programmatore e il suo software

Il design della radio amatoriale viene utilizzato per l'accompagnamento a colori della musica. Le sorgenti luminose di vari colori sono LED ultraluminosi. Sono controllati da un microcontrollore che analizza la composizione spettrale del segnale audio.

Il firmware del microcontrollore conta gli impulsi in ingresso per determinati intervalli di tempo e, a seconda della loro frequenza di ripetizione, imposta livelli logici elevati sulle corrispondenti uscite MK: 100...300 Hz - PB1 (LED rossi), 300...700 Hz - PB0 ( giallo), 700...1500 Hz - RV4 (verde), 1500...10000 Hz - RVZ (blu).

Ai contatti 1 (+) e 2 (-) del blocco a vite XT1 viene fornita una tensione di alimentazione compresa tra 7 e 12 V. Al livello di 5 V richiesto per alimentare l'MK e l'amplificatore operazionale, viene abbassato da uno stabilizzatore integrato sul chip DA2. Le resistenze R9 - R12 limitano la corrente di carico delle uscite MK.

Firmware MK, dettagli di assemblaggio e disegno del circuito stampato nell'archivio al link sopra.

La musica leggera sul controller Atmega8 ha attirato l'attenzione grazie alla sua facilità di produzione. Quando si ripeteva lo schema, non era necessario calcolare i filtri o configurarli. Non c'è quasi alcuna dipendenza dal volume e la cosa più importante è l'accensione fluida delle lampade (diodi LED), questo era importante, poiché il semplice lampeggiamento diventa rapidamente noioso.

Il circuito di luci e musica sul microcontrollore è abbastanza semplice, il segnale di ingresso di entrambi i canali viene miscelato e amplificato dall'amplificatore operazionale LM358, quindi va al controller della famiglia AVR "Atmega8", dove viene diviso in canali tramite software.

Come puoi vedere dallo schema, la musica leggera ha 6 canali (due canali per i tre principali (medi, alti, bassi), sono dotati di tasti BC639, che permettono di collegare fino a 20 LED ultraluminosi a ciascuno canale.

Il circuito stampato è di buona qualità (in formato sPlan), si trova nell'archivio. L'alimentazione è fornita da un piccolo trasformatore di corrente, che dipende dal tipo di LED utilizzato.

È abbastanza accettabile utilizzare singoli LED ad alta potenza o anche interi pezzi di strisce LED RGB. Quindi l'effetto diventerà ancora più interessante. Basta non dimenticare di aumentare l'area dei radiatori dei transistor degli interruttori di uscita, perché 1 metro di striscia LED può consumare una corrente fino a 3A!

Scarica qui il firmware per il microcontrollore. E i bit del fusibile durante il firmware sono mostrati nell'immagine:

Il dispositivo è assemblato in una piccola custodia metallica da un sintonizzatore satellitare. Sul pannello frontale è presente un pulsante di accensione della rete e LED di controllo, e sul retro del case sono presenti prese per il collegamento di LED, un controllo della sensibilità del suono e ingressi audio. Autore dell'articolo: MASSIMO.

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