Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Cyfrowy efekt delay - opóźniacz sygnału audio

Kubald 11 Wrz 2012 17:59 4656 0
  • Cyfrowy efekt delay - opóźniacz sygnału audio

    Niniejszy projekt pokazuje, jak zbudować urządzenie opóźniające sygnał audio nawet do 8 sekund w stosunku do sygnału wejściowego. Na wyjściu układu pojawia się opóźniony sygnał audio, w zależności od pojemności pamięci i szybkości próbkowania – o od 3 do 8 sekund. Takie urządzenie może być wykorzystane do generowania echa, jako urządzenie typu DAF (sprzężenie zwrotne z opóźnieniem własnego głosu) czy jammer dla mowy.

    Na poniższym schemacie widać jasno zasadę działania urządzenia: sygnał audio na wejściu jest wzmacniany, a następnie konwertowany do postaci cyfrowej. Próbki sygnału przechowywane są w buforze RAM o dużej pojemności. Opóźnienie uzyskiwane jest poprzez odczyt „starszych” próbek z bufora i konwersję ich w przetworniku D/A. Na wyjściu przetwornika zamontowany jest filtr dolnoprzepustowy, usuwający niepotrzebne częstotliwości i będący integralną częścią filtrów odtwarzających sygnał analogowy. Cały proces kontrolowany jest przez mikroprocesor.

    Cyfrowy efekt delay - opóźniacz sygnału audio

    Przedwzmacniacz

    Cyfrowy efekt delay - opóźniacz sygnału audio

    Układ przedwzmacniacza służy do dopasowania sygnału audio do poziomów akceptowalnych przez przetwornik A/D mikroprocesora. W układzie wykorzystano wzmacniacz nieodwracający „spolaryzowany” napięciem równym połowie napięcia zasilania podawanym na wejście odwracające. Dzięki temu sygnał audio będzie przesunięty w zakres napięć zaczynających się od 0V, a nie od wartości ujemnych. Obecny na wejściu rezystor i kondensator sprzęgający tworzą filtr górnoprzepustowy. Wartości mogą być dobrane wedle potrzeb. Obecność przełącznika zwierającego rezystor w pętli sprzężenia zwrotnego pozwala dobrać wartość wzmocnienia od ok. 1 do 34 (np. przy pracy z mikrofonem). Przedwzmacniacz oparto na układach MCP6022 i MCP6024.

    Filtr dolnoprzepustowy

    Cyfrowy efekt delay - opóźniacz sygnału audio

    Kolejny wzmacniacz MCP6024 pracuje jako filtr dolnoprzepustowy – antyaliasingowy, służący do ograniczania amplitudy sygnałów o częstości większej niż połowa częstotliwości próbkowania. Filtr użyty w urządzeniu jest pojedynczym filtrem typu Sallen-Keya drugiego rzędu o częstotliwości granicznej ok. 6 kHz.





    Mikroprocesor

    Cyfrowy efekt delay - opóźniacz sygnału audio

    Urządzeniem steruje mikroprocesor PIC16F88. Wykorzystany jest również przetwornik A/D procesora o rozdzielczości 10 bitów – lecz do zapisu w pamięci wykorzystywane jest jedynie 8 bitów, dwa najmniej znaczące są odrzucane. Jedno z wejść przetwornika służy do odczytu sygnału audio, drugie – zabezpieczone buforem na wzmacniaczu operacyjnym – do ustalania opóźnienia, gdzie 0V odpowiada 0% opóźnienia a napięcie zasilania – 100% opóźnienia w wybranej skali. Mikroprocesor komunikuje się z pamięcią i przetwornikiem D/A za pomocą magistrali SPI. Zakres opóźnienia wybierany jest za pomocą 3 wejść procesora. Możliwe jest również skonfigurowanie układu do pracy z jednym bądź dwoma układami pamięci. W urządzeniu użyto kwarcu 20 MHz. Na stronie projektu można znaleźć szczegółowy opis funkcji poszczególnych wyprowadzeń mikrokontrolera.

    Pamięć RAM

    Cyfrowy efekt delay - opóźniacz sygnału audio

    8-bitowe próbki sygnału zapisywane są w pamięci RAM (zapewniając jakość sygnału wyjściowego lepszą niż jakość audycji radiowych nadawanych z modulacją AM). W modelowym układzie pracują dwie takie pamięci – 23K256 – każda o wielkości 32 kB. Pamięci spełniają rolę buforu cyklicznego o dużej pojemności. Na podstawie wielkości pamięci i częstości próbkowania można wyliczyć wartość maksymalnego opóźnienia – dla jednej pamięci 32 kB wynosi ono 2,972/4,096 s dla próbkowania odpowiednio 11025/8000 sps oraz 5,944 i 8,192 s. (próbkowanie jak poprzednio) dla dwu pracujących pamięci.

    DAC

    Cyfrowy efekt delay - opóźniacz sygnału audio

    Jako przetwornik D/A wybrano układ MCP4921 o rozdzielczości 12 bitów, ale ponieważ całe urządzenie przechowuje próbki o wielkości 8 bitów, każdorazowo 4 najmniej znaczące bity danych podawanych do przetwornika są zerowe. Układ komunikuje się z procesorem za pomocą magistrali SPI.

    Filtr wyjściowy

    Cyfrowy efekt delay - opóźniacz sygnału audio

    Filtr wyjściowy – odtwarzający sygnał audio – jest filtrem dolnoprzepustowym. Zbudowany jest od z dwu filtrów Sallen-Keya II rzędu o częstotliwości granicznej ok. 6 kHz. Na wykresie poniżej można zobaczyć porównanie sygnałów: wejściowego, cyfrowego i wyjściowego.

    Cyfrowy efekt delay - opóźniacz sygnału audio

    Oprogramowanie
    Kod dla procesora został napisany w assemblerze. Na stronie źródłowej dostępny jest zarówno sam kod, jak i skompilowany wsad. Oprogramowanie może pracować w dwóch trybach: normalnym oraz testowym – ten ostatni sprawdza poprawność funkcjonowania pamięci i przetwornika D/A.

    Podsumowanie
    Dodatkowo, na stronie projektu można znaleźć schematy zasilacza i opcjonalnego wzmacniacza audio. Cały układ został zmontowany na płytce stykowej i zamknięty w obudowie. Na poniższym wykresie można zobaczyć efekty pracy urządzenia.

    Cyfrowy efekt delay - opóźniacz sygnału audio

    Cyfrowy efekt delay - opóźniacz sygnału audio

    Źródło


    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.