вторник, 14 февраля 2017 г.

Схема подключения линии аудиосигнала к индикатору уровня звука

Схема подключения линии аудиосигнала к индикатору уровня звука. Для развязанного питания источника сигнала и измерительной схемы.

Добрый день.

Продолжаем рассказ о нашем светодиодном индикаторе уровня. В прошлый раз я знакомил вас с различными вариантами столбиков, которые мы изготавливали. Светодиодные столбики менялись и развивались, но одно было неизменным – схема подключения линии аудиосигнала к микроконтроллеру. Схема очень простая и при этом легко даёт возможность анализировать как положительную, так и отрицательную части сигнала с помощью микроконтроллера.

Чтобы измерять аудиосигналы с левого и правого каналов, очевидно, необходимы два канала АЦП (ADC1 и ADC2). Но каким образом будет учитываться отрицательная часть сигнала? Ведь АЦП может измерять сигналы в диапазоне от GND до AREF, тогда как обычно GND это 0 В, а AREF берётся положительным, например, равным питанию микроконтроллера VCC.

Можно сместить аудиосигнал в положительную область. Тогда в полезном сигнале появится постоянная составляющая, и её нужно будет каким-то способом вычислять. Так и было сделано.

Для реализации идеи понадобятся: дополнительный канал АЦП (ADC0), несколько резисторов и конденсаторов. С помощью резисторов R1 и R2 с одинаковым номиналом аудиосигнал смещается в положительную область. Теперь нулевая точка, которая определяет постоянную составляющую – примерно половина опорного напряжения (AREF). Почему примерно: из-за возможности питания «уплывать» и неодинаковости сопротивлений R1 и R2 в реальности. Чтобы это учесть на программном уровне, необходимо периодически измерять значение смещённого нуля на канале ADC0 и вычитать эту постоянную составляющую от измеренных значений, смещённых аудиосигналов ADC1 и ADC2. Сдвиг сигналов на этих каналах обеспечен резисторами R3 и R4. Конденсаторы С1, C2 – фильтрация от кратковременного «уплывания» нулевой точки. Чтобы в измерительные каналы не попало ничего «лишнего и постоянного», предусмотрены конденсаторы C3 и C4. И последний элемент схемы – подстройка чувствительности каналов. Делается она с помощью резисторов R5, R6 и работает аналогично сдвоенному регулятору громкости.

Была избрана простая и действенная методика подключения линии аудиосигнала к индикатору уровня. Схема проста и может измерять переменное напряжение обеих полярностей. А если убрать конденсаторы C3 и C4, то появится возможность измерения положительного и отрицательного постоянного напряжения. Только есть одно «но»: питание источника сигнала и питание измерительной схемы должны быть развязанными друг относительно друга. В противном случае никакого смещения не получится, более того, линия аудиосигнала соединится с землёй измерительной схемы.

Чтобы работать с неразвязанными питаниями источника сигнала и измерительной схемы, необходимо внести небольшую поправку: объединить общий провод источника сигнала с землёй измерительной схемы:

Схема подключения линии аудиосигнала к индикатору уровня звука.

Схема позволяет обойтись без развязанного питания и конденсаторы C3C4 здесь строго обязательны. К этому упрощению мы получаем незначительное, для нашей задачи, ограничение: нельзя мерить постоянное напряжение. Ну и ладно :)

Линия аудиосигнала подключена, теперь можно соединить ленту WS2812B с выводом микроконтроллера, который вам больше нравится (в моём случае – это ножка MOSI последовательного интерфейса). И продолжить «развлечение», но уже на программном уровне.

Итак, аппаратная часть готова. Осталась плёвая задача – написать программу. Это ж ардуино, что там писать…

С уважением, Никита О.