Самый простой индикатор уровня звукового сигнала

By catcatcat On 18/12/2013 · Add Comment

Демонстрационный проект создания индикаторов уровня с использованием WS2812B. Изучив этот проект вы сможете самостоятельно изготавливать и конструировать свои индикаторы уровня звукового сигнала. Дополнительно читайте статью Бегущие огни на WS2812B по подключению и работе с WS2812B. Видео проекта.

Примечание, демонстрационное видео на PIC18F26K22 этап разработки, видео на PIC12 в конце статьи

Индикатор выполнена на микроконтроллера PIC12F1822. Количество светодиодов WS2812B не более 23 шт. Можно меньше изменив значение в проекте.

Схема индикатора

Внимание, обратите внимание, С13 неправильно нарисована полярность! Необходимо изменить на противоположную.

Сигнал поступает на комбинированный сумматор и и фильтр низких частот на резисторах R3, R8, R4, R7 и конденсаторах C6, C4, C5. Далее сигнал поступает на аналоговый вход AN4. Уровень сигнала должен быть в пределах стандарта 0,7 вольта. Если вы желаете использовать более высокие уровни входного сигнала, то необходимо на входе поставить резистентный делитель или использовать спаренный потенциометр.

Контроллер преобразовывает данные АЦП и формирует эффекты для индикации на светодиодах со встроенными драйверами WS2812B. В связи с тем, что в этом контроллере память ограничена, всего 2 кБ. памяти программ и 128 ОЗУ сильно разойтись с эффектами индикации нет места. Поэтому максимальное количество светиков всего 23 шт (последовательное включение, параллельно можно подключить несколько ленточек.). При изменении программы если возникнет необходимость количество светиков можно уменьшить, тем самым высвободить место для данных участвующих в обработке в программе.

Схема в формате PDF

Самый простой индикатор уровня звукового сигнала - схема 63.40 KB 1056 downloads

Самый простой индикатор уровня звукового сигнала...

Download

Создание программы индикатора

Первое нам потребуется максимальная производительность контроллера, т.к. протокол передачи данных мы формируем программно. Описание функций и переменных которые мы будем использовать в программе

#define _XTAL_FREQ 	32000000    // задаем тактовую частоту
#define LEDC    23  // количество светодиодов ws2812b используемых в индикаторе

void loadWS2812B (void);    // функция загрузки данных в светодиоды ws2812b
void pointred (char LED,char brig); // функция управления красным цветом
void pointgreen (char LED,char brig);// функция управления зеленым цветом
void pointblue (char LED,char brig);// функция управления синим цветом
void sound_level (char volume);// функция формирования светового индикатора

char ledred[LEDC];// массив красных где 0 - яркость в формате 0-255
char ledblue[LEDC];// массив синих
char ledgreen[LEDC];//массив зеленых

int ccirlz;// переменная таймера переключателя эффектов
char regim,vreg; // переменный выбора эффектов и цвета индикации

int audi, audiMAX;// переменные данные для обработки аудио данных
char timint;

// константы и переменные для обработки функции вычисления среднего значения аудио данных
// для сглаживания индикации
#define INTEG 70                // глубина интеграции для вычисление среднего
unsigned int staroe,aru_ups,novoe;

#define _XTAL_FREQ 32000000 // задаем тактовую частоту

#define LEDC 23 // количество светодиодов ws2812b используемых в индикаторе

void loadWS2812B (void); // функция загрузки данных в светодиоды ws2812b

void pointred (char LED,char brig); // функция управления красным цветом

void pointgreen (char LED,char brig);// функция управления зеленым цветом

void pointblue (char LED,char brig);// функция управления синим цветом

void sound_level (char volume);// функция формирования светового индикатора

char ledred[LEDC];// массив красных где 0 - яркость в формате 0-255

char ledblue[LEDC];// массив синих

char ledgreen[LEDC];//массив зеленых

int ccirlz;// переменная таймера переключателя эффектов

char regim,vreg; // переменный выбора эффектов и цвета индикации

int audi, audiMAX;// переменные данные для обработки аудио данных

char timint;

// константы и переменные для обработки функции вычисления среднего значения аудио данных

// для сглаживания индикации

#define INTEG 70 // глубина интеграции для вычисление среднего

unsigned int staroe,aru_ups,novoe;

Конфигурация контроллера проходи в два этапа на этапе программирования

// конфигурирование контроллера

 #pragma config FOSC = INTOSC       // INTOSC oscillator: I/O function on CLKIN pin
 #pragma config WDTE = ON           // WDT disabled
 #pragma config PWRTE = ON          // PWRT enabled
 #pragma config MCLRE = OFF         // MCLR/VPP pin function is digital input
 #pragma config CP = ON             // Program memory code protection is enabled
 #pragma config CPD = ON            // Data memory code protection is enabled
 #pragma config BOREN = ON          // Brown-out Reset enabled
 #pragma config CLKOUTEN = OFF      // CLKOUT function is disabled. I/O or oscillator function on the CLKOUT pin
 #pragma config IESO = OFF          // Internal/External Switchover mode is disabled
 #pragma config FCMEN = OFF         // Fail-Safe Clock Monitor is disabled

#pragma config WRT = ALL            // 000h to 7FFh write protected, no addresses may be modified by EECON control
#pragma config PLLEN = ON           // 4x PLL enabled
#pragma config STVREN = OFF         // Stack Overflow or Underflow will not cause a Reset
#pragma config BORV = HI            // Brown-out Reset Voltage (VBOR) set to 2.7V
#pragma config LVP = OFF          // High-voltage on MCLR/VPP must be used for programming

// конфигурирование контроллера

#pragma config FOSC = INTOSC // INTOSC oscillator: I/O function on CLKIN pin

#pragma config WDTE = ON // WDT disabled

#pragma config PWRTE = ON // PWRT enabled

#pragma config MCLRE = OFF // MCLR/VPP pin function is digital input

#pragma config CP = ON // Program memory code protection is enabled

#pragma config CPD = ON // Data memory code protection is enabled

#pragma config BOREN = ON // Brown-out Reset enabled

#pragma config CLKOUTEN = OFF // CLKOUT function is disabled. I/O or oscillator function on the CLKOUT pin

#pragma config IESO = OFF // Internal/External Switchover mode is disabled

#pragma config FCMEN = OFF // Fail-Safe Clock Monitor is disabled

#pragma config WRT = ALL // 000h to 7FFh write protected, no addresses may be modified by EECON control

#pragma config PLLEN = ON // 4x PLL enabled

#pragma config STVREN = OFF // Stack Overflow or Underflow will not cause a Reset

#pragma config BORV = HI // Brown-out Reset Voltage (VBOR) set to 2.7V

#pragma config LVP = OFF // High-voltage on MCLR/VPP must be used for programming

и на этапе включения

//--------------------------------------------------------------------
	CLRWDT(); 					//сброс сторожевого таймера +++++++++++++++++++++- 
// настройка генератора 8 * 4 = 32 МГц.
	OSCCON=0b11110000;
/*		 ||||| ++---Clock determined by FOSC<2:0> in Configuration Word 1
                 |++++------8 MHz or 32 MHz HF(see Section 5.2.2.1 “HFINTOSC”)
                 +----------Clock determined by FOSC<2:0> in Configuration Word 1
*/
// настройка портов	
	//WDTCON=0b00010111;//01010 = 1:32768 (Interval 1s typ)

	PORTA	=	0;
	LATA	=	0;
	ANSELA	=	0b00010000;
	TRISA	=	0b00010000;
	WPUA	=	0;
// настройка АЦП
        ADCON1=0b01110000; // ADC ref = Vdd,Vss/Left justified,
        ADCON0=0b00001101; // включить АЦП/00011 = AN4

//--------------------------------------------------------------------

CLRWDT(); //сброс сторожевого таймера +++++++++++++++++++++-

// настройка генератора 8 * 4 = 32 МГц.

OSCCON=0b11110000;

/* ||||| ++---Clock determined by FOSC<2:0> in Configuration Word 1

|++++------8 MHz or 32 MHz HF(see Section 5.2.2.1 “HFINTOSC”)

+----------Clock determined by FOSC<2:0> in Configuration Word 1

// настройка портов

//WDTCON=0b00010111;//01010 = 1:32768 (Interval 1s typ)

PORTA = 0;

LATA = 0;

ANSELA = 0b00010000;

TRISA = 0b00010000;

WPUA = 0;

// настройка АЦП

ADCON1=0b01110000; // ADC ref = Vdd,Vss/Left justified,

ADCON0=0b00001101; // включить АЦП/00011 = AN4

Обработка аудио данных

//-----------------------------------------------------------------------
        ADCON0,GO=1;        // запуск конвертирования
        while(ADCON0,GO);   // ожидания окончания преобразования
        audi=ADRESH;

        audi=audi-127;      // установка нуля
        if(audi<0)          // выпрямитель программный
        {
            audi=~audi;
            audi++;
        }

        if(audi>audiMAX)    // определение максимума сигнала
        {
            audiMAX=audi;
        }
        else if(audiMAX>0)  // интеграция максимума, возврат "столбика"
        {
            if(--timint==0)
            {
                timint=9;   // скорость возврата, чем больше число тем медленнее.
                audiMAX--;
            }
        }
        // усреднение сигнала, сглаживание
        novoe=audiMAX*90;   // усиление сигнала 3*30 (в три раза)
        if(novoe>staroe)staroe=(staroe-staroe/INTEG)+(novoe/INTEG);
        else if(novoe<staroe)staroe=(staroe-staroe/INTEG)-(novoe/INTEG);
        aru_ups=staroe/30;  // преобразование к нормальному виду
        if(aru_ups>255)aru_ups=255; // ограничение в диапазоне 0 - 255

//-----------------------------------------------------------------------

ADCON0,GO=1; // запуск конвертирования

while(ADCON0,GO); // ожидания окончания преобразования

audi=ADRESH;

audi=audi-127; // установка нуля

if(audi<0) // выпрямитель программный

{

audi=~audi;

audi++;

}

if(audi>audiMAX) // определение максимума сигнала

{

audiMAX=audi;

}

else if(audiMAX>0) // интеграция максимума, возврат "столбика"

{

if(--timint==0)

{

timint=9; // скорость возврата, чем больше число тем медленнее.

audiMAX--;

}

// усреднение сигнала, сглаживание

novoe=audiMAX*90; // усиление сигнала 3*30 (в три раза)

if(novoe>staroe)staroe=(staroe-staroe/INTEG)+(novoe/INTEG);

else if(novoe<staroe)staroe=(staroe-staroe/INTEG)-(novoe/INTEG);

aru_ups=staroe/30; // преобразование к нормальному виду

if(aru_ups>255)aru_ups=255; // ограничение в диапазоне 0 - 255

Это все далее необходимо по полученному значению aru_ups которое в диапазоне 0 – 255 сформировать индикатор уровня для визуализации.

Воспроизводимые эффекты

В память контроллера влезло 7 эффектов:

Синий столбик и с верней точкой красного цвета
Двухцветный столбик пропорциональный с верней точкой другого цвета, цвета меняются от режима работы
Двухцветный столбик одного цвета, от 60% высоты индикация максимума другого цвета, цвета меняются от режима работы
Движущие три точки, по краям одинакового цвета
Одна точка
Столбик и точка другого цвета + динамическая разметка сверху, яркость разметки пропорциональна уровню сигнала
Столбик и с точками другого цвета – эффект резинки

Построение эффекта визуализации.

Сама функция может состоять из дух частей:

Часть первая это медленная анимация самого вида изображения
Часть вторая основная работа

Конечно может функция состоять только из второй части, тогда переключение будет происходить быстро без анимации.

Пример функции:

/*Синий столбик и с верней точкой красного цвета*/
    if(pusk)// анимация 
    {
      for (a=0;a<=level_L;a++)
        {
            pointred (a-1,0);
            pointblue (a-1,50);
            pointred (a,150);
            for (b=0;b<5;b++)__delay_ms (10);
            loadWS2812B();  // загрузка данных
        }
      for (b=0;b<80;b++)__delay_ms (10);
      pusk=0;

    }

    for (a=0;a<number_LEDs;a++) // основной режим работы
    {
        if(a<level_L)color1=50;
        else color1=0;
        if(a==level_L)color2=150;
        else color2=0;
        //        pointgreen (a,255,0);
        pointred (a,color2);
        pointblue (a,color1);
    }

/*Синий столбик и с верней точкой красного цвета*/

if(pusk)// анимация

{

for (a=0;a<=level_L;a++)

{

pointred (a-1,0);

pointblue (a-1,50);

pointred (a,150);

for (b=0;b<5;b++)__delay_ms (10);

loadWS2812B(); // загрузка данных

}

for (b=0;b<80;b++)__delay_ms (10);

pusk=0;

}

for (a=0;a<number_LEDs;a++) // основной режим работы

{

if(a<level_L)color1=50;

else color1=0;

if(a==level_L)color2=150;

else color2=0;

// pointgreen (a,255,0);

pointred (a,color2);

pointblue (a,color1);

}

Для макетирования была использована плата от Контроллер управления светодиодным освещением с дистанционным управлением.

Видео демонстрация работы

Все вопросы на форуме http://musiccolor.d-lan.dp.ua/index.php?topic=175.msg3010;topicseen#new

Комплектующие необходимые для сборки

Наименование	Тип	Номинал	Количество	Обозначение
Микроконтроллер		PIC12F1822	1 шт	PIC1
Ленточка с WS2812B		WS2812B	23 шт	WS1 – WS23
Конденсатор	0805	0.1х50v	7 шт	C7, C3, C5, C1, C2, C4, C6
Конденсатор		100,0x6v	1 шт	C13
Резистор	0805	10k	1 шт	R5
Резистор	0805	1k	5 шт	R6, R11, R10, R4, R7
Резистор	0805	51k	2 шт	R3, R8
Резистор	0805	330	1 шт	R9
Стабилизатор	SOT223	LD1117-3,3v	1 шт	ST1

Описание функции переключателя для версии 1.10. Переключатели в зависимости от положения отключает несколько эффектов, когда все замкнуты активен только первый эффект индикации. Режимы отключения смотри в таблице, 1-замкнут,0-разомкнут:

DJ0 RA0	DJ1 RA1	Описание
0	0	все 7 эффектов активны
1	0	с 1 по 4
0	1	с 1 по 2
1	1	только первый эффект

Файлы для загрузки

Схема в формате PDF

Самый простой индикатор уровня звукового сигнала - схема 63.40 KB 1056 downloads

Самый простой индикатор уровня звукового сигнала...

Download

Проект в MPLAB X IDE v1.95 v 1.0

Самый простой индикатор уровня звукового сигнала - проект 295.92 KB 56 downloads

Самый простой индикатор уровня звукового сигнала...

Прошивка проекта v 1.0

Самый простой индикатор уровня звукового сигнала - прошивка 3.14 KB 394 downloads

Самый простой индикатор уровня звукового сигнала...

Download

Самый простой индикатор уровня звукового сигнала – проект v 1.01. Добавлена функция переключения цветов по максимуму сигнала.

Самый простой индикатор уровня звукового сигнала - проект v 1.01 300.84 KB 44 downloads

Самый простой индикатор уровня звукового сигнала...

Прошивка версия 1.01

Самый простой индикатор уровня звукового сигнала - прошивка v 1.01 3.19 KB 339 downloads

Самый простой индикатор уровня звукового сигнала...

Download

Прошивка версия 1.10, добавлена функция отключения эффектов, с помощью дип переключателя.

Самый простой индикатор уровня звукового сигнала - прошивка V1.10 3.26 KB 314 downloads

Самый простой индикатор уровня звукового сигнала....

Download

Итоговая версия v 1.11 Проект+прошивка, доработана функция переключения цвета и отключена функция смены режима когда выбран один эффект. Только для тех кто реально реализовал проект.

Самый простой индикатор уровня звукового сигнала - итоговая версия 1.11 154.07 KB 3 downloads

Самый простой индикатор уровня звукового сигнала...

Download

Прошивка v 1.20. Убраны эффекты смены режимов, считаю, что для такого простого варианта они ненужны.

Самый простой индикатор уровня звукового сигнала - прошивка v 1.20 2.38 KB 364 downloads

Самый простой индикатор уровня звукового сигнала...

Download

Видео работы прототипа стерео индикатора проект на PIC18F26k22.

Это может быть интересно

Проблемы классической светомузыки04/10/2013
Светомузыка – что это такое? Определение: Светомузыка (жаргонное: цветомузыка) — вид искусства, основанный на способности человека ассоциировать звуковые ощущения со световыми восприятиями. Такое явление в неврологии получило название – синестезии. …
Акриловый корпус для платы ch-400029/03/2013
Плата ch-4000 подходит для монтажа в корпуса на дин рейку, но для домашней автоматики необходимо что-то другое, поэтому был разработан корпус из акрила который позволит создавать настольные и настенные устройства. Корпус состоит из …
Защита датчиков температуры DS18B20 от статического электричества30/03/2013
Статья перепечатана с сайта http://svetomuzyka.narod.ru При удалении датчика на большие расстояния возникает опасность наведения импульсов высокого напряжения на кабель, который соединяет датчик с контролером. Если не принимать меры защиты, то наведенное …
Датчик контроля протечки воды ch-c002006/04/2013
Как здорово летом под теплым дождем с тобою вдвоем оказаться. Как классно по лужам бежать босиком, с тобою играть и смеяться! Но совсем грустно оказаться под таким дождем, который течет с потолка… И …
Ultrasonic Level Meters – ULM –53L12/06/2016
Измерение расстояния при помощи ультра звукового датчика ULM–53L–10. Диапазон измерения от 0,5 м до 10 м, полностью пластмассовый излучатель PVDF, механическое соединение фланцем из полиэтилена HDPE (исполнение “N”) Характеристики Диапазон измерения …
Проект с использованием MCC часть 12-226/02/2017
Настало время для изучения шины I2C. Изучать будем на примере работы с индикатором RET012864E. Что изменили со старой схемы: В прошлой теме я затупил и не добавил подтягивающие резисторы которые необходимы …
CCP – модуль в режиме Compare на примере PIC1828/03/2018
CCP – модуль можно использовать в трех режимах: Capture – позволяет захватывать входной сигнал и определять его параметры (длительность или частоту). Дополнительно управлять внутренними модулями. Compare – позволяет формировать импульсы …
Четырех канальный терморегулятор ch-400020/03/2013
Четыре независимых канала регулирования температуры, одновременно можно подключить 16 датчиков температуры DS18B20 с удалением до трехсот метров. Можно для регулировки выбрать любой датчик, подключенный к устройству. Каждый канал может работать как в …
Простой цифровой регулятор мощности01/04/2013
Простой регулятор мощности с цифровой индикацией. Этот проект создан как обучающий, для ознакомления с основами построения сетевых регуляторов мощности. Устройства подобного типа можно использовать для управления освещением, скоростью работы вентиляторов …
LED модуль P10C4V1230/04/2016
LED панели на обычных регистрах типа 74HC595. Они выпускаются как монохромные так двух и полно цветные, особенность, что они предназначены для текстовой информации и имеют один уровень яркости. Общую яркость панелей легко …