Самый простой индикатор уровня звукового сигнала

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[wpdm_package id=6112 template=”link-template-calltoaction3.php”]

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 [wpdm_package id=6112 template=”link-template-calltoaction3.php”]Проект в MPLAB X IDE v1.95 v 1.0[wpdm_package id=6113 template=”link-template-calltoaction3.php”]Прошивка проекта v 1.0[wpdm_package id=6114 template=”link-template-calltoaction3.php”]

Самый простой индикатор уровня звукового сигнала – проект v 1.01. Добавлена функция переключения цветов по максимуму сигнала.[wpdm_package id=6115 template=”link-template-calltoaction3.php”]Прошивка версия 1.01 [wpdm_package id=6116 template=”link-template-calltoaction3.php”]

Прошивка версия 1.10, добавлена функция отключения эффектов, с помощью дип переключателя. [wpdm_package id=6117 template=”link-template-calltoaction3.php”]

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.[wpdm_package id=6118 template=”link-template-calltoaction3.php”]

Прошивка v 1.20. Убраны эффекты смены режимов, считаю, что для такого простого варианта они ненужны.[wpdm_package id=6119 template=”link-template-calltoaction3.php”]

Видео работы прототипа стерео индикатора проект на PIC18F26k22.

Это может быть интересно

Применение typedef, struct и union02/04/2016
Полезные описания переменных Часто необходимо в памяти расположить последовательно разные виды данных, что бы потом можно было их использовать. Полезные ссылки Взято и переработано с сайта http://www.butovo.com/~zss/cpp/struct.htm http://cppstudio.com/post/9172/ Синтаксис структур. …
Гаджеты для домашней автоматики – Датчик движения30/01/2014
Управление светодиодным освещением – Датчик движения. Данный гаджет предназначен для управления освещением рабочих столов (кухонных столов), освещение прихожих, освещение зеркал в прихожих, автоматическое включение света в коридорах. Датчик позволяет определить наличие …
WiFi ESP8266 ESP-202 (ESP-12F)23/04/2016
Первое знакомство, сначала надо его купить… http://voron.ua/catalog/024404 Схема для подключения и тестирования По схеме ставим две кнопки, сброс и кнопку BT2, для перевода в режим обновления прошивки. Если надо сделать аппаратный сброс …
Ссылки на интересные источники20/10/2018
Сбор 3D моделей от André L’Hérault конденсаторы, резисторы, индуктивности dropbox IPC-SM-782 Surface Mount Design and Land Pattern Standard [wpdm_package id=8348 template=”link-template-calltoaction3.php”] Видео уроки по Altium designer Alexey Sabunin https://www.youtube.com/channel/UCG7N5CqXpyK8nQjr1EmMgng Сергей Булавинов https://www.youtube.com/channel/UCISAMXRnN_Qw9UTjUwZI1Jw Robert Feranec …
LCD индикаторы на драйвере ML100115/07/2015
ML1001 – статический LCD GOG (чип в стекле) драйвер для 40-сегментного LCD в позолоченном противоударном исполнении. На них можно каскадно строить цельные из 80 или 120 сегментов LCD индикаторы. Описание драйвера [wpdm_package …
TM1650 драйвер LED семисегментного индикатора26/11/2017
Китайский производитель Shenzhen Titan Micro Electronics Co., Ltd. Выпускает широкую линейку драйверов управления светодиодными дисплеями, которые позволяют разгрузить микроконтроллер для основной работы, главная особенность этих драйверов не только в их …
12-BIT A/D CONVERTER WITH THRESHOLD DETECT на примере PIC24FJ128GA20403/10/2018
Введение. 12-битный модуль A/D Converter является усовершенствованной версией 10-битного модуля, предлагаемого на некоторых устройствах PIC24. Оба модуля являются преобразователями, в своих ядрах, с последовательным приближением (SAR), в окружении ряда аппаратных …
WiFi ESP8266 – AT команды связанные с функцией Wi-Fi25/04/2016
AT команды связанные с функцией Wi-Fi Функции Wi-Fi подключения, запускаться из командной строки Команда Описание 1 AT+CWMODE Проверка, настройка режима работы Wi-Fi (sta/AP/sta+AP), (не рекомендуется для новых проектов). 2 AT+CWMODE_CUR Проверка, …
ch-4060 – регулятор температуры и влажности на датчике DHT11/DHT22/AM230229/05/2016
На плате ch-4000 очень легко собрать устройство регулятора температуры и влажности. Датчик DHT11 самый недорогой вариант для создания такого устройства, правда точность его не велика, но для бытовых устройств он даже …
PIC18 – System Arbitration05/04/2018
Системный арбитр. Разрешает доступ к памяти между выборами уровнями системы (т.е. Main, Interrupt Service Routine) и выбором периферийных устройств (т.е. DMA и Scanner) на основе назначенных пользователем приоритетов. Каждый из уровней …