Mikrofon Elektretowy ze Wzmacniaczem MAX9814

W tym artykule zaprezentuje oraz wytłumaczę jak możemy zbudować własny układ odbiornika audio ze spectrum. Do wykonania modelu wykorzystałem wymieniony wyżej mikrofon ze wzmacniaczem MAX9814. W modelu również zostały wykorzystane kilka nigdy wcześniej nie używanych przez nas bibliotek (takich jak np. fix_fft) , których działanie również mam zamiar pokazać.

Spis treści

• Krótki opis Mikrofonu
• Specyfikacja
• Podłączenie układu
• Program
• Pliki do pobrania (w tym biblioteki)

Krótki opis

Mikrofon o zakresie od 20Hz do 20kHz. Częstotliwość dźwięku jest pobierana przez układ dzięki napięciom na analogowym pinie Arduino. A następnie dzięki bibliotece fix_fft zamieniana na odpowiedni zakres dźwiękowy który można następnie wyświetlić na oledzie.

Specyfikacja

• Napięcie zasilania: od 2,7 V do 5,5 V
• Wyjście: 2 Vpp dla 1,25 V bias
• Zakres częstotliwości: od 20 Hz do 20 kHz
• Programowalna wartość Attack/Release ratio
• Automatyczne wzmocnienie
• Maksymalna wartość wzmocnienia: 40 dB / 50 dB / 60 dB (domyślnie)
• Wymiary: 26 x 14 mm

Połączenie układu

Elementy:

• Arduino Mega/Uno/Nano
• Mikrofon Moduł MAX9814
• Oled 128×64
• Rezystkor 0.25W 10kΩ 5%
• Płytka stykowa
• 4x kable stykowe (mes-żęń)
• 3xkable stykowe (męs)

Arduino -> Oled:

• A5(SDA) -> SDA
• A4(SCL) -> SCL
• GND -> GND
• 5V -> VCC

Arduino -> Mikrofon (wpinamy mikrofon do płytki stykowej)

• 5V – VCC
• GND – GND
• A0 – OUT (+rezystor)

Program

1. Definicja zmiennych i załączenie biblioteka. Utworzenie obiektu biblioteki NanoEngine.

#include <fix_fft.h>                  
#include <ssd1306.h>            
#include <nano_engine.h>
#define SAMPLING_FREQUENCY 15000  
#define TIME_FACTOR 3             
#define SCALE_FACTOR 12           
#ifdef LOG_OUTPUT
const float log_scale = 64./log(64./SCALE_FACTOR + 1.);                              
#endif
const float coeff = 1./TIME_FACTOR;                                                  
const unsigned int sampling_period_us = round(1000000 * (2.0 / SAMPLING_FREQUENCY)); 

int8_t data[64], buff[32];   
unsigned long microseconds;                                  
int summ, avg;           
NanoEngine<TILE_32x32_MONO> engine;

2. Funkcja void setup(). Przypisanie wartości dla zmiennych oraz aktywacja oled i działania obiektu engine.

void setup() {
  OSCCAL = 240; 
  
  ADCSRA &= ~(bit (ADPS0) | bit (ADPS1) | bit (ADPS2));      
  ADCSRA |= bit (ADPS2);                                     
  ADCSRA |= bit (ADPS0);

  ssd1306_128x64_i2c_init();                                 
  ssd1306_clearScreen();                                        
  engine.begin();                                             
}

3. Funkcja void loop(). Funkcje for zajmują się zmianą wysokości słupków mocy. Natomiast obiekt engine redukcją szumów.

void loop() {
 summ = 0;
  for (int i = 0; i < 64; i++) {
    microseconds = micros();
    
    data[i] = ((analogRead(A0)) >> 2) - 128;                        
    summ += data[i];
    while (micros() < (microseconds + sampling_period_us)) {        
    }
  }

  avg = summ/64;
  for (int i = 0; i < 64; i++){
    data[i] -= avg;
  }
  fix_fftr(data, 6, 0);
                             
  for(int count = 0; count < 32; count++){
  if(data[count] < 0) data[count] = 0;                                          
  #ifdef LOG_OUTPUT
  else data[count] = log_scale*log((float)(data[count]+1));                     
  #else
  else data[count] *= SCALE_FACTOR;                                             
  #endif
  data[count] = (float)buff[count] * anti_coeff + (float)data[count] * coeff;   
  buff[count] = data[count];                                                    
  if(data[count] > 63) data[count] = 63;                                        
  }
  engine.refresh();                                               
  engine.canvas.clear();                                          
  for(int i = 0; i < 8; i++){
    engine.canvas.drawVLine(i*4,31-(data[i]+1),31);          
  }
  engine.canvas.blt(0,32);                                        
  engine.canvas.clear();
  for(int i = 0; i < 8; i++){
    if(data[i] > 31) engine.canvas.drawVLine(i*4,31-(data[i]-31),31);     
  }
  engine.canvas.blt(0,0);
  engine.canvas.clear();
  for(int i = 8; i < 16; i++){
    engine.canvas.drawVLine((i-8)*4,31-(data[i]+1),31);      
  }
  engine.canvas.blt(32,32);  
  engine.canvas.clear();
  for(int i = 8; i < 16; i++){
    if(data[i] > 31) engine.canvas.drawVLine((i-8)*4,31-(data[i]-31),31);   
  }
  engine.canvas.blt(32,0);
  engine.canvas.clear();
  for(int i = 16; i < 24; i++){
    engine.canvas.drawVLine((i-16)*4,31-(data[i]+1),31);     
  }
  engine.canvas.blt(64,32);
  engine.canvas.clear();
  for(int i = 16; i < 24; i++){
    if(data[i] > 31) engine.canvas.drawVLine((i-16)*4,31-(data[i]-31),31);   
  }
  engine.canvas.blt(64,0);
  engine.canvas.clear();
  for(int i = 24; i < 32; i++){
    engine.canvas.drawVLine((i-24)*4,31-(data[i]+1),31);     
  }
  engine.canvas.blt(96,32);
  engine.canvas.clear();
  for(int i = 24; i < 32; i++){
    if(data[i] > 31) engine.canvas.drawVLine((i-24)*4,31-(data[i]-31),31);  
  }
  engine.canvas.blt(96,0);
}

Pliki do pobrania