Σελίδα 1 από 1

VU-meter με PIC (12 LEDs)

Δημοσιεύτηκε: 10 Σεπ 2013, 23:20
από GeorgeVita
VU-meter με PIC (12 LEDs)

Τι είναι VU-meter

Εικόνα

Το VU-meter είναι όργανο μέτρησης όγκου ηχητικού σήματος σε σχετική λογαριθμική κλίμακα dB. Αυτή η 'σχετικότητα' έχει δημιουργήσει πλήθος τεχνικών προδιαγραφών για κάλυψη πληθώρας εφαρμογών μέτρησης του ακουστικού σήματος από την πρώιμη ραδιοφωνία έως την ψηφιακή εγγραφή με αλγόριθμους συμπίεσης. Σύνοψη των προδιαγραφών και περιγραφή της ανάγκης ελέγχου του όγκου ηχητικού σήματος υπάρχει στο τεχνικό άρθρο της EBU: Levelling & Loudness in radio and television broadcasting


Κλίμακα μετρήσεων

Κάθε προδιαγραφή μέτρησης VU χρησιμοποιεί και διαφορετική κλίμακα. Η πιό χρήσιμη για καταναλωτικά προϊόντα (προενισχυτές, ενισχυτές, οικιακή εγγραφή ήχου) όπως και στην εκπομπή ραδιοφωνίας/τηλεόρασης είναι η:
κλίμακα dBu με σημείο αναφοράς 0 dBu = 0.775 V rms (sine wave) = 1.1 V peak

Η συνηθέστερη κλίμακα ενδείξεων VU είναι από -20dB έως +3dB.
Στο παρόν κύκλωμα έχουμε κλίμακα από -20dBu έως +5dBu σε 12 βήματα:

Κώδικας: Επιλογή όλων

     +5dBu   1.948Vp    1.377Vrms
     +3      1.547      1.094
     +2      1.379      0.975
     +1      1.229      0.869
      0      1.095      0.775
     -1      0.976      0.690
     -2      0.870      0.615
     -3      0.776      0.548
     -5      0.616      0.436
     -7      0.489      0.346
    -10      0.346      0.245
    -20      0.110      0.077

(μετατροπή με το calculator dBu σε Vrms και Vp)


Ενδειξη μέσης στάθμης σήματος και κορυφών

Τα VU-meters δείχνουν μια μέση τιμή στάθμης σήματος. Βασική παράμετρος προδιαγραφής είναι οι χρόνοι μετάβασης (attack) και επιστροφής (decay) της ένδειξης για ριπή τόνου. Η 'κλασική' απόκριση είναι 300mSec attack/decay και προέρχεται από τα όργανα βελόνας. Πολύ γρήγορη ένδειξη δε συνιστάται γιατί 'μπερδεύει' το χρήστη που πρέπει να έχει οπτική αντίληψη του σήματος. Μια χρήσιμη λειτουργία στα VU-meter με LED είναι η συγκρατημένη ένδειξη των κορυφών (peak hold) για πρόληψη τυχόν παραμορφώσεων στα στάδια ενίσχυσης ή διαμόρφωσης.

Υπάρχουν πολλά κυκλώματα για τη μέτρηση του μέσου όγκου σήματος όπως και της συγκράτησης κορυφών. Γενικά χωρίζονται στα μισού ή πλήρους κύματος δηλαδή αυτά που δειγματοληπτούν τη θετική πλευρά ή όλο το σήμα. Αρκετά κυκλώματα θα βρείτε στο datasheet του LM3916 (T.I. from NSC) και στο internet. Εδώ θα χρησιμοποιήσουμε απλό κύκλωμα ανίχνευσης κορυφών μισού κύματος με τρανζίστορ το οποίο δίνει ενδείξεις πάνω από τα 0dBu. Η συμπεριφορά του κυκλώματος αυτού φαίνεται στην παρακάτω φωτογραφία, η έξοδος του ανιχνευτή κορυφών έχει έντονο μπλε χρώμα:

Εικόνα


Κύκλωμα

Το κύκλωμα βασίζεται στον μC PIC12F675 των 8 pins και τη συνδεσμολογία CharliePlexing στα 12 LED. Ο μC χρονίζεται από τον ενσωματωμένο ταλαντωτή (RC 4MHz). Οι μετρήσεις γίνονται από τον εσωτερικό A/D (10 bits). Στην είσοδο ήχου υπάρχει απλός ανιχνευτής κορυφών (βλέπε application note στο datasheet του LM3916). Η οδήγηση των 12 LEDs θα γίνει από 4 I/O pins εναλλάσσοντας κατάσταση εξόδου High/Low/Tristate.

Η τάση τροφοδοσίας πρέπει να είναι καλά σταθεροποιημένη γιατί χρησιμοποιείται και ως τάση αναφοράς για το εσωτερικό A/D. Η κλίμακα VU είναι προ-ρυθμισμένη για ενδείξεις -20 έως +5dB. Η συγκράτηση των ενδείξεων κορυφής λειτουργεί για μετρήσεις μεγαλύτερες από 0dBu (στα 4 τελευταία LED).

Ο μC θα προγραμματιστεί με το αρχείο: VUmeter.hex

Εικόνα

Εικόνα


Πλακέτα
Η κάτοψη μονταρίσματος:

Εικόνα

Η όψη του χαλκού (διάσταση 65mm επί 31mm):

Εικόνα

Η όψη χαλκού σε .pdf για εκτύπωση.

Μπορείτε να φτιάξετε τη δική σας πλακέτα σε άλλο μέγεθος ή σχήμα. Συνδέστε τα LED όπως σας βολεύει. Στο πρόγραμμα έχει προβλεφθεί πίνακας αντιστοίχισης των LED για να 'μπουν στη σωστή σειρά'.


Αλλαγή θέσης των LED με το 'Test Mode'

Τα LED συνδέονται σε 6 αντιπαράλληλα ζεύγη (κάθε ζεύγος έχει ένα LED 'ορθά' πολωμένο και ένα 'ανάστροφα') και πρέπει να γίνουν οι πιθανές συνδέσεις (Α με Β, Α με C, A με D, B με C, B με D και C με D). Για να βρείτε τη σωστή σειρά των LED ενεργοποιήστε το 'Test Mode' ενώνοντας το αντίστοιχο jumper TEST (γείωση στο pin 4 του μC).

Τροφοδοτείστε με 5VDC το κύκλωμα. Θα παρατηρήσετε τα LED να ανάβουν αργά το ένα μετά το άλλο και στο τέλος θα υπάρχει ένα κενό (όλα σβηστά). Ο κύκλος θα επαναλαμβάνεται όσο το jumper TEST είναι ενωμένο. Μόλις αρχίζουν να ανάβουν, σημειώστε τους α/α των LED στην πλακέτα σας. Λ.χ. άναψε πρώτο το 7ο μετά το 8ο, το 4ο κλπ.

Πριν προγραμματίσετε τον PIC12F675 κοιτάξτε τη μνήμη προγράμματος στις διευθύνσεις από 0x0031. Εκεί υπάρχει ο πίνακας αντιστοίχισης των LED. Στο v1.2 του VUmeter.hex περιέχονται:
ADDR: 0031 DATA: 340A 340B 3406 3407 3405 3404 3402 3403 3408 3409 3400 3401

Αν υποθέσουμε ότι εσείς είδατε να ανάβουν τα LED με τη σειρά:
7-8-4-3-1-2-10-9-11-12-6-5 (δηλ. το 7ο LED της πλακέτας σας άναψε 1ο και τελευταίο άναψε το 5ο)
θα προγραμματίσετε τις θέσεις μνήμης με τον α/α -1 σε δεκαεξαδικό δηλαδή με:
06-07-03-02-00-01-09-08-0A-0B-05-04 (στο δεκαεξαδικό 10=0A, 11=0B)

Συγκεκριμένα Θα αλλάξετε τις θέσεις μνήμης σε:
ADDR: 0031 DATA: 3406 3407 3403 3402 3400 3401 3409 3408 34 34 3405 3404


Λίστα Υλικών

Κώδικας: Επιλογή όλων

    Λίστα Υλικών
    ------------
    R1    10 KΩ
    R2     1 KΩ
    R3   100 KΩ
    R4   100 KΩ
    R5     1 MΩ
    R6   180 Ω
    R7   180 Ω
    R8   180 Ω
    R9   180 Ω

    C1    33 μF/16V
    C2   220 nF
    C3   100 nF

    Q1   BC557B
    D1   1N4148
    IC1  PIC12F675 και βάση για IC 8 pin

    12x LED KINGBRIGHT L-934LSRD


Τελική μορφή
Παρακάτω φαίνεται το μονταρισμένο πρωτότυπο με 12 κόκκινα LED.

Εικόνα

Δείτε το video που δείχνει το VU-meter σε λειτουργία (mpeg-1, 1.1MB).


Σημειώσεις
1. Χρησιμοποιήστε βάση στο μC για να μπορείτε να τον προγραμματίσετε πάλι εύκολα.
2. Οι αντιστάσεις R6-R7-R8-R9 μπορούν να μειωθούν έως τα 18Ω για αύξηση φωτεινότητας στα LED ή για χρήση μπλε/άσπρων LED τα οποία πρέπει να είναι χαμηλού ρεύματος ή υψηλής φωτεινότητας.
3. Υπολογιζόμενο κόστος υλικών €5 σε τιμές λιανικής Farnell χωρίς την πλακέτα, το 50% του κόστους στα LED.
4. Αν χρειαστείτε είσοδο πυκνωτικού μικροφώνου χωρίς απαιτήσεις "calibrated", χρησιμοποιήστε τον παρακάτω προενισχυτή:
Εικόνα
5. Για ιστορικούς λόγους δείχνω τα "VU-meter με LED" της III/V (TSM3916, μπεζ) και National Semiconductor (NSM3914, μπλε):
Εικόνα