音頻輸入LED燈條驅(qū)動器開源

描述

為什么？

我想用音樂控制 LED 燈條，但找不到一個好的現(xiàn)成解決方案，所以我創(chuàng)建了自己的解決方案。我將解釋該項目以及我如何開始和開展業(yè)余愛好項目。

市場研究與競爭

有一些商業(yè)設(shè)備可用，我確實購買并測試了它們，但我對性能并不滿意。我想許多設(shè)計的基本問題是要么沒有足夠的處理能力（或者代碼沒有優(yōu)化），要么處理器運行的操作系統(tǒng)不是為實時操作而設(shè)計的。

規(guī)格

規(guī)格很簡單

• 以盡可能少的延遲對音樂頻率做出反應
• 控制可尋址 LED
• 3.5 毫米音頻輸入
• 顏色、動畫速度等的一些定制（需要按鈕和指示器）
• 強大的即插即用設(shè)計
• 重啟后記住設(shè)置
• 用于機械安裝的法蘭

元件選擇

我首先選擇了一個外殼，并決定安裝一些簡單的 PCB 安裝按鈕，以便于組裝。我選擇了一個7 段顯示器來指示設(shè)置和設(shè)備狀態(tài)。即使在黑暗的環(huán)境中，7 段顯示器也易于閱讀。

UI 元素安裝在外殼中的 PCB 上，因此整個部件易于組裝和拆卸。

對于實際分析，有一些集成芯片可以進行音樂分析，我猜它們可以追溯到 Walkman 等時代，當時均衡器顯示是新事物，并不是所有東西都在單芯片上運行。

我計劃測試標準微控制器并升級到具有實時操作系統(tǒng)的更強大的處理器，但我無法達到預期的性能。事實證明，通過一些優(yōu)化，您將不需要太多的處理能力來提取足夠的信息供您的眼睛處理。

放大級需要很大的輸入范圍，因為正常的耳機輸出電壓遠低于業(yè)界認為的線路電平。

設(shè)計

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主PCBA

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我使用 Autodesk Eagle 設(shè)計了 ??PCBA 。我有完整版，但免費版對于這個項目來說已經(jīng)足夠了。

我本可以使用原型板，但設(shè)計我自己的 PCB 為產(chǎn)品提供了完整的外觀，并且我能夠適應所有輸入和輸出保護以及您想要的強大產(chǎn)品的 EMC 考慮因素。

輸入保護具有帶肖特基二極管的極性保護，帶齊納二極管的電子過壓保護，甚至還有用于額外防火的保險絲。旁路電容器和鐵氧體最大限度地減少了設(shè)備內(nèi)外的任何電噪聲。

輸出通過具有比微控制器更好的保護電路的低傳播延遲邏輯門進行緩沖。我喜歡減輕微控制器的所有負載，驅(qū)動多個并行 LED 燈條并不是我喜歡用微控制器做的事情。

按鍵PCBA

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7段顯示器只需使用Microchip MCP23017 IO擴展芯片即可驅(qū)動。我最初也使用施密特觸發(fā)器緩沖按鈕，但認為這會過度設(shè)計并決定刪除它們。

我還實現(xiàn)了一個電壓參考和一個使用PWM控制 LED 的選項，即使我的主要目標是驅(qū)動可尋址 LED，它們與某種移位寄存器一起工作。

主 PCB 通過FFC 電纜連接到按鈕 PCB ，其布線使彎曲點推到外殼壁上，以防止電纜在振動中脫落。

外殼

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我使用 Autodesk Fusion 360 設(shè)計的機制，因為它與 Eagle 有很好的集成，您只需單擊一個按鈕即可將 PCB 的 3D 模型推送到您的設(shè)計中，并且鏈接可以雙向工作。您甚至可以在 Fusion 360 中運行 Eagle，但我習慣將它們作為單獨的應用程序。

Fusion 360 有一個免費許可證，它不會以任何方式真正阻止我的常規(guī)項目。我正在運行商業(yè)許可證，因為它現(xiàn)在與 Eagle 許可證捆綁在一起，但我過去一直在使用免費版本。

我能夠構(gòu)建模型、檢查重疊等錯誤、為我的 CNC 銑床創(chuàng)建刀具路徑以及您在此處看到的渲染。

我還使用 Fusion 360制作了PCB 輪廓和圖形。

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該驅(qū)動程序支持多種類型的 LED 燈條（鏈接的 GitHub 存儲庫中的更多信息）。您可以選擇靜態(tài)顏色或不同的音頻顯示模式。