{"id":4363,"date":"2021-12-07T11:22:56","date_gmt":"2021-12-07T11:22:56","guid":{"rendered":"https:\/\/blogs.etsii.urjc.es\/dseytr\/?p=4363"},"modified":"2021-12-13T17:57:40","modified_gmt":"2021-12-13T17:57:40","slug":"analizador-del-espectro-sonoro-de-32-bandas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogs.etsii.urjc.es\/dseytr\/analizador-del-espectro-sonoro-de-32-bandas\/","title":{"rendered":"Analizador del espectro sonoro de 32 bandas"},"content":{"rendered":"\n
\"\"<\/a>
Ilustraci\u00f3n 1. Display matricial<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Este proyecto ha sido desarrollado por el grupo 7 de la asignatura Dise\u00f1o de Sistemas Empotrados, conformado por Eric Mart\u00ednez Gamero, durante el primer cuatrimestre del curso 2021-2022.<\/p>\n\n\n\n

INTRODUCCI\u00d3N<\/h2>\n\n\n\n

El analizador LED del espectro de audio de 32 bandas<\/strong> permite visualizar las fluctuaciones de frecuencia de una se\u00f1al anal\u00f3gica de, por ejemplo, una canci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

El display<\/em> est\u00e1 compuesto por cuatro m\u00f3dulos de 8×8 LEDs rojos, que se iluminan en funci\u00f3n de dichas fluctuaciones y siguen un patr\u00f3n determinado por el modo de visualizaci\u00f3n seleccionado.<\/p>\n\n\n\n

La idea original proviene de la entrada del blog oficial de Arduino publicada por el usuario shajeeb <\/em>en 2019: <\/a>https:\/\/create.arduino.cc\/projecthub\/shajeeb\/32-band-audio-spectrum-visualizer-analyzer-902f51?ref=platform&ref_id=424_trending___&offset=22<\/a><\/p>\n\n\n\n

COMPONENTES<\/h2>\n\n\n\n
Componente<\/strong><\/td>N\u00famero<\/strong><\/td>Precio<\/strong><\/td><\/tr>
Placa Arduino Uno<\/td>1<\/td>Provista por la URJC<\/td><\/tr>
Placa de inserci\u00f3n<\/td>1<\/td>Provista por la URJC<\/td><\/tr>
Cable de audio est\u00e9reo<\/td>2<\/td>En propiedad<\/td><\/tr>
Cables DuPont<\/td>17<\/td>8 \u20ac<\/td><\/tr>
Matriz LED 8×32 MAX7219<\/td>1<\/td>10 \u20ac<\/td><\/tr>
Socket hembra para jack de 3.5\u00bb<\/td>1<\/td>1.37 \u20ac<\/td><\/tr>
Splitter de audio 1 a 2 para jack de 3.5\u00bb<\/td>1<\/td>0.50 \u20ac<\/td><\/tr>
Resistencias de 4.7k ohm<\/td>3<\/td>4.33 \u20ac<\/td><\/tr>
Resistencias de 100k ohm<\/td>2<\/td>4.33 \u20ac<\/td><\/tr>
Resistencia de 10k ohm<\/td>1<\/td>4.33 \u20ac<\/td><\/tr>
Condensador cer\u00e1mico 100nF<\/td>2<\/td>0.61 \u20ac<\/td><\/tr>
Bot\u00f3n<\/td>1<\/td>Provisto por la URJC<\/td><\/tr>
Conector pila 9V<\/td>1<\/td>5 \u20ac<\/td><\/tr>
Pila alcalina 9V<\/td>1<\/td>3 \u20ac<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

HERRAMIENTAS<\/h2>\n\n\n\n
Herramienta<\/strong><\/td>N\u00famero<\/strong><\/td>Precio<\/strong><\/td><\/tr>
Soldador de esta\u00f1o<\/td>1<\/td>24 \u20ac<\/td><\/tr>
Pol\u00edmetro<\/td>1<\/td>En propiedad<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

HARDWARE<\/h2>\n\n\n\n

El sistema recibe la se\u00f1al anal\u00f3gica de un dispositivo m\u00f3vil<\/strong> gracias a un cable de audio est\u00e9reo. Este cable est\u00e1 conectado a un socket hembra que separa los canales izquierdo, derecho y tierra. Con el soldador de esta\u00f1o se fijaron los pines del socket a tres cables que van a la placa de inserci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

Por otro lado, se instal\u00f3 en la placa un bot\u00f3n para posibilitar el cambio entre los tres modos<\/strong> de visualizaci\u00f3n del display<\/em>.<\/p>\n\n\n\n

Respecto a la salida del sistema, esta se visualiza a trav\u00e9s de una matriz LED 8×32<\/strong> conectada mediante cables jumper a la placa Arduino Uno y constituida por cuatro m\u00f3dulos 8×8.<\/p>\n\n\n\n

En cuanto a la fuente de alimentaci\u00f3n, se opt\u00f3 por utilizar el jack de alimentaci\u00f3n con adaptador DCAC para conectar una bater\u00eda de 9V<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/a>
Ilustraci\u00f3n 2. Sistema completo<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
\"\"<\/a>
Ilustraci\u00f3n 3. Sistema completo <\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

ESQUEMA DE CONEXIONES<\/h2>\n\n\n\n
\"\"<\/a>
Ilustraci\u00f3n 4. Esquema de conexiones fritzing<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

SOFTWARE<\/h2>\n\n\n\n

Para la implementaci\u00f3n del proyecto a nivel software se han utilizado las librer\u00edas de Arduino MD_MAX72xx<\/strong> (https:\/\/www.arduino.cc\/reference\/en\/libraries\/md_max72xx\/<\/a>) y arduinoFFT <\/strong>(https:\/\/www.arduino.cc\/reference\/en\/libraries\/arduinofft\/<\/a>).<\/p>\n\n\n\n

La librer\u00eda arduinoFFT<\/strong> permite calcular la frecuencia de una se\u00f1al muestrea implementando el algoritmo de la transformada r\u00e1pida de Fourier en coma flotante. Esto permite el tratamiento digital de se\u00f1ales de audio.<\/p>\n\n\n\n

Por otro lado, la librer\u00eda MD_MAX72XX<\/strong> implementa funciones para trabajar con matrices LED 8×8. Es necesario realizar un test inicial sobre la matriz comprada para conocer el tipo de hardware y poder especificarlo para la librer\u00eda. <\/p>\n\n\n\n

En cuanto a los modos de visualizaci\u00f3n del display, estos se encuentran codificados en binario en arrays de 9 elementos. El primer modo de visualizaci\u00f3n, por ejemplo, se podr\u00eda ilustrar como:<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/a>
Ilustraci\u00f3n 5. Modo de visualizaci\u00f3n 1<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

La primera l\u00ednea de setup() es importante, ya que pone el conversor anal\u00f3gico digital de la Arduino Uno en free running mode<\/em><\/strong>. As\u00ed se permite que el ADC se mantenga realizando conversiones consecutivas, reduciendo latencias.<\/p>\n\n\n\n

Sobre loop(), el siguiente esquema representa el proceso que se lleva a cabo cada iteraci\u00f3n:<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/a>
Ilustraci\u00f3n 6. Esquema del bucle principal<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Como se puede ver, antes de volver al inicio hay que comprobar si se ha pulsado el bot\u00f3n para cambiar de modo. La funci\u00f3n cambioModo() implementa esta funcionalidad.<\/p>\n\n\n\n

C\u00d3DIGO<\/h2>\n\n\n\n
#include <arduinoFFT.h> \/\/ librer\u00eda que permite calcular la frecuencia de una se\u00f1al muestreada\n#include <MD_MAX72xx.h> \/\/ librer\u00eda que permite utilizar una matriz LED como pantalla direccionable por p\u00edxeles\n\n#define MUESTRAS 64            \/\/ debe ser potencia de dos para el algoritmo de muestreo\n#define TIPO_HARDWARE MD_MAX72XX::ICSTATION_HW   \/\/ tipo de display para que la librer\u00eda MD_MAX72XX lo reconozca\n#define MODULOS  4   \/\/ n\u00famero de m\u00f3dulos LED independientes\n#define CLK_PIN   13  \/\/ pin CLOCK del display\n#define DATA_PIN  11  \/\/ pin DATA del display\n#define CS_PIN    10  \/\/ pin CONTROL del display\n\n#define COLUMNAS 32      \/\/ n\u00famero de columnas en el display (muestras \/ 2)\n#define FILAS 8       \/\/ n\u00famero de filas en el display\n\n\/\/ modos de visualizaci\u00f3n - cada LED puesto a 1 en binario se iluminar\u00e1\nint MODO[]= {0, 128, 192, 224, 240, 248, 252, 254, 255}; \/\/ por defecto ser\u00e1 el patr\u00f3n est\u00e1ndar\nint MODO_1[]= {0, 128, 192, 224, 240, 248, 252, 254, 255}; \/\/ patr\u00f3n est\u00e1ndar\nint MODO_2[]= {0, 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1}; \/\/ solo parte superior\nint MODO_3[]= {0, 1, 3, 7, 15, 31, 63, 127, 255}; \/\/ patr\u00f3n est\u00e1ndar del rev\u00e9s\nint MODO_4[]= {0, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128}; \/\/ solo parte superior del rev\u00e9s\n\n \ndouble vReal[MUESTRAS];\ndouble vImag[MUESTRAS];\nchar val[COLUMNAS];\n                      \nint columnaDisplay, valorDisplay; \n\nconst int BOTON_PIN = 5;    \/\/ pin del bot\u00f3n\nint estado = HIGH;             \/\/ el valor actual le\u00eddo del pin\nint estadoPrevio = LOW;   \/\/ el valor previo le\u00eddo del pin\nint modo = 1;\n\nMD_MAX72XX mx = MD_MAX72XX(TIPO_HARDWARE, CS_PIN, MODULOS);   \/\/ objeto display\narduinoFFT FFT = arduinoFFT();                                \/\/ objeto fft\n\n\nvoid setup() {\n    \n    ADCSRA = 0b11100101;      \/\/ poner conversor anal\u00f3gico digital en modo de funcionamiento libre y poner prescaler a 32\n    ADMUX = 0b00000000;       \/\/ usar el pin A0 y referencia de voltaje externa\n    pinMode(BOTON_PIN, INPUT);\n    mx.begin();               \/\/ inicializaci\u00f3n del display\n    delay(50);                \/\/ espera para obtener voltaje de referencia estable\n}\n \nvoid loop() {\n   \/\/ muestreo\n   for(int i=0; i<MUESTRAS; i++)\n    {\n      while(!(ADCSRA & 0x10));        \/\/ esperar que ADC termine la conversi\u00f3n actual\n      ADCSRA = 0b11110101 ;           \/\/ limpiar registro ADCSRA para que ADC pueda realizar la siguiente conversi\u00f3n (0xf5)\n      int valor = ADC - 512 ;         \/\/ leer del ADC\n      vReal[i] = valor\/8;\n      vImag[i] = 0;                         \n    }\n\n \n    \/\/ configuraci\u00f3n de FFT\n    FFT.Windowing(vReal, MUESTRAS, FFT_WIN_TYP_HAMMING, FFT_FORWARD);\n    FFT.Compute(vReal, vImag, MUESTRAS, FFT_FORWARD);\n    FFT.ComplexToMagnitude(vReal, vImag, MUESTRAS);\n\n    \n    \/\/ reorganizar resultado FFT para adaptarse al n\u00famero de columnas\n    int step = (MUESTRAS\/2) \/ COLUMNAS; \n    int c = 0;\n    for(int i=0; i < (MUESTRAS\/2); i++)  \n    {\n      val[c] = 0;\n      for (int k = 0 ; k < step ; k++)\n          val[c] = val[c] + vReal[i+k];\n      val[c] = val[c]\/step; \n      c++;\n    }\n\n    \n    \/\/ enviar el valor medido a cada columna del display\n    for(int i=0; i < COLUMNAS; i++)\n    {\n      val[i] = constrain(val[i],0,80);            \/\/ restringir valor entre 0 y 80\n      val[i] = map(val[i], 0, 80, 0, FILAS);      \/\/ mapear el valor entre 0 y n\u00famero de filas\n \n      valorDisplay = MODO[val[i]];\n      columnaDisplay = 31-i;\n      mx.setColumn(columnaDisplay, valorDisplay);              \/\/ poner todos los LEDs de la columna en el nuevo estado\n    }\n     \n    cambioModo ();         \/\/ comprueba si el bot\u00f3n se ha presionado para cambiar de modo\n} \n\nvoid cambioModo() {\n  int leido = digitalRead(BOTON_PIN); \n  if (leido == HIGH && estadoPrevio == LOW) \/\/ al presionar el bot\u00f3n cambiar de modo\n  {\n   switch (modo) {\n    case 1:    \/\/ del modo 1 al 2\n      modo = 2;\n      for (int i=0 ; i<=8 ; i++ ) {\n        MODO[i] = MODO_2[i];\n      }\n      break;\n    case 2:    \/\/ del modo 2 al 3\n      modo = 3;\n      for (int i=0 ; i<=8 ; i++ ) {\n        MODO[i] = MODO_3[i];\n      }\n      break;\n    case 3:    \/\/ del modo 3 al 4\n      modo = 4;\n      for (int i=0 ; i<=8 ; i++ ) {\n        MODO[i] = MODO_4[i];\n      }\n      break;\n    case 4:    \/\/ del modo 4 al 1\n      modo = 1;\n      for (int i=0 ; i<=8 ; i++ ) {\n        MODO[i] = MODO_1[i];\n      }\n      break;\n    }\n  }\n  estadoPrevio = leido;\n}\n<\/pre>\n\n\n\n
V\u00cdDEO DE DEMOSTRACI\u00d3N<\/h2>\n\n\n\n
MEMORIA<\/h2>\n\n\n\n
Memoria_ Analizador_ Grupo 7<\/a>Descarga<\/a><\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Este proyecto ha sido desarrollado por el grupo 7 de la asignatura Dise\u00f1o de Sistemas Empotrados, conformado por Eric Mart\u00ednez Gamero, durante el primer cuatrimestre del curso 2021-2022. 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