Тюнер гитары на контроллере Arduino

Сделайте ваш собственный настройщик гитары с помощью контроллера Arduino! Я решил сделать его потому, что хотел провести эксперимент с аудио входом и частотным детектированием. Я использовал метод Аманды Гассаи (Amanda Ghassaei) для частотного детектирования Arduino, чтобы получить значения частоты с помощью Arduino. Светодиоды загораются в соответствии с частотой аудио входа, индицируя, являются ли звуки, издаваемые струной, диезными, бемольными или настроенными.

Сверление отверстий

Просверлите предварительно намеченное отверстие на боковой стороне вашего корпуса с помощью перового сверла диаметром 1/8". Рассверлите начальное отверстие с помощью долотчатого бура диаметром 13/16", чтобы сделать большее отверстие для однополюсного кулисного переключателя. Кулисный переключатель будет служить в качестве выключателя питания тюнера.

Просверлите отверстие под отверстием для выключателя с помощью бура диаметром 23/64". Это отверстие будет использоваться для аудио гнезда.

Двухпозиционный выключатель

Припаяйте красный конец коннектора одной из ваших батарей к одному из контактов на выключателе и красный провод к другому контакту выключателя. Пропустите защелкивающийся коннектор и провод через отверстие диаметром 13/16" в вашем корпусе и закрепите его на месте с помощью монтажной гайки.

Аудио гнездо

Припаяйте зеленый провод к выходной клемме, а черный провод к заземляющей клемме на аудио гнезде. Вставьте аудио гнездо в отверстие диаметром 23/64", которое вы просверлили и закрепите его на месте с помощью монтажной гайки и шайбы.

Разъем питания

Разберите разъем питания M-типа.

Припаяйте красный провод к штыревому выводу разъема, а черный провод к цилиндрическому выводу разъема. Пропустите оба провода через черный кожух и прикрутите черный кожух обратно на разъем.

Усиление и смещение

Аудио сигнал, исходящий от электрической гитары, должен быть усилен приблизительно до двойной амплитуды 5В (амплитуда от пика до пика сигнала) и смещен к центру до приблизительно 2.5В в противоположную сторону от 0В. Сигнал должен находиться в диапазоне между 0 и 5В для того, чтобы он мог быть считан аналоговым входом контроллера Arduino. Он должен иметь наибольшую возможную амплитуду без среза, чтобы получить более точные значения частоты.

Выше показана принципиальная схема, которую необходимо собрать.

Я рекомендую изготавливать данную схему на макетной плате и протестировать ее с помощью осциллографа перед окончательным соединением и пайкой. Вашим аудио входом должен быть зеленый провод аудио гнезда. Подсоедините черный провод гнезда к земле. Присоедините щуп осциллографа к выводу смещения постоянной составляющей DC offset (где схема присоединяется к выводу A0 на контроллере Arduino). Постепенно увеличивайте уровень громкости на вашей гитаре и вставьте выход вашей гитары в аудио гнездо. Поиграйте на каждой струне и проверьте показания осциллографа, чтобы убедиться, что сигнал находится по центру в значении приблизительно 2.5В, и что сигнал близок, но не превышает двойную амплитуду величиной 5В. 

Попробуйте запустить эту модифицированную версию кода Аманды для частотного детектирования для Arduino, чтобы протестировать вычисленное значение частоты Arduino. Единственное изменение, которое я внес в ее код, состояло в том, что я удалил индикаторный светодиод амплитудного ограничения сигнала и вместо него ввел "амплитудное ограничения сигнала" во встроенный монитор последовательного интерфейса, когда сигнал срезается.

Встроенный монитор последовательного интерфейса должен отображать частоту, издаваемую струной. Струны гитары должны иметь следующие значения частоты:

E - 82.4 Гц
A - 110 Гц
D - 146.8 Гц
G - 196 Гц
B - 246.9 Гц
E - 329.6 Гц

Зачастую трудно заставит работать частотное детектирование, поскольку более высокие по звучанию струны имеют более низкую амплитуду сигнала, чем более низкие по звучанию струны. Код Аманды имеет переменную, которая называется ampThreshold (порог амплитуды). Данная переменная представляет собой минимальную амплитуду сигнала для контроллера Arduino, которая позволяет вычислить частоту. Для тюнера гитары значение ampThreshold должно быть достаточно высоким, чтобы контроллер Arduino вычислил частоту более высоких по звучанию струн, но в то же время достаточно низким, чтобы не получить слишком много шума от более низких по звучанию струн. Я обнаружил, что значение ampThreshold = 20 работает. Вы должны играть на более высоких по звучанию струнах сильнее, чтобы контроллер Arduino выбрал их, и при этом частотное детектирование будет хорошо работать. Вы может экспериментировать с другими значениями, чтобы детектирование работало в соответствии с вашими требованиями. Значения от 10 до 30 хорошо подходят. Для получения более подробной информации о работе алгоритма Аманды обратитесь к ее инструкциям: Частотное детектирование Arduino.

Припаивание микросхемы

Припаяйте контроллер TL082 к печатной плате с нанесенной сеткой.

Припаивание усилителя и некоторых компонентов к выводу DC Offset

Припаяйте резисторы для усилителя и провод к выходу усилителя. Припаяйте конденсаторы и резисторы к выводу DC offset. Припаяйте провода к выводу DC offset, которые будут подсоединяться к выводу 5В, земля и A0 на Arduino.

Припаивание питания и входа

Припаяйте красный провод на выключателе питания к +VCC (вывод 8) на микросхеме TL082. Припаяйте черный провод к земле.  Припаяйте черный провод защелкивающегося коннектора второй батареи к -VCC (вывод 4) на микросхеме TL082, а красный провод к земле. Припаяйте зеленый провод аудио гнезда к положительному входу операционного усилителя на TL082 (вывод 3), а черный провод к земле.

Припаяйте красный провод разъема питания к +VCC (вывод 8), а черный провод к земле и вставьте разъем в контроллер Arduino. Вставьте провода для 5В, земли и A0 от вывода DC Offset в контроллер Arduino.

Программный код содержит значения частотного детектирования и элементы управления светодиодами, которые будут добавлены в схему тюнера позже.

Изготовление передней панели

Для изготовления передней панели тюнера гитары я использовал лазерную резку. Мне нравится вид белого акрила и возможность выгравировать буквы и символы на передней панели. Я прикрепил шаблон для передней панели тюнера гитары. Для создания шаблона я использовал программу CorelDRAW. Также файл шаблона приложен и в формате EPS.

Если у вас нет лазерной резки можно использовать обычную крышку от корпуса и просто просверлить в ней отверстия. Используйте перовое сверло диаметром 13/64" и просверлите шесть отверстий для светодиодов, соответствующих шести различным струнам, которые нужно настроить и семь отверстий для светодиодов, которые будут показывать, является ли струна диезной или минорной. Поставьте метки на наборе из шести отверстий E, A, D, G, B и E слева направо. Поставьте метку на среднем отверстии набора из семи отверстий в виде треугольника, вершиной по направлению к отверстию. Поставьте на самое правое отверстие музыкальный символ диез, а на самое левое отверстие музыкальный символ бемоль.

Светодиоды

Припаяйте светодиоды к вашей макетной печатной плате. Разместите светодиоды так, чтобы они входили в отверстия акриловой передней панели. Для этого положите переднюю панель сверху вашей печатной платы и нанесите метки в соответствии с отверстиями на плате с помощью ручки. Таким образом, вы будете знать точное место на плате, куда нужно припаять светодиоды. 

Припаяйте резисторы номиналом 150 Ом к анодам каждого светодиода. К другим концам этих резисторов припаяйте провода, которые будут присоединены к соответствующим выводам контроллера Arduino.
Я выбрал красные провода для светодиодов, которые будут показывать, что струна настроена и зеленые провода для светодиодов, которые показывают, что струну нужно настроить.

Припаяйте катоды светодиодов и черный провод к земле. Этот черный провод необходимо подсоединить к заземляющему выводу контроллера Arduino.

Сборка

Установите переднюю панель тюнера на печатную плату с припаянными светодиодами. Подсоедините провода на печатной плате к контроллеру Arduino. Далее показан список соответствия светодиодов и выводов контроллера. 

самый левый красный светодиод (самый низкий) - вывод 8
следующий красный светодиод справа - вывод 9
следующий красный светодиод справа - A5
зеленый светодиод (настроенный) - A4
первый красный светодиод справа от зеленого - A3
следующий красный светодиод справа - A2
самый правый красный светодиод (самый высокий) - A1

Самый левый светодиод с меткой "E" - вывод 2
Светодиод с меткой "A" - вывод 3
Светодиод с меткой "D" - вывод 4
Светодиод с меткой "G" - вывод 5
Светодиод с меткой "B" - вывод 6
Самый правый светодиод с меткой E" - вывод 7

На втором изображении выше также показаны метки. Черный провод на печатной плате необходимо подсоединить к заземляющему выводу контроллера Arduino. 

Включите тюнер и проверьте его, чтобы убедиться в правильности подключения светодиодов.

Установка в корпус

Аккуратно прикрепите переднюю панель к передней крышке корпуса. Убедитесь, что все провода надежно подсоединены. Установите переднюю крышку корпуса на место и закрепите с помощью винтов.

Настройка

Подсоедините вашу гитару к тюнеру и выполните настройку!

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Оригинал статьи

Теги:

• Arduino
• Перевод