音频输入LED灯条驱动器开源

描述

为什么？

我想用音乐控制 LED 灯条，但找不到一个好的现成解决方案，所以我创建了自己的解决方案。我将解释该项目以及我如何开始和开展业余爱好项目。

市场研究与竞争

有一些商业设备可用，我确实购买并测试了它们，但我对性能并不满意。我想许多设计的基本问题是要么没有足够的处理能力（或者代码没有优化），要么处理器运行的操作系统不是为实时操作而设计的。

规格

规格很简单

• 以尽可能少的延迟对音乐频率做出反应
• 控制可寻址 LED
• 3.5 毫米音频输入
• 颜色、动画速度等的一些定制（需要按钮和指示器）
• 强大的即插即用设计
• 重启后记住设置
• 用于机械安装的法兰

元件选择

我首先选择了一个外壳，并决定安装一些简单的 PCB 安装按钮，以便于组装。我选择了一个7 段显示器来指示设置和设备状态。即使在黑暗的环境中，7 段显示器也易于阅读。

UI 元素安装在外壳中的 PCB 上，因此整个部件易于组装和拆卸。

对于实际分析，有一些集成芯片可以进行音乐分析，我猜它们可以追溯到 Walkman 等时代，当时均衡器显示是新事物，并不是所有东西都在单芯片上运行。

我计划测试标准微控制器并升级到具有实时操作系统的更强大的处理器，但我无法达到预期的性能。事实证明，通过一些优化，您将不需要太多的处理能力来提取足够的信息供您的眼睛处理。

放大级需要很大的输入范围，因为正常的耳机输出电压远低于业界认为的线路电平。

设计

主PCBA

 

我使用 Autodesk Eagle 设计了 ​​PCBA 。我有完整版，但免费版对于这个项目来说已经足够了。

我本可以使用原型板，但设计我自己的 PCB 为产品提供了完整的外观，并且我能够适应所有输入和输出保护以及您想要的强大产品的 EMC 考虑因素。

输入保护具有带肖特基二极管的极性保护，带齐纳二极管的电子过压保护，甚至还有用于额外防火的保险丝。旁路电容器和铁氧体最大限度地减少了设备内外的任何电噪声。

输出通过具有比微控制器更好的保护电路的低传播延迟逻辑门进行缓冲。我喜欢减轻微控制器的所有负载，驱动多个并行 LED 灯条并不是我喜欢用微控制器做的事情。

按键PCBA

 

7段显示器只需使用Microchip MCP23017 IO扩展芯片即可驱动。我最初也使用施密特触发器缓冲按钮，但认为这会过度设计并决定删除它们。

我还实现了一个电压参考和一个使用PWM控制 LED 的选项，即使我的主要目标是驱动可寻址 LED，它们与某种移位寄存器一起工作。

主 PCB 通过FFC 电缆连接到按钮 PCB ，其布线使弯曲点推到外壳壁上，以防止电缆在振动中脱落。

外壳

 

我使用 Autodesk Fusion 360 设计的机制，因为它与 Eagle 有很好的集成，您只需单击一个按钮即可将 PCB 的 3D 模型推送到您的设计中，并且链接可以双向工作。您甚至可以在 Fusion 360 中运行 Eagle，但我习惯将它们作为单独的应用程序。

Fusion 360 有一个免费许可证，它不会以任何方式真正阻止我的常规项目。我正在运行商业许可证，因为它现在与 Eagle 许可证捆绑在一起，但我过去一直在使用免费版本。

我能够构建模型、检查重叠等错误、为我的 CNC 铣床创建刀具路径以及您在此处看到的渲染。

我还使用 Fusion 360制作了PCB 轮廓和图形。

该驱动程序支持多种类型的 LED 灯条（链接的 GitHub 存储库中的更多信息）。您可以选择静态颜色或不同的音频显示模式。