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树莓派pico和LM358运放组成的简单音频采样系统

weixin_44925036 2023-04-18 原文

基于树莓派pico和LM358运放的音频采样系统

简介

闲来无事,利用网上的图片,手动焊接了一个放大电路。采用LM358运放放大咪头信号,树莓派pico采样,ssd1306显示波形及频谱,适合新手练手。
选择LM358主要基于两个原因:一是电压范围宽,3V就可以正常工作,这样可以用板载的3.3V(或5V)电源供电,不需要额外的电源。二是可以自动偏置,LM358会把信号中心抬升到基准电压。
缺点也是很明显,3.3V供电导致放大后的信号最大幅度不能到达3.3V(3.3-1.5),pico的adc采样深度为12bit,达不到标准音频采样的16bit标准。
对比以前用过的一个微雪模块,自制模块有更高的灵敏度,高频尤其明显。
作为一个练手项目,此项目涉及到了ad采样,oled显示,焊接,及简单的C/C++。

项目优势

1.用料简单。pico开发板tb价格20块,ssd1306不超过15块,采样板总成本不超过5块~
2.采样精度尚可
3.代码简单易懂,有C基础的可以自由发挥,增加更多想要的功能
4.pico的扩展能力强,方便后期与其他系统集成
5.pico有强大的mcu,可以超频。这个项目中,pico运行在266MHz,I2C频率2.4MHz,128点采样并做傅里叶计算。满速fps可以到达200多。

采样板制作

1.原理图

注明:原图来自elecfans:https://www.elecfans.com/video/202207101859484.html
原设计采用9V电源,不方便与单片机集成。改为3.3V供电后,ADC引脚还可以做为探针使用,因为整块板子电压都在3.3V以下,方便排查板子的工作状态
原设计功能是话筒放大器,输出是有退耦电容的。但是单片机采样,需要直流部分~
原设计R4阻值10k,运放4脚电压为4.5V,超出了ad采样的范围。为了配合ad采样,R4改为了3.3K,运放四脚得到0.825V(5V供电时1.25)的电压,放大后的信号幅度为0V-1.65V(5V供电时2.5V)。

实际测试的时候,发现波形严重畸变,高频污染严重。经测试确定是电源引入的干扰。
为了消除干扰,额外在电源上并联了一个100uf的电解电容,另外在ad输出前增加了一个200K电阻。经过处理后,得到了完美的波形信号。后增加的两个原件没有体现在原理图中。


焊接好的实物图,有点丑,但是功能没问题

相关代码发布在:https://github.com/AndrewWang1111/LM358_PICO_ADC
视频发在B站 :https://www.bilibili.com/video/BV1CG4y1V7SR

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