میکروفون‌های خازنی
میکروفون یک دستگاه مبدل است که انرژی صوتی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. یک میکروفون برای گرفتن نوعی صدا و تولید سیگنال الکتریکی مطابق با آن استفاده می شود. یک میکروفون دارای یک جزء حساس است که تغییرات فشار هوای ایجاد شده توسط موج صوتی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. بسته به این جزء و روش تبدیل موج صوتی به سیگنال الکتریکی، میکروفون‌های مختلفی در زمینه الکترونیک و مهندسی صدا موجود است. از رایج ترین انواع میکروفون، میتوان به میکروفون های دینامیک، میکروفون خازنی، میکروفون الکتریکی پیزو و . اشاره کرد
میکروفون، ورودی ماژول سنسور صدا را تولید می کند و از یک دیافراگم نازک تشکیل شده است که این دیافراگم، خود یکی از صفحات خازن را تشکیل میدهد. صفحه پشتی که با فاصله‌ی بسیار کم و به موازات دیافراگم قرار دارد نیز، صفحه دوم خازن میباشد.تصویر زیر شماتیک اولیه میکروفون را نشان می دهد.
اگر صوتی در نزدیکی میکروفون پدید آید، امواج صوتی ایجاد شده توسط صدا، به دیافراگم برخورد می کند. در اثر این ضربه ها، دیافراگم می لرزد و فاصله بین دو صفحه خازن تغییر میکند.
از آنجایی که ظرفیت خازنی به طور مستقیم با فاصله بین صفحات متناسب است، امواج صوتی صدا ولتاژ دو سر خازن را تغییر می دهد که تأثیر مستقیمی بر مدار ماژول سنسور صوتی دارد.
پری امپلی فایر میکروفون
پری امپلی فایرِ میکروفون نوعی تقویت کننده با هدف رساندن سیگنال های MIC level به LINE level برای استفاده با تجهیزات حرفه ای است. خروجی میکروفون‌ها، سیگنال‌های MIC LEVEL هستند و اگر قرار است میکروفون‌ها با کنسول‌های میکس، دستگاه‌های ضبط یا ایستگاه‌های کاری صوتی دیجیتال استفاده شوند، نیاز به پری آمپ دارند.
در واقع پری امپ‌ها خروجی میکروفون(سیگنال MIC level) را به عنوان ورودی خود دریافت کرده و با اعمال كردن بهره اي مناسب به آن ، آن را به صورت سيگنال LINE level به عنوان خروجي خود ارائه میكنند.
یک پري امپ میکروفون خوب باید بتواند حداقل 60 دسی بل افزایش بهره را اعمال کند تا سیگنال های LOW- level Mic را به LINE level برساند.
مروری بر میکروفون امپلي‌فاير MAX9814
آی سی تقویت کننده میکروفون MAX9814 یک تقویت کننده میکروفون Low-noise در پكيج 14پين TDFNبا قابليت كنترل اتومات گين ميباشد.
اين قطعه دارای یک پیش تقویت کننده کم نویز، تقویت کننده بهره متغیر (VGA)، تقویت کننده خروجی، ژنراتور ولتاژ بایاس میکروفون و مدار کنترل AGC است كه پري امپلي فاير آن دارای بهره ثابت 12db ميباشد، در حالی که بهره VGA بسته به ولتاژ خروجی و آستانه AGC به طور خودکار از 20dB به 0dB تنظیم می شود امپلي فاير خروجي آن نيز بهره هاي قابل تنظيمي با مقادير 8dB،18dB و 28dB ارائه ميكند.
از ديگر ويژگي‌هاي اين ميكروفون امپلي فاير آن است كه در اين قطعه ، بهره تقویت کننده خروجی توسط یک ورودی دیجیتال سه سطحی ، آستانه AGC توسط یک تقسیم‌کننده مقاومتی خارجی و زمان‌های attack و release توسط یک خازن، تنظيم ميشوند و یک ورودی دیجیتال سه سطحی نسبت زمان attack به release را برنامه ریزی می کند.
مشخصات فنی
کاربردها
- Automatic Gain Control (AGC)
- Three Gain Settings (40dB, 50dB, 60dB)
- Programmable Attack Time
- Programmable Attack and Release Ratio
- 2.7V to 5.5V Supply Voltage Range
- Low THD: 0.04% (typ)
- Low-Power Shutdown Mode
- Internal Low-Noise Microphone Bias, 2V
- -40°C to +85°C Extended Temperature Range
For more specifications, please refer to datasheet
- Digital Still Cameras
- Digital Video Cameras
- PDAs
- Bluetooth Headsets
- Entertainment Systems (e.g., Karaoke)
- Two-Way Communicators
- High-Quality Portable Recorders
- IP Phones/Telephone Conferencing
ماژول GebraBit MAX9812
ماژول GebraBit MAX9814 يك ماژول تقويت كننده ميكروفون با AGCاست كه با ولتاژهاي 5V و 3V3 كارميكند و به دليل وجود پري امپ MAX9814 داراي سه مقدارقابل تنظيم 40،50 , و60db بهره ميباشد.
با توجه به پكيج TDFN و سايز كوچك پري امپ MAX9814 و دشواري دسترسي به پين‌هاي اين پري امپ ، كاربران براي استفاده از آن و توسعه سخت افزاري و نرم افزاري آن، به يك مدار راه انداز نياز دارند.GebraBit با پياده سازي مدار اين پري امپلي فاير و ارائه دسترسي به پين‌هاي مهم MAX9814 ، اين امر را براي كاربران محقق ساخته است.
برای راه اندازی این ماژول کافیست ماژول GebraBit MAX9814 را در BreadBoard قرار داده سپس با اعمال ولتاژ مورد نیاز، ماژول GebraBit MAX9814 را با هریک از برد های اردوینو، رزبری پای ، دیسکاوری و مخصوصا ماژول GebraBit STM32F303 یا GebraBit ATMEGA32 که پیشنهاد ما استفاده از ماژول های توسعه میکروکنترلری GebraBit هست،راه اندازی و ولتاژ خروجی را توسط ADC داخلی هر یک بخوانید.
دلیل پیشنهاد ما در راه اندازی ماژول GebraBit MAX9814 با ماژول های توسعه میکروکنترلری GebraBit مانند GebraBit STM32F303 یا GebraBit ATMEGA32 ،وجود رگولاتور داخلی 3V3 در آنها و سازگاری ترتیب پین های همه ماژول های GebraBit با هم بوده(استاندارد GEBRABUS) که فقط کافیست ماژول GebraBit MAX9814 را مانند آنچه در تصویر بالا مشاهده میکنید، به صورت PIN to PIN روی GebraBit STM32F303 یا GebraBit ATMEGA32 قرار داده و به راحتی ماژول GebraBit MAX9814 را فعال کرده و مورد استفاده قرار دهید.
معرفی بخش های ماژول
میکروفون
ميكروفون به كار رفته در اين ماژول از نوع خازني بوده و داراي دو پايه است كه يكي از پايه‌هاي آن به ورودي پري امپلي فاير متصل است و سيگنال صوتي خروجي از ميكروفون را به عنوان ورودي براي اعمال گين مناسب، به پري امپلي فاير MAX9814 ميدهد. پايه‌ي ديگر آن نيز به منظور دريافت ورودي باياس low- noise ميكروفون به پايه‌ي باياس MAX9814 متصل گرديده است.
پري امپلي فاير MAX9814
آي سي اصلي ماژول GebraBit MAX9814 بوده و با دريافت خروجي ميكروفون و اعمال گين مناسب، كيفيت صوت دريافتي را بهبود ميبخشد.
جامپر سلكتورVDD SEL
همانطور كه گفته شد، ماژول GebraBit MAX9814 ، باتوجه به نياز كاربر ميتواند هم با ولتاژ3V3 و هم با ولتاژ5V كاركند كه انتخاب اين ولتاژ تغذيه از طريق جامپر سلكتور VDD SEL امكان پذير است و با توجه به وضعیت مقاومت 0R این جامپر ، ولتاژ اصلی تغذیه سنسور از بین 3V3 و 5V انتخاب می شود.
LED تغذيه
با توجه به وضعیت جامپر VDD SEL و اعمال ولتاژ به ماژول توسط پین مربوطه، LED ماژول روشن می شود.
پین های ماژول
پین های تغذیه
- 5Vو3V3 : پيش‌تر گفته شد كه ماژول GebraBit MAX9814 داراي دو ولتای كاري3V3 و 5V است كه از طريق جامپر سلكتور VDD SEL قابل تنظيم است، با توجه به وضعيت مقاومت 0R اين جامپر سلكتور ، پين ولتاژِ انتخاب شده، وظيفه‌ي تامين تغذيه‌ي اصلي اين ماژول را عهده دار خواهد بود.
- GND : این پین زمین مشترک برای تغذیه ماژول است.
پين خروجي
- AO : اين پين ،پين خروجي اصلي ماژول يعني پين خروجي آنالوگ ماژول است. خروجی این پین با تغییر شدت و کیفیت صوت تغییر خواهد کرد.
براي گرفتن ديتاي صدا نيز كافيست پينAO را به پين ADC ميكروكنترلر مورد نظر وصل كنيد.
پین GAIN
- GAIN : همانطور که گفته شد، MAX9814 قابليت ارائه سه بهره با مقادير قابل تنظيم 40،50 و 60dB دارد. تنظيم بهره از بين اين سه بهره، توسط پين GAIN انجام ميشود. در صورت اتصال پين GAIN به VDD بهره روي مقدار 40dB، درصورت اتصال به زمين، بهره روي مقدار 50dB و در صورت عدم اتصال اين پين ، بهره روي مقدار 60dB تنظيم خواهدشد.
پین AR
- AR: ميكروفون امپلي فاير MAX9814 داراي سه رنج قابل تنظيم ضريب نسبت attack و release ميباشد، تنظيم اين نسبت از طريق اتصالات پين AR صورت ميگيرد . در واقع از طريق اين پين كنترل نسبت زمان attack به زمان release برای مدار AGCامكان پذير ميگردد.
در صورت اتصال پينAR به زمين، نسبت attack/release ، 1 به 500 ، در صورت اتصال اين پين به VDD، نسبت attack/release ، 1 به 2000 و در صورت اتصال به BIAS ، 1 به 4000 خواهد بود.
پین shout-down
- SHN : اين پين، وظيفه‌ي كنترل فعال يا خاموش بودن MAX9814 را برعهده دارد.
براي فعال بودن و عملكرد عادي MAX9814 ، اين پين بايد داراي مقدار high باشد يعني بايد به VCC متصل باشد و براي حالت shout-down بايد داراي مقدار Low بوده و به GND وصل شود.
اين پين هيچگاه نبايد بدون اتصال رها شود.
اتصال به پردازنده
اتصال با GebraBit STM32F303 و GebraBit ATMEGA32A
برای اتصال ماژول GebraBit MAX9814 به ماژول میکروکنترلرGebraBit STM32F303 و GebraBit ATMEGA32A به دلیل انطباق پین‌های ماژول GebraBit MAX9814 با پین‌های GebraBit STM32F303 و GebraBit ATMEGA32A و وجود رگولاتور 3V3 در ماژول GebraBit STM32F303 و GebraBit ATMEGA32A ،کافیست آن را به صورت Pin to Pin روی میکروکنترلر قرار داده و با اعمال ولتاژ ، ماژول را فعال کنید.
توجه: در صورت استفاده از ماژول‌های میکروکنترلری GebraBit توجه داشته باشید که جامپر سلکتورVDD ماژول GebraBit MAX9814 روی 3V3 باشد تا راحت تر بتوانید ولتاژ3V3 را از ماژول میکروکنترلری بگیرید.
اتصال با ARDUINO UNO
برای اتصال ماژول GebraBit MAX9814 به ARDUINO UNO مراحل زیر را دنبال کنید:
- از آنجاییکه جامپر سلکتور VDD روی 3V3 قرار گرفته است ، پین 3V3 ماژول MAX9814 را به پین 3V3 خروجی برد ARDUINO UNO متصل کنید.(سیم قرمز)
- پین GND ماژول MAX9814 را به پین GND برد ARDUINO UNO متصل کنید.(سیم سیاه)
- هرکدام از پین‌های GAIN،SHN و AR ماژول MAX9814 را به یکی از پین‌های برد ARDUINO UNOمتصل کنید.(سیم‌های آبی و زرد)
- پین AO ماژول MAX9814 را به یکی از پین‌های آنالوگ برد ARDUINO UNOمتصل کنید.(سیم سبز)
نحوه اتصال موارد ذکر شده در بالا،در این تصویر مشاهده می شود: