Show page

Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

--- pm:prj2025:fstancu:cristina.drinciu [2025/05/25 16:59]
cristina.drinciu [Software Design]
+++ pm:prj2025:fstancu:cristina.drinciu [2025/05/30 13:42] (current)
cristina.drinciu [Hardware Design]
@@ Line 103: / Line 103: @@
 {{:pm:prj2025:fstancu:poza2_amp.jpg?350 |}} {{:pm:prj2025:fstancu:poza4_amp.jpg?350|}}
 {{:pm:prj2025:fstancu:poza3_amp.jpg?350 |}} {{:pm:prj2025:fstancu:poza1_amp.jpg?350|}}
+{{:pm:prj2025:fstancu:final_project1.jpeg?350|}} {{:pm:prj2025:fstancu:final_project.jpeg?350|}}
 Link catre poze si video demonstrativ: [[https://drive.google.com/drive/folders/1RUL_uXa5XXPFie1JvUg6ljKmbEH5EQQS | aici ]]
@@ Line 143: / Line 144: @@
 === I2C (TWI) ===
 __//Rol://__ Interfața I²C (TWI) generică, folosită pentru a comunica cu DAC-ul MCP4725 la ~400 kHz.
+{{:pm:prj2025:fstancu:amp_twcr.png?500|}}
 Ce face fiecare functie:
@@ Line 184: / Line 187: @@
   * ''twi_write(val>>4)'' → cei 8 biți ai codului DAC de 12 biți, adică biții de ordin înalt D11…D4
   *
-  * ''twi_write((val&0xF)<<4)'' → Trimite următorii 4 biți (D3…D0), puși în nibble-ul superior al octetului:
+  * ''twi_write((val&0xF)<<4))'' → Trimite următorii 4 biți (D3…D0), puși în nibble-ul superior al octetului:
   * astfel DAC va primii bitii in felul urmator:
-''Octet 1 = [ D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 ]
+''Octet 1 = [ D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 ] \\
 Octet 2 = [ D3  D2  D1 D0  0   0  0  0 ]''
   *
@@ Line 194: / Line 198: @@
-===== Rezultate Obţinute =====
+=== Efecte ===
+__//Rol://__  Procesarea semnalului convertit in digital,  aplicand efectele stabilite: **distorsiune, tremolo, delay**
-<note tip>
+== Distortion ==
-Care au fost rezultatele obţinute în urma realizării proiectului vostru.
+Creaza o forma de unda distorsionata si ascutita, cu tranzitiii rapide pentru un sunet "heavy".
-</note>
-===== Concluzii =====
+  * //Pre-emphasis//
-===== Download =====
+Amplifică ușor frecvențele medii și înalte pentru mai mult „bite”
-<note warning>
+**''y=x⋅(0.7+0.3⋅∣x∣)''**
-O arhivă (sau mai multe dacă este cazul) cu fişierele obţinute în urma realizării proiectului: surse, scheme, etc. Un fişier README, un ChangeLog, un script de compilare şi copiere automată pe uC crează întotdeauna o impresie bună ;-).
-Fişierele se încarcă pe wiki folosind facilitatea **Add Images or other files**. Namespace-ul în care se încarcă fişierele este de tipul **:pm:prj20??:c?** sau **:pm:prj20??:c?:nume_student** (dacă este cazul). **Exemplu:** Dumitru Alin, 331CC -> **:pm:prj2009:cc:dumitru_alin**.
+  * //Soft clipping//
-</note>
+ Tranziție netedă la limită.
+''**y=tanh(gain⋅y)**''
+  * //Hard limit//
+Taie vârfurile peste ±0.8 pentru senzație agresivă.
+''**y=max(min(y,+0.8),−0.8)**''
+Pentru că DAC-ul MCP4725 lucrează cu rezoluţie de 12 biţi (domeniu numeric 0…4095), trebuie să mapăm semnalul nostru normalizat (−1…+1) pe acest interval.
+Astfel, pentru un semnal normalizat x∈[−1,1]x∈[−1,1], codul final este
+**''DAC_code=⌊x⋅2047⌋+2048''**
+asigurând conversia corectă pe 12 biţi.
+== Tremolo ==
+Acest efect oscileaza volumul semnalului la o frecvență joasă (LFO) pentru „vibrato de volum”.
+Generăm un LFO sinusoidal pe 16 biți de fază si modulam aplitudinea cu factorul 2 pentru a compensa atenuarea la min(LFO).
+Vom modifica periodic volumul semnalului audio pentru a crea un efect de „pulsare”.
+În cod ținem o variabilă de fază pe 16 biți care se crește constant de fiecare dată când vine un eşantion nou.
+La fiecare eşantion, din această fază calculăm o valoare între 0 și 1 (LFO) care oscilează la frecvența tremolo-ului (de exemplu 5 pulsuri pe secundă).
+Apoi multiplicăm semnalul de intrare cu un amestec între volumul original și valoarea LFO:
+Dacă LFO este aproape de 1, semnalul are volum aproape normal.
+Dacă LFO este aproape de 0, semnalul este atenuat (mai silențios).
+Prin schimbarea „adâncimii” (depth) poți controla cât de puternică este această variație de volum.
+Totul se întâmplă foarte rapid (mii de ori pe secundă), astfel încât urechea percepe un „vibrato de volum” constant și sincronizat, fără distorsiuni suplimentare.
+== Delay ==
+__//Rol://__  acest efect functioneaza ca un ecou, deci a fost nevoie de un buffer pentru a memora semnalul, deci memorie RAM.
+Stocăm fiecare eşantion de semnal într-un buffer circular de mărime fixă (de exemplu 980 poziții).
+Când procesăm un eşantion nou, citim din buffer eşantionul aflat cu un anumit „pas” înapoi (de exemplu, 800 poziții) — acesta este semnalul întârziat.
+Combinăm semnalul întârziat cu semnalul curent: o parte din ecou (feedback) se adaugă peste semnalul nou.
+Scriem în buffer valoarea rezultatului (semnal direct + ecou) pentru ca, la următoarea trecere, să putem crea ecouri în buclă.
+Prin ajustarea mărimii buffer-ului (delay time) și a procentului de feedback, controlăm cât de lung și cât de intens este ecoul.
+Practic, buffer-ul reţine „urmele” semnalului și le redă cu întârziere, creând senzația de reverberație și ecou.
+=== ADC ===
+__//Rol://__ Preluare continuă de semnal analogic și declanșare ISR pentru procesare.
+{{:pm:prj2025:fstancu:amp_admux.png?500|}}
+{{:pm:prj2025:fstancu:amp_adcsra.png?500|}}
+{{:pm:prj2025:fstancu:amp_adcsrb.png?500|}}
+Avem urmatoarele setari pentru registre:
+  * ''ADMUX = (1<<REFS0);'' - REFS0=1 → referință AVcc, canal ADC0
+  * ''ADCSRA = ADEN|ADIE|ADATE|(ADPS2|ADPS1);''  care este responsabil de:
+''ADEN = enable ADC''
+''ADIE = enable ADC interrupt''
+''ADATE = auto-trigger → modul Free-Running''
+''
+ADPS2:1 = prescaler 64 → ADC clock ~250 kHz''
+  * ''ADCSRB = 0;'' → Free-Run
+  * ''DIDR0 = (1<<ADC0D)''; → dezactivează intrare digitală pe ADC0
+  * ''ADCSRA |= (1<<ADSC);'' → pornește prima conversie
+Intreruperile folosite:
+''**ISR(ADC_vect)**''
+  * Citește ADC (0–1023), recentrează la ±512
+  *
+  * Normalizează la ±1.0
+  *
+  * Aplică efectele active
+  *
+  * Clamp și convert la 0–4095 → mcp4725_write()
+De ce Free-Running? Vrem eșantionare continuă la frecvență fixă, fără să declanșăm singur fiecare conversie. Asa obtinem eficienta mai buna.
+=== Butoane ===
+//__Rol:__// Gestionare butoane cu PCINT + debounce cu Timer0. De asemnea va trata si activarea butoanelor.
+Acestea functioneaza pe modul activer low, deci 0 activate, 1 dezactivate.
+**ISR(PCINT2_vect) (Pin Change)**
+  * Setat pe PD2..PD4 (PCINT18..20)
+  * La trecerea HIGH→LOW pornește counter deb once
+  * eficient pentru ca nu asteptam intr-un loop apasarea butoanelor, doar intra rutina de tratare a intreruperilor pentru a schimba starea butoanelor si a LED-urilor.
+**ISR(TIMER0_COMPA_vect)**
+  * (apelat in functia main), aceasta rutina va apela procesarea semnalului prin efecte, in functie daca au fost activate sau nu
+  * Timer0 CTC: prescaler 64, OCR0A=249 → 1 kHz interrupt
+  * decrementeaza counterele, iar la zero toggle LED și flag efect
+De ce PCINT + timer? Detectăm rapid schimbarea de buton și facem debounce fără blocări în bucla principală.
+=== Main ===
+ Inițializează toate modulele și intră în buclă infinită.
+Flux general:
+      * Butoane → PCINT + Timer0 → update flags
+      * ADC Free-Run → ISR(ADC_vect) → apply_effects → DAC
+      * DAC → ieșire audio analogic
+===== Rezultate Obţinute si Performanta =====
+Amplificatorul functioneaza destul de bine, putand sa genereze un semnal audio destul de bun.
+Chiar daca am incercat sa lucrez la o frecventa destul de ridicata pentru a avea un sample rate cat mai mare, notele joase sunt redate foarte clar iar cele mai inalte sunt redate o idee mai prost, avand o frecventa destul de mare si masuratorile nu sunt atat de accurate.
+=== Optimizarile folosite pentru a obtine performante si imbunatiri care pot fi adaugate ===
+**1) Free-Running ADC**
+  * Folosim ADC în Free-Running Mode pentru conversii continue la rata stabilită de prescaler, fără a reporni manual conversia la fiecare eşantion.
+  * Avantaj: latență minimă între eşantioane și utilizare eficientă a CPU în ISR
+**2) Intreruperi**
+  * toată logica de procesare audio (distorsiune, tremolo, delay) se execută în ISR(ADC_vect), eliminând buclele de polling
+  * debounce butoane și toggle LED se fac în ISR-uri separate (PCINT2 si TIMER0), evitând blocarea buclei principale.
+**3) Math Library**
+  * Tremolo folosește sinf() din <math.h>, costisitor în cicluri CPU
+  * Pentru o versiune și mai rapidă, se poate înlocui cu un tabel de valori pre-calculate (lookup table) pentru LFO.
+**4) Buffer Circular Fix-Size pentru Delay**
+  * Delay folosește un buffer circular simplu, cu indexare modulară, pentru acces și scriere în timp constant (O(1)).
+  * Dimensiunea buffer-ului (980) este un compromis între intârziere perceptibilă și consum de memorie SRAM (≈2 KB).
+=== Frecvente ale proiectului ===
+**1) Rata de eşantionare ADC: ~10 kHz**
+Prescaler ADC = 64 la 16 MHz → ADC clock ≈ 250 kHz → 25 cicluri pe conversie → ~10 k conversii/s, fiind suficient pentru frecventele relevante ala chitarii.
+**2) LFO Tremolo: 5 Hz**
+Frecvență perceptibilă plăcută de modulare de volum. Phase increment pre-calculatează saltul de fază pe eşantion, fără recalcule de frecvență în timp real.
+**3) Timer Debounce: 1 kHz (1 ms tick)**
+Asigură o rata de debounce robustă în maxim 50 ms fără pierderi de evenimente.
+**4) I2C (TWI): ~400 kHz**
+Comunicarea cu DAC la fast-mode pentru a corespunde celor 10 k eşantioane/s și overhead-ul I2C.
+=== Estimarea Consumului de Putere ===
+  * Microntroller ATmega328P in mod normal (16 MHz, Vcc = 5 V): ~10–20 mA
+  *  DAC MCP4725: ~0.5 mA
+  *  LM358: fiecare canal ~0.7 mA
+  *  LED-uri și Butoane: LED-uri aprinse (3 × 2 mA) = ~6 mA maxim
+ **Total:**
+I_total≈15mA (MCU)+1mA (DAC)+2mA (LM358)+6mA (LED)**≈24mA**
+**Putere:**
+P=V×I≈5V×24mA=**120mW**
+===== Concluzii =====
+Acest proiect a fost o modalitate perfecta de a aprofunda cunostiintele atat de proiectarea microprocesoarelor, a laboratoarelor de la aceasta materie, cat si mai important, cunostiintele de electronica. Constructia partii de HARDWARE a fost o provocare. In final, sunt multumita de outcome. :-D
 ===== Jurnal =====
@@ Line 216: / Line 414: @@
 Mai: Descriere detaliata pentru hardware si modificare liste de componente.
+Mai: Decriere detaliata Software + estimarea puterii consumate si optimizarile facute
 ===== Bibliografie/Resurse =====
-<note>
+Datasheet LM358: [[https://www.onsemi.com/download/data-sheet/pdf/lm358-d.pdf | LINK]]
-Listă cu documente, datasheet-uri, resurse Internet folosite, eventual grupate pe **Resurse Software** şi **Resurse Hardware**.
-</note>
+Datasheet MCP4725: [[https://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/22039d.pdf | LINK]]
+Datasheet ArduinoUno ATmega328p: [[https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel-7810-Automotive-Microcontrollers-ATmega328P_Datasheet.pdf | LINK]]
 <html><a class="media mediafile mf_pdf" href="?do=export_pdf">Export to PDF</a></html>
+{{:pm:prj2025:fstancu:pm_amp.zip| Arhiva aici}}