Proiectul este un procesor de efecte pentru chitară, care va prelua semnalul de la chitara ca input, îl va procesa digital aplicând diferite efecte sub forma unor funcții matematice, iar apoi îl va transmite către output. Schimbarea efectelor, și modificarea intensității lor, va fi modificată prin butoane, volumul va fi modificat atat printr-un potentiometru, cât și printr-un fotorezistor prin trecerea mâinii deasupra acestuia. Ecranul este folosit pentru afișarea efectului utiilizat, cât și afișarea intensității acestuia. Efectele implementate sunt:

• Distorsion - efect care “saturează” semnalul audio, rezultând într-un sunet mai agresiv și cu mai mult sustain.
• Tremolo - efect care modifcă volumul periodic, pe baza unei sinusoide.
• Bit Crusher - efect care reduce rezolutia sinutului prin reducerea numărului de biți.

Schema bloc arată modul general de funcționare al proiectului. Semnalul analogic filtrat de la chitară este convertit în analog folosind modulul ADC de 10 biți al Arduino-ului, iar apoi se face procesarea acestui semnal prin codul scris. Utilizatorul intervine în procesarea semnalului prin butoane și prin fotorezistor, iar tot el primește informații prin display-ul OLED. În final, semnalul este convertit înapoi în analogic folosind DAC-ul extern MCP4725 cu o rezolutie de 12 biți, iar apoi filtrat pentru a fi difuzat cu ajutoul amplificatorului de chitară.

Scheme electrice

Partea de hardware este inspirată din proiectul celor de la ElectroSmash, PedalShield UNO și este împărțită în 3 secțiuni, după cum se poate observa și din poză:

• Input stage: Constă în partea de preamplificare și de filtrare a semnalului, pentru a fi gata de conversia ADC și de procesarea din Arduino. Amplificatorul folosit este TL092CP, diferit de cel din schema de bază (TL972), un amplificator care nu este rail-to-rail, ceea ce poate duce la distorsionarea semnalului (prin clipping) dacă amplificarea este prea mare. Inițial valoarea rezistenței $R_6$ trebuia să fie de 4.7k, ceea ce ducea la o amplificare maximă de 21, conform formulei: $ A = 1 + \frac{R_6 + VR_11}{R_5}$. Deoarece semnalul trecea de pragurile de 1V și 4V, am decis să schimb valoarea acestei rezistențe la 10k, astfel ducând la o amplificare maximă de 10.
• Pentru filtrare, se folosesc 3 filtre trece-jos ($R_3$ & $C_3$, $R_5$ & $C_2$, $R_4$ & $C_5$), care blochează frecvențele de peste aproximativ 5kHz.

• Arduino Board și UI: Semnalul filtrat (care vine în pinul A0) este convertit în semnal digital, folosind ADC-ul Arduino-ului, iar apoi semnalul digital este procesat în funcție de starea butoanelor și a fotorezistorului, setată de către utilizator. Pentru a modifica tensiunea transmisă către pinul A1, prin fotorezistor, folosim un simplu divizor de tensiune. Mai multe detalii despre modul în care se face procesarea vor fi la partea software.

• Output stage: Semnalul analogic convertit este filtrat folosind un filtru trece-jos Sallen Key de ordinul 3, unde amplificatorul TL972IPWR este setat în mod de repetor. Acesta are rolul de a elimina frecventele de peste 5kHz. La final, este folosit un capacitor care blochează “scurgerile” de curent continuu.

• Alimentare: Alimentarea este furnizată de către Arduino, prin pin-ul de 5V, iar pentru a centra semnalul de intrare în jurul valorii de 2.5V, pentru a fi gata de amplificare, folosim un simplu divizor de tensiune.

Overview Partea software a proiectului se bazează pe următoarele etape:

• Citește semnalul audio de la intrarea analogică A0, folosind în spate ADC-ul integrat.
• Aplică unul din cele 4 efecte.
• Scalează semnalul rezultat în funcție de valoarea luminozității ambientale, detectată cu un LDR pe A1.
• Trimite semnalul procesat către DAC-ul extern, scalând mai întâi output-ul pentru a fi pe 12 biți. Comunicarea cu DAC-ul se face protocolul I2C.
• Efectele, cât și intensitatea lor sunt schimbate cu ajutorul butoanelor prin întreruperi

Pentru comunicarea cu DAC-ul am folosit biblioteca Adafruit_MCP4725.

Implementarea Efectelor Audio

1. Clean: nu se aplică nimic asupra semnalului și este transmis nemodificat.
2. Distorsion: Inputul este amplificat și apoi limitat la o anumităa valoare maxima/minimă

int distortionEffect(int input) {
  // Centrare în jurul lui 0
  int centered = input - 512;

  // Partea de amplificare a semnalului (între 1.5 și 5)
  float gain = map(intensity, minIntensity, maxIntensity, 150, 500) / 100.0;
  int boosted = centered * gain;

  // Partea de tăiere a semnalului după un anumit threshold
  int threshold = map(intensity, minIntensity, maxIntensity, 512, 128);
  if (boosted > threshold) boosted = threshold;
  if (boosted < -threshold) boosted = -threshold;

  // Recentrare in 512
  return constrain(boosted + 512, 0, 1023);
}

• 2.4.2025: Alegerea proiectului, initial procesor de efecte cu pedala
• 10.4.2025: Asamblarea primei parti hardware, input stage. Am testat valorile semnalului de input care vin în Arduino, și am modificat valoarea rezistenței $R_4$ petru a micșora amplificarea maximă.
• 12.4.2025: Am facut partea de output doar cu un singur filtru trece jos, pentru a testa sunetul. Deoarece sunetul nu era grozav, am decvis să folosesc filtrul Sallen Key.
• 14.4.2025: Am făcut output stage-ul, folosind filtrul Sallen Key. Drept amplificator am folosit TL972, pe care l-am pus pe PCB cu ajutorul unui adaptor SMD, după multe ore de chin pentru a-l lipi. Neașteptat, chiar a funcționat!
• 16.4.2025: Am implementat primele versiuni ale distorsion-ului si al tremolo-ului. Observ ca sunetul este destul de “muffled”, probabil din cauza filtrelor de 5kHz.
• 18.4.2025: Adaugare a butoanelor care modifica intensitatea efectului si a fotorezistorului.

Pedal Shield Uno

Codul efectelor pentru Pedal Shield

Father of Electronics

Proiect inspiratie

Export to PDF