Acest proiect constă în proiectarea și realizarea unui sintetizator digital autonom, bazat pe microcontrolerul ATmega328P. Dispozitivul este un instrument muzical electronic capabil să genereze sunete prin tehnica DDS (Direct Digital Synthesis).

Sintetizatorul primește comenzi de note muzicale prin interfața serială (de la tastatura unui laptop) și permite modelarea sunetului în timp real folosind o interfață hardware compusă din 5 potențiometre și un buton multifuncțional. Vizualizarea parametrilor se realizează prin intermediul unui ecran OLED de 0.96 inch.

Scopul principal este crearea unui sistem integrat care să demonstreze capacitățile de procesare digitală de semnal ale unui microcontroler de 8 biți. Proiectul urmărește:

• Generarea de forme de undă variate (sinusoidală, sawtooth, square).
• Implementarea hardware a unei anvelope de amplitudine de tip ADSR (Attack, Decay, Sustain, Release).
• Realizarea unui dispozitiv portabil, alimentat prin baterie, cu sistem de amplificare audio integrat.

Ideea a luat naștere din dorința de a demistifica modul în care funcționează sintetizatoarele comerciale scumpe. Am pornit de la conceptul de “Digital Audio Workstation (DAW) in a box”, dorind să transfer controlul sunetului din mediul virtual al mouse-ului într-un mediu tactil, unde fiecare modulație a sunetului este rezultatul unei modificări fizice de tensiune prin potențiometre. A fost o provocare de a optimiza codul “bare-metal” pentru a obține o latență minimă și o fidelitate audio acceptabilă pe un hardware limitat.

Proiectarea hardware a fost realizată având în vedere două obiective principale: fidelitatea semnalului audio (reducerea zgomotului digital) și ergonomia interfeței de control. Dispozitivul este construit modular, separând etajul de procesare digitală de etajul de amplificare analogică.

Designul electric se bazează pe distribuția paralelă a tensiunii de 5V către modulele digitale și analogice.

Configurația pinilor Arduino Nano:

• Pini Analogici (A0 - A3, A6): Conectați la pinii centrali (Wiper) ai celor 5 potențiometre pentru citirea ADC.
• Pini I2C (A4 - SDA, A5 - SCL): Conectați la display-ul OLED.
• Pin Digital D2: Intrare pentru buton (folosește întreruperea externă INT0).
• Pin Digital D9 (PWM): Ieșirea audio principală către lanțul de filtrare.

Sunetul este generat digital prin PWM (Pulse Width Modulation) la o frecvență purtătoare înaltă. Pentru a obține un semnal audio analogic curat, semnalul parcurge următorul traseu:

• Generare: Pinul D9 scoate un semnal PWM cu duty cycle variabil.
• Filtrare Low-Pass (RC): Rezistența de 1kΩ împreună cu condensatorul de 100nF formează un filtru care elimină frecvența purtătoare a PWM-ului.
• DC Blocking: Condensatorul de 10μF elimină componenta de curent continuu (offset de 2.5V), lăsând să treacă doar unda audio (AC).
• Amplificare: Semnalul filtrat intră în pinii L-IN și R-IN ai PAM8403.

Pentru filtrul de reconstrucție (Low-Pass), am calculat frecvența de tăiere ($f_c$) folosind formula:

$$f_c = \frac{1}{2 \pi R C}$$

Înlocuind valorile alese ($R = 1000 \Omega$ și $C = 100 \times 10^{-9} F$):

• $f_c \approx 1591 Hz$

Această valoare a fost aleasă pentru a oferi un sunet “cald”, eliminând eficient zgomotul digital ascuțit generat de tactul microcontrolerului.

Notă privind alimentarea: Simularea comportamentului amplificatorului la volum maxim a indicat necesitatea unui condensator de tip “buffer” de 1000μF. Acesta previne resetarea Arduino-ului în momentele în care boxele solicită un curent de vârf (peste 500mA) din bateria de 5V.

Export to PDF