Titelaufnahme

Titel
10x10x10 LED-Würfel - Erweiterung um eine Audio-Ausgabe, ein neues Muster und einen digitalen Hochpassfilter
Weitere Titel
10x10x10 LED-Cube - Implementation of an audio output, a new pattern and a digital highpass filter
AutorInnenRainer, Max
GutachterEngelmann, Gerhard
Erschienen2018
Datum der AbgabeMai 2018
SpracheDeutsch
DokumenttypBachelorarbeit
Schlagwörter (DE)LED-Würfel / DAC-Anpassung / SPI / Rekonstruktionsfilter / Digitaler Hochpassfilter / Audio-Verzögerung / Offset-Anpassung / STM32F407
Schlagwörter (EN)LED-cube / DAC-adaption / SPI / reconstruction filter / digital highpass filter / audio delay / offset adaption / STM32F407
Zugriffsbeschränkung
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Erweiterung eines aus 1000 LEDs bestehenden LED-Würfels, der in Abhängigkeit von Pegel und Filterung von eingespieltem Audiomaterial unterschiedliche bewegliche Muster anzeigen kann. Die implementierten Funktionen umfassen eine mit der optischen Signaldarstellung synchronisierte Audio-Ausgabe samt Rekonstruktionsfilter und Offset-Ausgleich, einen zusätzlichen digitalen Hochpassfilter, ein neues, komplexes Muster sowie kleinere Reparaturen und mechanische Verbesserungen. Die Audio-Ausgabe wurde über einen DAC-Ausgang eines Mikrocontrollers (STM32F407) samt nachfolgender Hardware-Anpassung (bestehend aus einem Impedanzwandler, einer Offset-Anpassung und einem aktiven Rekonstruktionsfilter) realisiert, für die Verzögerung ist ein Ringspeicher zuständig, der die eingelesenen Audiosamples zwischenpuffert, um sie synchron zur optischen Darstellung auszugeben. Der mit MATLAB entworfene digitale Hochpassfilter basiert auf einer DSP-Library, der das Audiomaterial sampleweise mittels eines IIR-Filters bearbeitet. Ein zweiter STM32F407 ist für die optische Darstellung des neuen Musters (ein sich, abhängig vom Audiomaterial, neigender Kreis) zuständig. Er erhält über SPI Helligkeits- und Musterinformationen des anderen Mikrocontrollers, die aus dem Pegel und digitalen Filterung des Audiomaterials berschnet werden. Abhängig von diesen Informationen, spricht er eines von fünf „Submustern“ an, das jeweils einer Neigungsposition des Kreises entspricht, die schließlich durch die LED-Matrix dargestellt wird. Die Schwerpunkte dieser Arbeit liegen in der Konzeption des Prototypen, der Simulation der Hardware und der Beschreibung und Messung der neu implementierten Funktionen.

Zusammenfassung (Englisch)

This thesis deals with the enhancement of a LED-cube consisting of 1000 LEDs, which can display various moving patterns depending on the level and filtering of audio material. The implemented functions involve an audio output, which is synchronized with the optical representation and includes a reconstruction filter and an offset adaption, and additional digital highpass filter, a new, complex pattern and smaller repairs and improvements. The audio output was realized with a DAC of a microcontroller (STM32F407) and a following hardware adaption (consisting of an impedance converter, an offset-elimination und an active reconstruction filter), the delay is provided by a circular buffer, which buffers the read in audio samples to output them synchronuous with the optical representation. The digital highpass filter, which was designed with MATLAB, is based on a DSP-library that computes the audio material sample by sample with an IIR-filter. A second STM32F407 provides the optical representation of the new pattern (a circle, which tilts dependent on the audio material). Via SPI it receives brightness- and pattern-informations from the other microcontroller, which are computed from the volume level and digital filtering of the audio material. Depending on these informations it addresses one of five “sub patterns”, each corresponding to one of the circle’s tilt position, that finally are displayed by the LED-matrix. The focus of this thesis lies on the conception of the prototype, the simulation of the hardware and the description and measuring of the newly implemented functionalities.