Universidad de CuencaFacultad de Ingenierıa

Ingenierıa Electronica y Telecomunicaciones

Laboratorio Procesamiento Digital de SenalesKenneth S. Palacio Baus

kenneth.palacio@ucuenca.edu.ecDiciembre 15, 2014

Informe Practica 3: Muestreo y Reproduccion de Sonido.

Fecha de entrega: Viernes 9 de Enero, 2015.

Grupos: Grupos de dos estudiantes.

Valoracion: 20 puntos

Objetivos:

• Muestrear correctamente una senal analogica proveniente de una fuente de sonido.

• Reconstruir Correctamente y Reproducir el sonido digitalizado almacenado en memoria atraves de un microcontrolador.

• Implementar un mecanismo de buffering para la reproduccion del sonido, en el que ademasse reproduzca el audio con un retraso de 1−2 segundos luego de haber empezado el procesode digitalizacion.

• Implementar un mecanismo de seleccion de volumen de reproduccion del sonido.

• Implementar un mecanismo de seleccion de la velocidad de reproduccion del sonido.

Recursos de Laboratorio:

• Generador de funciones, oscilloscopio, sondas.

• Fuente de poder.

• Programador de microcontroladores.

• Circuito microcontrolado (disenado e implementado por cada grupo).

• Elementos electronicos: resistencias, capacitores, etc.

Instrucciones:

1. Para obtener una calificacion en el presente informe de laboratorio, cada grupo debera entregarun reporte impreso con los aspectos indicados en este documento.

2. Cada grupo debera presentar y sustentar su implementacion fısica del programa funcionando enun microcontrolador con su plataforma de hardware adecuada.

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1. Estructura del Informe.

Reporte: Debera incluir una breve explicacion de la implementacion de su codigo.

1. Tema: Practica 3: Muestreo y Reproduccion de Sonido.

2. Objetivos: Escriba los objetivos planteados en este informe.

3. Breve Marco Teorico. Escriba una breve descripcion de:

a) Filtros Antialiasing.

b) Muestreo y Reconstruccion de Senales de Audio.

4. Diseno del sistema de digitalizacion. Explique brevemente su proyecto, las consideracionesy aspectos considerados para lograr el/los objetivos de la practica.

a) Plataforma de Hardware: Imprima los Esquemas electricos de su proyecto y expliquela necesidad de incluir los diferentes componentes, y bloques, etc.

b) Funcionamiento Software: Explicar el programa, su funcionamiento general y especıfico.Describa con extremo detalle lo siguiente:

1) Diseno y Calculo del Filtro Antialiasing.

2) Circuito de Adaptacion de las senal de Audio: DC Offset y amplificacion.

3) El proceso de reconstruccion: fundamentalmente, la forma en la que las muestras leıdasdesde el modulo DAC, a una velocidad determinada (frecuencia de muestreo) se intro-ducen al modulo DAC.

4) Diseno y calculo del filtro de suavizado de la salida lpf para cada frecuencia de entrada.

5) Operacion del modulo de memoria RAM para la creacion del buffer de audio.

6) Mecanismo de Control del volumen de la reproduccion.

7) Mecanismo de Control de la velocidad de reproduccion del sonido.

8) Amplificador de audio para la salida.

5. Pruebas y verficaciones. Escriba aquı los resultados obtenidos, describiendolos con detalle.Consulte la siguiente seccion.

6. Conclusiones y Recomendaciones. Coloque en el informe las conclusiones y recomendacionespertinentes.

7. Preguntas. Consulte la siguientes secciones donde se especifican las preguntas a contestar enesta parte del informe.

8. Bibiografıa. No olvide colocar las referencias bibliograficas utilizadas en el formato IEEE.

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2. Detalle de Pruebas y verificaciones.

Utilice como base el circuito y software implementados en la practica 2. Realice las modificacionespertinentes para que el circuito se acople al esquema representado en la figura siguiente:

Capture e incluya en el informe las siguientes senales:

1. Visualice en un osciloscopio, una senal sinusoidal de entrada de 4Khz - 5Vpp, y muestre comola misma, es reconstruida por el sistema digital a la salida del dac.

2. Regule la amplitud de la senal a traves de los controles de volumen implementados en la practi-ca. Registre las graficas tanto de entrada como salida para 5 niveles deferentes de volumen(utilizando una escala de voltaje similar en el osciloscopio para todas las mediciones).

3. Comente sus resultados, y explique las razones de las graficas observadas.

4. Almacene en la memoria RAM la senal sinuiodal del punto anterior utilizando el 100 % de la ca-pacidad de la memoria y posteriormente generela desde el microcontrolador leyendo cıclicamentela memoria RAM con las muestras almacenadas. Visualice la senal generada en un osciloscopio.

5. Recuerde que usted tiene libertad de hacer todo tipo de pruebas adicionales y de colocarlas ensu informe. Por favor incluya sus comentarios y conclusiones sobre cada una.

6. Reporte los resultados obtenidos al probar el mecanismo de buffering utilizando una senal deaudio.

7. Reporte los resultados obtenidos sobre el mecanismo de regulacion de la velocida de reproducciondel audio.

3. Preguntas.

Conteste a las siguientes preguntas:

1. Calcule la frecuencia de muestreo utilizada para esta practica.

2. Que sucede si el audio se submuestrea? Que se escuchara a la salida del sistema ?

3. Por que es necesaria la presencia del filtro antialiasing a la entrada del modulo ADC?

4. Cual es la frecuencia de corte del filtro antialiasing? Explique por que.

5. Por que es importante que la velocidad de muestreo sea la misma que la velocidad a la que sereconstruye la senal a partir de las muestras? Que sucede si son diferentes?

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6. Por que es importante que la senal analogica de entrada (audio o sinusoidal) tenga la maximaamplitud permitida por el modulo ADC?

7. Que caracterısticas son relevantes para escoger una memoria RAM a utilizar en este tipo deaplicaciones? Explique cada una.

8. Explique como funciona la memoria RAM utilizada en la practica y como se comunica con elmicrocontrolador.

4. Prueba de Funcionamiento.

La practica se evaluara en base al siguiente conjunto de requerimientos mınimos para ser aprobadaexitosamente. El circuito debera ser capaz de:

1. Muestrear una senal de audio analogica proveniente de la salida de audıfonos de un reproductormp3.

2. Reproducir en tiempo real el audio muestreado con una calidad sonora aceptable.

3. Controlar el volumen de reproduccion mediante dos controles digitales: concretamente un mi-cropulsante para subir el volumen y otro para bajarlo.

4. Implementar un mecanismo de buffering que almacene el audio por al menos 1 o 2 segundos ylo reproduzca despues de transcurrido ese tiempo. Este mecanismo, ademas, cumplira con lossiguientes requisitos:

Si se desconecta la fuente de audio, el sistema debera continuar con la reproduccion mientrasel buffer tenga audio almacenado.

En caso de recuperar la senal de audio, el sistema deberıa continuar la reproduccion sincortes o interrupciones notables consideracion.

5. Regular la velocidad de reproduccion del audio muestreado mediante dos micropulsantes.

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