"beat" erkennung mit Atmega1284

Mal ganz grob würde ich mir das Audiosignal mit einem 
Operationsverstärker auf den richtigen Pegel bringen und dann mittels 
Schmitt-Trigger in ein digital verwertbares Signal umwandeln.

Dann kannst Du die Flanke entsprechend bestimmen, bei der 
Mikrocontroller ein Signal registrieren soll und sparst dir die 
Umwandlung mit dem ADC.

Frederik N. schrieb:
> Ich will also den Takt von Musik erkennen

> die Anschlüsse dann auf einen Spannungsteiler geführt (der ist im Augenblick für 
>12V Maximalpegel ausgelegt

Wie hoch ist denn der erwartete Pegel genau? Du solltest das Ganze so 
auslegen, dass der ADC des ATMEGAs immer um 75% herum ausgesteuert ist. 
Zu wenig Signal stört die spätere Auswertung, zu viel Signal übersteuert 
den ADC, was ebenfalls die Auswertung stört. Wenn Dein Eingangssignal 
nicht einem Norm-Line-Pegel von etwa 700mV/600 Ohm oder einem anderen 
festen Pegel entspricht, der sich nicht großartig ändert, musst Du Dir 
Gedanken um eine AGC-Schaltung machen (automatische Aussteuerung). Ein 
einigermassen stabiler RMS-Pegel ist Grundvoraussetzung für eine gute 
"Beat"-erkennung.

Frederik N. schrieb:
> Ich hatte überlegt das ganze über den ADC des Atmegas (1284 - die
> Beschriftung im Schaltplan einfach ignorieren) durchzuführen

Ja, kann man machen. Die komplette Auswertung inklusive Gleichrichtung 
und Filterung kann in Software passieren. Dazu programmiert man zwei 
Tiefpässe mit unterschiedlicher Grenzfrequenz um etwa 300Hz herum. Wird 
das Ergebnis aus beiden Tiefpässen subtrahiert und tritt dann eine 
Abweichung größer einem eingestellten Grenzwert auf, ist der "Beat" 
erkannt. Das Stereosignal auszuwerten ist übrigens nicht nötig. Im 
Gegenteil, Du solltest beide Kanäle mischen und dann nur einen ADC 
nutzen.

... schrieb:
> Also mit einem ATmega1284 wirst du da nicht weit kommen. Du solltest da
> besser auf einen 4 Kern-Intel zurückgreifen....

Warum das denn?

@Matthias P.:
Da fehlt dann aber immernoch so etwas wie ein Tiefpass etc, oder? So 
würden ja alle Ausschläge registriert...

@ Knut Ballhause:
Wo ich mein Signal am besten herbekomme ist halt auch eine meiner 
Fragen. Das hört sich so an, als ob es sinnvoll wäre das Stereo-Signal 
an den Cinch-Buchsen des Verstärkers direkt abzugreifen? Das hat dann 
einen maximalpegel von 700mV sagst du? Dann könnte man ja fast direkt 
die interne 1,1V Reverenzspannung des ADC nehmen.
Zur Auswertung in Software: Zwar verstehe ich in Grundzügen wie du das 
meinst, aber spontan wüsste ich nicht genau wie ich es umsetzen sollte 
(braucht man für solche Filterfunktionen nicht auch relativ gleiche 
Aufrufabstände der Funktion etc.? Der Atmega werkelt nebenbei noch an 
ein paar anderen Sachen (IR-Fernbedienung in zyklischem Interrupt), so 
dass nicht 100% der Rechenleistung zur Verfügung stehen - meinst du das 
ist ein Problem?)

Ist eine Realisierung in Hardware schwieriger?

Alex schrieb:

> Ich habe es selbst mal probiert mit einem ATmega64. Dabei habe ich
> einfach ein Line-Signal mit einer kleinen Schaltung an den ADC gebracht
> und den ATmega das Signal bei 4kHz samplen lassen. Nach Nyquist bleiben
> mir also die Frequenzen bis zu 2kHz.

Du hast aber auch hoffentlich einen analogen Filter davorgesetzt.

Nyquist sagt nämlich nicht, dass dir dann nur alle Frequenzen bis 2kHz 
übrig bleiben. Alles darüber ist immer noch in den Daten enthalten und 
versaut dir durch Spiegelfrequenzen und Aliasing die Messung. Was dir 
Nyquist sagt ist: Sampelst du mit 4kHz dann musst du bei 2kHz filtern, 
weil du ansonsten deine Messung in die Tonne treten kannst.


> Was der Kollege meint ist, dass wenn du eine professionelle
> Lösung mit größerer Erfolgsquote suchst, du mehr Prozessor-Power
> brauchst.

Was der Intel-Mehrkern Kollege eigentlich ironisch meinte: Um sich vom 
Ikea die Fussmatte 'Welcomerig' nach Hause zu fahren, kommst du unter 
einem 40-Tonner LKW mit Ferrari Motor nicht weg.
Er meint das genau Gegenteil dessen, was du verstanden hast.

Wenn andere eine komplette 32 Kanal FFT auf einem Mega8 rechnen, dann 
wird er ja wohl noch da Beats rauskriegen. Und er braucht dazu auch 
keine 128KB Flash, 4KB EEprom oder 16KB SRAM.

Ich würde das Problem mit ein paar analogen Bandpässen für 
charakteristische Frequenzen lösen. Der µC kann dann die Intensität 
direkt ablesen und auswerten. Warum zum Teufel sollte man das komplette 
signal sampeln?!

Meine erste Idee war auch ein analoger Tiefpass (bis z.B. 500Hz -> 
Erfahrungen wären hier gut!?) und dann an den ADC (z.B. vom Line-Signal, 
wenn das einfach so nutzbar ist!?). Nur wie die Schaltung zu 
dimensionieren ist etc. da fehlt mir das Fachwissen... und dann kommt 
natürlich noch der Algorithmus...

Frederik N. schrieb:

> Nur wie die Schaltung zu
> dimensionieren ist etc. da fehlt mir das Fachwissen..

ein kleiner Tip.
Wir Kinder der 70-er Jahre wünschten uns in unserer Jugend nichts 
sehnlicher als eine Billgstorfer Lichtorgel um die an die 
HiFi-Kompaktanlage (Schneider - 15 Watt) oder den Kasettenrecorder im 
Partykeller anzuschliessen. Irgendwie musste man ja die holde 
Weiblichkeit beeindrucken.
´
Und eine der oft zweckentfremdeten Schreibtischlampen mit einem 
Farbfilter in Form eines Schulheftumschlags davor, MUSSTE im Basstakt 
blinken. Was anderes wär überhaupt nicht in Frage gekommen. Der Rest war 
wurscht. Aber bei 'smoke on the water' ging es nicht anders. Zum 
Headbangen gehörte auch eine entsprechende 'Light-Show' zu den langen 
Haaren dazu. Alles was nicht im Takt blinkte war per eigener Definition 
unbrauchbar.


Lichtorgeln gab es wie Sand am Meer (und die ELO und Elektor waren voll 
mit mal mehr, mal weniger aufwändigen Schaltungen. Alle 3 Monate eine 
neue). Und ... es gibt sie heute noch. Und ...  man kann danach googeln.

Hehe. Ja nun ich habe durchaus nach Lichtorgeln gegoogelt. Nur sind das 
dann meist diskrete Schaltungen mit Transistoren. Ich würde nun aber 
meinen vorhandenen Aufbau gerne erweitern. Das ganze ist bereits ein 
RGB-LED-Controller der verschiedene Sachen wie Lauflicht etc schonmal 
kann. Ich würde nun gerne den vorhandenen Aufbau um diese 
"Lichtorgel"-Funktionalität erweitern.

Dass man das Signal vom Line-In des Verstärkers abgreifen könnte (wg. 
relativ konstantem Maximalpegel?) habe ich hier rausgelesen. Nur ich bin 
mit nicht sicher wie man den ADC beschalten sollte damit das ankommt was 
ich mir wünsche (z.B. erstmal ein analoger Tiefpass/Bandpass!?)

Bevor ich nun also ewig probiere und viel zum Teufel jage dachte ich, 
jemand mit mehr Fachwissen könnte mich dahingehend beraten/ hat vllt 
sogar schonmal eine Lösung dimensioniert.

btw: An dieser Stelle schonmal danke für die vielen hilfreichen 
Kommentare!

Frederik N. schrieb:
> Nur ich bin
> mit nicht sicher wie man den ADC beschalten sollte damit das ankommt was
> ich mir wünsche (z.B. erstmal ein analoger Tiefpass/Bandpass!?)

Nimm einen Single-Supply-OPV und baue ein aktives Filter. Ein guter 
Ansatz wäre sowas hier:

http://de.wikipedia.org/wiki/Linkwitz-Riley-Filter
http://www.linkwitzlab.com/filters.htm

Die Grenzfrequenz stellst Du auf 2kHz ein. Am Eingang solltest Du eine 
Schutzschaltung mit Dioden und Vorwiderstand vorsehen. Der Ausgang kann 
nur Spannungen innerhalb der Betriebsspannungsgrenzen annehmen. Somit 
ist der Controller sicher. Den ADC lässt Du dann mit 4kHz samplen. Das 
passiert komplett in Hardware. Der ADC schmeißt einen Interrupt, wenn er 
fertig ist. In der Zeit bis zum nächsten Sample verarbeitest Du Dein 
Signal. Da ist dann auch genug Platz für die anderen Aufgaben, die der 
Controller noch so hat.

Dann liest Du noch das hier:
http://de.wikipedia.org/wiki/Digitales_Filter

Alex schrieb:
> Da ist man besser damit
> beraten, wenn man die gesamten 44kHz betrachtet und dann wird es bei
> einem ATmega eng.

Nicht für Beat detection. Sieh Dir mal in einem FFT die Balken über 4kHz 
an, wenn der Drummer auf die Base tritt, was da oben noch sieht. Da sind 
die HiHats und die Stimmen und diffuse Oberwellen der Instrumente. Die 
sind unwesentlich für die Takterkennung, wenn nicht sogar störend.

Ich habe einen älteren Beitrag hier gefunden: 
Beitrag "[C] AVR-Lichtorgel per FFT MEGA8 32 644"

Demnach könnte ich ja z.B. den analog-Eingang nach diesem Beispiel (Bild 
im Anhang, unten links) beschalten und dann im uC eine FFT durchführen. 
Nun ist das ja mit 6 Kanälen ausgeführt.. da könnte man sich ja aber den 
richtigen rauspicken.

Ist es kritisch diese Eingangsbeschaltung nicht in direkter 
physikalischer Nähe zum uC zu realisieren?
Und kann ich das Stereo-Line-Signal eines Verstärkers einfach 
zusammenschalten um es zu mischen? (wohl nicht, was? :) )

Frederik N. schrieb:
> Und kann ich das Stereo-Line-Signal eines Verstärkers einfach
> zusammenschalten um es zu mischen?

Nicht nötig, die Kanäle werden mit R25 und R26 ausreichend voneinander 
entkoppelt. Du schließt "links" an Pin1 v. JP4 an, "rechts" 
dementsprechend an Pin3. Oder meinetwegen "rechts" an Pin1 und "links" 
an Pin3.

mfg

Ah von dir war die Schaltung auch, nicht? Dann an dieser Stelle schonmal 
danke.

Verfälscht diese Schaltung in irgend einer Weise denn das Audio-Signal? 
(Ist ein Line-Signal denn überhaupt Masse-Bezogen? Ist das nicht ein 
Differenzsignal?)

Und um noch einmal auf meine vorherige Frage zurückzukommen: Ist ein 
räumlicher Abstand der Eingangsbeschaltung zum eigentlichen ADC-Eingang 
kritisch?

Frederik N. schrieb:
> Ist ein Line-Signal denn überhaupt Masse-Bezogen?

Ist es immer. Aus einer Cinch-Buchse ist es nur unsymmetrisch, aus einer 
XLR-Buchse symmetrisch.

Frederik N. schrieb:
> Ist ein
> räumlicher Abstand der Eingangsbeschaltung zum eigentlichen ADC-Eingang
> kritisch?

Wenn die Platine eine gute Masseführung / Massefläche hat, dann eher 
nicht.

Ich meinte damit auch eher die Eingangsbeschaltung auf eine externe 
Platine und dann per Ader an den Eingang... Die eigentliche Platine 
steht ja nun (leider) schon...

zum Thema Symmetrie: Wenn ich dann eine Cinch-Ader an den In-Pin Hänge 
ung die andere auf GND, dann habe ich doch aber einen Kurzschluss nach 
Masse!?

Als das Spielzeug entstand, steckte der AVR in einem Pollin-Evalboard 
und die restliche Mimik befand sich auf Lochraster, mit ca. 15cm 
Flachbandkabel verbunden. Wenn die zwei Baugruppen nicht arg weit 
auseinander kommen, ausprobieren!

Ja das ist doch wunderbar - das kriege ich wohl mit weniger Entfernung 
noch hin. super.

Ich kann also einfach die Eingangsschaltung benutzen, ja? Dann noch 
eins: Hast du zwei Cinch-Kanäle genommen und dann eine Ader jeweils auf 
die beiden in-pins der Schaltung gelegt und die anderen zusammen mit GND 
verschaltet? Hat das das Musiksignal sonst nicht beeinflusst?

Frederik N. schrieb:
> Hast du zwei Cinch-Kanäle genommen und dann eine Ader jeweils auf
> die beiden in-pins der Schaltung gelegt und die anderen zusammen mit GND
> verschaltet?

Was?

So ein NF-Kabel besteht aus einem isolierten Innenleiter, drum herum ein 
Kupfergeflecht. Selten sind 2 Innenleiter im selben Schirm 
zusammengefaßt, aber auch möglich. Der (die) Innenleiter kommt an Pin1 
bzw. 3, das Schirmgeflecht an Masse.

Frederik N. schrieb:
> Hat das das Musiksignal sonst nicht beeinflusst?

Den Endstüfchen der Soundkarte war es ziemlich egal.

mfg

Da habe ich mich wohl etwas missverständlich ausgedrückt. :)

Bei einem Cinchkabel ist der Schirm meines Wissens die Rückleitung!? Ich 
war mir nicht sicher, ob die Ader im Kabel immer Pegel und der Schirm 
Masse führt - ich dachte es wäre ein Differenzsignal (beide Leiter 
führen Pegel) - deswegen wäre es ja fatal beide Schirme auf GND zu 
legen.

Aber da es ja scheinbar schon einige so gemacht habe, funktioniert es 
wohl :)

Du hast als OP dann einfach einen solchen hier genommen: !?

http://www.conrad.de/ce/de/product/174440/Linear-IC-ST-Microelectronics-LM-358-N-Gehaeuseart-DIL-8-Ausfuehrung-2fach-OP/SHOP_AREA_17311&promotionareaSearchDetail=005

oder diesen: 
http://www.reichelt.de/ICs-LM-10-LM-999/LM-358-DIP/3/index.html?;ACTION=3;LA=446;ARTICLE=10483;GROUPID=5464;artnr=LM+358+DIP;SID=11UL45wX8AAAIAAAK-vR4ff95518636a4e06864c81fc9c7e0304c

Arbeitet der denn ordnungsgemäß bei 5V Versorgungsspannung? (Datenblatt 
sagt ja 32V - da spricht wohl mein mangelndes Wissen. ^^ )

Sry für den Doppelpost - konnte den alten nicht mehr bearbeiten...

Also ich habe die Schaltung nun einmal gemäß deinem Beispiel aufgebaut 
(Lötlackl).
Ich kann den ADC nur auf minimal 125kHz laufen lassen (16MHz Takt, 128 
Vorteiler), das sollte doch aber kein Problem sein!?

Ist es normal, dass die Schaltung bei "Ruhe" High-Pegel rausgibt? Ich 
kriege in Ruhe immer einen Wert von 42956 angezeigt -> Die FFT liefert 
riesige Werte auf den unteren beiden Bändern. Habe ich einen Bock in der 
Schaltung? Drehen am Poti ändert eigentlich gar nichts :)

Frederik N. schrieb:
> Ich kann den ADC nur auf minimal 125kHz laufen lassen (16MHz Takt, 128
> Vorteiler), das sollte doch aber kein Problem sein!?

Klar kannst Du den ADC mit 250kHz laufen lassen, Prescaler=64(Bit's 
ADPS2..1 gesetzt)!
Ansonsten paßt gar nix mehr zusammen. Wozu tut man sowas ohne Not?

Frederik N. schrieb:
> Also ich habe die Schaltung nun einmal gemäß deinem Beispiel aufgebaut
> (Lötlackl).

Offensichtlich nicht!

Richtig. War ein Fehler drinnen in der Verdrahtung.

Mir war so als hätte ich was von 4kHz gelesen, aber da habe ich mich 
wohl geirrt. Hat die Schaltung denn einen konstanten Offset in Ruhe? Was 
regelt denn das Poti?

1

void capture_wave(int16_t *buffer, uint16_t n) {

2

  ADMUX= (0<<REFS1) | (1<<REFS0) | (1<<ADLAR) | (0<<MUX4) | (0<<MUX3) | (1<<MUX2) | (1<<MUX1) | (1<<MUX0);  // channel

3

4

  do {

5

    ADCSRA = _BV(ADEN)|_BV(ADSC)|_BV(ADATE)|_BV(ADIF)|_BV(ADPS2)|_BV(ADPS1);

6

    while(bit_is_clear(ADCSRA, ADIF));

7

    *buffer++ = ADC + INT16_MIN;

8

  } while(--n);

9

10

  ADCSRA = 0;

11

}

Ist die Routine für meinen Atmega1284 denn so korrekt?

Zusätzlich wird noch ganz zu beginn des Programmes konfiguriert:

1

    DIDR0=(0<<ADC7D) | (1<<ADC6D) | (1<<ADC5D) | (1<<ADC4D) | (1<<ADC3D) | (1<<ADC2D) | (1<<ADC1D) | (1<<ADC0D);

2

    ADMUX= (0<<REFS1) | (1<<REFS0) | (1<<ADLAR) | (0<<MUX4) | (0<<MUX3) | (1<<MUX2) | (1<<MUX1) | (1<<MUX0);

3

    ADCSRA=(0<<ADEN) | (0<<ADSC) | (0<<ADATE) | (0<<ADIF) | (0<<ADIE) | (1<<ADPS2) | (1<<ADPS1) | (0<<ADPS0);

4

    ADCSRB=(0<<ADTS2) | (0<<ADTS1) | (0<<ADTS0)

Der Atmega1284 ist dem Mega644 recht ähnlich und für den passen die 
Sourcen.
Wenn Du noch folgende Zeilen anpasst, sollte es auch für den Mega1284 
hinhauen.
fftest.c

1

#if defined (__AVR_ATmega8__)

2

    ADCSRA = _BV(ADEN)|_BV(ADSC)|_BV(ADFR)|_BV(ADIF)|_BV(ADPS2)|_BV(ADPS1);

3

#elif defined (__AVR_ATmega32__) || defined (__AVR_ATmega644__) || defined (__AVR_ATmega1284__) || defined (__AVR_ATmega1284P__)

4

    ADCSRA = _BV(ADEN)|_BV(ADSC)|_BV(ADATE)|_BV(ADIF)|_BV(ADPS2)|_BV(ADPS1);

5

#endif

mydefs.h

1

#if defined (__AVR_ATmega644__) || defined (__AVR_ATmega168__) || defined (__AVR_ATmega1284__) || defined (__AVR_ATmega1284P__)

2

#define TIMSK      TIMSK1

3

#endif

Ich finde die Schreibweise im Übrigen furchtbar.

1

DIDR0=(0<<ADC7D) | (1<<ADC6D) | (1<<ADC5D) | (1<<ADC4D) | (1<<ADC3D) | (1<<ADC2D) | (1<<ADC1D) | (1<<ADC0D);

Wenn schon alle Bits, ob gesetzt oder nicht, angezeigt werden müssen, 
dann ist es so übersichtlicher.

1

ADMUX = (0<<REFS1) \

2

      | (1<<REFS0) \

3

      | (1<<ADLAR) \

4

      | (0<<MUX4)  \

5

      | (0<<MUX3)  \

6

      | (1<<MUX2)  \

7

      | (1<<MUX1)  \    // sicher? ist im Original nicht gesetzt

8

      | (1<<MUX0);

Frederik N. schrieb:
> Zusätzlich wird noch ganz zu beginn des Programmes konfiguriert:
Wird doch alles schon in der Funktion capture_wave() erledigt.

mfg

Nun über die Schreibweise kann man sich jetzt streiten - ich persönlich 
finde nebeneinander besser weil Widescreen und so der Byte-Aufbau 
deutlich ist, aber das ist sicherlich geschmackssache.

Die andere MUX-Belegung kommt daher, dass ich einen andern PIN (ADU7) 
verwende.

Es kommt in der Tat auch etwas brauchbares rum bei der FFT - Mitten und 
Höhen bekomme ich gut raus. Nur das ganz untere Band (FFT-Band 0) müllt 
etwas - hier liegen auch in Ruhe Werte vor. Mag das an dem leichten 
Ruheoffset liegen? (In Ruhe liefert mir die Schaltung um die 2,6 V...)

Was sollte das Poti denn bewirken?

Auf jeden Fall noch einmal vielen Dank für diese super Lösung!