HDAC: scheda LED

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Messaggio Da bandAlex il 24/8/2017, 20:05



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Re: HDAC: scheda LED

Messaggio Da bandAlex il 27/8/2017, 16:55



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Re: HDAC: scheda LED

Messaggio Da b.veneri il 28/8/2017, 08:56

Sarà 'universale'?
Ovvero, sarà compatibile con tutte le schede usb/i2s?

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Re: HDAC: scheda LED

Messaggio Da Edmond il 28/8/2017, 10:25

E' la scheda che visualizza la frequenza di campionamento? Come mai 7 LED?
44/48/88/96/176/192 ed il settimo?
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Re: HDAC: scheda LED

Messaggio Da bandAlex il 28/8/2017, 10:51

[Devi essere iscritto e connesso per vedere questo link] ha scritto:E' la scheda che visualizza la frequenza di campionamento? Come mai 7 LED?
44/48/88/96/176/192 ed il settimo?

Il settimo è rosso e si accende quando il rele' cortocircuita l'uscita (ovvero in assenza di segnale digitale oppure se la fs è maggiore di 96 KHz, almeno fino a che non ci sarà la scheda di espansione a 192 KHz).
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Re: HDAC: scheda LED

Messaggio Da AndreaFx il 28/8/2017, 10:57

[Devi essere iscritto e connesso per vedere questo link] ha scritto:Sarà 'universale'?
Ovvero, sarà compatibile con tutte le schede usb/i2s?
È la stessa cosa che vorrei chiedere io......ma penso proprio di sì visto che non era prevista in partenza. 
Led 1 non credo che serva a mostrare la frequenza.
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Re: HDAC: scheda LED

Messaggio Da bandAlex il 28/8/2017, 10:59

[Devi essere iscritto e connesso per vedere questo link] ha scritto:Sarà 'universale'?
Ovvero, sarà compatibile con tutte le schede usb/i2s?

Ecco, questa è una domanda che mi sono posto anche io in fase di progetto. Per come è concepita ora no, in quanto in ingresso la schedina si aspetta il WCK diviso per 16. La scheda HDAC non ha problemi a fornirglielo in quanto a bordo ha già un 74HC4040, divisore di frequenza.

Ma stavo valutando proprio ieri la possibilità di renderla "universale". Per fare ciò, la scheda LED dovrebbe accettare semplicemente il WCK (non diviso 16) e dividerlo direttamente in loco. In tal caso, dovrei aggiungere sulla schedina un 74HC4040 e un buffer sulla scheda HDAC.

C'è un'altra possibilità ancora, quella di far lavorare la scheda con la frequenza del WCK senza abbassarla, ma devo fare bene i conti per capire se ciò è fattibile.
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Re: HDAC: scheda LED

Messaggio Da b.veneri il 2/9/2017, 20:19

Ci descrivi un po' come e' fatta?
A che servono gli ic? E i componenti sulla destra servono per pilotare i led?

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Re: HDAC: scheda LED

Messaggio Da bandAlex il 3/9/2017, 11:30

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Re: HDAC: scheda LED

Messaggio Da bandAlex il 3/9/2017, 13:21

[Devi essere iscritto e connesso per vedere questo link] ha scritto:Ci descrivi un po' come e' fatta?
A che servono gli ic? E i componenti sulla destra servono per pilotare i led?

Grazie, Ben.

Intanto, ho aggiornato le immagini della pcb del prototipo che ho mandato in produzione. La scheda è grande 110 x 35 mm. Prevede il montaggio dei led dalla parte opposta dei componenti. I led sono in totale 7: 6 per l'indicazione delle frequenze (44, 48, 88, 96, 176, 192 KHz), e 1 per un'ulteriore indicazione (acceso/spento, stream) che potrà essere utilizzato liberamente da chi userà la scheda.

Il connettore K9 collega la scheda al mondo esterno, con i seguenti pin:

1: GND
2: WCK
3: +5V
4: RLED

Al pin 2 arriva il word clock dello stream I2S, che corrisponde alla frequenza di campionamento. Quindi la scheda è compatibile con qualunque stream I2S, e qualunque scheda USB o SPDIF, sia con logica a 5V che 3.3V.

Al pin 4 è collegato direttamente LED1, quindi il compito di fornire la giusta corrente a tale led è demandato a chi lo pilota. Nell'HDAC completo, è la scheda HDAC che pilota LED1 in base alla chiusura o meno del rele' sulle uscite RCA.

Ho pubblicato anche lo schema elettrico, che come vedete è molto semplice. Il circuito non usa frequenzimetri, ne' PGA o DSP, ma dei semplici transistor e delle comuni porte logiche. IC1 e IC2 sono dei 74VHC86, che al loro interno contengono ciascuno 4 porte XOR, per un totale di 8 di cui solo 6 sono utilizzate.

(segue)
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Re: HDAC: scheda LED

Messaggio Da bandAlex il 5/9/2017, 14:03

Se qualcuno si è cimentato nell'analisi del circuito cercando di capire come funziona, avrà notato che la chiave di tutto sono le 6 porte XOR contenute in IC1 e IC2.

Uno XOR è un OR esclusivo. La "tabellina della verità" ([Devi essere iscritto e connesso per vedere questo link]) per lo XOR ci dice che:

A     B     F
0     0     0
0     1     1
1     0     1
1     1     0

A e B sono i due ingressi di ciascuna porta, mentre F è l'uscita. Un OR esclusivo quindi ha la sua uscita vera (cioè a 1) sole se uno (e soltanto uno) degli ingressi A o B è vero. In base a questa logica, la cosa fondamentale da tenere in considerazione per il circuito dei led è che, se agli ingressi di uno XOR mandiamo lo stesso treno di onde quadre, l'uscita rimarrà a zero. Se invece i due segnali sono diversi, allora l'uscita cambierà stato, portandosi a 1 in quei momenti in cui i due ingressi presentano un valore diverso tra loro.

Quindi in sostanza uno XOR determina se A e B sono diversi oppure no.

L'altro concetto importante per il funzionamento della scheda led è quello relativo alla discriminazione della frequenza in ingresso. Il tutto parte dal fatto che a noi non interessa sapere esattamente qual'è la frequenza, perchè sappiamo già che potrà essere soltanto uno di 6 valori predeterminati, corrispondenti a 44.1, 48, 88.2, 96, 176.4 e 192 kilohertz. A noi interessa sapere soltanto a quale di questi valori corrisponde. Non accadrà mai infatti che una scheda USB mandi fuori un word clock di 45 o 100 KHz. E se mai dovesse accadere, si accenderà il led più prossimo a tale anomala frequenza.

Per comodità, ho isolato una parte del circuito, corrispondente ai led LED3 e LED4 che corrispondono alle frequenze di 48 e 88 KHz. Il WCK in ingresso arriva contemporaneamente a R16 e R13, ma i valori di C3 e C4 sono diversi. R16 insieme a C4, e R13 insieme a C3 formano due filtri passa-basso che quindi (essendo C3 e C4 diversi) hanno il punto a -3 dB su due frequenze diverse. In particolare, per il circuito di LED3, C4 è dimensionato in modo da far passare tutte le frequenze fino a 48 KHz, mentre C3 fa passare fino a 88 KHz. In questa opera di discriminazione, i transistor hanno il ruolo fondamentale di fungere da soglia: quando la frequenza è più bassa del valore per cui è tarata la costante di tempo RC, e la corrente di base raggiunge la soglia critica, legata al beta del transistor, quest'ultimo si porta in conduzione. La conseguenza è che sul collettore ci ritroviamo gli impulsi del WCK, invertiti di fase (ma questo non è importante). Quando la frequenza in ingresso supera il valore per cui è tarata la costante di tempo RC, il transistor è interdetto e il suo collettore rimane agganciato ai +5V di alimentazione.



Supponendo che il WCK sia di 48 KHz, entrambi i transistor T4 e T3 passeranno gli impulsi sul loro collettore (e anche tutti i transistor alla loro sinistra corrispondenti a frequenze più alte di 48 KHz), mentre T5 avrà il collettore bloccato a +5V. I led però sono pilotati dalle uscite degli XOR, e quindi il risultato sarà il seguente:

IC2A avrà gli ingressi (pin 1 e 2) con due segnali diversi, infatti il pin 2 è bloccato sui +5V del transistor precedente (T5) mentre il pin 1 riceve gli impulsi. LED3 quindi lampeggerà con la frequenza del WCK.

IC1B avrà gli ingressi (pin 5 e 6) con due segnali uguali, infatti il pin 6 riceve gli impulsi dal collettore di T4 e il pin 5 riceve gli stessi impulsi da T3. Gli impulsi sugli ingressi di tale porta sono quasi uguali e quindi l'uscita di IC1B sarà a zero e LED4 rimarrà spento.

In definitiva, tutte le porte XOR servono a tenere spenti i led delle frequenze superiori a quella discriminata, mentre i transistor insieme alle celle RC tarate sulle varie frequenze servono a spegnere i led delle frequenze inferiori a quella discriminata.

Seguono le considerazioni finali su questo circuito molto smart.

(segue)
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Re: HDAC: scheda LED

Messaggio Da bandAlex il 6/9/2017, 17:03

La prima cosa da notare è che il led acceso indicante la frequenza non sarà acceso fisso, ma lampeggerà con una frequenza uguale a quella della fs indicata. La frequenza più bassa quindi sarà di 44.1 KHz, e il nostro occhio non sarà in grado di percepirla (anche se, detto fra noi, l'occhio di qualche audiofilo attento qualcosa riuscirà a percepirla comunque).

Il fatto che il led lampeggi invece di essere costantemente acceso non è rilevante ai fini pratici, però deve essere considerato dal punto di vista dell'emissione luminosa. Viste le frequenze in gioco, e il duty cycle costante, l'intensità luminosa non dovrebbe cambiare con la fs, e quindi tutti i led dovrebbero emettere la stessa quantità di luce. Essendo il duty cycle uguale a 0.5 (il 50% del tempo totale), la corrente da far scorrere nei led dovrebbe essere il doppio 1.4 volte quella normalmente utilizzata a parità di emissione luminosa. Tutto questo paragrafo è al condizionale perchè non ho ancora fatto nessun test, e mi sto basando su ciò che è la teoria. Per questo motivo i valori di R1-R6 sullo schema non li ho messi.

Sempre perchè non ho fatto test pratici, mancano anche i valori di C1-C5 e C50. Il calcolo di questi valori per ciascuna frequenza da discriminare è abbastanza semplice, ma poi devono essere verificati sul prototipo prima di renderli definitivi. In particolare il valore di C5 è abbastanza critico, vista la differenza di soli 4 KHz tra i primi due step di fs.

Le pcb dovrebbero arrivare giovedì della prossima settimana.


Ultima modifica di bandAlex il 7/9/2017, 03:04, modificato 1 volta
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Re: HDAC: scheda LED

Messaggio Da b.veneri il 6/9/2017, 21:49

E comunque il  led che lampeggia a 192 KHz lampeggia meglio di quello a 44.1  grande sorriso

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Re: HDAC: scheda LED

Messaggio Da Giancarlo69 il 7/9/2017, 00:30

[Devi essere iscritto e connesso per vedere questo link] ha scritto:Essendo il duty cycle uguale a 0.5 (il 50% del tempo totale), la corrente da far scorrere nei led dovrebbe essere il doppio di quella normalmente utilizzata a parità di emissione luminosa. Tutto questo paragrafo è al condizionale perchè non ho ancora fatto nessun test, e mi sto basando su ciò che è la teoria. Per questo motivo i valori di R1-R6 sullo schema non li ho messi.
Il valore efficace rms di un'onda quadra e`pari alla radice quadrata del duty cycle moltiplicata per la tensione di picco e quindi con DT = 0.5 avremo che:
Vrms = 0.707 * Vp 

Ad esempio se si vuole fare scorrere una corrente di 5mA rms in un led rosso pilotato da un'onda quadra con valore di picco di 5V e DT=0.5,
la resistenza dovrà essere pari a:

R = (Vp - Vled) * 0.707 /I
R = (5-1.8)*0.707 / 0.005
R = 452 ohm

Con 5VDC invece lo stesso led rosso emetterebbe la stessa luminosità (5mA rms) con una resistenza pari a:
R = (VDC - Vled)/I
R = (5-1.8) /0.005
R = 640 ohm

Ovviamente andranno scelti i valori commerciali delle resistenze più vicini (es: 470 ohm e 680 ohm)
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Re: HDAC: scheda LED

Messaggio Da bandAlex il 7/9/2017, 02:51

[Devi essere iscritto e connesso per vedere questo link] ha scritto:Il valore efficace rms di un'onda quadra e`pari alla radice quadrata del duty cycle moltiplicata per la tensione di picco e quindi con DT = 0.5 avremo che:

[snip]

Esattamente ciò che dice la teoria. Il calcolo teorico però presume un'onda perfettamente quadra, cosa che in questo caso non possiamo dare per scontata.

In questa pagina è affrontato il problema in dettaglio (anche se si ha a che fare con led di potenza, correnti più elevate e frequenze più basse): [Devi essere iscritto e connesso per vedere questo link] (in particolare, il paragrafo Addressing CCT challenges with PWM dimming).

Nel nostro circuito i quad xor sono utilizzati anche come driver per i led, con una erogazione di corrente più alta di quella normalmente richiesta da una porta logica (anche se ogni uscita dovrebbe gestire un max di 25 mA, da datasheet, ma non è specificata la frequenza). Bisogna vedere con tali correnti e alle frequenze utilizzate cosa succede. Il led che lampeggia a 192 KHz potrebbe essere leggermente meno luminoso di quello che lampeggia a 176 KHz (e così via) ed è per questo che ho previsto una resistenza limitatrice separata per ciascun led (in teoria ne bastava una sola, visto che è acceso solo un led alla volta). Insomma, dal momento che non ho mai usato un 74VHC86 in questo modo, mi tengo aperto ad ogni possibile eventualità, a maggior ragione considerando che questa pcb è solo un prototipo.

Nei calcoli da te effettuati, abbiamo una R da 452 ohm per un duty cycle di 0.5 e una R da 640 ohm per la DC. Il rapporto tra le due correnti di picco è di circa 1.4, cioè effettivamente meno del doppio (il doppio avrebbe comportato una R da 320 ohm).

Naturalmente la tua precisazione è sacrosanta, mentre la mia frase sul "doppio della corrente" era solo un'approssimazione, anche se nella pratica poi le cose non sono mai esattamente come prevede la teoria. Tra l'altro, quello che ci interessa non è un valore preciso di luminosità, quanto piuttosto il fatto che tutti i led si accendano allo stesso modo.

Ma la mia preoccupazione in realtà è un'altra, ed è l'approssimazione che, agli ingressi di quegli xor che devono tenere i led spenti, ci siano due treni esattamente uguali. Possiamo senz'altro dire che la loro frequenza sarà uguale, ma l'origine dei due segnali deriva da filtri passa-basso con costante di tempo diversa. E quindi ci sarà uno sfasamento tra i due. Tale sfasamento provocherà uno spillo di tensione alle uscite di tali xor che invece dovrebbero restare muti. Maggiore sarà lo sfasamento, maggiore sarà la larghezza dello spillo. In teoria (eccola, di nuovo) lo sfasamento dovrebbe essere abbastanza esiguo e lo spillo così sottile da non provocare un'emissione luminosa significativa. Il caso peggiore è rappresentato da quegli xor che hanno gli ingressi su due frequenze una il doppio dell'altra (cioè dove i bjt vedono due costanti di tempo molto diverse l'una dall'altra).

Anche questo, ovviamente, andrà verificato sul campo. In settimana prossima sapremo se questa scheda sarà utilizzabile o se sarà un colossale epic fail. pope
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Re: HDAC: scheda LED

Messaggio Da bandAlex il 7/9/2017, 03:01

[Devi essere iscritto e connesso per vedere questo link] ha scritto:E comunque il  led che lampeggia a 192 KHz lampeggia meglio di quello a 44.1  grande sorriso

Porca la miseria. Dovrò prevedere un upsampling per i led. grande sorriso
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Re: HDAC: scheda LED

Messaggio Da fstiffo il 7/9/2017, 11:17

Posso fare una domanda? magari è cretina e mi scuso fin d'ora 

Perché darsi la briga di fare una cosa del genere, non esistono integrati che escono con dei segnali a 4/8 bit indicanti fq di campionamento sullo I2S o quant'altro? O è una fesseria e non esiste niente già fatto? 

Avere dei led che si accendono e si spengono alla frequenza di campionamento non genera RFI?

Se dico bestialità mi scuso ancora Alex.
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Re: HDAC: scheda LED

Messaggio Da AndreaFx il 7/9/2017, 12:22

So che alcune schede di conversione USB to i2s (come la WaveIO usata da cotton) hanno integrata la circuitazione per collegare i led di indicazione della frequenza.


Non so però che tipo di chip/escamotage utilizzino
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Re: HDAC: scheda LED

Messaggio Da AndreaFx il 7/9/2017, 13:19

[Devi essere iscritto e connesso per vedere questo link] c'è una piccola board con i led che visualizzano il sample rate da cui poter trarre spunto
Come integrato utilizza un 74HC1540.
Purtroppo non c'è lo schema del circuito......
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Re: HDAC: scheda LED

Messaggio Da bandAlex il 7/9/2017, 13:44

[Devi essere iscritto e connesso per vedere questo link] ha scritto:Perché darsi la briga di fare una cosa del genere, non esistono integrati che escono con dei segnali a 4/8 bit indicanti fq di campionamento sullo I2S o quant'altro? O è una fesseria e non esiste niente già fatto? 

Per quanto io abbia cercato in questi mesi, non ho trovato nulla che fosse utilizzabile già pronto alla bisogna, tipo un chip che gli mandi lo stream I2S e ti dice quale è la fs mediante lo stato logico di alcuni pin o in binario (3 bit sarebbero sufficienti). Alcune schede USB (come la WaveIO indicata da Andrea nel post precedente) danno l'indicazione della fs perchè è fornita direttamente dal chip XMOS (facile implementazione, fa tutto lui). Noi però non abbiamo un chip XMOS, o meglio: vogliamo avere una indicazione della fs a prescindere dalla scheda di interfaccia utilizzata (USB, SPDIF) che potrebbe non essere attrezzata per fornire tale informazione. La maggior parte (tutte quelle che ho avuto sotto mano) delle schede SPDIF->I2S non fornisce indicazione della fs. Come fare allora?

L'approccio più banale sarebbe quello di prendere un frequenzimetro (una delle tante schedine cinesi in commercio) e mandargli il WCK. A quel punto è necessario però un display per visualizzare la frequenza, e se tale schedina prevede 6 cifre quando a noi ne bastano 4, ti attacchi al tram e leggi quello che viene misurato: 44.0991 oppure 44.1256, che non è proprio una bella cosa da vedere. Sicuramente informativa (cazzo, ho il WCK che è esattamente di 44.0991!) ma poco interessante e oltremodo bruttarella assai. Però potrebbe far presa su qualche audiofilo (il mio dac indica esattamente la frequenza del word clock!). No, tale approccio va bene per un DIY dei disperati, non per il Giardino Elettronico.

Un altro approccio poteva essere quello che... il frequenzimetro me lo faccio io! Ci sono un'infinità di chipset già pronti che con due componenti in croce ti risolvono il problema. Poi però si deve sempre combattere con l'ottimizzazione specifica per l'uso che se ne deve fare: a noi serve un'indicazione di massima, mentre un frequenzimetro cercherà disperatamente di mostrarci tutta la sua precisione. Sarebbe come usare un cannone per ammazzare una zanzara. No, grazie.

Il terzo approccio, quello utilizzato dalla maggioranza, si affida all'indicazione già bella e pronta fornita direttamente dalla scheda USB, come nel caso della WaveIO, ma anche di quelle prodotte dal cinese DIYINHK:



Il cinese ha pensato bene di guadagnarci ulteriormente approntando una schedina ulteriore con a bordo solo i led e un semplice chip demultiplexer (74HC154D, 4 bit/16 linee). Ma è sempre il chippone XMOS a fornire l'informazione, in binario, e la schedina con i led non fa altro che decodificare e accendere il led corrispondente. Noi con quella schedina non ci facciamo niente, se non c'è un'interfaccia USB già presente, e quindi saremmo costretti a usare solo questa interfaccia, o la WaveIO. E se voglio usare l'SPDIF?

Ecco che comincia ad aleggiare il sospetto che forse, tutto sommato, una soluzione fatta in casa, semplice, senza un'eccessivo overhead, è la soluzione migliore. Certo, bisogna essere in grado di progettarsela, però...

Avere dei led che si accendono e si spengono alla frequenza di campionamento non genera RFI?

Tutto genera RFI, anche la tastiera che sto usando ora per scrivere... Diciamo che, essendo le frequenze abbastanza basse, i disturbi generati sono minimi, anche considerando il fatto che l'alimentazione è prelevata dalla sezione digitale dell'HDAC.
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Re: HDAC: scheda LED

Messaggio Da cotton il 7/9/2017, 19:48

[Devi essere iscritto e connesso per vedere questo link] ha scritto:So che alcune schede di conversione USB to i2s (come la WaveIO usata da cotton) hanno integrata la circuitazione per collegare i led di indicazione della frequenza.


Non so però che tipo di chip/escamotage utilizzino

Si, la WaveIO offre l'indicazione delle freq. attraverso led.
C'è da dire che sotto windows l'indicazione funziona bene, sotto linux no, non funziona affatto (funziona solo l'indicazione di host connesso e stream in esecuzione, le freq. rimangono spente).
Penso che il tutto è stato ottimizzato per funzionare con il driver per windows.

Personalmente considero la soluzione di Alex più sopraffina, rende il tutto più indipendente.
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Re: HDAC: scheda LED

Messaggio Da bandAlex il 8/9/2017, 11:41

[Devi essere iscritto e connesso per vedere questo link] ha scritto:Personalmente considero la soluzione di Alex più sopraffina, rende il tutto più indipendente.

Grazie, flowers

Effettivamente, si tratta proprio di una questione di indipendenza e flessibilità. E anche eleganza del progetto, se vogliamo.
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Messaggio Da bandAlex il 14/9/2017, 12:21

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Messaggio Da b.veneri il 14/9/2017, 12:24

Si procede!
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Re: HDAC: scheda LED

Messaggio Da bandAlex il 18/9/2017, 13:20

Ho proceduto. grande sorriso

Ho assemblato la schedina, ma ieri non ho avuto tempo per fare i primi test. Conto di procedere (una continuazione del procedere, in effetti) in questa settimana, probabilmente domani. Vi terrò informati.
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