Генератор белого шума на PIC12F617

Сигнал белого шума имеет одинаковую интенсивность на всех частотах в интересующей полосе; например, 20 Гц - 20 кГц для звука. Это шипящий звук, который вы слышите, если настроите аналоговое FM-радио на частоту, где не будет передачи.

Есть много причин, по которым вам может понадобиться сигнал белого шума. Например, вы можете использовать белый шум, чтобы заглушить внешние шумы, которые могут мешать вашему сну. Если этот капающий кран не дает вам уснуть, не считайте овец - попробуйте источник белого шума с низким уровнем громкости и динамиком рядом с кроватью. Мы можем засвидетельствовать: он творит чудеса! Он особенно эффективен при засыпании младенцев, поскольку они привыкли слышать несколько похожие звуки в утробе матери.

Его также можно использовать для лечения (или, по крайней мере, маскировки) шума в ушах (постоянный звон в ушах, слышимый при отсутствии звука).

Источники белого шума можно использовать для измерения полосы пропускания или импульсной характеристики цепи, а также для проверки акустики помещения или оптимизации системы громкой связи. Они также используются в аналоговых аудиосинтезаторах для создания звука «ш-ш-ш-ш» различных перкуссионных инструментов, таких как хай-хэт, малый барабан и тарелки.

Методы создания белого шума

Существует несколько способов создания белого шума. Например, при обратном смещении стабилитрона или транзистора в переходе эмиттер-база (т.е. база-эмиттер перевернуты) с низким уровнем постоянного тока, на нем появится переменное напряжение, и эта шумовая характеристика будет иметь белый цвет.
Но результирующий уровень напряжения переменного тока довольно низок и обычно должен быть усилен в несколько сотен раз, чтобы сделать его пригодным для использования.

В качестве альтернативы, белый шум можно генерировать в цифровом виде с помощью генератора псевдослучайных чисел. Метод имеет то преимущество, что уровень сигнала уже высок, он постоянен и не зависит от характеристик конкретного транзистора или стабилитрона.

National Semiconductor раньше продавала микросхему цифрового источника шума MM5837 (разработанную 1970-х), в которой использовался внутренний 17-битный генератор псевдослучайных последовательностей для создания белого шума для аудио-приложений. Поставляемый в 8-контактном корпусе DIL, он был разработан для музыкальных инструментов, синтезаторов и для тестирования акустики помещения.

Его основным недостатком была заметная цикличность. Повтор происходил из-за того, что полная случайная последовательность создавалась менее чем за одну секунду и непрерывно циклически повторялась.

Эта ИС больше не доступна, но с современными компонентами мы можем сделать совершенный цифровой источник шума.

Совершенный источник белого шума

В нашей конструкции используется недорогой 8-битный микроконтроллер PIC12 для создания 31-битной псевдослучайной последовательности, которая повторяется только после 2^31 или приблизительно двух миллиардов циклов. Это составляет почти восемь часов, поэтому повторение определенно не различимо.

Базовая «схема» для нашего генератора белого шума показана на рис.1. IC1 представляет собой PIC12F617-I/P, который питается напряжением 2..5 В, подаваемое на контакты 1 и 8. Шунтирующий конденсатор емкостью 100 нФ подключен непосредственно между контактами 1 и 8 для обеспечения стабильного рабочего напряжения. Сигнал шума появляется на его цифровом выходе GP0 (контакт 7).

Рисунок 1.

Контакт 4 является основным контактом очистки/сброса (MCLR). Этот вывод удерживается на VDD во время нормальной работы внутренним подтягивающим резистором. Если на него подается низкий уровень извне, микроконтроллер перейдет в состоянии сброса, и поэтому генерация шума на выводе 7 прекратится. При отпускании внутренняя подтяжка снова поставит его на высокий уровень, позволяя процессору работать и возобновить генерацию шума.

Вам нужны только два компонента: запрограммированная микросхема и шунтирующий конденсатор емкостью 100 нФ, как показано на рис.1.

И его очень легко подключить, так как обычно используются только четыре контакта — шунтирующий конденсатор можно припаять прямо рядом с микросхемой (даже прямо между контактами 1 и 8, если хотите!). Остальные четыре вывода (выводы 2, 3, 5 и 6) не используются и должны быть оставлены отключенными. Шумовой сигнал снимается с контакта 7, а конденсатор емкостью 100 нФ шунтирует питание (контакты 1 и 8) — контакты 2, 3, 5 и 6 не подключены.

Автор: Джон Кларк