Digitálisan vezérelt 18 W -os gitárerősítő: 7 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:42

Pár évvel ezelőtt építettem egy 5 W -os gitárerősítőt, ami egyfajta megoldás volt az akkori audiorendszeremre, és a közelmúltban úgy döntöttem, hogy újat építek, amely sokkal erősebb és anélkül, hogy analóg komponenseket használnék a felhasználói felülethez, mint a forgó potenciométerek és a kapcsolók.

A digitálisan vezérelt 18 W-os gitárerősítő egy önálló, digitálisan vezérelt, 18 W-os monó gitárerősítő, késleltető effektrendszerrel és elegáns folyadékkristályos kijelzővel, amely pontos információt nyújt az áramkörről.

A projekt jellemzői:

• Teljesen digitális vezérlés: A felhasználói felület bemenete egy forgó kódoló, beépített kapcsolóval.
• ATMEGA328P: Mikrovezérlő (Arduino-szerű rendszerként használják): A felhasználó minden beállítható paramétert programozottan vezérel.
• LCD: felhasználói felület kimeneteként működik, így az eszköz paraméterei, például a nyereség/hangerő/késleltetés mélysége/késleltetési idő nagy közelítésben megfigyelhetők.
• Digitális potenciométerek: Az aláramkörökben használják, így az eszközvezérlés teljesen digitális.
• Kaszkád rendszer: Az előre meghatározott rendszer minden áramköre egy külön rendszer, amely csak a tápvezetékeket osztja meg, és viszonylag egyszerű hibaelhárítást tesz lehetővé meghibásodás esetén.
• Előerősítő: LM386 integrált áramkörön alapul, nagyon egyszerű vázlatos kialakítással és minimális alkatrészigénnyel.
• Késleltető hatáskör: A PT2399 integrált áramkörön alapul, megvásárolható az eBay -ről külön IC -ként (a teljes késleltetési áramkört magam terveztem), vagy komplett modulként használható, amely lehetővé teszi a forgó potenciométerek digipotokkal való helyettesítését.
• Teljesítményerősítő: A TDA2030 modulon alapul, amely már tartalmazza a működéséhez szükséges összes perifériás áramkört.
• Tápellátás: A készüléket egy régi külső laptop 19 V egyenáramú tápegysége táplálja, így az eszköz egy lecsökkentett DC-DC modult tartalmaz az LM7805 előszabályozójaként, így sokkal kevesebb hőt képes elvezetni a készülék energiafogyasztása során.

Miután áttekintettük az összes rövid információt, építsük fel!

1. lépés: Az ötlet

Amint a blokkdiagramon látható, az eszköz klasszikus megközelítésben működik a gitárerősítő kialakításában, a vezérlőáramkör és a felhasználói felület kis eltéréseivel. Összesen három áramkörcsoportot fogunk kibővíteni: Analóg, digitális és tápegység, ahol minden csoport külön alkörökből áll (a témát a további lépések jól ismertetik). Annak érdekében, hogy sokkal könnyebben megértsük a projekt szerkezetét, magyarázzuk el ezeket a csoportokat:

1. Analóg alkatrész: Az analóg áramkörök a tömbvázlat felső felében találhatók, amint az fent látható. Ez a rész felelős a készüléken áthaladó összes jelért.

Az 1/4 jack egy készülék gitár mono bemenete, és a doboz és a forrasztott elektronikus áramkör határán található.

A következő lépés egy előerősítő, amely LM386 integrált áramkörön alapul, és amely rendkívül könnyen használható ilyen audio alkalmazásokban. Az LM386 5V egyenáramú tápellátását a fő tápegység biztosítja, ahol paramétereit, erősítését és hangerejét digitális potenciométerek vezérlik.

A harmadik fokozat a TDA2030 integrált áramkörön alapuló teljesítményerősítő, amelyet külső 18 ~ 20 V egyenáramú tápegység táplál. Ennél a projektnél a teljesítményerősítőn kiválasztott erősítés állandó marad a működési idő alatt. Mivel az eszköz nem egy becsomagolt NYÁK, ajánlatos a TDA2030A összeszerelt modult használni, és csak az I/O és a tápegység csatlakozóival csatlakoztatni a prototípushoz.

2. Digitális rész: A digitális áramkörök a tömbvázlat alsó felében találhatók. Felelősek a felhasználói felületért és az analóg paraméterek vezérléséért, mint a késleltetési idő/mélység, hangerő és erősítés.

A beépített SPST kapcsolóval ellátott kódoló felhasználói vezérlő bemenetként van definiálva. Mivel egyetlen alkatrészként van összeszerelve, a megfelelő működéshez csak a felhúzó ellenállások programozási vagy fizikai rögzítése szükséges (ezt a vázlatos lépésben látjuk).

A mikroprocesszor, mint az áramkör "fő agya", az ATMEGA328P, amelyet ebben az eszközben Arduino-szerű stílusban használnak. Ez az eszköz rendelkezik az áramkör összes digitális tápellátásával, és mindent megparancsol, hogy mit tegyen. A programozás SPI interfészen keresztül történik, így bármilyen megfelelő USB ISP programozót vagy megvásárolt AVR hibakeresőt használhatunk. Abban az esetben, ha az Arduino -t szeretné használni az áramkör mikrovezérlőjeként, ez lehetséges a programozási lépésben jelen lévő csatolt C -kód összeállításával.

A digitális potenciométerek két kettős integrált áramkörből állnak, amelyeket SPI interace vezérli mikrokontrollerrel, összesen 4 potenciométerrel az összes paraméter teljes vezérlése érdekében:

Az LCD egy felhasználói felület kimenet, amely tudatja velünk, hogy mi történik a dobozban. Ebben a projektben valószínűleg a legnépszerűbb 16x2 LCD -t használtam az Arduino felhasználók körében.

3. Tápegység: A tápegység felelős azért, hogy energiát (feszültséget és áramot) adjon az egész rendszernek. Mivel a teljesítményerősítő áramkörét közvetlenül a külső laptop adapterről táplálják, a többi áramkört pedig 5 V egyenáramról táplálják, szükség van egy DC-DC csökkentő vagy lineáris szabályozóra. Abban az esetben, ha az 5 V -os lineáris szabályozót a külső 20 V -hoz csatlakoztatja, amikor az áram a lineáris szabályozón áthalad a terhelésen, hatalmas mennyiségű hő oszlik el az 5 V -os szabályozón, ezt nem akarjuk. Tehát a 20 V-os és az 5 V-os lineáris szabályozó (LM7805) között van egy 8 V-os DC-DC lefelé irányuló átalakító, amely előszabályozóként működik. Ez a rögzítés megakadályozza a lineáris szabályozó hatalmas eloszlását, amikor a terhelési áram magas értékeket ér el.

2. lépés: Alkatrészek és műszerek

Elektronikus részek:

1. Modulok:

• PT2399 - Echo / delay IC modul.
• LM2596-Lépjen le DC-DC modulról
• TDA2030A - 18 W teljesítményű erősítő modul
• 1602A - Közös LCD 16x2 karakter.
• Rotációs kódoló beépített SPST kapcsolóval.

2. Integrált áramkörök:

• LM386 - Mono audió erősítő.
• LM7805 - 5V lineáris szabályozó.
• MCP4261/MCP42100 - 100KOhm kettős digitális potenciométer
• ATMEGA328P - Mikrokontroller

3. Passzív összetevők:

A. Kondenzátorok:

• 5 x 10uF
• 2 x 470uF
• 1 x 100uF
• 3 x 0,1uF

B. Ellenállások:

• 1 x 10R
• 4 x 10K

C. Potenciométer:

1 x 10K

(Opcionális) Ha nem használja a PT2399 modult, és szeretné saját maga megépíteni az áramkört, akkor ezek a részek szükségesek:

• PT2399
• 1 x 100K ellenállás
• 2 x 4.7uF kondenzátor
• 2 x 3.9nF kondenzátor
• 2 x 15K ellenállás
• 5 x 10K ellenállás
• 1 x 3.7K ellenállás
• 1 x 10uF kondenzátor
• 1 x 10nF kondenzátor
• 1 x 5.6K ellenállás
• 2 x 560pF kondenzátor
• 2 x 82nF kondenzátor
• 2 x 100nF kondenzátor
• 1 x 47uF kondenzátor

4. Csatlakozók:

• 1 x 1/4 "mono jack csatlakozó
• 7 x kettős sorkapocs
• 1 x női 6 tűs soros csatlakozó
• 3 db 4 tűs JST csatlakozó
• 1 db férfi hálózati csatlakozó

Mechanikus alkatrészek:

• Hangszóró, amelynek teljesítménye legalább 18 W
• Fából készült ház
• Fa keret a felhasználói felület levágásához (LCD és forgó jeladóhoz).
• Habgumi a hangszóró és a felhasználói felület számára
• 12 fúrócsavar az alkatrészekhez
• 4 x rögzítőcsavar és anya az LCD kerethez
• 4 x gumi láb a készülék állandó oszcillációihoz (rezonancia mechanikai zaj gyakori dolog az erősítő kialakításában).
• Gomb forgó jeladóhoz

Műszerek:

• Elektromos csavarhúzó
• Forró ragasztópisztoly (ha szükséges)
• (Opcionális) Lab tápegység
• (Opcionális) Oszcilloszkóp
• (Opcionális) Funkciógenerátor
• Forrasztópáka / állomás
• Kis vágó
• Kis fogó
• Forrasztó konzervdoboz
• Csipesz
• Tekercselő huzal
• Fúrószárak
• Kis méretű fűrész fa vágásához
• Kés
• Csiszoló reszelő

3. lépés: Vázlatos magyarázat

Mivel ismerjük a projekt tömbvázlatát, folytathatjuk a sémákat, figyelembe véve mindazt, amit az áramkör működéséről tudnunk kell:

Előerősítő áramkör: Az LM386 minimális alkatrész-figyeléssel van csatlakoztatva, külső passzív komponensek használata nélkül. Abban az esetben, ha módosítani szeretné a frekvenciaválasztást az audiojel bemenetére, például a mélyhangkiemelésre vagy a hangszínszabályozásra, hivatkozhat az LM386 adatlapjára, amelyről beszélve, ez nem befolyásolja ezt az eszköz sematikus diagramját, kivéve az erősítő előtti enyhe változásokat a kapcsolatokban. Mivel egyetlen 5V egyenáramú tápegységet használunk az IC -hez, a jel egyenáramú eltávolításához az IC kimenetéhez hozzá kell adni a leválasztó kondenzátort (C5). Mint látható, az 1/4 hüvelykes csatlakozó (J1) jelcsap az „A” digipot csatlakozóhoz van csatlakoztatva, és az LM386 nem invertáló bemenet a „B” numerikus ponthoz, így egyszerű feszültségosztó, amelyet mikrokontroller vezérel SPI interfészen keresztül.

Késleltetés / visszhanghatás áramkör: Ez az áramkör a PT2399 késleltető hatású IC -n alapul. Ez az áramkör bonyolultnak tűnik az adatlapja szerint, és nagyon könnyű összekeverni a forrasztással. Javasoljuk, hogy vásároljon komplett PT2399 modult, amely már összeszerelt, és csak a forgó potenciométereket kell kioldani a modulból, és rögzíteni kell a digipot vezetékeket (ablaktörlő, „A” és „B”). Adatlap hivatkozást használtam a visszhanghatás kialakítására, digipotokkal az oszcillációk időtartamának kiválasztására és a visszacsatolási jel hangerejére (amit hívnunk kell - "mélység"). A késleltető áramkör bemenete, DELAY_IN vonal, csatlakozik az előerősítő áramkör kimenetéhez. A vázlatok nem említik, mert azt akartam elérni, hogy az összes áramkör csak tápvezetékeket használjon, és a jelvezetékek külső kábelekkel vannak összekötve. "Milyen kényelmetlen!", Gondolhatja, de a helyzet az, hogy analóg feldolgozó áramkör építésekor sokkal könnyebb a hibákat elhárítani részenként a projektben. Javasoljuk, hogy bypass kondenzátorokat adjon az 5 V egyenáramú tápegységhez, annak zajos területe miatt.

Tápegység: A készüléket külső tápcsatlakozón keresztül táplálja a 20V 2A AC/DC adapter. Úgy találtam, hogy a legjobb megoldás a nagy mennyiségű energiaveszteség csökkentésére egy lineáris szabályozónál hő formájában, ha hozzáadunk egy 8V DC-DC léptetőátalakítót (U10). Az LM2596 egy buck konverter, amelyet számos alkalmazásban használnak, és népszerű az Arduino felhasználók körében, és kevesebb mint 1 dollárba kerül az eBay -en. Tudjuk, hogy a lineáris szabályozó feszültségcsökkenése van az átviteli sebességén (a 7805 esetében az elméleti közelítés 2,5 V körül van), így az LM7805 bemenete és kimenete között 3V -os biztonságos rés van. Nem ajánlott figyelmen kívül hagyni a lineáris szabályozót, és az lm2596 -ot egyenesen az 5 V -os vezetékhez csatlakoztatni, mivel a kapcsolási zaj miatt a feszültség hullámzása befolyásolhatja az áramkörök táp stabilitását.

Erősítő: Ez egyszerű, mint amilyennek látszik. Mivel ebben a projektben egy TDA2030A modult használtam, az egyetlen követelmény a tápcsatlakozók és az erősítő I/O vonalainak csatlakoztatása. Amint azt korábban említettük, a teljesítményerősítő bemenete csatlakozókkal, külső kábellel csatlakozik a késleltető áramkör kimenetéhez. A készülékben használt hangszóró a teljesítményerősítő kimenetére van csatlakoztatva dedikált sorkapcson keresztül.

Digitális potenciométerek: Valószínűleg a legfontosabb alkatrészek az egész készülékben, így lehetővé teszik a digitális vezérlést. Mint látható, kétféle digipot létezik: MCP42100 és MCP4261. Ugyanazt a pinoutot használják, de a kommunikációban különböznek. A projekt készítésekor csak két utolsó digipot van a készletemben, ezért csak azt használtam, amim volt, de azt javaslom, hogy használjon két azonos típusú digipotot, akár az MCP42100, akár az MCP4261. Minden digipotot SPI interfész, megosztási óra (SCK) és adatbeviteli (SDI) érintkezők vezérelnek. Az ATMEGA328P SPI vezérlője több eszköz kezelésére képes külön chipválasztó (CS vagy CE) csapok meghajtásával. Ebben a projektben ezt tervezték, ahol az SPI chip engedélyező csapok különálló mikrovezérlő csapokhoz vannak csatlakoztatva. A PT2399 és az LM386 5V -os tápegységhez van csatlakoztatva, így nem kell aggódnunk a feszültségingadozás miatt a digipot ellenállású hálózaton belül az IC -kben (Ezt nagyrészt az adatlap tartalmazza, a belső kapcsolási ellenállások feszültségszint -tartománya).

Mikrokontroller: Amint már említettük, Arduino-stílusú ATMEGA328P alapú, egyetlen passzív komponens-felhúzó ellenállás (R17) szükségességével a visszaállító tüskén. A 6 tűs csatlakozó (J2) az eszköz programozására szolgál USB ISP programozón keresztül SPI interfészen keresztül (Igen, ugyanaz az interfész, amelyhez a digipotok csatlakoznak). Minden csap csatlakozik a megfelelő alkatrészekhez, amelyeket a sematikus diagram mutat be. Erősen ajánlott bypass kondenzátorok hozzáadása az 5 V -os tápegységekhez. A kódolócsapok (C27, C28) közelében látható kondenzátorokat arra használják, hogy megakadályozzák a kódoló állapot ugrálását ezeken a csapokon.

LCD: A folyadékkristályos kijelző klasszikus módon csatlakozik a 4 bites adatátvitelhez és további két rögzítőcsaphoz az adatok rögzítéséhez - Register select (RS) és Enable (E). Az LCD fényereje és a kontraszt változó, egyetlen trimmerrel állítható (R18).

Felhasználói felület: Az eszköz forgó kódolója beépített SPST nyomógombbal rendelkezik, ahol minden csatlakozója a leírt mikrovezérlő csapokhoz van kötve. Javasoljuk, hogy a felhúzó ellenállást rögzítse minden egyes kódoló csapjához: A, B és SW, ahelyett, hogy belső felhúzást használna. Győződjön meg arról, hogy az A és B kódoló érintkezői csatlakoztatva vannak a mikrokontroller külső megszakító csapjaihoz: INT0 és INT1, hogy megfeleljenek az eszköz kódjának és megbízhatóságának, amikor a kódoló alkatrészt használja.

JST csatlakozók és sorkapcsok: Minden analóg áramkör: előerősítő, késleltetés és teljesítményerősítő el van szigetelve a forrasztott táblán, és kábelekkel van összekötve a sorkapcsok között. A kódoló és az LCD a JST kábelekhez van csatlakoztatva, és a forrasztott táblához a JST csatlakozókon keresztül csatlakozik a fent leírtak szerint. A külső tápegység jack bemenete és az 1/4 mono jack gitár bemenet sorkapcsokon keresztül csatlakozik.

4. lépés: Forrasztás

Rövid előkészítés után elképzelni kell az összes komponens pontos elhelyezését a táblán. Előnyös, ha a forrasztási folyamatot az előerősítővel kezdjük, és befejezzük az összes digitális áramkört.

Íme a leírás lépésről lépésre:

1. Forrasztó előerősítő áramkör. Ellenőrizze a csatlakozásait. Győződjön meg arról, hogy a földvonalak meg vannak osztva az összes megfelelő vonalon.

2. Forrasztás PT2399 modul/IC az összes perifériás áramkörrel, a sematikus ábra szerint. Mivel az egész késleltetési áramkört forrasztottam, láthatja, hogy sok megosztott vonal van, amelyek könnyen forraszthatók az egyes PT2399 tűs funkciók szerint. Ha rendelkezik PT2399 modullal, akkor csak forgassa ki a forgó potenciométereket és forrasztja a digitális potenciométer hálóvonalait ezekhez a felszabadult csapokhoz.

3. Forrasztás TDA2030A modul, győződjön meg arról, hogy a hangszóró kimeneti csatlakozója a kártyán kívül van.

4. Forrasztó tápáramkör. Helyezze a bypass kondenzátorokat a vázlatos diagram szerint.

5. Forrasztó mikrovezérlő áramkör a programozó csatlakozójával. Próbálja meg programozni, győződjön meg róla, hogy közben nem sikertelen.

6. Forrasztó digitális potenciométerek

7. Forrasztja fel az összes JST csatlakozót az egyes vonalcsatlakozásoknak megfelelő területeken.

8. Kapcsolja be a táblát, ha van funkciógenerátora és oszcilloszkópja, ellenőrizze minden analóg áramkör válaszát a bemeneti jelre lépésről lépésre (ajánlott: 200mVpp, 1KHz).

9. Külön ellenőrizze az áramkör válaszát a teljesítményerősítőn és a késleltető áramkörön/modulon.

10. Csatlakoztassa a hangszórót a teljesítményerősítő kimenetéhez és a jelgenerátort a bemenethez, győződjön meg arról, hogy hallja a hangjelzést.

11. Ha minden elvégzett tesztünk sikeres, folytathatjuk az összeszerelési lépést.

5. lépés: Összeszerelés

Valószínűleg ez a legnehezebb része a projektnek a technikai megközelítés szempontjából, hacsak nincs néhány hasznos eszköz a fa vágásához. Nagyon korlátozott eszközkészletem volt, ezért kénytelen voltam a kemény utat választani - kézzel vágni a dobozt egy csiszolóreszelővel. Tekintsük a legfontosabb lépéseket:

1. A doboz előkészítése:

1.1 Ellenőrizze, hogy van -e faháza, megfelelő méretű -e a hangszóróhoz és az elektronikus kártya kiosztáshoz.

1.2 Vágja le a hangszóró területét, erősen ajánlott habszivacs keretet rögzíteni a hangszóró kivágási területére, hogy megakadályozza a rezonancia rezgéseket.

1.3 Vágjon külön fakeretet a felhasználói felülethez (LCD és kódoló). Vágja le a megfelelő területet az LCD számára, és győződjön meg arról, hogy az LCD iránya nincs megfordítva a ház elülső nézetéhez képest. Ennek befejezése után fúrjon lyukat a forgó jeladóhoz. Rögzítse az LCD boszorkány 4 fúrócsavart és a forgó jeladót megfelelő fém anyával.

1.4 Helyezzen habszivacsot a felhasználói felület fa keretére a teljes kerületén. Ez segít megelőzni a rezonáló hangokat is.

1.5 Keresse meg az elektronikus tábla helyét, majd fúrjon 4 lyukat a faházra

1.6 Készítsen elő egy oldalt, ahol a DC egyenáramú tápegység bemenete és az 1/4 gitár bemenet található, fúrjon két lyukat megfelelő átmérővel. Győződjön meg arról, hogy ezek a csatlakozók ugyanazzal a csatlakozóval rendelkeznek, mint az elektronikus kártya (azaz polaritás). forrasztjon be két pár vezetéket minden bemenethez.

2. Az alkatrészek csatlakoztatása:

2.1 Csatlakoztassa a hangszórót a kiválasztott területhez, és győződjön meg arról, hogy két vezeték csatlakozik a hangszórócsapokhoz 4 fúrócsavarral.

2.2 Csatlakoztassa a felhasználói felület panelt a ház kiválasztott oldalához. Ne felejtsük el a habszivacsot.

2.3 Csatlakoztassa az összes áramkört a sorkapcsokon keresztül

2.4 Csatlakoztassa az LCD -t és a kódolót a kártyához a JST csatlakozókon keresztül.

2.5 Csatlakoztassa a hangszórót a TDA2030A modul kimenetéhez.

2.6 Csatlakoztassa a tápellátást és a gitárbemenetet a kártya sorkapocsaihoz.

2.7 Keresse meg a táblát a fúrt lyukak helyzetében, rögzítse a táblát 4 fúrócsavarral a faházon kívülről.

2.8 Csatlakoztassa a fa burkolat összes részét úgy, hogy szilárd doboznak tűnjön.

6. lépés: Programozás és kódolás

Az eszközkód betartja az AVR mikrokontrollerek családjának szabályait, és megfelel az ATMEGA328P MCU szabványnak. A kód az Atmel Stúdióban van írva, de lehetőség van az Arduino kártya programozására az Arduino IDE -vel, amely ugyanazzal az ATMEGA328P MCU -val rendelkezik. Az önálló mikrovezérlő programozható USB hibakeresési adapterrel az Atmel Studio szerint, vagy az USP ISP programozójával, amely megvásárolható az eBay-ről. A leggyakrabban használt programozó szoftver az AVRdude, de én inkább a ProgISP - egyszerű USB ISP programozó szoftvert részesítem előnyben, nagyon barátságos felhasználói felülettel.

Minden szükséges magyarázat a kódról a csatolt Amplifice.c fájlban található.

A csatolt Amplifice.hex fájl közvetlenül az eszközre tölthető fel, ha teljes mértékben megfelel az előzőleg megfigyelt sematikus diagramnak.

7. lépés: Tesztelés

Nos, miután minden, amit akartunk, elkészült, itt az ideje a tesztelésnek. Inkább a készüléket próbáltam az ősi olcsó gitárommal és az egyszerű passzív hangvezérlő áramkörrel, amelyet évek óta építettem minden ok nélkül. A készüléket digitális és analóg effekt processzorral is tesztelik. Nem túl nagy, hogy a PT2399 ilyen kicsi RAM -mal rendelkezik a késleltetett szekvenciákban használt hangminták tárolására, amikor a visszhangminták közötti idő túl hosszú, az echo digitalizálódik az átmeneti bitek nagy veszteségével, ami a jel torzításának tekinthető. De ez a "digitális" torzítás, amelyet hallunk, hasznos lehet az eszköz működésének pozitív mellékhatásaként. Minden attól az alkalmazástól függ, amelyet ezzel az eszközzel szeretne létrehozni (amit egyébként "Amplifice V1.0" -nak neveztem).

Remélem, hasznosnak találja ezt az oktathatót.

Köszönöm, hogy elolvasta!