Digitaalselt juhitav 18 W kitarrivõimendi: 7 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:48

Paar aastat tagasi ehitasin 5 W kitarrivõimendi, mis oli omal ajal lahendus minu helisüsteemile, ja hiljuti otsustasin ehitada uue, palju võimsama ja ilma kasutajaliidese jaoks analoogkomponente kasutamata. nagu pöörlevad potentsiomeetrid ja lülituslülitid.

Digitaalselt juhitav 18 W kitarrivõimendi on eraldiseisev, digitaalselt juhitav 18 W monokitarrivõimendi, millel on viivitusefektiga süsteem ja elegantne vedelkristallkuvar, mis annab täpset teavet vooluringis toimuva kohta.

Projekti omadused:

• Täielikult digitaalne juhtimine: kasutajaliidese sisend on sisseehitatud lülitiga pöördkodeerija.
• ATMEGA328P: on mikrokontroller (kasutatakse Arduino-laadse süsteemina): kasutaja reguleerib programmeeritavalt kõiki reguleeritavaid parameetreid.
• LCD: toimib kasutajaliidese väljundina, nii et seadme parameetreid, nagu võimendus/helitugevus/viivitussügavus/viivitusaeg, saab jälgida väga ligikaudselt.
• Digitaalsed potentsiomeetrid: kasutatakse ahelates, muutes seadme juhtimise täielikult digitaalseks.
• Kaskaaditud süsteem: iga eelnevalt määratletud süsteemi vooluahel on eraldi süsteem, mis jagab ainult toitejuhtmeid, mis on rikke korral võimelised suhteliselt hõlpsalt tõrkeotsingut tegema.
• Eelvõimendi: põhineb LM386 integraallülitusel, väga lihtsa skemaatilise disainiga ja minimaalsete osade nõuetega.
• Viivitusefektide ahel: põhineb PT2399 integraallülitusel, seda saab osta eBayst eraldi IC -na (kujundasin kogu viivitusahela ise) või seda saab kasutada tervikmoodulina, mis võimaldab asendada pöörlevad potentsiomeetrid digipottidega.
• Võimsusvõimendi: põhineb moodulil TDA2030, mis sisaldab juba kõiki selle tööks vajalikke välisseadmeid.
• Toide: Seadet toidab vana välise sülearvuti 19 V alalisvoolu toiteallikas, seega sisaldab seade LM7805 eelregulaatorina alandatavat alalisvoolu alalisvoolu moodulit, mis muudab seadme toite kasutamise ajal palju vähem soojust.

Pärast kogu lühikese teabe käsitlemist ehitame selle üles!

Samm: idee

Nagu plokkskeemist näha, töötab seade klassikalise lähenemisviisina kitarrivõimendi disainile, juhtlülituse ja kasutajaliidese väikeste erinevustega. Laiendame kokku kolme ahelate rühma: analoog-, digitaal- ja toiteallikas, kus iga rühm koosneb eraldi ahelatest (seda teemat selgitatakse edasistes sammudes). Projekti struktuuri mõistmise hõlbustamiseks selgitame neid rühmi:

1. Analoogosa: analoogskeemid asuvad plokkskeemi ülemises pooles, nagu ülal näha. See osa vastutab kõigi seadet läbivate signaalide eest.

1/4 pistik on seadme kitarr -mono sisend ja asub karbi ja joodetud elektroonilise vooluahela piiril.

Järgmine etapp on LM386 integraallülitusel põhinev eelvõimendi, mida on sellistes helirakendustes äärmiselt lihtne kasutada. LM386 saab 5 V alalisvoolu toiteallikast, kus selle parameetreid, võimendust ja helitugevust juhitakse digitaalsete potentsiomeetrite abil.

Kolmas etapp on võimsusvõimendi, mis põhineb TDA2030 integraallülitusel ja mida toidab väline 18 ~ 20 V alalisvoolu toide. Selle projekti puhul jääb võimendil valitud võimendus kogu tööaja jooksul konstantseks. Kuna seade ei ole üks pakendatud trükkplaat, on soovitatav kasutada kokkupandud moodulit TDA2030A ja kinnitada see prototüübi külge, ühendades ainult sisend-/väljund- ja toiteplokid.

2. Digitaalne osa: Digitaalskeemid asuvad plokkskeemi alumises osas. Nad vastutavad kasutajaliidese ja analoogparameetrite juhtimise eest, nagu viivitusaeg/sügavus, helitugevus ja võimendus.

Sisseehitatud SPST-lülitiga kodeerija on määratletud kasutaja juhtsisendina. Kuna see on kokku monteeritud ühe osana, on nõuetekohaseks tööks vaja ainult tõmmatavate takistite kinnitamist programmeeritavalt või füüsiliselt (näeme seda skeemi etapis).

Mikroprotsessor kui ahela "peamine aju" on ATMEGA328P, mida selles seadmes kasutatakse Arduino-stiilis. Seadmel on kogu vooluahela digitaalne võimsus ja ta käsib kõike, mida teha. Programmeerimine toimub SPI liidese kaudu, nii et saame kasutada mis tahes sobivat USB ISP programmeerijat või ostetud AVR silurit. Juhul, kui soovite vooluahela mikrokontrollerina kasutada Arduinot, on see võimalik programmeerimisetapis oleva lisatud C -koodi koostamise abil.

Digitaalsed potentsiomeetrid on paar topelt -integraallülitust, mida juhitakse mikrokontrolleri kaudu SPI interace kaudu, kokku 4 potentsiomeetrit kõigi parameetrite täielikuks juhtimiseks:

LCD on kasutajaliidese väljund, mis annab meile teada, mis karbis toimub. Selles projektis kasutasin Arduino kasutajate seas ilmselt kõige populaarsemat 16x2 LCD -d.

3. Toide: Toiteallikas vastutab kogu süsteemi energia (pinge ja vool) andmise eest. Kuna võimsusvõimendi vooluahelat toidetakse otse välisest sülearvuti adapterist ja kõik ülejäänud ahelad saavad toite 5 V alalisvoolust, on vaja alalisvoolu alalisvoolu või lineaarset regulaatorit. Juhul, kui pannakse 5V lineaarne regulaator, mis ühendab selle välise 20 V -ga, kui vool läbib lineaarse regulaatori koormusele, hajub 5V regulaatoril tohutu hulk soojust, me ei taha seda. Niisiis, 20V ja 5V lineaarse regulaatori (LM7805) vahel on 8V alalisvoolu alalisvoolu muundur, mis toimib eelregulaatorina. Selline kinnitus hoiab ära lineaarse regulaatori tohutu hajumise, kui koormusvool saavutab kõrged väärtused.

2. samm: osad ja instrumendid

Elektroonilised osad:

1. Moodulid:

• PT2399 - Echo / delay IC moodul.
• LM2596-DC-DC mooduli vähendamine
• TDA2030A - 18W võimsusega võimendusmoodul
• 1602A - tavaline LCD 16x2 tähemärki.
• Pöörlev kodeerija sisseehitatud SPST lülitiga.

2. Integraallülitused:

• LM386 - Mono helivõimendi.
• LM7805 - 5V lineaarne regulaator.
• MCP4261/MCP42100 - 100KOhm topelt digitaalsed potentsiomeetrid
• ATMEGA328P - mikrokontroller

3. Passiivsed komponendid:

A. Kondensaatorid:

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

B. Takistid:

• 1 x 10R
• 4 x 10K

C. Potentsiomeeter:

1 x 10K

(Valikuline) Kui te ei kasuta PT2399 moodulit ja olete huvitatud vooluringi ise ehitamisest, on vajalikud järgmised osad:

• PT2399
• 1 x 100K takisti
• 2 x 4.7uF kondensaator
• 2 x 3,9 nF kondensaator
• 2 x 15K takisti
• 5 x 10K takisti
• 1 x 3,7K takisti
• 1 x 10uF kondensaator
• 1 x 10 nF kondensaator
• 1 x 5,6K takisti
• 2 x 560 pF kondensaator
• 2 x 82 nF kondensaator
• 2 x 100 nF kondensaator
• 1 x 47uF kondensaator

4. Pistikud:

• 1 x 1/4 "monopistikupesa
• 7 x topeltklemmliistud
• 1 x naissoost 6-kontaktiline rea pistik
• 3 x 4-kontaktilist JST pistikut
• 1 x toitepistiku pesa

Mehaanilised osad:

• Kõlar, mille võimsus on võrdne või suurem kui 18W
• Puidust korpus
• Puitraam kasutajaliidese lõikamiseks (LCD ja pöörleva kodeerija jaoks).
• Vahtkumm kõlarite ja kasutajaliidese jaoks
• 12 puurkruvi osade jaoks
• 4 x kinnituspoldid ja mutrid LCD raami jaoks
• 4 x kummist jalg seadme ühtlaseks võnkumiseks (resonantsmehaaniline müra on võimendi disainis tavaline asi).
• Pöörleva kodeerija nupp

Vahendid:

• Elektriline kruvikeeraja
• Kuumliimipüstol (vajadusel)
• (Valikuline) Labori toiteallikas
• (Valikuline) Ostsilloskoop
• (Valikuline) Funktsioonide generaator
• Jootekolb / jaam
• Väike lõikur
• Väike tang
• Jootmisvorm
• Pintsetid
• Mähkimistraat
• Puurid
• Väikese suurusega saag puidu lõikamiseks
• Nuga
• Lihvimisviil

3. samm: skeemide selgitus

Kuna oleme projekti plokkskeemiga tuttavad, võime jätkata skemaatikaga, võttes arvesse kõiki asju, mida peame ahela toimimise kohta teadma:

Eelvõimendi ahel: LM386 on ühendatud minimaalse osade arvessevõtmisega, ilma et oleks vaja kasutada väliseid passiivseid komponente. Juhul, kui soovite muuta helisignaali sisendi sagedusreaktsiooni, näiteks bassi võimendust või tooni juhtimist, võite viidata LM386 andmelehele, millest rääkides ei mõjuta see seadme skemaatilist diagrammi, välja arvatud võimendi eelseadme väikesed muutused ühendustes. Kuna me kasutame IC jaoks ühte 5 V alalisvoolu toiteallikat, tuleb signaali alalisvoolu eemaldamiseks IC väljundisse lisada lahtiühendav kondensaator (C5). Nagu näha, on 1/4 "pistiku (J1) signaali tihvt ühendatud digipotti" A "tihvtiga ja LM386 mitteinverteeriv sisend on ühendatud digipoti" B "tihvtiga, seega on meil lihtne pingejagur, mida juhib mikrokontroller SPI liidese kaudu.

Delay / Echo Effect Circuit: See vooluring põhineb PT2399 viivituse efekti IC -l. See vooluahel tundub selle andmelehe järgi keeruline ja selle jootmisega on väga lihtne segi ajada. Soovitatav on osta komplekteeritud PT2399 moodul, mis on juba kokkupandud, ja ainus asi, mida tuleb teha, on keerata moodulist lahti pöörlevad potentsiomeetrid ja kinnitada digipotiliinid (klaasipuhasti, „A” ja „B”). Olen kasutanud andmelehe viidet kajaefekti kujundusele, kusjuures võnkumiste ajavahemiku valiku ja tagasisidesignaali helitugevuse (mida me peaksime nimetama - "sügavus") külge on kinnitatud digipotid. Viivitusahela sisend, mida nimetatakse DELAY_IN liiniks, on ühendatud eelvõimendusahela väljundiga. Skeemidel seda ei mainita, sest tahtsin panna kõik ahelad jagama ainult elektriliine ja signaalliinid on ühendatud väliste kaablitega. "Kui mitte mugav!", Võite arvata, kuid asi on selles, et analoogtöötlusahela ehitamisel on palju lihtsam tõrkeotsingut osade kaupa projekti iga ahela kohta. Soovitatav on 5V alalisvoolu toitepistikule lisada möödaviigu kondensaatorid, kuna see on mürarikas.

Toide: Seadet toidab välise toitepistiku kaudu 20 V 2A vahelduvvoolu-/alalisvooluadapter. Leidsin, et parim lahendus võimsuse hajumise vähendamiseks lineaarsel regulaatoril kuumuse kujul on 8 V alalisvoolu alalisvoolu muunduri (U10) lisamine. LM2596 on paljudes rakendustes kasutatav ja Arduino kasutajate seas populaarne buck -muundur, mis maksab eBays vähem kui 1 $. Me teame, et selle lineaarse regulaatori läbilaskevõime on pingelangus (7805 puhul on teoreetiline lähendus ligikaudu 2,5 V), seega on LM7805 sisendi ja väljundi vahel turvaline 3 V vahe. Lineaarset regulaatorit ei soovitata hooletusse jätta ja lm2596 otse 5V liiniga ühendada, kuna lülitusmüra võib mõjutada vooluahela stabiilsust.

Võimendi: See on lihtne, nagu tundub. Kuna olen selles projektis kasutanud TDA2030A moodulit, on ainus nõue ühendada võimsusvõimendi toitepoldid ja I/O liinid. Nagu varem mainitud, on võimendi sisend ühendatud viivitusahela väljundiga välise kaabli kaudu pistikute abil. Seadmes kasutatav kõlar on ühendatud võimendi väljundiga spetsiaalse klemmiploki kaudu.

Digitaalsed potentsiomeetrid: ilmselt kõige olulisemad komponendid kogu seadmes, mistõttu on seda võimalik digitaalselt juhtida. Nagu näete, on kahte tüüpi digipotte: MCP42100 ja MCP4261. Neil on sama kontakt, kuid suhtlemisel erinevad. Selle projekti ehitamisel on mul laos ainult kaks viimast digipoti, seega kasutasin just seda, mis mul oli, kuid soovitan kasutada kahte sama tüüpi digipotti kas MCP42100 või MCP4261. Iga digipotti juhib SPI -liides, ühiskasutuskell (SCK) ja andmesisestus (SDI). ATMEGA328P SPI -kontroller on võimeline käsitsema mitut seadet, juhtides eraldi kiibivaliku (CS või CE) tihvte. See on projekteeritud selliselt selles projektis, kus SPI kiipide lubamise tihvtid on ühendatud eraldi mikrokontrolleri tihvtidega. PT2399 ja LM386 on ühendatud 5 V toiteallikaga, nii et me ei pea muretsema pinge kõikumise pärast digipot -takisti võrgus IC -de sees (see on kaetud suures osas andmelehel, sisemiste lülitustakistuste pinge taseme vahemiku osas).

Mikrokontroller: nagu mainitud, põhineb Arduino stiilis ATMEGA328P, kusjuures lähtestusnõel vajab ühte passiivset komponenti-tõmbetakistit (R17). 6-kontaktilist pistikut (J2) kasutatakse seadmete programmeerimiseks USB ISP programmeerija kaudu SPI liidese kaudu (Jah, sama liides, millega digipotid on ühendatud). Kõik tihvtid on ühendatud sobivate komponentidega, mis on esitatud skemaatilisel diagrammil. On tungivalt soovitatav lisada möödaviigu kondensaatorid 5 V toiteplokkide lähedusse. Kondensaatoreid, mida näete koodri tihvtide (C27, C28) lähedal, kasutatakse selleks, et vältida kodeerija oleku põrkumist nendel tihvtidel.

LCD: vedelkristallkuvar on ühendatud klassikalisel viisil, kasutades 4 -bitist andmeedastust ja veel kahte kontakti andmete lukustamiseks - Register select (RS) ja Enable (E). LCD -ekraanil on pidev heledus ja varieeruv kontrastsus, mida saab reguleerida ühe trimmeriga (R18).

Kasutajaliides: seadme pöörleval kodeerijal on sisseehitatud SPST-nupp, kus kõik selle ühendused on seotud kirjeldatud mikrokontrolleri tihvtidega. Soovitav on kinnitada tõmbetakisti iga kodeerija tihvti külge: A, B ja SW, selle asemel, et kasutada sisemist tõmbet. Veenduge, et kodeerija A ja B tihvtid on ühendatud mikrokontrolleri väliste katkestusnööpidega: INT0 ja INT1, et need vastaksid kodeerimiskomponendi kasutamisel seadme koodile ja töökindlusele.

JST-pistikud ja klemmiplokid: iga analoogskeem: eelvõimendi, viivitus- ja võimsusvõimendi on isoleeritud joodetud plaadil ja on ühendatud kaablitega klemmiplokkide vahel. Kooder ja LCD on ühendatud JST kaablite külge ja ühendatud joodetud plaadiga JST pistikute kaudu, nagu eespool kirjeldatud. Välise toitepistiku sisend ja 1/4 monopistikukitarri sisend on ühendatud klemmliistude kaudu.

4. samm: jootmine

Pärast lühikest ettevalmistust on vaja ette kujutada kõigi komponentide täpset paigutust tahvlile. Jootmisprotsessi on eelistatav alustada eelvõimendist ja lõpetada kogu digitaalskeemiga.

Siin on samm-sammult kirjeldus:

1. Joote eelvõimendi ahel. Kontrollige selle ühendusi. Veenduge, et maandusliinid on jagatud kõigil sobivatel liinidel.

2. Jootke PT2399 moodul/IC koos kõigi välisseadmetega vastavalt skemaatilisele skeemile. Kuna ma olen kogu viivitusahela jootnud, näete, et on palju jagatud liine, mida saab vastavalt igale PT2399 tihvtifunktsioonile hõlpsalt jootma hakata. Kui teil on PT2399 moodul, siis lihtsalt keerake pöörlevad potentsiomeetrid ja jootke digitaalsed potentsiomeetri võrgujooned nendele vabastatud tihvtidele.

3. Joote TDA2030A moodul, veenduge, et kõlarite väljundpistik on plaadist väljapoole suunatud.

4. Joote toiteahel. Asetage möödavoolukondensaatorid vastavalt skeemile.

5. Joote mikrokontrolleri ahel koos oma programmeerimispistikuga. Proovige seda programmeerida, veenduge, et see ei ebaõnnestuks.

6. Jootma digitaalsed potentsiomeetrid

7. Jootke kõik JST -pistikud piirkondadesse vastavalt igale liiniühendusele.

8. Lülitage plaat sisse, kui teil on funktsioonigeneraator ja ostsilloskoop, kontrollige samm-sammult iga analoogskeemi vastust sisendsignaalile (soovitatav: 200 mVpp, 1 KHz).

9. Kontrollige vooluahela reaktsiooni võimsusvõimendil ja viivitusahelal/moodulil eraldi.

10. Ühendage kõlar võimsusvõimendi väljundiga ja signaaligeneraator sisendiga, veenduge, et kuulete tooni.

11. Kui kõik meie poolt läbi viidud testid on edukad, võime jätkata kokkupanekuga.

Samm: kokkupanek

Tõenäoliselt on see tehnilise lähenemise seisukohast projekti kõige raskem osa, kui teie laos pole puidu lõikamiseks kasulikke tööriistu. Mul oli väga piiratud instrumendikomplekt, mistõttu olin sunnitud minema karmi teed - lõikama kasti käsitsi lihvimisviiliga. Vaatame olulisi samme:

1. Karbi ettevalmistamine:

1.1 Veenduge, et teil oleks kõlari ja elektroonilise tahvli paigutuse jaoks sobivate mõõtmetega puidust korpus.

1.2 Lõigake kõlari piirkond, resonantsvibratsiooni vältimiseks on tungivalt soovitatav kinnitada kõlarite väljalõikepiirkonda vahtkummist raam.

1.3 Lõika kasutajaliidese jaoks eraldi puitraam (LCD ja kodeerija). Katkestage LCD -ekraanile sobiv ala, veenduge, et vedelkristallekraani suund ei oleks korpuse esivaatega ümber pööratud. Kui see on lõpule viidud, puurige pöörleva anduri jaoks auk. Kinnitage LCD nõid 4 puurkruvi ja pöördkooder sobiva metallmutriga.

1.4 Asetage vahtkumm kogu selle perimeetrile kasutajaliidese puitraamile. See aitab vältida ka resoneerivaid noote.

1.5 Leidke elektroonilise plaadi asukoht ja puurige puidust korpusele 4 auku

1.6 Valmistage ette külg, kus asuvad alalisvoolu välise toiteallika sisendpistik ja 1/4 kitarrisisend, puurige kaks sobiva läbimõõduga auku. Veenduge, et need pistikud jagavad sama pistikut kui elektrooniline plaat (st polaarsus). Pärast seda jootke iga sisendi jaoks kaks paari juhtmeid.

2. Osade ühendamine:

2.1 Kinnitage kõlar valitud alale, veenduge, et kaks juhtmest on kõlarite tihvtidega ühendatud 4 puurkruviga.

2.2 Kinnitage kasutajaliidese paneel korpuse valitud küljele. Ärge unustage vahtkummi.

2.3 Ühendage kõik vooluahelad klemmliistude kaudu

2.4 Ühendage LCD ja kodeerija plaadiga JST pistikute kaudu.

2.5 Ühendage kõlar TDA2030A mooduli väljundiga.

2.6 Ühendage toite- ja kitarrisisendid plaadi klemmliistudega.

2.7 Leidke plaat puuritud aukude asendisse, kinnitage plaat 4 puurkruviga väljastpoolt puidust korpust.

2.8 Kinnitage kõik puidust korpuse osad kokku, nii et see näeb välja nagu kindel karp.

6. samm: programmeerimine ja kood

Seadme kood järgib AVR -i mikrokontrollerite perekonna reegleid ja vastab ATMEGA328P MCU -le. Kood on kirjutatud Atmel Stuudios, kuid on olemas võimalus programmeerida Arduino tahvlit Arduino IDE -ga, millel on sama ATMEGA328P MCU. Autonoomset mikrokontrollerit saab programmeerida USB silumisadapteri abil vastavalt Atmel Studiole või USP ISP programmeerija kaudu, mida saab osta eBayst. Tavaliselt kasutatav programmeerimistarkvara on AVRdude, kuid ma eelistan ProgISP - lihtsat USB ISP programmeerimistarkvara väga sõbraliku kasutajaliidesega.

Kõik vajalikud selgitused koodi kohta leiate lisatud failist Amplifice.c.

Manustatud Amplifice.hex -faili saab otse seadmesse üles laadida, kui see vastab täielikult skemaatilisele skeemile, mida oleme varem jälginud.

7. samm: testimine

Noh, pärast seda, kui kõik, mida tahtsime, on tehtud, on aeg testimiseks. Eelistasin katsetada seadet oma iidse odava kitarri ja lihtsa passiivse tooni juhtimisahelaga, mille olen aastaid tagasi ehitanud. Seadet testitakse ka nii digitaalse kui ka analoog -efektprotsessoriga. Pole liiga tore, et PT2399 -l on nii väike RAM viivitusjärjestustes kasutatavate heliproovide salvestamiseks, kui kajaproovide vaheline aeg on liiga pikk, kaja digiteeritakse suure üleminekubittide kaotusega, mida peetakse signaali moonutamiseks. Kuid see "digitaalne" moonutus, mida me kuuleme, võib olla kasulik seadme toimimise positiivse kõrvalmõjuna. Kõik sõltub rakendusest, mida soovite selle seadmega teha (mida ma muide nimetasin kuidagi "Amplifice V1.0").

Loodetavasti leiate sellest juhendist kasu.

Täname lugemise eest!