Digitalno kontrolirano pojačalo za gitaru od 18 W: 7 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

Prije nekoliko godina izgradio sam gitarsko pojačalo od 5 W, što je bilo svojevrsno rješenje za moj tadašnji audio sustav, a nedavno sam odlučio izgraditi novo, puno snažnije i bez upotrebe analognih komponenti za korisničko sučelje, poput rotacijskih potenciometara i prekidača.

Digitalno kontrolirano pojačalo od 18 W gitara je samostalno, digitalno kontrolirano pojačalo od 18 W s gitarom sa sustavom efekata odgode i elegantnim zaslonom od tekućih kristala, koji pruža točne informacije o tome što se događa u krugu.

Značajke projekta:

• Potpuno digitalno upravljanje: Ulaz korisničkog sučelja je rotacijski davač s ugrađenim prekidačem.
• ATMEGA328P: Je li mikrokontroler (koristi se kao sustav sličan Arduinu): Korisnik sve programski kontrolira sve podesive parametre.
• LCD: djeluje kao izlaz korisničkog sučelja, pa se parametri uređaja, poput pojačanja/volumena/dubine kašnjenja/vremena kašnjenja, mogu promatrati u velikoj aproksimaciji.
• Digitalni potenciometri: Koriste se u podkružnim krugovima pa kontrola uređaja postaje potpuno digitalna.
• Kaskadni sustav: Svaki krug u unaprijed definiranom sustavu zaseban je sustav koji dijeli samo vodove napajanja, sposoban za relativno jednostavno rješavanje problema u slučaju kvarova.
• Predpojačalo: Na temelju integriranog kruga LM386, s vrlo jednostavnim shematskim dizajnom i minimalnim zahtjevima za dijelove.
• Krug odgode učinka: Temelji se na integriranom krugu PT2399, može se kupiti na eBayu kao zasebna IC (ja sam sam dizajnirao cijeli krug odgode) ili se može koristiti kao kompletan modul sa mogućnošću zamjene rotacijskih potenciometara digipotima.
• Pojačalo snage: Temelji se na modulu TDA2030, koji već sadrži sve periferne krugove za njegov rad.
• Napajanje: Uređaj se napaja iz starog vanjskog napajanja za prijenosno računalo od 19 V DC, stoga uređaj sadrži sniženi DC-DC modul kao predregulator za LM7805, čime se troši mnogo manje topline tijekom upotrebe energije uređaja.

Nakon što obradimo sve kratke informacije, izgradimo ih!

Korak 1: Ideja

Kao što možete vidjeti na blok dijagramu, uređaj radi kao klasičan pristup dizajnu gitarskog pojačala s malim varijacijama u upravljačkom krugu i korisničkom sučelju. Postoje ukupno tri skupine sklopova o kojima ćemo govoriti dalje: analogni, digitalni i napajanje, gdje se svaka skupina sastoji od zasebnih potkrugova (tema će biti dobro objašnjena u daljnjim koracima). Da bismo olakšali razumijevanje strukture projekta, objasnimo te grupe:

1. Analogni dio: Analogni krugovi nalaze se u gornjoj polovici blok dijagrama kao što se može vidjeti gore. Ovaj dio je zadužen za sve signale koji prolaze kroz uređaj.

Utičnica od 1/4 je mono ulaz za gitaru uređaja i nalazi se na granici između kutije i lemljenog elektroničkog kruga.

Sljedeća faza je predpojačalo, temeljeno na integriranom krugu LM386, koje je iznimno jednostavno za korištenje u takvim audio aplikacijama. LM386 se napaja 5V DC iz glavnog napajanja, gdje se njegovim parametrima, pojačanjem i glasnoćom upravlja putem digitalnih potenciometara.

Treća faza je pojačalo snage, temeljeno na integriranom krugu TDA2030, napajano vanjskim 18 ~ 20V DC napajanjem. U ovom projektu, pojačanje koje se odabere na pojačalu snage ostaje konstantno cijelo vrijeme rada. Budući da uređaj nije samo jedna omotana PCB -a, preporučuje se korištenje sklopljenog modula TDA2030A i njegovo pričvršćivanje na prototipnu ploču spajanjem samo I/O i pinova napajanja.

2. Digitalni dio: Digitalni krugovi nalaze se u donjoj polovici blok dijagrama. Oni su zaduženi za korisničko sučelje i kontrolu analognih parametara kao što su vrijeme/dubina kašnjenja, glasnoća i pojačanje.

Davač s ugrađenim SPST prekidačem definiran je kao korisnički upravljački ulaz. Budući da je sastavljen kao jedan dio, jedina potreba za pravilan rad je programsko ili fizičko spajanje pull-up otpornika (vidjet ćemo to u koraku sa shemama).

Mikroprocesor kao "glavni mozak" u krugu je ATMEGA328P, koji se u ovom uređaju koristi u stilu sličnom Arduinu. To je uređaj koji ima svu digitalnu moć nad strujnim krugovima i naređuje sve što treba učiniti. Programiranje se vrši putem SPI sučelja, pa možemo koristiti bilo koji odgovarajući USB ISP programator ili kupljeni AVR otklanjač pogrešaka. U slučaju da želite koristiti Arduino kao mikrokontroler u krugu, to je moguće kompiliranjem priloženog C koda koji je prisutan u koraku programiranja.

Digitalni potenciometri su dva dvostruka integrirana kruga kojima upravlja mikrokontroler putem SPI -ja, s ukupnim brojem od 4 potenciometra za potpunu kontrolu nad svim parametrima:

LCD je izlaz korisničkog sučelja koji nam daje do znanja što se događa unutar kutije. U ovom projektu koristio sam vjerojatno najpopularniji 16x2 LCD među korisnicima Arduina.

3. Napajanje: Napajanje je zaduženo za davanje energije (napona i struje) cijelom sustavu. Budući da se krug pojačala napaja izravno iz vanjskog adaptera prijenosnog računala, a svi preostali krugovi iz 5 V DC, postoji potreba za DC-DC stepenastim ili linearnim regulatorom. U slučaju stavljanja 5V linearnog regulatora koji ga povezuje s vanjskim 20V, kada struja prolazi kroz linearni regulator do opterećenja, ogromna količina topline se rasipa na 5V regulatoru, to ne želimo. Dakle, između 20V linijskog i 5V linearnog regulatora (LM7805) postoji 8V DC-DC pretvarač koji se ponaša kao predregulator. Takav priključak sprječava ogromno rasipanje na linearnom regulatoru, kada struja opterećenja postigne visoke vrijednosti.

Korak 2: Dijelovi i instrumenti

Elektronički dijelovi:

1. Moduli:

• PT2399 - IC odjek / kašnjenje IC modul.
• LM2596-Silazni DC-DC modul
• TDA2030A - Modul pojačala snage 18 W
• 1602A - Uobičajeni LCD 16x2 znakova.
• Rotacijski davač s ugrađenim SPST prekidačem.

2. Integrirani krugovi:

• LM386 - Mono audio pojačalo.
• LM7805 - Linearni regulator 5V.
• MCP4261/MCP42100 - dvostruki digitalni potenciometri od 100KOhm
• ATMEGA328P - Mikrokontroler

3. Pasivne komponente:

A. Kondenzatori:

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

B. Otpornici:

• 1 x 10R
• 4 x 10K

C. Potenciometar:

1 x 10K

(Izborno) Ako ne koristite PT2399 modul i želite sami izgraditi krug, potrebni su vam ovi dijelovi:

• PT2399
• 1 x 100K otpornik
• 2 x 4.7uF kondenzator
• 2 x 3,9nF kondenzator
• 2 x 15K otpornik
• 5 x 10K otpornik
• 1 x 3,7K otpornik
• 1 x 10uF kondenzator
• 1 x 10nF kondenzator
• 1 x 5.6K otpornik
• 2 x 560pF kondenzator
• 2 x 82nF kondenzator
• 2 x 100nF kondenzator
• 1 x 47uF kondenzator

4. Priključci:

• 1 x 1/4 "konektor za mono utičnicu
• 7 x Dvostruki priključni blokovi
• 1 x ženski 6-polni redni konektor
• 3 x 4-pinski JST konektori
• 1 x Muški priključak za napajanje

Mehanički dijelovi:

• Zvučnik s prihvaćanjem snage jednakim ili većim od 18W
• Drveno kućište
• Drveni okvir za izrezivanje korisničkog sučelja (za LCD i rotacijski davač).
• Pjenasta guma za područja zvučnika i korisničkog sučelja
• 12 vijaka za bušenje dijelova
• 4 x pričvrsni vijci i matice za LCD okvir
• 4 x gumena noga za stalne oscilacije uređaja (rezonantna mehanička buka uobičajena je stvar u dizajnu pojačala).
• Ručica za rotacijski davač

Instrumenti:

• Električni odvijač
• Pištolj za vruće ljepilo (ako je potrebno)
• (Izborno) Laboratorijsko napajanje
• (Opcionalno) Osciloskop
• (Izborno) Generator funkcija
• Lemilica / stanica
• Mali rezač
• Male kliješta
• Lim za lemljenje
• Pinceta
• Omotavajuća žica
• Burgije
• Pila male veličine za rezanje drva
• Nož
• Turpija za brušenje

Korak 3: Objašnjenje shema

Budući da smo upoznati s blok dijagramom projekta, možemo prijeći na sheme, uzimajući u obzir sve stvari koje trebamo znati o radu kruga:

Krug pretpojačala: LM386 je povezan s minimalnim razmatranjem dijelova, bez potrebe za korištenjem vanjskih pasivnih komponenti. U slučaju da želite promijeniti frekvencijski odziv na ulazu audio signala, poput pojačanja basova ili kontrole tona, možete se pozvati na podatkovnu tablicu LM386, govoreći o tome, neće utjecati na shematski dijagram ovog uređaja, osim za male promjene u pojačalu predpojačala. Budući da za IC koristimo jedno napajanje od 5 V DC, kondenzator za odvajanje (C5) treba dodati izlazu IC za istosmjerno uklanjanje signala. Kao što se može vidjeti, signalni pin konektora (J1) od 1/4 "spojen je na digipot" A "pin, a LM386 neinvertirajući ulaz spojen je na pin" B 's znamenkastom slikom, pa kao rezultat imamo jednostavne razdjelnik napona, kojim upravlja mikrokontroler putem SPI sučelja.

Krug odgode / eho efekta: Ovaj se krug temelji na IC kašnjenja s učinkom PT2399. Ovaj se sklop čini kompliciranim prema tablici s podacima i vrlo ga je lako zbuniti s potpuno lemljenjem. Preporučuje se kupnja kompletnog modula PT2399 koji je već sastavljen, a jedino što trebate učiniti je odspojiti rotacijske potenciometre s modula i pričvrstiti digipot vodove (brisač, 'A' i 'B'). Koristio sam referencu podatkovnog lista o dizajnu eho efekta, s digipotima vezanim uz odabir vremenskog razdoblja oscilacija i glasnoću povratnog signala (ono što bismo trebali nazvati - "dubina"). Ulaz odgode, označen kao DELAY_IN linija spojen je na izlaz kruga pretpojačala. To se ne spominje u shemama jer sam htio učiniti da svi krugovi dijele samo dalekovode, a signalni vodovi povezani su vanjskim kabelima. "Možda nije zgodno!", Možda mislite, ali stvar je u tome što je pri izgradnji analognog sklopa za obradu mnogo lakše rješavati probleme po dio svakog kruga u projektu. Preporučuje se dodavanje premosnih kondenzatora na naponski napon napajanja od 5 V zbog njegove bučne površine.

Napajanje: Uređaj se napaja putem vanjske utičnice za napajanje pomoću 20/2A AC/DC adaptera. Otkrio sam da je najbolje rješenje za smanjenje velike količine rasipanja snage na linearnom regulatoru u obliku topline, dodati 8V DC-DC pretvarač za smanjenje (U10). LM2596 je pretvarač dolara koji se koristi u mnogim aplikacijama i popularan je među korisnicima Arduina, a na eBayu košta manje od 1 USD. Znamo da linearni regulator ima pad napona na svojoj propusnosti (u slučaju 7805 teoretska aproksimacija je oko 2,5 V), pa postoji siguran razmak od 3 V između ulaza i izlaza LM7805. Ne preporučuje se zanemarivanje linearnog regulatora i spajanje lm2596 ravno na 5V vod, zbog komutacijske buke, čiji talas napona može utjecati na stabilnost napajanja krugova.

Pojačalo: Jednostavno je kako se čini. Budući da sam u ovom projektu koristio modul TDA2030A, jedini zahtjev je spojiti pinove za napajanje i I/O vodove pojačala. Kao što je već spomenuto, ulaz pojačala je spojen na izlaz kruga odgode putem vanjskog kabela pomoću konektora. Zvučnik koji se koristi u uređaju spojen je na izlaz pojačala snage putem namjenskog priključnog bloka.

Digitalni potenciometri: Vjerojatno najvažnije komponente cijelog uređaja, što ga čini sposobnim za digitalnu kontrolu. Kao što vidite, postoje dvije vrste digipota: MCP42100 i MCP4261. Dijele isti pinout, ali se razlikuju u komunikaciji. Imam samo dva zadnja digipota na zalihama kada sam gradio ovaj projekt, pa sam upravo upotrijebio ono što sam imao, ali preporučujem korištenje dva digipota istog tipa ili MCP42100 ili MCP4261. Svakim digipotom upravlja SPI sučelje, sat za dijeljenje (SCK) i pinovi za unos podataka (SDI). SPI kontroler ATMEGA328P sposoban je rukovati s više uređaja pogonom zasebnih igara za odabir čipova (CS ili CE). Tako je dizajniran u ovom projektu, gdje su pinovi za omogućavanje SPI čipa spojeni na zasebne pinove mikrokontrolera. PT2399 i LM386 spojeni su na napajanje od 5 V, tako da ne moramo brinuti o promjenama napona na mreži digipot otpornika unutar IC -a (To je u velikoj mjeri opisano u podatkovnom listu, u dijelu raspona razine napona na unutarnjim sklopnim otpornicima).

Mikrokontroler: Kao što je spomenuto, baziran u ATMEGA328P u stilu Arduino, s potrebom za jednom pasivnom komponentom-pull-up otpornikom (R17) na pin za resetiranje. 6-pinski konektor (J2) koristi se za programiranje uređaja putem USB ISP programatora preko SPI sučelja (Da, isto sučelje na koje su spojene digipote). Svi pinovi su spojeni na odgovarajuće komponente, koje su prikazane na shematskom dijagramu. Toplo se preporučuje dodavanje premosnih kondenzatora u blizini pinova za napajanje 5V. Kondenzatori koje vidite u blizini pinova davača (C27, C28) koriste se za sprječavanje poskakivanja stanja davača na ovim pinovima.

LCD: Zaslon s tekućim kristalima spojen je na klasičan način s 4 -bitnim prijenosom podataka i dodatna dva pina za zaključavanje podataka - Odabir registra (RS) i Omogući (E). LCD ima stalnu svjetlinu i promjenjivi kontrast, koji se može podesiti jednim trimerom (R18).

Korisničko sučelje: Rotacijski koder uređaja ima ugrađeni SPST gumb, gdje su sve njegove veze vezane na opisane pinove mikrokontrolera. Preporučuje se priključivanje pull-up otpornika na svaki pin kodera: A, B i SW, umjesto korištenja unutarnjeg povlačenja. Uvjerite se da su pinovi davača A i B spojeni na vanjske pinove prekida mikrokontrolera: INT0 i INT1 kako bi bili u skladu s kodom i pouzdanošću uređaja kada koristite komponentu davača.

JST konektori i priključni blokovi: Svaki analogni krug: predpojačalo, kašnjenje i pojačalo snage izolirani su na lemljenoj ploči i spojeni su kabelima između terminalnih blokova. Enkoder i LCD priključeni su na JST kabele i spojeni na lemljenu ploču putem JST konektora kao što je gore opisano. Ulaz za vanjsko napajanje i 1/4 mono priključak za gitaru povezani su putem priključnih blokova.

Korak 4: Lemljenje

Nakon kratke pripreme, potrebno je zamisliti precizno postavljanje svih komponenti na ploču. Poželjno je započeti proces lemljenja iz predpojačala i završiti sa svim digitalnim sklopovima.

Evo detaljnog opisa:

1. Krug predpojačala za lemljenje. Provjerite njegove veze. Provjerite dijele li se uzemljene linije na svim odgovarajućim linijama.

2. Lemiti PT2399 modul/IC sa svim perifernim krugovima, prema shematskom dijagramu. Budući da sam lemio cijeli krug odgode, možete vidjeti da postoji mnogo zajedničkih linija koje se mogu lako lemiti prema svakoj funkciji pina PT2399. Ako imate modul PT2399, samo odspojite rotacijske potenciometre i lemite digitalne mreže potenciometra na ove oslobođene pinove.

3. Lemite modul TDA2030A, provjerite je li izlazni priključak zvučnika usmjeren prema ploči.

4. Krug napajanja lemljenja. Postavite zaobilazne kondenzatore prema shemi.

5. Krug lemljenog mikrokontrolera sa priključkom za programiranje. Pokušajte ga programirati, pazite da u tom procesu ne uspije.

6. Lemljeni digitalni potenciometri

7. Lemite sve JST konektore u područjima prema svakom linijskom priključku.

8. Uključite ploču, ako imate generator funkcija i osciloskop, korak po korak provjerite svaki odgovor analognog kruga na ulazni signal (preporučeno: 200mVpp, 1KHz).

9. Odvojeno provjerite odziv kruga na pojačalu snage i krug/modul odgode.

10. Spojite zvučnik na izlaz pojačala i generator signala na ulaz, pazite da čujete ton.

11. Ako su svi testovi koje smo proveli uspješni, možemo pristupiti koraku montaže.

Korak 5: Montaža

Vjerojatno je ovo najteži dio projekta sa stajališta tehničkog pristupa, osim ako u zalihama nema nekih korisnih alata za rezanje drva. Imao sam vrlo ograničen skup instrumenata, pa sam bio prisiljen ići teškim putem - ručno rezati kutiju s turpijom za brušenje. Pokrijmo bitne korake:

1. Priprema kutije:

1.1 Provjerite imate li drveno kućište odgovarajućih dimenzija za zvučnik i elektroničku ploču.

1.2 Izrežite područje zvučnika, toplo se preporučuje pričvrstiti okvir od pjenaste gume na područje izrezivanja zvučnika kako biste spriječili rezonantne vibracije.

1.3 Izrežite zasebni drveni okvir za korisničko sučelje (LCD i koder). Odrežite odgovarajuće područje za LCD, pazite da smjer LCD zaslona nije obrnut prema prednjem dijelu kućišta. Nakon što je ovo dovršeno, izbušite rupu za rotacijski davač. Pričvrstite LCD vješticu sa 4 vijka za bušenje i rotacijski davač odgovarajućom metalnom maticom.

1.4 Postavite pjenastu gumu na drveni okvir korisničkog sučelja po cijelom obodu. To će pomoći i u sprječavanju odjeka bilješki.

1.5 Pronađite gdje će se nalaziti elektronička ploča, a zatim izbušite 4 rupe na drvenom kućištu

1.6 Pripremite stranu na kojoj će se nalaziti ulazni vanjski priključak za vanjsko napajanje istosmjernom strujom i 1/4 ulaz za gitaru, izbušite dvije rupe odgovarajućeg promjera. Provjerite da li ti priključci dijele isti pinout kao i elektronička ploča (tj. Polaritet). Nakon toga, lemite dva para žica za svaki ulaz.

2. Spajanje dijelova:

2.1 Pričvrstite zvučnik na odabrano područje, provjerite jesu li dvije žice spojene na iglice zvučnika pomoću 4 vijka za bušenje.

2.2 Pričvrstite ploču korisničkog sučelja na odabranu stranu kućišta. Ne zaboravite pjenastu gumu.

2.3 Spojite sve krugove putem priključnih blokova

2.4 Spojite LCD i koder na ploču putem JST konektora.

2.5 Spojite zvučnik na izlaz modula TDA2030A.

2.6 Spojite ulaze za napajanje i gitaru na priključne blokove ploče.

2.7 Postavite ploču na mjesto izbušenih rupa, pričvrstite ploču s 4 vijka za bušenje izvan drvenog kućišta.

2.8 Spojite sve drvene dijelove kućišta zajedno tako da će izgledati kao čvrsta kutija.

Korak 6: Programiranje i kod

Kôd uređaja poštuje pravila obitelji AVR mikrokontrolera i u skladu je s ATMEGA328P MCU. Kôd je napisan u Atmel Studiju, ali postoji mogućnost programiranja Arduino ploče s Arduino IDE -om koji ima isti ATMEGA328P MCU. Samostalni mikrokontroler može se programirati putem USB adaptera za otklanjanje pogrešaka u skladu s Atmel Studiom ili putem programera USP ISP-a, koji se može kupiti na eBayu. Softver za programiranje koji se obično koristi je AVRdude, ali više volim ProgISP - jednostavan softver za programiranje USB ISP -a s vrlo prijateljskim korisničkim sučeljem.

Sva potrebna objašnjenja o kodu mogu se pronaći u priloženoj datoteci Amplifice.c.

Priložena datoteka Amplifice.hex može se prenijeti izravno na uređaj ako u potpunosti odgovara shematskom dijagramu koji smo prethodno promatrali.

Korak 7: Testiranje

Pa, nakon što je sve što smo htjeli učinjeno, vrijeme je za testiranje. Radije sam isprobao uređaj sa svojom prastarom jeftinom gitarom i jednostavnim krugom za pasivno upravljanje tonovima koji sam bez razloga izgradio prije mnogo godina. Uređaj je testiran i digitalnim i analognim procesorom efekata. Nije previše sjajno što PT2399 ima tako mali RAM za pohranu audio uzoraka koji se koriste u sekvencama odgode, kada je vrijeme između uzoraka odjeka preveliko, eho postaje digitalizirano s velikim gubitkom prijelaznih bitova, što se smatra izobličenjem signala. No, to "digitalno" izobličenje koje čujemo može biti korisno kao pozitivna nuspojava rada uređaja. Sve ovisi o aplikaciji koju želite napraviti s ovim uređajem (koji sam nekako usput nazvao "Amplifice V1.0").

Nadam se da će vam ovo uputstvo biti od koristi.

Hvala na čitanju!