Digitalno kontrolirano pojačalo za gitaru od 18 W: 7 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Prije par godina izgradio sam gitarsko pojačalo od 5 W, što je bilo svojevrsno rješenje za moj tadašnji audio sistem, a nedavno sam odlučio izgraditi novo, mnogo moćnije i bez upotrebe analognih komponenti za korisničko sučelje, poput rotacionih potenciometara i prekidača.

Digitalno kontrolisano gitarsko pojačalo od 18 W je samostalno, digitalno pojačano mono gitarsko pojačalo od 18 W sa sistemom za odlaganje i elegantnim ekranom od tečnih kristala, koji pruža tačne informacije o tome šta se dešava u krugu.

Karakteristike projekta:

• Potpuno digitalno upravljanje: Ulaz korisničkog sučelja je rotacijski davač s ugrađenim prekidačem.
• ATMEGA328P: Je mikrokontroler (koristi se kao sistem 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 sistem: Svaki krug u unaprijed definiranom sistemu je zaseban sistem koji dijeli samo vodove za napajanje, sposoban za relativno lako rješavanje problema u slučaju kvara.
• Predpojačalo: Na osnovu integriranog kola LM386, sa vrlo jednostavnim shematskim dizajnom i minimalnim zahtjevima za dijelove.
• Krug odgode efekta: Bazira se na integriranom krugu PT2399, može se kupiti na eBay -u kao zasebna IC (ja sam sam dizajnirao cijeli krug odgode) ili se može koristiti kao kompletan modul sa mogućnošću zamjene rotacionih potenciometara digipotima.
• Pojačalo snage: Temelji se na modulu TDA2030, koji već sadrži sve periferne krugove za rad.
• Napajanje: Uređaj se napaja iz starog vanjskog laptopa za napajanje od 19 V DC, stoga uređaj sadrži sniženi DC-DC modul kao pred regulator za LM7805, čime se odvodi mnogo manje topline tokom upotrebe energije uređaja.

Nakon što obradimo sve kratke informacije, napravimo 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 grupe kola o kojima ćemo govoriti dalje: analogni, digitalni i napajanje, pri čemu se svaka grupa sastoji od zasebnih podkruga (tema će biti dobro objašnjena u daljnjim koracima). Da bismo olakšali razumijevanje strukture projekta, objasnimo ove grupe:

1. Analogni dio: Analogna kola se nalaze 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 elektronskog kola.

Sljedeća faza je predpojačalo, zasnovano na integriranom krugu LM386, koje je izuzetno 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, zasnovano 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 ploča, preporučuje se upotreba sklopljenog modula TDA2030A i njegovo pričvršćivanje na prototipnu ploču povezivanjem samo I/O i pinova za napajanje.

2. Digitalni dio: Digitalna kola nalaze se u donjoj polovici blok dijagrama. Oni su zaduženi za korisničko sučelje i kontrolu analognih parametara poput vremena/dubine kašnjenja, jačine zvuka i pojačanja.

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 priključivanje 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, tako da možemo koristiti bilo koji odgovarajući USB ISP programator ili kupljeni AVR debager. 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 kola upravljana putem SPI -a međusobno povezani mikrokontrolerom, s ukupnim brojem od 4 potenciometra za potpunu kontrolu nad svim parametrima:

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

3. Napajanje: Napajanje je zaduženo za davanje energije (napona i struje) cijelom sistemu. Budući da se krug pojačala napaja direktno iz vanjskog adaptera za prijenosno računalo, a svi preostali krugovi napajaju se od 5V 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 pred regulator. Takav priključak sprječava ogromno rasipanje na linearnom regulatoru kada struja opterećenja postigne visoke vrijednosti.

Korak 2: Dijelovi i instrumenti

Elektronski dijelovi:

1. Moduli:

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

2. Integrisana kola:

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

(Opcionalno) Ako ne koristite modul PT2399 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. Konektori:

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

Mehanički dijelovi:

• Zvučnik sa prihvatom snage jednakom ili većom 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 nogavica za stalne oscilacije uređaja (rezonantna mehanička buka uobičajena je stvar u dizajnu pojačala).
• Dugme za rotacioni davač

Instrumenti:

• Električni odvijač
• Pištolj za vruće ljepilo (ako je potrebno)
• (Opcionalno) Laboratorijsko napajanje
• (Opcionalno) Osciloskop
• (Opcionalno) Generator funkcija
• Lemilica / stanica
• Mali rezač
• Mala kliješta
• Lim za lemljenje
• Pinceta
• Omotajuća žica
• Burgije
• Pila male veličine za rezanje drva
• Nož
• Brusna turpija

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 kola:

Krug pretpojačala: LM386 je povezan s minimalnim razmatranjem dijelova, bez potrebe za upotrebom vanjskih pasivnih komponenti. U slučaju da želite promijeniti frekvencijski odziv na ulazu audio signala, poput pojačanja basa 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 povezivanju pretpojačala. Budući da za IC koristimo jedno napajanje od 5 V DC, kondenzator za odvajanje (C5) treba dodati na izlaz IC -a za istosmjerno uklanjanje signala. Kao što se može vidjeti, 1/4 "konektor (J1) signalni pin je spojen na digipot 'A' pin, a LM386 neinvertirajući ulaz spojen je na pin" B '' znamenkastog pa, kao rezultat, imamo jednostavne razdjelnik napona, kojim upravlja mikrokontroler preko SPI interfejsa.

Krug kašnjenja / eho efekta: Ovo kolo je zasnovano na IC kašnjenja PT2399. Ovaj se krug čini kompliciranim prema tablici s podacima i vrlo ga je lako zbuniti ako ga potpuno lemite. Preporučuje se kupovina kompletnog PT2399 modula koji je već montiran, a jedino što trebate učiniti je odspojiti rotacijske potenciometre s modula i priključiti digipot linije (brisač, 'A' i 'B'). Koristio sam referencu lista sa podacima o dizajnu eho efekta, sa digipotima vezanim za odabir vremenskog perioda oscilacija i jačinu povratnog signala (ono što bismo trebali nazvati - "dubina"). Ulaz odloženog kola, nazvan DELAY_IN linija, spojen je na izlaz kola pretpojačala. To se ne spominje u shemama jer sam htio učiniti da svi krugovi dijele samo dalekovode, a signalni vodovi su povezani vanjskim kabelima. "Kako nije zgodno!", Možete pomisliti, ali stvar je u tome da je pri izgradnji analognog kola 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 preko 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), tako da 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 kola.

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 povezan 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. Oni dijele isti kontakt, ali se razlikuju u komunikaciji. Imam samo dva zadnja digipota na zalihama kada sam gradio ovaj projekat, pa sam upravo iskoristio ono što sam imao, ali preporučujem da koristim dva digipota istog tipa ili MCP42100 ili MCP4261. Svakim digipotom upravlja SPI sučelje, takt dijeljenja (SCK) i pinovi za unos podataka (SDI). SPI kontroler ATMEGA328P je sposoban za rukovanje s više uređaja pogonom odvojenih pinova za odabir čipova (CS ili CE). Tako je dizajnirano u ovom projektu, gdje su pinovi za omogućavanje SPI čipa povezani na zasebne pinove mikrokontrolera. PT2399 i LM386 su spojeni na napajanje od 5 V, tako da ne moramo brinuti o promjenama napona na mreži digipot otpornika unutar IC -a (To je uglavnom pokriveno u podatkovnom listu, u dijelu raspona napona na unutarnjim prekidačkim otpornicima).

Mikrokontroler: Kao što je spomenuto, zasnovan na ATMEGA328P u Arduino stilu, sa potrebom jedne pasivne komponente-pull-up otpornika (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. Preporučuje se 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: Displej sa tečnim kristalima je klasično povezan sa 4 -bitnim prijenosom podataka i dodatna dva pina za zaključavanje podataka - Odabir registra (RS) i Omogući (E). LCD ima konstantnu svjetlinu i promjenjivi kontrast, koji se može podesiti jednim trimerom (R18).

Korisničko sučelje: Rotacijski koder uređaja ima ugrađeno SPST dugme, gdje su sve njegove veze vezane za opisane pinove mikrokontrolera. Preporučuje se pričvršćivanje pull-up otpornika na svaki pin kodera: A, B i SW, umjesto korištenja internog pull-up-a. 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 uređaja i pouzdanošću kada koristite komponentu davača.

JST konektori i priključni blokovi: Svaki analogni krug: predpojačalo, kašnjenje i pojačalo snage izolirani su na lemljenoj ploči i povezani su kabelima između terminalnih blokova. Enkoder i LCD priključeni su na JST kablove 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 pretpojačala i završiti sa svim digitalnim kolima.

Evo detaljnog opisa:

1. Krug predpojačala za lemljenje. Proverite njegove veze. Uvjerite se da se zemaljske linije dijele na svim odgovarajućim linijama.

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

3. Lemite TDA2030A modul, pazite da izlazni konektor zvučnika bude okrenut van ploče.

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

5. Kolo mikrokontrolera za lemljenje sa konektorom za programiranje. Pokušajte ga programirati, pazite da ne uspije u tom procesu.

6. Lemljeni digitalni potenciometri

7. Lemite sve JST konektore u područjima prema svakoj linijskoj vezi.

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

9. Provjerite odziv kruga na pojačalu snage i krug odgode/modul odvojeno.

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

11. Ako su svi testovi koje smo proveli uspješni, možemo preći na korak 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 primoran da idem na težak način - ručno sečenje kutije sa 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 pričvršćivanje okvira od pjenaste gume na područje izrezivanja zvučnika kako biste spriječili rezonantne vibracije.

1.3 Izrežite zaseban drveni okvir za korisničko sučelje (LCD i koder). Odrežite odgovarajuće područje za LCD, pazite da smjer LCD ekrana nije obrnut prema prednjem dijelu kućišta. Nakon što se ovo završi, 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 odjekanja 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 priključak za vanjsko napajanje istosmjernom strujom i 1/4 ulaz za gitaru, izbušite dvije rupe odgovarajućeg promjera. Uvjerite se da ovi konektori dijele isti pinout kao i elektronička ploča (tj. Polaritet). Nakon toga, lemite dva para žica za svaki ulaz.

2. Povezivanje 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 Povežite sve krugove putem priključnih blokova

2.4 Spojite LCD i koder na ploču putem JST konektora.

2.5 Priključite zvučnik na izlaz modula TDA2030A.

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

2.7 Postavite ploču na poziciju 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 porodice AVR mikrokontrolera i usklađen je sa ATMEGA328P MCU. Kôd je napisan u Atmel Studiju, ali postoji mogućnost programiranja Arduino ploče sa Arduino IDE -om koji ima isti ATMEGA328P MCU. Samostalni mikrokontroler može se programirati putem USB adaptera za otklanjanje grešaka u skladu s Atmel Studiom ili preko programatora ISP-a USP, 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 sa vrlo prijateljskim korisničkim sučeljem.

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

Priložena datoteka Amplifice.hex može se postaviti direktno na uređaj ako u potpunosti odgovara shematskom dijagramu koji smo prethodno posmatrali.

Korak 7: Testiranje

Pa, nakon što je sve što smo htjeli učinjeno, vrijeme je za testiranje. Radije sam testirao uređaj sa svojom drevnom jeftinom gitarom i jednostavnim pasivnim krugom za kontrolu tonova 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 spremanje audio uzoraka koji se koriste u sekvencama kašnjenja, kada je vrijeme između eho uzoraka preveliko, eho postaje digitalizirano s velikim gubitkom prijelaznih bitova, što se smatra izobličenjem signala. Ali 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 korisno.

Hvala na čitanju!