Digital kontrollert 18W gitarforsterker: 7 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

For et par år siden bygde jeg en 5W gitarforsterker, som var en løsning på lydsystemet mitt den gangen, og nylig bestemte jeg meg for å bygge en ny mye kraftigere og uten bruk av analoge komponenter for brukergrensesnittet, som roterende potensiometre og vippebrytere.

Digital kontrollert 18W gitarforsterker er en frittstående, digitalt kontrollert 18W mono gitarforsterker med forsinket effekt systemfeste og en elegant flytende krystallskjerm, som gir nøyaktig informasjon om hva som skjer i kretsen.

Funksjonene i prosjektet:

• Helt digital kontroll: Brukergrensesnittinngang er en roterende encoder med innebygd bryter.
• ATMEGA328P: Er en mikrokontroller (brukt som Arduino-lignende system): Alle de justerbare parametrene styres programatisk av brukeren.
• LCD: fungerer som en brukergrensesnittutgang, slik at enhetsparametrene som forsterkning/volum/forsinkelsesdybde/forsinkelsestid kan observeres i stor tilnærming.
• Digitale potensiometre: Brukes i delkretsene og gjør dermed enhetskontrollen helt digital.
• Kaskadert system: Hver krets i det forhåndsdefinerte systemet er et eget system som bare deler strømforsyningslinjer, som er i stand til relativt enkel feilsøking ved feil.
• Forforsterker: Basert på LM386 integrert krets, med veldig enkel skjematisk design og minimumskrav til deler.
• Delay effect circuit: Er basert på PT2399 integrert krets, kan kjøpes fra eBay som en separat IC (jeg designet hele forsinkelseskretsen selv) eller kan brukes som en komplett modul med mulighet til å erstatte roterende potensiometre med digipoter.
• Kraftforsterker: Er basert på TDA2030 -modulen, som allerede inneholder alle perifere kretser for driften.
• Strømforsyning: Enheten drives av en gammel ekstern 19V DC-strømforsyning, og enheten inneholder dermed en nedtrappet DC-DC-modul som en forhåndsregulator for LM7805, noe som gjør at den avleder mye mindre varme under strømforbruk av enheten.

Etter at vi har dekket all den korte informasjonen, la oss bygge den!

Trinn 1: Ideen

Som du kan se i blokkdiagrammet, fungerer enheten som en klassisk tilnærming til gitarforsterkerens design med små variasjoner på kontrollkretsen og brukergrensesnittet. Det er totalt tre grupper av kretser som vi vil utvide om: Analog, digital og strømforsyning, hvor hver gruppe består av separate underkretser (emnet vil bli godt forklart i de videre trinnene). For å gjøre det mye lettere å forstå prosjektstrukturen, la oss forklare disse gruppene:

1. Analog del: Analoge kretser er plassert i den øvre halvdelen av blokkdiagrammet slik det kan sees ovenfor. Denne delen er ansvarlig for alle signalene som passerer gjennom enheten.

1/4 jack er en enhets gitar mono -inngang og er plassert på grensen mellom boksen og loddet elektronisk krets.

Det neste trinnet er en forforsterker, basert på LM386 integrert krets, som er ekstremt enkel å bruke i slike lydapplikasjoner. LM386 leveres 5V DC fra hovedstrømforsyningen, hvor dens parametere, forsterkning og volum styres via digitale potensiometre.

Den tredje fasen er effektforsterker, basert på TDA2030 integrert krets, drevet av ekstern 18 ~ 20V DC strømforsyning. Ved dette prosjektet forblir forsterkningen som er valgt på effektforsterkeren konstant for hele driftstiden. Siden enheten ikke er en enkelt innpakket PCB, anbefales det å bruke TDA2030A -montert modul, og feste den til prototypen med bare I/O- og strømforsyningspinner.

2. Digital del: Digitale kretser er plassert i den nedre halvdelen av blokkdiagrammet. De er ansvarlige for brukergrensesnitt og analoge parametere som forsinkelse/dybde, volum og forsterkning.

Koder med innebygd SPST-bryter er definert som en brukerkontrollinngang. Siden den er satt sammen som en enkelt del, er det eneste behovet for riktig drift å feste opptrekksmotstander programatisk eller fysisk (vi ser det i skjematisk trinn).

Mikroprosessor som "hovedhjerne" i kretsen er ATMEGA328P, som brukes i Arduino-lignende stil i denne enheten. Det er enheten som har all digital strøm over kretsene, og kommanderer alt hva de skal gjøre. Programmeringen utføres via SPI -grensesnitt, slik at vi kan bruke hvilken som helst passende USB ISP -programmerer eller kjøpt AVR -feilsøkingsprogram. I tilfelle du vil bruke Arduino som mikrokontroller i kretsen, er dette mulig gjennom å kompilere vedlagte C -kode som er tilstede i programmeringstrinnet.

Digitale potensiometre er et par doble integrerte kretser som styres via SPI -interace av mikrokontroller, med totalt 4 potensiometre for full kontroll over alle parametrene:

LCD er et brukergrensesnitt som gir oss beskjed om hva som skjer inne i esken. I dette prosjektet brukte jeg sannsynligvis den mest populære 16x2 LCD -en blant Arduino -brukere.

3. Strømforsyning: Strømforsyningen er ansvarlig for å gi energi (spenning og strøm) til hele systemet. Siden effektforsterkerkretsen drives direkte fra ekstern laptop-adapter og alle de resterende kretsene er drevet fra 5V DC, er det behov for en DC-DC nedtrapping eller lineær regulator. Når det gjelder å sette 5V lineær regulator som kobler den til den eksterne 20V, når strøm går gjennom lineær regulator til lasten, vil en enorm mengde varme forsvinne på 5V regulatoren, det ønsker vi ikke. Så mellom 20V linje og 5V lineær regulator (LM7805), er det 8V DC-DC trinn-ned-omformer, som fungerer som en forhåndsregulator. Slik festing forhindrer stor spredning på lineær regulator når laststrøm oppnår høye verdier.

Trinn 2: Deler og instrumenter

Elektroniske deler:

1. Moduler:

• PT2399 - Echo / delay IC -modul.
• LM2596-Nedstrøms DC-DC-modul
• TDA2030A - 18W Power mm -forsterkermodul
• 1602A - Vanlige LCD 16x2 tegn.
• Roterende encoder med innebygd SPST -bryter.

2. Integrerte kretser:

• LM386 - Mono lydforsterker.
• LM7805 - 5V Lineær regulator.
• MCP4261/MCP42100 - 100KOhm doble digitale potensiometre
• ATMEGA328P - Mikrokontroller

3. Passive komponenter:

A. Kondensatorer:

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

B. Motstander:

• 1 x 10R
• 4 x 10K

Potensiometer:

1 x 10K

(Valgfritt) Hvis du ikke bruker PT2399 -modulen, og er interessert i å bygge kretsen selv, kreves disse delene:

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

4. Koblinger:

• 1 x 1/4 "Mono jack -kontakt
• 7 x Doble rekkeklemmer
• 1 x kvinnelig 6-pinners radkontakt
• 3 x 4-pinners JST-kontakter
• 1 x mannlig strømkontaktkontakt

Mekaniske deler:

• Høyttaler med effektaksept som er lik eller større enn 18W
• Kabinett av tre
• Treramme for skjerming av brukergrensesnitt (for LCD og roterende encoder).
• Skumgummi for høyttalere og brukergrensesnitt
• 12 boreskruer for delene
• 4 x festebolter og muttere for LCD -ramme
• 4 x gummiben for jevn enhetsoscillasjoner (resonans mekanisk støy er en vanlig ting i forsterkerens design).
• Knott for dreiekoder

Instrumenter:

• Elektrisk skrutrekker
• Varmlimpistol (om nødvendig)
• (Valgfritt) Lab -strømforsyning
• (Valgfritt) Oscilloskop
• (Valgfritt) Funksjonsgenerator
• Loddejern / stasjon
• Liten kutter
• Liten tang
• Loddetinn
• Pinsett
• Wrapping wire
• Borekroner
• Liten sag for treskjæring
• Kniv
• Slipefil

Trinn 3: Skjematisk forklaring

Siden vi er kjent med blokkdiagrammet for prosjektet, kan vi gå videre til skjemaene og ta hensyn til alt vi trenger å vite om kretsdrift:

Forforsterkerkrets: LM386 er tilkoblet med minimum delhensyn, uten å måtte bruke eksterne passive komponenter. I tilfelle du vil endre frekvensrespons på lydsignalinngangen, som bassforsterkning eller tonekontroll, kan du referere til LM386-databladet, som ikke snakker om dette, ikke vil påvirke dette enhets skjematiske diagram bortsett fra forforsterkerens små endringer i tilkoblinger. Siden vi bruker en enkelt 5V DC -forsyning for IC, må avkoblingskondensator (C5) legges til utgangen til IC for DC -fjerning av signalet. Som det kan sees, er 1/4 kontakt (J1) signalpinne koblet til digipot 'A' pin, og LM386 ikke-inverterende inngang er koblet til digitpot 'B' pin, så som et resultat har vi enkle spenningsdeler, kontrollert av mikrokontroller via SPI -grensesnitt.

Delay / Echo Effect Circuit: Denne kretsen er basert på PT2399 forsinkelse effekt IC. Denne kretsen virker komplisert i henhold til databladet, og det er veldig lett å bli forvirret med å lodde den helt. Det anbefales å kjøpe en komplett PT2399 -modul som allerede er montert, og det eneste du må gjøre er å avløse rotasjonspotensiometre fra modulen og feste digipotlinjer (Visker, 'A' og 'B'). Jeg har brukt en datablad referanse til ekko effekt design, med digipots festet til svingninger tidsperiode valg og volum av tilbakemeldinger signal (Hva vi skal kalle - "dybde"). Forsinkelseskretsinngang, referert til som DELAY_IN linje er koblet til utgangen til forforsterkerkretsen. Det er ikke nevnt i skjemaet fordi jeg ønsket å lage alle kretsene til å dele bare kraftledninger, og signallinjer er koblet til eksterne kabler. "Hvor ikke praktisk!", Tenker du kanskje, men tingen er at når du bygger en analog behandlingskrets, er det mye lettere å feilsøke del for del hver krets i prosjektet. Det anbefales å legge bypass -kondensatorer til 5V DC -strømforsyningspinnen på grunn av det støyende området.

Strømforsyning: Enheten drives av en ekstern strømkontakt med 20V 2A AC/DC -adapter. Jeg fant ut at den beste løsningen for å redusere stor mengde strømavledning på en lineær regulator i form av varme, er å legge til 8V DC-DC trinn-ned-omformer (U10). LM2596 er en buck -omformer som brukes i mange applikasjoner og er populær blant Arduino -brukere, som koster mindre enn $ 1 på eBay. Vi vet at den lineære regulatoren har et spenningsfall på gjennomstrømningen (i tilfelle 7805 er teoretisk tilnærming rundt 2,5V), så det er et sikkert gap på 3V mellom inngang og utgang på LM7805. Det anbefales ikke å neglisjere lineær regulator og koble lm2596 rett til 5V -linjen på grunn av koblingsstøyen, hvilken spenningsrippe kan påvirke kretsens strømstabilitet.

Effektforsterker: Det er enkelt som det ser ut. Siden jeg har brukt en TDA2030A -modul i dette prosjektet, er det eneste kravet å koble til strømpinner og I/O -linjer til effektforsterkeren. Som det ble nevnt før, er forsterkerens inngang koblet til forsinkelseskretsutgangen via ekstern kabel ved hjelp av kontakter. Høyttalere som brukes i enheten er koblet til utgangen til effektforsterkeren via dedikert terminalblokk.

Digitale potensiometre: Sannsynligvis de viktigste komponentene i hele enheten, noe som gjør at den kan kontrolleres digitalt. Som du kan se er det to typer digipotter: MCP42100 og MCP4261. De deler den samme pinout, men er forskjellige i kommunikasjon. Jeg har bare to siste digipotter på lager når jeg har bygget dette prosjektet, så jeg brukte det jeg hadde, men jeg anbefaler å bruke to digipoter av samme type, enten MCP42100 eller MCP4261. Hver digipot styres av et SPI -grensesnitt, deleklokke (SCK) og datainngang (SDI) -pinner. SPI -kontrolleren til ATMEGA328P er i stand til å håndtere flere enheter ved å kjøre separate chip select (CS eller CE) pins. Den er designet på den måten i dette prosjektet, der SPI -chip -aktiveringspinner er koblet til separate mikrokontroller -pinner. PT2399 og LM386 er koblet til 5V forsyning, så vi trenger ikke å bekymre deg for spenningssvingning på digipotmotstandsnettverket inne i IC -ene (Det er stort sett dekket i databladet, i delen av spenningsnivåområdet på indre koblingsmotstander).

Mikrokontroller: Som det ble nevnt, basert i en Arduino-stil ATMEGA328P, med behov for en enkelt passiv komponent-opptrekkmotstand (R17) på tilbakestillingsnålen. 6-pinners kontakt (J2) brukes til programmering av enheter via USB ISP-programmerer via SPI-grensesnitt (Ja, det samme grensesnittet som digipotter er koblet til). Alle pinnene er koblet til de riktige komponentene, som er presentert i det skjematiske diagrammet. Det anbefales sterkt å legge til bypass -kondensatorer i nærheten av 5V -strømforsyningspinnene. Kondensatorene du ser i nærheten av koderpinnene (C27, C28) brukes til å forhindre at kodertilstanden hopper på disse pinnene.

LCD: Liquid crystal display er tilkoblet på en klassisk måte med 4 -biters dataoverføring og ytterligere to pins for låsing av dataene - Register select (RS) og Enable (E). LCD har en konstant lysstyrke og variabel kontrast, som kan justeres med en enkelt trimmer (R18).

Brukergrensesnitt: Enhetens roterende encoder har en innebygd SPST-trykknapp, der alle tilkoblinger er knyttet til de beskrevne mikrokontrollerpinnene. Det anbefales å feste pull-up-motstanden til hver encoder-pin: A, B og SW, i stedet for å bruke intern pull-up. Sørg for at koder A og B -pinner er koblet til mikrokontrollerens eksterne avbryterpinner: INT0 og INT1 for å tilpasse enhetens kode og pålitelighet når du bruker giverkomponenten.

JST-kontakter og terminalblokker: Hver analog krets: forforsterker, forsinkelse og effektforsterker er isolert på loddet bord og er koblet til kabler mellom terminalblokkene. Koder og LCD er festet til JST -kablene og koblet til loddet bord via JST -kontakter som beskrevet ovenfor. Ekstern inngang for strømforsyning og 1/4 mono jack gitarinngang er koblet til via klemmer.

Trinn 4: Lodding

Etter en kort forberedelse er det nødvendig å forestille seg presis plassering av alle komponentene på brettet. Det foretrekkes å begynne loddeprosessen fra forforsterkeren, og avslutte med alle de digitale kretsene.

Her er en trinnvis beskrivelse:

1. Loddeforsterkerkrets. Sjekk forbindelsene. Sørg for at bakkelinjer deles på alle de riktige linjene.

2. Lodd PT2399 -modul/IC med alle perifere kretser, i henhold til skjematisk diagram. Siden jeg har loddet hele forsinkelseskretsen, kan du se at det er mange delte linjer som enkelt kan loddes i henhold til hver PT2399 -pinfunksjon. Hvis du har en PT2399 -modul, er det bare å løsne de roterende potensiometrene og lodde de digitale potensiometernettlinjene til disse frigjorte pinnene.

3. Lodd TDA2030A -modul, sørg for at høyttalerutgangskontakten er ansiktet sentrert utenfor kortet.

4. Loddestrømforsyningskrets. Plasser bypass -kondensatorer i henhold til diagrammet.

5. Loddemikrokontrollerkrets med programmeringskontakten. Prøv å programmere det, sørg for at det ikke mislykkes i prosessen.

6. Lodde digitale potensiometre

7. Lodd alle JST -kontaktene i områdene i henhold til hver ledningstilkobling.

8. Slå på kortet, hvis du har en funksjonsgenerator og et oscilloskop, må du kontrollere hver analog kretsrespons på inngangssignalet trinn for trinn (anbefalt: 200mVpp, 1KHz).

9. Kontroller kretsens respons på effektforsterker og forsinkelseskrets/modul separat.

10. Koble høyttaleren til utgangen fra effektforsterkeren og signalgeneratoren til inngangen. Sørg for at du hører tonen.

11. Hvis alle testene vi har utført er vellykkede, kan vi gå videre til monteringstrinnet.

Trinn 5: Montering

Sannsynligvis er dette den vanskeligste delen av prosjektet med tanke på teknisk tilnærming, med mindre det er noen nyttige verktøy for kutting av tre i lageret ditt. Jeg hadde et veldig begrenset sett med instrumenter, så jeg ble tvunget til å gå den tøffe veien - å kutte boksen manuelt med en slipefil. La oss dekke de viktigste trinnene:

1. Klargjøring av esken:

1.1 Sørg for at du har et trehylster med passende dimensjoner for høyttaleren og elektronisk brettildeling.

1.2 Skjær området for høyttaleren, det anbefales på det sterkeste å feste skumgummiramme til høyttalerutkoblingsområdet for å forhindre resonansvibrasjoner.

1.3 Skjær separat treramme for brukergrensesnittet (LCD og encoder). Klipp av passende område for LCD -skjermen, og sørg for at LCD -retningen ikke er invertert til visningen foran. Etter at dette er fullført, borer du et hull for roterende encoder. Fest LCD -heksen 4 boreskruer og dreiekoder med en passende metallmutter.

1.4 Legg skumgummi på trerammen i hele grensesnittet. Dette vil også bidra til å forhindre resonansnoter.

1.5 Finn ut hvor det elektroniske brettet skal ligge, og bor deretter 4 hull på trekabinettet

1.6 Forbered en side, der DC ekstern strømforsyningsinngang og 1/4 gitarinngang vil være plassert, bor to hull med passende diametre. Sørg for at disse kontaktene deler samme pinout som det elektroniske kortet (dvs. polaritet). Etter det, lodd to par ledninger for hver inngang.

2. Koble til delene:

2.1 Fest høyttaleren til det valgte området. Sørg for at to ledninger er koblet til høyttalerpinnene med 4 boreskruer.

2.2 Fest brukergrensesnittpanelet på den valgte siden av skapet. Ikke glem skumgummien.

2.3 Koble alle kretsene sammen via rekkeklemmer

2.4 Koble LCD og encoder til kortet via JST -kontakter.

2.5 Koble høyttaleren til TDA2030A -modulutgangen.

2.6 Koble strøm- og gitarinngangene til brettets rekkeklemmer.

2.7 Finn brettet i posisjonen til de borede hullene, fest brettet med 4 boreskruer fra utsiden av trehuset.

2.8 Fest alle trekabinettdelene sammen slik at det ser ut som en solid eske.

Trinn 6: Programmering og kode

Enhetskoden følger reglene for familien AVR -mikrokontrollere og er i samsvar med ATMEGA328P MCU. Koden er skrevet i Atmel Studio, men det er en mulighet til å programmere Arduino -bord med Arduino IDE som har samme ATMEGA328P MCU. Frittstående mikrokontroller kan programmeres via USB-feilsøkingsadapter i henhold til Atmel Studio eller via USP ISP-programmerer, som kan kjøpes fra eBay. Programmeringsprogramvare som ofte brukes er AVRdude, men jeg foretrekker en ProgISP - enkel USB ISP -programmeringsprogramvare med et meget vennlig brukergrensesnitt.

All nødvendig forklaring om koden finner du i den vedlagte Amplifice.c -filen.

Vedlagt Amplifice.hex -fil kan lastes opp direkte til enheten hvis den er helt i samsvar med det skjematiske diagrammet som vi har observert tidligere.

Trinn 7: Testing

Etter at alt vi ønsket er gjort, er det på tide å teste. Jeg foretrakk å teste enheten med min gamle billige gitar og enkle passive tonekontrollkrets som jeg har bygget for mange år siden uten grunn. Enheten er også testet med både digital og analog effektprosessor. Det er ikke så stort at PT2399 har en så liten RAM for lagring av lydprøver som brukes i forsinkelsessekvenser, når tiden mellom ekko -prøver er for stor, blir ekko digitalisert med et stort tap av overgangsbiter, det som regnes som forvrengning av signal. Men den "digitale" forvrengningen vi hører, kan være nyttig som en positiv bivirkning av enhetsoperasjonen. Alt avhenger av applikasjonen du vil lage med denne enheten (som jeg på en eller annen måte kalte "Amplifice V1.0" forresten).

Håper du synes denne instruksjonen er nyttig.

Takk for at du leste!